前情提要： 定时限电流速断保护（电流Ⅲ段）整定计算 1、动作电流整定 2、动作时间整定 3、灵敏性校验 定时限电流速断保护（电流Ⅲ段）构成

保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。 t1 t2 △t t3 △t t n D + = max ) 1 (

特点：形状象一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。 由于保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关，称定时限过电流保护。

在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护1~4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。t4=1s

注意:动作时间既要与相邻线路配合，也要与其他相邻元件配合。 1s 1.5s t1=2.5s 2s

（5）单相式原理接线 构成： 与第Ⅱ段相同，只是电流继电器的定值与时间继电器定值不同。

小结： ①     第Ⅲ段的Iop比第Ⅰ、Ⅱ段的Iop小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高； ②     在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性； ③     保护范围是本线路和相邻下一线路全长； ④     电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或II+III），越接近电源，tⅢ越长，应设三段式保护。

思考：是不是所有的线路都要装设三段式电流保护？ 什么情况下过电流保护作为主保护？ 什么情况下可采用两段组成一套保护？

3.5 电流保护接线（教材P16） 为了能反映各种类型的相间短路故障，应合理选择保护的接线方式。 电流保护接线是指电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。 作为相间短路电流保护有三种基本接线方式。

一、三相三继完全星形接线 特点: 三相电流互感器二次绕组与三个电流继电器分别按相连接，三个继电器触点并联。

适用： 大接地电流系统单相接地短路和 各种相间短路保护． 缺点： 费用高且小接地电流系统不适用

特点:只有两相装设电流互感器，按相连接继电器, LJ的触点并联（或）. 二、两相两继电器接线 特点:只有两相装设电流互感器，按相连接继电器, LJ的触点并联（或）. （通常接A、C相） 可反映各种相间短路及B相除外的单相接地故障。

原因：中性点不接地系统，单相接地属于不正常运行，允许继续运行一段时间。 应用范围：中性点不接地系统。 原因：中性点不接地系统，单相接地属于不正常运行，允许继续运行一段时间。 作用：可提高供电可靠性。 要求：所有线路的电流互感器必须安装在同名相上。

两种接线方式比较： (1)、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。 KAB KABC

为什么？？？？ (2)、在小接地电流系统中，发生异地两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。 a.异地两点接地发生在相互串联的两条线路上： K1 K2 为什么？？？？

三相星形接线： 保护1和保护2之间有配合关系，100％切除后一线路。

两相星形接线： 2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）

b.异地两点接地发生在同一母线的两条并行线路上：希望先任意切除一条线路．

三相星形接线： 当线路I和线路II的过流保护动作时间相同时，保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。

两相星形接线： 两点接地时保护装置动作情况： （设两套保护动作时限相同） 2/3机会只切一条线路。

XL-2故障相别 A A B B C C XL-3故障相别 B C A C A B XL-2切除情况 XL-3切除情况 KA KB KC KA KB KC XL-2故障相别 A 　 A 　 B 　 B 　 C 　 C XL-3故障相别 B 　 C 　A 　C 　A 　 B XL-2切除情况 XL-3切除情况 停电线路数目 1 2 1 1 2 1

三、两相三继电器接线 特点：中性线上的电流继电器测量到B相电流。回路比不完全星形接线多接一只继电器。

因为变压器后两相短路，电源侧三相短路电流大小不相等，最大相是最小相的2倍。 　采用此接线的目的：为了提高Y，d变压器后发生两相短路的灵敏度。 因为变压器后两相短路，电源侧三相短路电流大小不相等，最大相是最小相的2倍。 　　若采用两相两继电器接线，有可能无法测量到最大相的电流，保护的灵敏度将受到影响。

过电流保护接于降压变压器的高压侧（Y侧）以作为低压侧（△侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有其不同的特点。 （a）采用三相星形接线时，则B相上继电器中的电流较其它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍 。 （b）采用两相星形接线时，使B相的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。 （c）采用两相电流差接线时，流入继电器的电流为零，保护不动作。因此，这种接线方式不能用来保护变压器。 返回

四．两相电流差接线 两相电流差接线反应各种相间短路时，保护装置一般不动作。在实际应用中很少作为配电线路的保护。这种接线主要用在 6 ~ 10kV 中性点不接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。

五. 各种接线方式的应用范围 (1)三相星形接线方式能反应各种类型的故障，用在中性点直接接地电网中，作为相间短路的保护，同时也可保护单相接地。 (2)两相星形接线方式较为经济简单，能反应各种类型的相间短路。主要应用在35千伏及以下电压等级的中性点直接接地电网和非直接接地电网中，广泛地采用它作为相间短路的保护。 （3）两相电流差接线方式接线简单，投资少，但是灵敏性较差，这种接线主要用在6~10千伏中性点不接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。

接线系数-----反映在不同短路类型下，流过继电器的电流与电流互感器二次侧短路电流之间的不同关系。 六、接线系数 接线系数-----反映在不同短路类型下，流过继电器的电流与电流互感器二次侧短路电流之间的不同关系。 正常运行及三相短路 AC两相 BC、AB两相 三相星形接线 1 两相星形接线 两相电流差接线 2

3.6 线路相间短路的三段式电流保护 三段式电流保护是由瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组成。

前情提要： 电流保护的接线方式 接线系数 三相星形接线 1 两相星形接线 两相电流差接线 2 三段式电流保护的构成 正常运行及三相短路 AC两相 BC、AB两相 三相星形接线 1 两相星形接线 两相电流差接线 2 三段式电流保护的构成

一、 三段式电流保护 的保护范围及时限特性 K2 t t t t M N O P Ⅲ Ⅲ I op 1 op 1 op 2 I op 1 I 一、 三段式电流保护 的保护范围及时限特性 K2 M N O P I op 1 Ⅲ op t 1 Ⅲ op t 2 I op t 1 I op t 2

相间短路三段式电流保护的逻辑框图 三段式电流保护常用于中、低压网络作为主保护和后备保护。

第4章 电网相间短路的方向电流保护 1、过电流保护的方向性 2、工作原理 3、功率方向继电器工作原理 4、功率方向继电器接线 第4章 电网相间短路的方向电流保护 1、过电流保护的方向性 2、工作原理 3、功率方向继电器工作原理 4、功率方向继电器接线 5、非故障相电流的影响与按相起动

教学 要求 通过学习要求掌握方向过电流保护的基本工作原理；功率方向继电器工作原理及动作区。功率方向继电器采用 接 线的目的，消除出口三相短路死区的方法。 是为了提高输电线路 供电可靠性。 采样双电源目的

4.1 过电流保护的方向性问题 双侧电源供电可以有效提高供电的可靠性，却给保护方式带来了新的问题，如图。此时线路两侧均要安装保护。 4.1 过电流保护的方向性问题 双侧电源供电可以有效提高供电的可靠性，却给保护方式带来了新的问题，如图。此时线路两侧均要安装保护。 当K1点短路,保护1、2动作，断开QF1和QF2，接在A、B、C、D母线上的用户，仍然由A侧电源和D侧电源分别供电，提高了对用户供电可靠性。 前面介绍的阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。

以瞬时电流速断保护1为例，保护的动作电流为： 阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。 1、瞬时电流速断保护的方向问题： 要满足选择性要求，保护动作电流要按A、B母线短路时流过保护安装处最大短路电流进行整定，若A母线短路电流大于B母线，与单侧电源线路相比，保护的整定值将被提高，灵敏度下降 以瞬时电流速断保护1为例，保护的动作电流为： 同一个保护对象，出现了两个不同的整定值要求，整定麻烦。

> I > I K1处短路，若 ，则保护3误动． K2处短路，若 ，则保护2误动 op K I 3 1 > Ⅰ K2处短路，若 ，则保护2误动 op K I 2 > Ⅰ 思考：要保证选择性，必然要求动作电流满足什么关系？

＞ ＞ 。 2、定时限过流保护： 当在K1点短路时，按选择性要求 当K2点短路时，要求 显然，这两个要求是相互矛盾。 对于定时限过电流保护而言，利用动作时间是无法满足要求的。

原因分析 造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是需要考虑“反向故障”。 反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起保护误动。

短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。 K1点短路时，按照选择性要求，应该是保护2动作，保护3不动作； K2点短路时，按照选择性要求，应该是保护3动作，保护2不动作。仔细观察电流方向，得出如下结论： 短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。

几个基本概念： 1、短路功率 指系统短路时某点电压和电流相乘所得到的感性功率。短路功率从电源流向短路点。 2、故障方向 指故障发生在保护安装处的哪一侧，通常有正向故障和反向故障之分，它实际上是根据短路功率的流向进行区分的。 正方向故障：从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障。 反方向故障：从保护安装处看出去，在“线路指向母线”方向上发生的故障。

当方向元件和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。 解决办法 利用方向元件与电流元件结合就构成了方向电流保护。 由于元件动作具有一定的方向性，可在反向故障时把保护闭锁。 正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组。 正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组，图中的保护可以分为两组：P1、P3、P5为一组，整定动作电流时考虑A侧电源提供的短路电流；P2、P4、P6为另一组，整定时考虑B侧电源提供的短路电流。 　当方向元件和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。

因此，保护3的动作时限不需要与保护2配合。同理，保护4和5动作时限也不需要配合。 当Ｋ1点短路时： (1)通过保护2的短路功率方向是从母线指向线路，符合规定的动作方向，保护2正确动作； (2)通过保护3的短路功率方向由线路指向母线，保护3不动作。 因此，保护3的动作时限不需要与保护2配合。同理，保护4和5动作时限也不需要配合。 保护4与保护2的方向相同，为保证选择性，保护4动作时间要与保护2进行配合。 按单侧电源线路过电流保护原则整定参数．

为了满足选择性要求，保护1、3、5动作时间需进行配合；保护2、4、6动作时间需进行配合。相同动作方向保护的动作时间仍按阶梯原则进行配合

二、方向过电流保护工作原理 在原有保护上增设一个功率方向判别元件, 反向故障时，闭锁保护。 规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。 其起动有两个条件： （1）电流超过整定值(动作电流) （2）功率方向符合规定的正方向

三、单相式方向过电流保护原理接线： 由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。

判别功率方向，当功率方向由母线流向线路时动作。 起动元件—电流继电器 它反应故障时电流增大而动作。 方向元件—功率方向继电器 判别功率方向，当功率方向由母线流向线路时动作。 时间元件—时间继电器 建立选择性所必需的时限t。 只有方向元件和电流元件均动作才能去起动 时间元件，再经预定的延时后动作于跳闸。

发生短路故障时，加入保护3的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。 四、功率方向继电器工作原理 电流规定方向：从母线流向线路为正方向。 电流本身无法判定方向，需要一个基准—母线电压。 发生短路故障时，加入保护3的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。

＜ 0 ＞0 arg I U f = k1处短路 （对保护３为正方向） k2处短路（对保护3为反方向） 180 arg + = I U f res I U f = · o 180 arg 2 + = · k res I U f ＜ 0 ＞0

2.功率方向继电器动作条件： ＞0 动作； ＜0时不动作。 利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。 实质是判断母线电压与电流之间相位角是否在

实质是判断加入继电器的电压与电流之间相位差是否在动作范围内． (1)最大灵敏角：在Ur、Ir幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角 。

(2)为了在最常见的短路情况下使ＧＪ动作最灵敏，采用Ｕr=UA ，Ir=IA 接线的ＧＪ应做成最大灵敏角 = 。 k f (3)为了保证正方向故障时，　　在　　　　　内变化时ＧＪ都能可靠动作，ＧＪ的动作范围为： k f o 90 ± sen f o 90 arg £ - · r j I e U sen f (4)动作方程：

4.动作方程： sen r I U f + £ - · o 90 arg

在实际应用中，为适应判别各种正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性，继电器中应该有可以调整的内角α，这时功率方向继电器的动作方程为： 用于相间短路的整流功率方向继电器提供了α=45º和α=30º两种内角，能够满足上述要求。

5.电压死区：

我们可以利用此电流或着此电流在电阻上的压降来构成记忆回路。最重要的是此记忆回路中的电流和原来电压的方向是相同的，所以才能进行正确的方向判断. 增加记忆回路 电压变换器一次绕组等效电感、电阻与电容C1串联后，构成在工频下谐振电路，如图示。 当工作电压突然由正常降低为0时，进继电器的此回路中的电流并不立刻消失，而是按50HZ的工频振荡,经过几个周期的振荡才逐渐衰减到0，这就给保护提供了时间。 我们可以利用此电流或着此电流在电阻上的压降来构成记忆回路。最重要的是此记忆回路中的电流和原来电压的方向是相同的，所以才能进行正确的方向判断. 采用90º接线方式

前情提要： 为什么要引入方向电流保护？ 方向电流保护的组成 功率方向继电器

4.3 功率方向继电器接线 接近 功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器、电压互感器的二次绕组之间的连接方式，应满足以下要求： 4.3 功率方向继电器接线 功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器、电压互感器的二次绕组之间的连接方式，应满足以下要求： （1）必须保证功率方向继电器具有良好的方向性。即正向发生任何类型的故障都能动作，而反向故障时则不动作。 接近 （2）尽量使功率方向继电器在正向故障时具有较高的灵敏度，

方向元件的接线方式主要要求相间短路是有良好的方向性和很高的灵敏度，故相间短路的方向元件一般采用90º接线方式。 所谓90º接线方式，是指系统三相对称且cosφ=1时，接入方向元件的电流超前所加电压90º的接线。

功率方向继电器的90度接线：

4.4 非故障相电流的影响及按相启动接线 1．非故障相电流的影响 不对称故障时非故障相仍有的电流，称为非故障相电流。 4.4 非故障相电流的影响及按相启动接线 1．非故障相电流的影响 不对称故障时非故障相仍有的电流，称为非故障相电流。 小电流接地系统中非故障相电流为负荷电流。大电流接地系统中还应考虑接地故障时由于零序电流分布系数与正负序电流分布系数不同造成的非故障电流。

2．非按相启动 电流继电器触点与功率方向继电器触点之间的接线时必须考虑非故障相电流的影响。 非按相起动接线（上左图）只要由任意一个电流继电器和任意一相的功率方向继电器动作，触点回路就能导通。当出现反相故障时，保护有误动的可能。 如上图所示：保护反向发生BC相短路时，A相功率方向继电器流过非故障电流，A相功率方向继电器流过非故障电流，动作与否取决于故障前潮流的方向，不反应于故障方向 。

按相启动接线是指某一相电流的方向元件的接点与该相的电流元件的接点串联。 若按相起动，当保护反向发生BC相短路时，A相功率方向继电器流过非故障电流，方向依然从母线流向线路，所以KWA动作。但是，因为A相电流继电器按躲过非故障相电流整定，KAA不动作。这样，保护就不会误动，即避免了方向元件受非故障相电流的影响。所以方向电流保护必须采用按相起动接线。

4.5 方向电流保护的整定计算 方向电流保护的整定计算有两个方面的内容： 一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验； 4.5 方向电流保护的整定计算 方向电流保护的整定计算有两个方面的内容： 一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验； 二是是否需要装设（投入）方向元件。 对于其中电流部分的整定，其原则与前述的三段式电流保护整定原则基本相同。不同的是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻的同方向保护的定值进行配合。 在两端供电或单电源环网中，I段、II段电流部分的整定计算可按照一般的不带方向的电流I段、II段整定计算原则进行。III段整定时则与一般不带方向的电流III段有所不同。

无方向元件： max 2 1 k2 I rel op K = 对保护1： 对保护2： 有方向元件：动作电流大的不加方向元件， 小者需加装。

仍然与相邻线路的Ⅰ段相配合。但须考虑助增或外汲的影响。

1．方向过电流保护的整定 （1）动作电流 方向过电流保护的动作电流按以下三个条件整定： ① 躲过最大负荷电流。为防止保护装置在正常负荷电流下和外部短路切除后因电动机的自起动而误作，而按躲过最大负荷电流 即 ② 躲过非故障相电流。在中性点直接接地系统中，当相邻线路上发生不对称短路时，在非故障相中仍有电流通过，这个电流为非故障相电流。 方向过电流保护的动作电流要躲过非故障相电流，即 在中性不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统中，非故障相电流就是负荷电流，可不必考虑非故障相电流。

方向电流保护III段的动作时间按照同方向阶梯特性整定，即前一段线路保护的保护动作时间比同方向后一段线路保护的动作时间长。 （2）动作时限 （3）保护的灵敏度配合 方向过电流保护常用作下一相邻线路的后备保护，所以各相邻保护的灵敏度应加以配合，以保证动作的选择性。这就是使上一段线路保护的动作电流大于下一段线路保护装置的动作电流。也就是沿着同一动作方向的保护装置，其动作电流应该距离电源最远处开始逐渐增大。

思考： 是不是所有的保护都需要加设方向元件？ ⑴ 电流速断保护来讲，若从整定值上躲开了反方向的短路，这时可以不用方向元件。 （2）若靠延时能保证动作的选择性时，就不需装设方向元件。

2．方向元件的装设 与电流保护相比，方向电流保护会增加投资，所以力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）。 装设方向元件的原则： （1）、段动作电流大于其反方向母线短路时的电流，不需要装设方向元件；Ⅱ段动作电流大于其同一母线反方向保护的Ⅱ段动作电流时，不需要装设方向元件； （2）、对过流保护，同一母线两侧，动作时限短且相等须装方向元件。同一母线两侧，动作时限长者不须装方向元件。

相继动作区：能产生相继动作的线路长度。 优点：可提高保护装置的灵敏系数。 缺点：加长故障切除时间。 3．保护装置的相继动作 相继动作：同一条线路两侧保护按先后顺序动作。图中，保护2只要在保护1动作断开1QF后，才会有很大的短路电流流过保护2、3、4、5、6，保护2才会起动，才会跳闸。保护的这种动作称为相继动作。 相继动作区：能产生相继动作的线路长度。 优点：可提高保护装置的灵敏系数。 缺点：加长故障切除时间。