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[摘要]电力系统在运行中常常因为发生各种故障和不正常运行状态使设备流过很大的电流，超过它的额定值时，系统中的过电流保护不能正确动作将造成设备损坏，严重时发展为故障，降低了供电的可靠性，会带来巨大的经济损失。本文针对过电流保护的原理、时限性及存在的缺陷进行分析，且针对日常实际应用进行分析，以便在实际生产工作中更为合理的选用过电流保护装置的动作值和时间匹配，保证电力系统安全稳定运行。
[关键词]定时限过流、反时限过流、速断
中图分类号:TM773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0095-02
电力系统中的发电机、变压器、输电线路上可能，最常见的也是最危险的故障是发生各种形式的短路，在发生短路时流过故障点的短路电流大大增加，有可能破坏系统并列运行的稳定性，因此需要在系统中配置过电流保护。采用的过电流保护装置的动作值和时间匹配得要合理，并且要与系统中其他的保护很好地配合，当系统故障时，过电流保护要能正确迅速动作，跳开距故障点最近的断路器，减轻故障设备的损坏，加速非故障设备恢复正常运行。因此随着电网结构的日趋紧密，过电流保护能否正确动作，对电力系统安全、稳定运行非常重要。
一、过电流保护的基本原理及接线方式
过电流保护装置是根据发生短路时流过电气设备的电流大大增加这一特征构成的。将被保护设备的电流接入过电流继电器，当电流超过规定值（即保护装置的动作值）时就动作，并以一定的时间（即保护选择性配合所需的时限）动作于断路器跳闸的一种保护装置。
（1）过电流保护的组成：由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成，电流互感器和电流继电器组成测量元件，用来判断通过线路电流是否超过标准，时间继电器为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性，信号继电器用来发出保护动作信号。
（2）动作原理：正常运行时，电流继电器和时间继电器的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，电流继电器动作，通过其触点启动时间继电器，经过预定的延时后，时间继电器触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，断路器跳闸，故障线路被切除，同时启动了信号继电器，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。
（3）过电流保护接线方式：过电流保护的接线方式是指保护中电流互感器与继电器的连接方式。基本接线方式有三种：三相三继电器的完全星形接线方式，两相两继电器的不完全星形接线方式，两相一继电器的两相电流差接线方式。正确地选择保护的接线方式，对保护的技术、经济性能都有很大影响。其中三相三继电器完全星形接线方式，对各种形式的短路都起保护作用，且灵敏度高，而两相两继电器不完全星形接线和两相一继电器的两相电流差接线方式，只能对三相短路和各种相间短路起保护作用，当在没有装电流互感器的一相发生短路时，保护不会动作。
二、过电流保护的时限特性
流过保护装置的短路电流与动作时间之间的关系曲线称为保护装置的延时特性。延时特性又分为定时限延时特性和反时限延时特性。过电流保护一般分为定时限与反时限过流保护，电流速断保护。
（1）定时限过电流保护：动作时间是一个常数，是固定不变的。不管短路电流多大，只要大于电流继电器的整定值，就以固定的超定时间来动作，表现为定时限特性。只要系统故障电流转换成保护装置中的电流，达到或超过保护的整定电流值，继电保护就以固有的整定时限动作，使断路器掉闸，切除故障。
（2）反时限过流保护：反时限过电流保护的动作时间是一个变数，随短路电流大小而变，短路电流大，动作时间快，短路电流小，动作时间慢，表现为反时限特性。就是说继电保护的动作时间与短路电流大小有关，成反比例关系。
（3）电流速断保护：按被保护设备的短路电流整定，当短路电流超过整定值时，侧保护装置动作，断路器跳闸。
三、过流保护使用中的整定原则及保护范围
过电流保护一般是按避开最大负荷电流这一原则整定的。为了使上、下级的过电流保护具有选择性，在时限上也应有一个级差。这就使靠近电源端的保护动作时限将很长，这在许多情况下是不允许的。为克服这一缺点，通常采用提高整定值以限制动作范围的办法，不加时限，可以瞬时动作。
（1）定时限过流保护动作电流的整定原则是：动作电流必须大于负荷电流，动作时限，应比下一段相邻线路的过流保护中最长的动作时限，大一个时限级差。在最大负荷电流时保护装置不动作，当下一级线路发生外部短路时，如果本级电流继电器已动作，则在下级保护切除故障电流之后，本级保护应能可地返回。定时限过流保护范围能够保护线路的全长，也能作为相邻线路的远后备保护。
（2）反时限过流保护是以I2t等于一个常数来整定的，即电流越大，时间越短，其实I2t是发热量。如发电机负序保护一般5％发信；9％启动反时限，I2t=8或10；80％时启动定时限，0.5秒跳发变组。
（3）速断保护的保护范围：电流速断保护对被保护元件有保護死区。电流速断保护作为变压器的主保护，以无时限动作，切除故障点，减少了事故持续时间，防止了事故扩大。为了实现保护的选择性，电流速断不能保护变压器全部，只能保护变压器一次侧高压设备，保护从变压器的高压侧引线及电缆到变压器一部分绕组（主要是高压绕组）的相间短路故障。不能保护线路的全长，只能保护线路全长的70% - 80% ，对线路末端的20% - 30% 不能保护。
①无时限电流速断不能保护线路全长，它只能保护线路的一部分。所以，为了保证动作的选择性，其起动电流必须按最大运行方式来整定（即通过本线路的电流为最大电流），这就存在着保护的死区。为了弥补瞬时速断保护不能保护线路全长的缺点，常采用略带时限的速断保护，即延时速断保护。这种保护一般与瞬时速断保护配合使用，其特点与定时限过电流保护装置基本相同，所不同的是其动作时间比定时限过电流保护的整定时间短。为了使保护具有一定的选择性，其动作时间应比下一级线路的瞬时速断大一时限级差一般取0.5秒。
②瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围。瞬时电流速断保护与过电流保护的区别，在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。即按躲过被保护线路末端可能产生的三相最大短路电流来整定。从而使速断保护范围被限制在被保护线路的内部，从整定值上保证了选择性，因此可以瞬时跳闸。当在被保护线路外部发生短路时，它不会动作。所以不必考虑返回系数。由于只有当短路电流大于保护装置的动作电流时，保护装置才能动作。所以瞬时电流速断保护不能保护设备的全部，也不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。对于最大运行方式下的保护范围一般能达到线路全长的50%即认为有良好的保护效果；对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的15%～20%，即可装设。保护范围以外的区域称为“死区”。因此，瞬时电流速断保护的任务是在线路始端短路时能快速地切除故障。
当线路故障时，瞬时电流速断保护动作，运行人员根据其保护范围较小这一特点,可以判断故障出在线路首端，并且靠近保护安装处；如为双电源供电线路，则由两侧的瞬时电流速断保护同时动作或同时都不动作，可判断故障在线路的中间部分。
③略带时限的电流速断保护。瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速，但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长，但动作时限太长。因此，常用略带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的“死区”。要求略带时限的电流速断保护能保护全线路。因此，它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样，当下一段线路始端发生短路时，保护也会起动。为了保证选择性的要求，须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大一个时限级差，其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些。略带时限的电流速断保护可作为被保护线路的主保护。略带时限的电流速断保护的原理接线和定时限过电流保护的原理接线相同。
四、过流保护的实际应用
（1）两段式电流保护。由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，所以不能作为线路的主保护，而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护；略带时限的电流速断保护能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，但不能作为下一段线路的后备保护；定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护（当动作时限短时，也可作为主保护，而不再装设略带时限的电流速断保护。），还可以作为相临下一级线路的后备保护，但切除故障的时限较长。一般情况下，为了对线路进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护（或略带时限的电流速断保护）和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。
对于第一段电流保护，究竟采用瞬时电流速断保护，还是采用略带时限的电流速断保护，可由具体情况确定。如用在线路---变压器组接线，以采用瞬時电流速断保护为佳。因在变压器高压侧故障时，切除变压器和切除线路的效果是一样的。此时，允许用线路的瞬时电流速断保护，来切除变压器高压侧的故障。也就是说，其保护范围可保护到线路全长并延伸到变压器高压侧。这时的第一段电流保护可以作为主保护；第二段一般均采用定时限过流保护作为后备保护，其保护范围含线路---变压器组的全部。
通常在被保护线路较短时，第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护；第二段采用定时限过流保护作为后备保护。
（2）在实际中还常采用三段式电流保护。为使过电流保护能够有选择的动作还要要求确保保护动作的灵敏度，通常采用三段式过流保护，即电流速断、定时限过流保护以及反时限过流保护结合的方式，可以实现全线路的过电流保护，就是以瞬时电流速断保护作为第一段，以加速切除线路首端的故障，用作辅助保护；以略带时限的电流速断保护作为第二段，以保护线路的全长，用作主保护；以定时限过电流保护作为第三段，以作为线路全长和相临下一级线路的后备保护。因为这种保护的设置可以在相临下一级线路的保护或断路器拒动时，本级线路的定时限过流保护可以动作，起到远后备保护的作用；如本级线路的主保护（瞬时电流速断或略带时限的电流速断保护）拒动时，则本级线路的定时限过电流保护可以动作，以起到近后备的作用。
总结
过电流保护装置在整个电力系统中起着举足轻重的作用，它动作的正确与否对系统能否稳定运行有重大影响。因此，在电力系统运行中，保证过电流保护装置是否能正确动作就显得非常重要。对工作人员要进行严格的培训，在装置合理设定其动作值和延时时间，以及在装置中加设振荡闭锁，或电压闭锁装置等措施，今后发展的趋势是研制新型继电器，利用系统在故障时流过电路的电流的其它特性作为保护的信号源，提高过电流保护的可靠性，以保证保证整个电力系统安全运行。
参考文献
[1] 电力系统继电保护原理[m]，北京，水电出版社，1984年.
[2] 新编保护继电器校验[m]，北京，中国电力出版社，1998年.
[3] 继电保护，北京，中国电力出版社，1997年.
[4] 电气设备运行技术问答，北京，中国电力出版社，2008年.
[关键词]定时限过流、反时限过流、速断
中图分类号:TM773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0095-02
电力系统中的发电机、变压器、输电线路上可能，最常见的也是最危险的故障是发生各种形式的短路，在发生短路时流过故障点的短路电流大大增加，有可能破坏系统并列运行的稳定性，因此需要在系统中配置过电流保护。采用的过电流保护装置的动作值和时间匹配得要合理，并且要与系统中其他的保护很好地配合，当系统故障时，过电流保护要能正确迅速动作，跳开距故障点最近的断路器，减轻故障设备的损坏，加速非故障设备恢复正常运行。因此随着电网结构的日趋紧密，过电流保护能否正确动作，对电力系统安全、稳定运行非常重要。
一、过电流保护的基本原理及接线方式
过电流保护装置是根据发生短路时流过电气设备的电流大大增加这一特征构成的。将被保护设备的电流接入过电流继电器，当电流超过规定值（即保护装置的动作值）时就动作，并以一定的时间（即保护选择性配合所需的时限）动作于断路器跳闸的一种保护装置。
（1）过电流保护的组成：由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成，电流互感器和电流继电器组成测量元件，用来判断通过线路电流是否超过标准，时间继电器为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性，信号继电器用来发出保护动作信号。
（2）动作原理：正常运行时，电流继电器和时间继电器的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，电流继电器动作，通过其触点启动时间继电器，经过预定的延时后，时间继电器触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，断路器跳闸，故障线路被切除，同时启动了信号继电器，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。
（3）过电流保护接线方式：过电流保护的接线方式是指保护中电流互感器与继电器的连接方式。基本接线方式有三种：三相三继电器的完全星形接线方式，两相两继电器的不完全星形接线方式，两相一继电器的两相电流差接线方式。正确地选择保护的接线方式，对保护的技术、经济性能都有很大影响。其中三相三继电器完全星形接线方式，对各种形式的短路都起保护作用，且灵敏度高，而两相两继电器不完全星形接线和两相一继电器的两相电流差接线方式，只能对三相短路和各种相间短路起保护作用，当在没有装电流互感器的一相发生短路时，保护不会动作。
二、过电流保护的时限特性
流过保护装置的短路电流与动作时间之间的关系曲线称为保护装置的延时特性。延时特性又分为定时限延时特性和反时限延时特性。过电流保护一般分为定时限与反时限过流保护，电流速断保护。
（1）定时限过电流保护：动作时间是一个常数，是固定不变的。不管短路电流多大，只要大于电流继电器的整定值，就以固定的超定时间来动作，表现为定时限特性。只要系统故障电流转换成保护装置中的电流，达到或超过保护的整定电流值，继电保护就以固有的整定时限动作，使断路器掉闸，切除故障。
（2）反时限过流保护：反时限过电流保护的动作时间是一个变数，随短路电流大小而变，短路电流大，动作时间快，短路电流小，动作时间慢，表现为反时限特性。就是说继电保护的动作时间与短路电流大小有关，成反比例关系。
（3）电流速断保护：按被保护设备的短路电流整定，当短路电流超过整定值时，侧保护装置动作，断路器跳闸。
三、过流保护使用中的整定原则及保护范围
过电流保护一般是按避开最大负荷电流这一原则整定的。为了使上、下级的过电流保护具有选择性，在时限上也应有一个级差。这就使靠近电源端的保护动作时限将很长，这在许多情况下是不允许的。为克服这一缺点，通常采用提高整定值以限制动作范围的办法，不加时限，可以瞬时动作。
（1）定时限过流保护动作电流的整定原则是：动作电流必须大于负荷电流，动作时限，应比下一段相邻线路的过流保护中最长的动作时限，大一个时限级差。在最大负荷电流时保护装置不动作，当下一级线路发生外部短路时，如果本级电流继电器已动作，则在下级保护切除故障电流之后，本级保护应能可地返回。定时限过流保护范围能够保护线路的全长，也能作为相邻线路的远后备保护。
（2）反时限过流保护是以I2t等于一个常数来整定的，即电流越大，时间越短，其实I2t是发热量。如发电机负序保护一般5％发信；9％启动反时限，I2t=8或10；80％时启动定时限，0.5秒跳发变组。
（3）速断保护的保护范围：电流速断保护对被保护元件有保護死区。电流速断保护作为变压器的主保护，以无时限动作，切除故障点，减少了事故持续时间，防止了事故扩大。为了实现保护的选择性，电流速断不能保护变压器全部，只能保护变压器一次侧高压设备，保护从变压器的高压侧引线及电缆到变压器一部分绕组（主要是高压绕组）的相间短路故障。不能保护线路的全长，只能保护线路全长的70% - 80% ，对线路末端的20% - 30% 不能保护。
①无时限电流速断不能保护线路全长，它只能保护线路的一部分。所以，为了保证动作的选择性，其起动电流必须按最大运行方式来整定（即通过本线路的电流为最大电流），这就存在着保护的死区。为了弥补瞬时速断保护不能保护线路全长的缺点，常采用略带时限的速断保护，即延时速断保护。这种保护一般与瞬时速断保护配合使用，其特点与定时限过电流保护装置基本相同，所不同的是其动作时间比定时限过电流保护的整定时间短。为了使保护具有一定的选择性，其动作时间应比下一级线路的瞬时速断大一时限级差一般取0.5秒。
②瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围。瞬时电流速断保护与过电流保护的区别，在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。即按躲过被保护线路末端可能产生的三相最大短路电流来整定。从而使速断保护范围被限制在被保护线路的内部，从整定值上保证了选择性，因此可以瞬时跳闸。当在被保护线路外部发生短路时，它不会动作。所以不必考虑返回系数。由于只有当短路电流大于保护装置的动作电流时，保护装置才能动作。所以瞬时电流速断保护不能保护设备的全部，也不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。对于最大运行方式下的保护范围一般能达到线路全长的50%即认为有良好的保护效果；对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的15%～20%，即可装设。保护范围以外的区域称为“死区”。因此，瞬时电流速断保护的任务是在线路始端短路时能快速地切除故障。
当线路故障时，瞬时电流速断保护动作，运行人员根据其保护范围较小这一特点,可以判断故障出在线路首端，并且靠近保护安装处；如为双电源供电线路，则由两侧的瞬时电流速断保护同时动作或同时都不动作，可判断故障在线路的中间部分。
③略带时限的电流速断保护。瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速，但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长，但动作时限太长。因此，常用略带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的“死区”。要求略带时限的电流速断保护能保护全线路。因此，它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样，当下一段线路始端发生短路时，保护也会起动。为了保证选择性的要求，须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大一个时限级差，其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些。略带时限的电流速断保护可作为被保护线路的主保护。略带时限的电流速断保护的原理接线和定时限过电流保护的原理接线相同。
四、过流保护的实际应用
（1）两段式电流保护。由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，所以不能作为线路的主保护，而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护；略带时限的电流速断保护能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，但不能作为下一段线路的后备保护；定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护（当动作时限短时，也可作为主保护，而不再装设略带时限的电流速断保护。），还可以作为相临下一级线路的后备保护，但切除故障的时限较长。一般情况下，为了对线路进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护（或略带时限的电流速断保护）和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。
对于第一段电流保护，究竟采用瞬时电流速断保护，还是采用略带时限的电流速断保护，可由具体情况确定。如用在线路---变压器组接线，以采用瞬時电流速断保护为佳。因在变压器高压侧故障时，切除变压器和切除线路的效果是一样的。此时，允许用线路的瞬时电流速断保护，来切除变压器高压侧的故障。也就是说，其保护范围可保护到线路全长并延伸到变压器高压侧。这时的第一段电流保护可以作为主保护；第二段一般均采用定时限过流保护作为后备保护，其保护范围含线路---变压器组的全部。
通常在被保护线路较短时，第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护；第二段采用定时限过流保护作为后备保护。
（2）在实际中还常采用三段式电流保护。为使过电流保护能够有选择的动作还要要求确保保护动作的灵敏度，通常采用三段式过流保护，即电流速断、定时限过流保护以及反时限过流保护结合的方式，可以实现全线路的过电流保护，就是以瞬时电流速断保护作为第一段，以加速切除线路首端的故障，用作辅助保护；以略带时限的电流速断保护作为第二段，以保护线路的全长，用作主保护；以定时限过电流保护作为第三段，以作为线路全长和相临下一级线路的后备保护。因为这种保护的设置可以在相临下一级线路的保护或断路器拒动时，本级线路的定时限过流保护可以动作，起到远后备保护的作用；如本级线路的主保护（瞬时电流速断或略带时限的电流速断保护）拒动时，则本级线路的定时限过电流保护可以动作，以起到近后备的作用。
总结
过电流保护装置在整个电力系统中起着举足轻重的作用，它动作的正确与否对系统能否稳定运行有重大影响。因此，在电力系统运行中，保证过电流保护装置是否能正确动作就显得非常重要。对工作人员要进行严格的培训，在装置合理设定其动作值和延时时间，以及在装置中加设振荡闭锁，或电压闭锁装置等措施，今后发展的趋势是研制新型继电器，利用系统在故障时流过电路的电流的其它特性作为保护的信号源，提高过电流保护的可靠性，以保证保证整个电力系统安全运行。
参考文献
[1] 电力系统继电保护原理[m]，北京，水电出版社，1984年.
[2] 新编保护继电器校验[m]，北京，中国电力出版社，1998年.
[3] 继电保护，北京，中国电力出版社，1997年.
[4] 电气设备运行技术问答，北京，中国电力出版社，2008年.