电流速断和限时速断保护原理(含图)

三段式电流保护工作原理、整定计算什么是三段式电流保护三段式电流保护指的是电流速断保护（第一段）、限时电流速断保护（第二段）、定时限过电流保护（第三段）相互配合构成的一套保护、下面我们就来详细介绍一下三段时电流保护的工作原理和整定计算方法。

一、电流速断保护（第I段）简单网络接线示意图对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

为优先保证继电保护动作的选择性，就要在保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动，这在继电保护技术中，又称为按躲过下一条线路出口处短路的条件整定。

以上图1所示的网络接线为例，假定每条线路上均装有电流速断保护，对于安装在A母线处的保护1来讲，其起动电流必须整定得大于d2点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下B母线上三相短路时的电流，即：当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在A母线处的保护1就能起动，最后动作于跳断路器1对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流必须整定得大于d4点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下C母线上三相短路时的电流，即：当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在B母线处的保护2就能起动，最后动作于跳断路器2。

后面几段线路的电流速断保护整定原则同上。

电流速断保护的主要优点是：简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。

但由于引入的可靠系数，所以不难看出，电流速断保护的缺点是：不能保护本线路的全长，且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。

运行实践证明，电流速断保护的保护范围大概是本线路的85%~90%。

二、限时电流速断保护（第II段）1、工作原理及整定计算的基本原则由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此我们考虑增加一段新的保护，用来切除速断范围以外的故障，保护本线路的全长，同时也能作为电流速断保护的后备保护。

由于要求它必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处（如图1中，对于保护1来说，d2点处）发生短路时，它就要起动，在这种情况下，为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限，但又为了使这一时限尽量缩短，我们就考虑使它的保护范围不超过下一条线路速断保护（如图1中的保护2）的保护范围，而动作时限则比下一条线路速断保护高出一个时间阶段，即如图2（a）所示，由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以我们称它为限时电流速断保护。

限时电流速断保护1．限时电流速断保护的工作原理瞬时电流速断保护的保护范围不能达到线路的全长，在本线路末端附近发生短路时不会动作，因此需要增设另一套保护，用于反应本线路瞬时电流速断保护范围以外的故障，同时作为瞬时电流速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。

对限时电流速断保护的要求是，其保护范围在任何情况下必须包括本线路的全长，并具有规定的灵敏度；同时，在保证选择性的前提下，动作时间最短。

如图3-4所示，说明限时电流速断保护的工作原理。

以线路Ll 的保护1为例，限时电流速断保护的保护范围需包括本线路Ll 的全长，则必然延伸到相邻线路L2，但不应超出保护2的瞬时电流速断保护的保护范围，即II act I 1.>I act I 2.，显然，保护1的限时电流速断保护的保护范围，与保护2的瞬时电流速断保护的保护范围出现重叠区。

为了保证保护的选择性，即在线路L2始端短路时，仍然由保护2动作使断路器QF2跳闸，保护1的限时电流速断保护必须增加动作延时，即II act t 1.>I act t 2.。

2、整定计算（1）动作电流。

线路L1的限时电流速断保护动作电流的整定原则为：与相邻线路瞬时电流速断保护配合，计算如下：I act II rel II act I K I 2.1.= (3-5)式中II act I 1.——线路L1的限时电流速断保护的一次动作电流； II rel K ——限时电流速断保护的可靠系数，考虑短路电流的计算误差、测量误差等因素对保护的影响，一般取II rel K =1.1~1.2； I act I 2.——相邻线路L2瞬时电流速断保护的一次动作电流。

按照式（3-5）计算出保护1的限时电流速断保护的动作电流、保护2的瞬时电流速断保护的动作电流，关系如图3-4所示。

（2）动作时间。

线路L1的限时电流速断保护动作时间，应与线路L2的瞬时电流速断保护动作时间配合，整定如下：tt t I act II act ∆+=2.1. （3-6） 式中 II act t 1.——线路L1的限时电流速沁保护的动作时间；I act t 2.——线路L2的瞬时电流速断保护的动作时间；t ∆——时限级差。

三段式电流保护整定的计算方法什么是三段式电流保护？三段式电流保护指的是电流速断保护（第一段）、限时电流速断保护（第二段）、定时限过电流保护（第三段），相互配合构成的一套保护、下面我们就来详细介绍一下三段时电流保护的工作原理和整定计算方法。

一、电流速断保护（第I段）简单网络接线示意图对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

为优先保证继电保护动作的选择性，就要在保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动，这在继电保护技术中，又称为按躲过下一条线路出口处短路的条件整定。

以上图1所示的网络接线为例，假定每条线路上均装有电流速断保护，对于安装在A母线处的保护1来讲，其起动电流当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在A 母线处的保护1就能起动，最后动作于跳断路器1对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流必须整定得大于d4点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下C母线上三相短路时的电流，即：当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在A 母线处的保护1就能起动，最后动作于跳断路器1对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流必须整定得大于d4点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下C母线上三相短路时的电流，即：当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在B 母线处的保护2就能起动，最后动作于跳断路器2。

后面几段线路的电流速断保护整定原则同上。

电流速断保护的主要优点是：简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。

但由于引入的可靠系数，所以不难看出，电流速断保护的缺点是：不能保护本线路的全长，且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。

运行实践证明，电流速断保护的保护范围大概是本线路的85%~90%。

二、限时电流速断保护（第II段）1、工作原理及整定计算的基本原则由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此我们考虑增加一段新的保护，用来切除速断范围以外的故障，保护本线路的全长，同时也能作为电流速断保护的后备保护。

三段式电流保护电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成 一整套保护，称做三段式电流保护。

三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。

其中速 断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最 大负荷电流来整定的。

一.无时限电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上力求装设快速动作的保护。

无时限电流速断保护（又称Ⅰ段电流保护）就是这样的保护，它是反应电流升高而不带时限动作的一种电流保护。

其工作原理可用图3-1所示单侧电源线路的无时限电流保护为例来说明。

图3-1 单侧电源线路无时限电流保护作用原理当线路上发生三相短路时，流过保护1的短路电流为KM M M K Z Z E Z E I +==∑)3( （3—1） 式中M E ——系统等效电源的相电动势；M Z ——系统等效电源到保护安装处之间的正序阻抗；K Z ——保护安装处至短路点之间的正序阻抗。

由式（3-1）可见，当系统运行方式一定时，M E 和M Z 是常数，则流过保护的三相短路电流，是短路点至保护安装处间距离L 的函数。

短路点距电源越远流过保护的三相短路电流越小。

图3-1中曲线1表示，系统在最大运行方式下三相短路时，流过保护的最大三相短路电流)3(K I 随L 的变化曲线。

曲线2，是系统在最小运行方式下两相短路时，流过保护的最小两相短路电流)2(K I 随L 的变化曲线。

对于反应电流升高而动作的电流保护装置而言，能使保护装置起动的最小电流称为保护装置的动作电流，以oper I 表示。

当流过保护装置的电流达到这个值时，保护装置就能起动。

显然，仅当通过被保护线路的电流k I ≥oper I 时，保护装置才会起动。

在图3-1中，以M 处保护为例，当本线路（L MN ）末端发生短路故障时，希望M 处无时限电流速断保护能瞬时动作切除故障，而当相邻线路首端（或称出口处）发生短路故障时，按照选择性要求，M 处保护不应动作，应由N 处保护动作切除故障。

1．瞬时电流速断保护（简称：速断保护，又称：电流I段）只能保护本线路的首端部分；规程规定：最小保护范围不应小于线路全长的15％—20％；速断保护就是依靠采取保护装置一次侧动作电流大于保护范围外短路时的最大短路电流而获得选择性的一种电流保护。

（见图一）2．带时限电流速断保护（简称：限时速断保护，又称：电流II段）能保护线路全长，但下一条线路某些地方短路时不能起后备保护作用；限时速断保护其动作电流是按与相邻线路电流速断的动作电流相配合来选择的，因此称为限时速断保护。

3．定时限过流保护（简称：过流保护，又称：电流III段）虽然能保护本线路和下一条线路全长，但动作时间比较长。

过电流保护就是反应被保护设备电流值增大且当其超过某一设定值而动作的保护。

说明：1．为了保证对全线路实现迅速、可靠和有选择性的保护，可以将上述三种保护组合在一起构成三段式电流保护(见图二)。

三段式电流保护广泛用于35KV及以下电网中作为相间短路的保护。

2．本条线路保护选择：速断＋限时速断（或过流）即可保护其全长。

定值整定原则：1．速断：取“被保护线路末端短路时的最大短路电流”的（1.2－1.3）倍。

2．限时速断：取下一线路速断动作值的1.15－1.25倍，延时时间为：下一线路速断固有的动作时间再加上Δt。

3．过流：Idz＝Kk×Ifh.max/Kf其中：Kk可靠系数，取1.15－1.25；Kf：返回系数。

Ifh.max为最大负荷电流；在确定最大负荷时，一定要考虑变压器的启动电流（电动机在启动时间内过流保护是闭锁的，所以不考虑电动机的）。

过流整定时间必须按阶梯原则选择，两个相邻保护的动作时限应相差一个时间阶段Δt。

Δt的大小于断路器的跳闸时间有关，在考虑一定裕度后，一般选0.5－0.6s。

三段式电流的方向保护对于由多种电源组成的复杂网络，简单的三段式电流保护按照上述的延时特性就不能满足系统运行的要求，如（图三）所示的双侧电源网络：插图三如果在D1点发生短路时应由保护1、2动作，因此要求2比3保护先动作，即要求t2。

电流速断保护当输电线路发生严重故障时，将会产生很大的故障电流，故障点距离电源愈近，短路电流就愈大。

电流速断保护就是反应电流升高而不带时限动作的一种电流保护，但电流速断保护不能保护线路的全长。

根据继电保护速动性的要求，电流速断保护的动作时限为瞬时动作，任一相电流大于整定值，保护就会跳闸并发信号。

其动作方程为：Id≥I1式中，Id为短路电流，I1速断保护定值。

电流速断保护原理逻辑图如下：图5-1 电流速断保护原理逻辑图HL-9661的电流速断保护具有方向闭锁的功能，可通过控制字（速断方向）进行投退选择。

方向元件闭锁是根据判断功率方向来决定的，只有当短路功率方向是由母线到线路时保护才动作，反之不动作。

5.1.2 电流限时速断保护由于电流速断保护（无时限）不能保护线路全长，因此需要增加带时限的电流速断保护，用以保护线路的其余部分的故障，并作为电流速断保护的后备保护。

其保护范围不仅包括线路全长，而且深入到相邻线路的无时限保护区一部分。

电流限时速断保护的动作时限应与电流速断保护相配合。

当任一相电流大于整定值并超过整定延时，保护跳闸并发信号，点亮面板指示灯D5，其动作方程为：Id≥I2t≥t_I2式中，Id为短路电流，I2为电流限时速断保护定值；t为短路电流大于电流限时速断保护定值的时间；t_I2为电流限时速断保护的整定延时。

电流限时速断保护原理逻辑图如下：图5-2 电流限时速断保护原理逻辑图HL-9661的电流限时速断保护具有方向闭锁的功能，可通过控制字（限时速断方向）的投退来选择。

方向闭锁是根据判断功率方向来决定是否闭锁，只有当短路功率方向是由母线到线路时保护才动作，反之不动作。