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摘要：介绍了TQXBZ-III多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的特点和功能。阐述了三段式电流保护原理，整定计算了三段式电流保护的一系列参数，并在多功能实验系统上对单侧电源算例进行了仿真试验，最后分析了试验结果及其动作逻辑行为。
关键词：变电站综合自动化；相间电流保护；三段式电流保护
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0214-03
电网发生短路故障的主要表现是电流突然增大，因此可以通过检测流过保护装置的电流幅值，来判断电网是否发生故障。反应电流增大而动作的保护被称为电流保护。[1]根据对继电保护速动性和灵敏性要求，希望电流速断能快速切除线路内部发生的故障，然而，继电保护通常优先考虑动作选择性，因此电流速断不能保护线路全长。为了切除线路上速断范围外的故障，在电流速断的基础上增加限时电流速断保护，并把电流速断与限时电流速断配合组成线路的主保护。同时，还增加定时限过电流保护作为线路的后备保护，以增加线路保护的可靠性。电流速断、限时电流速断和定时过电流保护相互配合构成的保护，称为“三段式电流保护”。[2，3]三段式电流保护是最为典型的电力线路电流保护，常用于10kV及以下电压等级的单侧电源辐射状网络的供电系统中，作为线路保护的主保护和后备保护。[4]
一、多功能继电保护及变电站综合自动化系统的技术特点
TQXBZ—III多功能继电保护及变电站自动化实验培训系统主体结构有实验控制台和PC机，实验台由微机型继电保护试验测试仪、微机保护实验装置、常规保护继电器、三段保护实验线路等组成。该系统具有如下技术特点：
1.组态灵活、适用范围广
该实验系统可进行灵活的配置，能满足电力系统主干课程教学实验，同时也为学生提供一个可以进行课程设计、毕业设计和创新性课题研究的开放性平台。
2.仿真接近真实电力系统
系统采用数字化设备，取代了传统试验中对调压器、移相器、滑线电阻和大量测试仪表的使用，同时可模拟现实中变电站的真实运行，进行故障模拟仿真，具有很高的仿真度。
3.实验现象直观
实验系统配备PC机，提供人机操作界面和三种不同试验软件，可直观看到实验线路中断路器的当前状态、实验过程中的各种测试数据、事故报告等。[5，6]
二、多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的功能
除了具有鲜明的技术特点，多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统还具有如下功能：
1.常规继电器功能测试
系统配备了电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、差动继电器，可以进行单个继电器和多个继电器配合的特性测试。
2.微机保护实验课程
用DSP+CPLD技术，由实验测试仪产生电流、电压信号，在相应程序的配合下，可进行电流、电压、反时限电流、负序电流、零序电流、功率方向、阻抗元件、差动元件等实验。
3.综合微机保护实验功能
系统提供三种电压等级的线路保护实验，可模拟各种复杂的瞬时性、永久性、转换性故障，进行线路的三段电流保护、反时限电流保护、三段距离保护、定时限零序电流保护。[6，7]
三、三段式电流保护的工作原理
电力系统运行中，发生短路故障会产生很大的短路电流，是正常额定电流的好几倍甚至几十倍，这会对电力系统的正常运行产生巨大的影响。三段式电流保护是电力系统中最常规、最重要的线路保护的，它的整定计算是按电流阶段分段进行的，通常先从电流速断开始整定，后面各段根据配合前后段的配合关系进行整定，同时要校验相关的灵敏系数是否满足要求，如果不满足就要及时调整整定策略。[4，5]三段式电流保护的整定方法如下：
2.数据分析
（1）由表2可知，在AB线路上任何位置发生相间短路故障，都由保护I段或者保护II段切除故障，而且具有较小的动作时限，这说明保护I和保护II段相互配合能够保护线路的全长，能作为线路保护的主保护；在三相短路下，保护I段的保护范围至少达到线路全长的50%，而在AB两相短路下保护范围只达到30%，说明I段的保护范围受故障的类型影响比较大。
（2）由表3可知，BC线路上不论发生三相短路故障或是AB相间短路故障，在相同位置上，保护的动作逻辑是一样的，这说明在线路外发生的故障，保护动作的逻辑受故障类型的影响大大减少。
（3）由表2和表3可知，三段保护的动作时限分别为26.6ms、421.6ms、821.6ms，分别比对应的整定值高出20多毫秒。这是因为整定值是故障发生后保护接收到动作信号的时间，而实验记录的动作时限是故障发生到切除故障的总时间，这包括断路器的开断时间，从侧面也说明保护断路器的开断时间大约是20ms。
五、结论
由于三段式电流保护只是单一的以电流信号作为判断线路是否发生故障的依据，而短路电流受系统的运行方式和故障类型的影响比较大，其灵敏度往往比距离保护和基于突变量的保护要低，但由于三段式电流保护简单、可靠，投资较低，基本能满足保护线路全长的需要，所以三段式电流保护通常只用在低电压等级的电力网络中作为线路的主保护和后备保护。
参考文献：
[1]陈少华，陈卫，何瑞文，等.电力系统继电保护[M].北京：机械工程出版社，2009.
[2]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]袁淑荣，姜莉萍.论确保10kV供电系统正常运行应采取哪些措施[J].科技创新导报，2008，（11）：126.
[4]王彦军.电力线路三段式保护模拟实验装置设计[D].西安：西安科技大学，2013.
[5]周有庆，等.TQXBZ-III 多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统实验指导书[Z].
[6]李惜玉，谢创利.多功能继电保护及变电站自动化自动化系统教学应用[J].中国电力教育，2013，（6）：102-103.
[7]周有庆，邵霞，彭红海.多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统[J].大众用电，2004，（5）：23-24.
[8]莫仕勋，姜爱华，杨丽修.三段式电流保护仿真实验平台的分析与设计[J].实验室研究与探索，2010，（7）：54-57.
[9]李莉，胡兴龙，顾凌云，等.电网相间短路阶段式电流保护“三配合”分析及整定计算案例[J].电子测试，2013，（3）：232-234.
[10]金莉鑫.浅谈三段式电流保护整定[J].中国科技博览，2013，
（34）：383.
（责任编辑：孙晴）
关键词：变电站综合自动化；相间电流保护；三段式电流保护
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0214-03
电网发生短路故障的主要表现是电流突然增大，因此可以通过检测流过保护装置的电流幅值，来判断电网是否发生故障。反应电流增大而动作的保护被称为电流保护。[1]根据对继电保护速动性和灵敏性要求，希望电流速断能快速切除线路内部发生的故障，然而，继电保护通常优先考虑动作选择性，因此电流速断不能保护线路全长。为了切除线路上速断范围外的故障，在电流速断的基础上增加限时电流速断保护，并把电流速断与限时电流速断配合组成线路的主保护。同时，还增加定时限过电流保护作为线路的后备保护，以增加线路保护的可靠性。电流速断、限时电流速断和定时过电流保护相互配合构成的保护，称为“三段式电流保护”。[2，3]三段式电流保护是最为典型的电力线路电流保护，常用于10kV及以下电压等级的单侧电源辐射状网络的供电系统中，作为线路保护的主保护和后备保护。[4]
一、多功能继电保护及变电站综合自动化系统的技术特点
TQXBZ—III多功能继电保护及变电站自动化实验培训系统主体结构有实验控制台和PC机，实验台由微机型继电保护试验测试仪、微机保护实验装置、常规保护继电器、三段保护实验线路等组成。该系统具有如下技术特点：
1.组态灵活、适用范围广
该实验系统可进行灵活的配置，能满足电力系统主干课程教学实验，同时也为学生提供一个可以进行课程设计、毕业设计和创新性课题研究的开放性平台。
2.仿真接近真实电力系统
系统采用数字化设备，取代了传统试验中对调压器、移相器、滑线电阻和大量测试仪表的使用，同时可模拟现实中变电站的真实运行，进行故障模拟仿真，具有很高的仿真度。
3.实验现象直观
实验系统配备PC机，提供人机操作界面和三种不同试验软件，可直观看到实验线路中断路器的当前状态、实验过程中的各种测试数据、事故报告等。[5，6]
二、多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的功能
除了具有鲜明的技术特点，多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统还具有如下功能：
1.常规继电器功能测试
系统配备了电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、差动继电器，可以进行单个继电器和多个继电器配合的特性测试。
2.微机保护实验课程
用DSP+CPLD技术，由实验测试仪产生电流、电压信号，在相应程序的配合下，可进行电流、电压、反时限电流、负序电流、零序电流、功率方向、阻抗元件、差动元件等实验。
3.综合微机保护实验功能
系统提供三种电压等级的线路保护实验，可模拟各种复杂的瞬时性、永久性、转换性故障，进行线路的三段电流保护、反时限电流保护、三段距离保护、定时限零序电流保护。[6，7]
三、三段式电流保护的工作原理
电力系统运行中，发生短路故障会产生很大的短路电流，是正常额定电流的好几倍甚至几十倍，这会对电力系统的正常运行产生巨大的影响。三段式电流保护是电力系统中最常规、最重要的线路保护的，它的整定计算是按电流阶段分段进行的，通常先从电流速断开始整定，后面各段根据配合前后段的配合关系进行整定，同时要校验相关的灵敏系数是否满足要求，如果不满足就要及时调整整定策略。[4，5]三段式电流保护的整定方法如下：
2.数据分析
（1）由表2可知，在AB线路上任何位置发生相间短路故障，都由保护I段或者保护II段切除故障，而且具有较小的动作时限，这说明保护I和保护II段相互配合能够保护线路的全长，能作为线路保护的主保护；在三相短路下，保护I段的保护范围至少达到线路全长的50%，而在AB两相短路下保护范围只达到30%，说明I段的保护范围受故障的类型影响比较大。
（2）由表3可知，BC线路上不论发生三相短路故障或是AB相间短路故障，在相同位置上，保护的动作逻辑是一样的，这说明在线路外发生的故障，保护动作的逻辑受故障类型的影响大大减少。
（3）由表2和表3可知，三段保护的动作时限分别为26.6ms、421.6ms、821.6ms，分别比对应的整定值高出20多毫秒。这是因为整定值是故障发生后保护接收到动作信号的时间，而实验记录的动作时限是故障发生到切除故障的总时间，这包括断路器的开断时间，从侧面也说明保护断路器的开断时间大约是20ms。
五、结论
由于三段式电流保护只是单一的以电流信号作为判断线路是否发生故障的依据，而短路电流受系统的运行方式和故障类型的影响比较大，其灵敏度往往比距离保护和基于突变量的保护要低，但由于三段式电流保护简单、可靠，投资较低，基本能满足保护线路全长的需要，所以三段式电流保护通常只用在低电压等级的电力网络中作为线路的主保护和后备保护。
参考文献：
[1]陈少华，陈卫，何瑞文，等.电力系统继电保护[M].北京：机械工程出版社，2009.
[2]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]袁淑荣，姜莉萍.论确保10kV供电系统正常运行应采取哪些措施[J].科技创新导报，2008，（11）：126.
[4]王彦军.电力线路三段式保护模拟实验装置设计[D].西安：西安科技大学，2013.
[5]周有庆，等.TQXBZ-III 多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统实验指导书[Z].
[6]李惜玉，谢创利.多功能继电保护及变电站自动化自动化系统教学应用[J].中国电力教育，2013，（6）：102-103.
[7]周有庆，邵霞，彭红海.多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统[J].大众用电，2004，（5）：23-24.
[8]莫仕勋，姜爱华，杨丽修.三段式电流保护仿真实验平台的分析与设计[J].实验室研究与探索，2010，（7）：54-57.
[9]李莉，胡兴龙，顾凌云，等.电网相间短路阶段式电流保护“三配合”分析及整定计算案例[J].电子测试，2013，（3）：232-234.
[10]金莉鑫.浅谈三段式电流保护整定[J].中国科技博览，2013，
（34）：383.
（责任编辑：孙晴）