下载文档原格式
输电线路相间短路的三段式电流保护第⼀章输电线路相间短路的三段式电流保护第⼀节瞬时电流速断保护⼀、短路电流的分析计算瞬时电流速断保护（⼜称第I 段电流保护）它是反映电流升⾼，不带时限动作的⼀种电流保护。
1．短路电流计算在单侧电源辐射形电⽹各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。
当系统电源电势⼀定，线路上任⼀点发⽣短路故障时，短路电流的⼤⼩与短路点⾄电源之间的电抗忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为：lX X E I S S k 1)3(+= lX X E I S S k 1)2(23+= 2、运⾏⽅式与短路电流的关系当系统运⾏⽅式改变或故障类型变化时，即使是同⼀点短路，短路电流的⼤⼩也会发⽣变化。
在继电保护装置的整定计算中，⼀般考虑两种极端的运⾏⽅式，即最⼤运⾏⽅式和最⼩运⾏⽅式。
（1）最⼤运⾏⽅式——流过保护安装处的短路电流最⼤时的运⾏⽅式称为最⼤运⾏⽅式，此时系统的阻抗Xs 为最⼩；（2）最⼩运⾏⽅式——当流过保护安装处的短路电流最⼩的运⾏⽅式称为系统最⼩运⾏⽅式，此时系统阻抗Xs 最⼤。
图3－ 1中曲线1表⽰最⼤运⾏⽅式下三相短路电流随J 的变化曲线。
曲线2表⽰最⼩运⾏⽅式下两相短路电流随J 的变化曲线。
⼆、动作电流的整定计算1、动作电流假定在线路L1和线路L2上分别装设瞬时电流速断保护。
根据选择性的要求，瞬时电流速断保护的动作范围不能超出被保护线路，故保护1瞬时电流速断保护的动作电流可按⼤于本线路末端短路时流过保护安装处的最⼤短路电流来整定，即max .1kB rel I op I I K I =1op I I ——保护装置1瞬时电流速断保护的动作电流，⼜称⼀次动作电流rel I K ——可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和⾮周期分量的影响等⽽引⼈的⼤于1的系数，⼀般取1．2～1．3；I k1.max ——被保护线路末端B 母线上三相短路时流过保护安装处的最⼤短路电流，⼀般取次暂态短路电流周期分量的有效值.2、保护范围分析在图1中，以动作电流画⼀平⾏于横坐标的直线3，其与曲线1和曲线2分别相交于M 和N 两点，在交点到保护安装处的⼀段线路上发⽣短路故障时，I k >I I op1保护1会动作。
第一章概述一、名词解释1、继电器：继电器是当达到整定值时，将突然改变输出状态的一种自动器件。
2、继电保护装置：是由一个或若干个继电器连接而成，以实现某个（些）继电保护功能的装置。
3、选择性：是指首先由故障设备的保护切除故障，系统中非故障部分仍继续运行，以尽量缩小停电范围。
当其保护或断路器拒动时，才由相邻设备的保护或断路器失灵保护切除故障。
4、速动性：是指保护装置应能尽快切除短路故障。
5、灵敏性：是指在设备的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置具有的反应能力。
6、可靠性：是指保护装置该动作时应动作，不该动作时别动作。
二、填空题1、故障发生后对电力系统将造成的后果有：（烧坏故障设备）、（影响用户正常工作和产品质量）、（破坏电力系统稳定运行）。
2、电气设备运行超过额定电流时将引起：（过热）、（加速绝缘老化）、（降低寿命）、（引起短路）等。
3、继电保护的基本任务是（当电力系统故障时，能自动、快速、有选择地切除故障设备，使非故障设备免受损坏，保证系统其余部分继续运行）；（当发生异常情况时，能自动、快速、有选择地发出信号，由运行人员进行处理或切除继续运行会引起故障的设备）。
4、继电器是（当输入量达到整定值时将改变输出状态）的一种自动器件。
继电保护装置由（一个或若干个继电器相连接）组成，一般分（测量）、（逻辑）、（执行）部分。
5、缩短故障切除时间就必须（缩短保护动作时间）和（减小断路器的跳闸时间）。
三、问答题1、电力系统常见的故障、异常工作情况和事故是指什么？它们之间有何不同？又有何联系？答：最常见的故障指各种类型的短路，包括单相接地、两相短路、两相接地短路、三相短路和发电机、变压器绕组的匝间短路等。
此外，还有输电线路，以及短路与断线组合的复故障等。
不正常情况指电气设备或线路正常工作遭到破坏，如过负荷、过电压、电力系统振荡、频率降低等，但未形成故障。
事故指人员伤亡、设备损坏、电能质量下降超过允许值和停电等。
![继电保护讲解第二章-电流保护[1]](https://uimg.taocdn.com/b8431b5ea8114431b90dd891.webp)
第二章：输电线路的相间短路的电流保护GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～63kV线路的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置：(1) 相间短路。
(2) 单相接地。
(3) 过负荷。
1. 3~10kV 线路装设相间短路保护装置的配置原则(1) 在3~10kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求：1) 由电流继电器构成的保护装置,应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在相同的两相上。
2) 后备保护应采用远后备方式。
3) 当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户电压低于额定电压的60%时,以及线路导线截面过小，不允许带时限切除短路时，应快速切除故障。
4) 当过电流保护的时限不大于0.5~0.7s时，且没有第3)款所列的情况，或没有配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。
(2) 在3~10kV 线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：1) 单侧电源线路。
可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护。
可采用定时限或反时限特性的继电器。
对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应由母线保护或其他保护切除电抗器前的故障。
保护装置仅在线路的电源侧装设。
2) 双侧电源线路。
可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。
对1~2km双侧电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。
3) 并列运行的平行线路。
宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。
4) 环形网络中的线路。
为简化保护，可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的办法，对不宜解列的线路，可参照对并列平行线路的办法。
2.35~63kV线路相间短路保护装置配置原则(1) 35~63kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求l) 对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主保护并应以带时限过电流保护作后备保护。
项目五：电网相间短路的方向电流保护任务1方向电流保护的工作原理一、方向电流保护的工作原理1.电流保护用于双电源线路时的问题为了提高电力系统供电可靠性，大量采用两侧供电的辐射形电网或环形电网，如图 l所示。
在双电源线路上，为切除故障元件，应在线路两侧装设断路器和保护装置。
线路发生故障时线路两侧的保护均应动作，跳开两侧的断路器，这样才能切除故障线路，保证非故障设备继续运行。
在这种电网中，如果还采用一般过电流保护作为相间短路保护时，主保护灵敏度可能下降，后备保护无法满足选择性要求。
图 1 双侧电源供电网络示意图（1）Ⅰ、Ⅱ段灵敏度可能下降以保护P3Ⅰ段为例，整定电流应躲过本线路末端短路时的最大短路电流，关键是除了躲过P母线处短路时A侧电源提供的短路电流，还必须躲过N母线短路时B侧电源提供的短路电流，见图 2。
当两侧电源相差较大且B侧电源强于A侧电源时，可能使整定电流增大，缩短Ⅰ段保护的保护区，严重时可以导致Ⅰ段保护丧失保护区。
整定电流保护Ⅱ段时也有类似的问题，除了与保护P5的Ⅰ段配合，还必须与保护P2的Ⅰ段配合，可能导致灵敏度下降。
M N P图 2 保护P3主保护整定示意图（2）无法保证Ⅲ段动作选择性Ⅲ段动作时限采用“阶梯特性”，距电源最远处为起点，动作时限最短。
现在有两个电源，无法确定动作时限起点。
图 3中保护P2、P3的Ⅲ段动作时限分别为t2、 t3，当k1故障时，保护P2、P3的电流Ⅲ段同时启动，按选择性要求应该保护P3动作，即要求t3<t2；而k2故障时，又希望保护P2动作，即要求t3>t2，显然无法同时满足两种情况下后备保护的选择性。
MNk1故障时流过保护P3的短路电流图 3保护P3后备保护整定示意图2．方向性保护的概念我们再深入分析一下，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”。
以图4中保护P3为例，阴影中发生故障时B 侧电源提供的短路电流流过保护P3，而如果仅存在电源A，阴影部分发生故障时则没有短路电流流过保护P3，不需要考虑。
第一章 输电线路相间短路的三段式电流保护第一节 瞬时电流速断保护一、 短路电流的分析计算瞬时电流速断保护（又称第I 段电流保护）它是反映电流升高，不带时限动作的一种电流保护。
1．短路电流计算在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。
当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为：lX X E I S S k 1)3(+= lX X E I S S k 1)2(23+= 2、运行方式与短路电流的关系当系统运行方式改变或故障类型变化时，即使是同一点短路，短路电流的大小也会发生变化。
在继电保护装置的整定计算中，一般考虑两种极端的运行方式，即最大运行方式和最小运行方式。
（1）最大运行方式——流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为最大运行方式，此时系统的阻抗Xs 为最小；（2）最小运行方式——当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Xs 最大。
图3－ 1中曲线1表示最大运行方式下三相短路电流随J 的变化曲线。
曲线2表示最小运行方式下两相短路电流随J 的变化曲线。
二、动作电流的整定计算1、动作电流假定在线路L1和线路L2上分别装设瞬时电流速断保护。
根据选择性的要求，瞬时电流速断保护的动作范围不能超出被保护线路，故保护1瞬时电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即max .1kB rel I op I I K I =1op I I ——保护装置1瞬时电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流rel I K ——可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引人的大于1的系数，一般取1．2～1．3；I k1.max ——被保护线路末端B 母线上三相短路时流过保护安装处的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值.2、保护范围分析在图1中，以动作电流画一平行于横坐标的直线3，其与曲线1和曲线2分别相交于M 和N 两点，在交点到保护安装处的一段线路上发生短路故障时，I k >I I op1保护1会动作。
第二章：输电线路的相间短路的电流保护GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～63kV线路的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置：(1) 相间短路。
(2) 单相接地。
(3) 过负荷。
1. 3~10kV 线路装设相间短路保护装置的配置原则(1) 在3~10kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求：1) 由电流继电器构成的保护装置,应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在相同的两相上。
2) 后备保护应采用远后备方式。
3) 当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户电压低于额定电压的60%时,以及线路导线截面过小，不允许带时限切除短路时，应快速切除故障。
4) 当过电流保护的时限不大于~ 时，且没有第3)款所列的情况，或没有配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。
(2) 在3~10kV 线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：1) 单侧电源线路。
可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护。
可采用定时限或反时限特性的继电器。
对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应由母线保护或其他保护切除电抗器前的故障。
保护装置仅在线路的电源侧装设。
2) 双侧电源线路。
可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。
对1~2km双侧电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。
3) 并列运行的平行线路。
宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。
4) 环形网络中的线路。
为简化保护，可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的办法，对不宜解列的线路，可参照对并列平行线路的办法。
~63kV线路相间短路保护装置配置原则(1) 35~63kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求l) 对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主保护并应以带时限过电流保护作后备保护。
当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压或重要用户母线电压低于额定电压的60% 时，应能快速切除故障。
2) 双侧电源线路。
可装设带方向或不带方向的电流保护。
当采用电流、电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性时，可采用距离保护装置。
双侧电源或环形网络中，不超过3～4km 的短线路，当采用电流电压保护不能满足要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并应以带方向或不带方向的电流电压保护作保护。
3) 并列运行的平行线路。
可装设横联差动保护作主保护，并应以接于两回线电流之和的阶段式保护或距离保护作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。
第一节 电流保护概述一、保护装置的起动电流保护装置中的继电器都具有继电特性。
继电特性就是指当输入量（如通过的电流）变化到某一数值时，其触点的状态发生突变（反应在节点的输出），继电器具有明确而快速的动作特性，即继电特性，如图2-2所示。
保护装置中使保护动作的最小电流叫保护的动作电流，用I act 表示；使保护返回的最大电流叫返回电流，用I re 表示；返回电流与动作电流的比值叫返回系数，用K re 表示。
actrere I I K =二、电力系统的运行方式在电源电动势一定的情况下，线路上任一点发生短路时，短路电流的大小与短路点至电源之间的总电抗及短路类型有关，三相短路电流大小可按下式计算Ks sK l X X E I 1)3(+=（2-1）式中 E s ——系统等效电源的相电动势；X s ——归算至保护安装处至电源的等效电抗； X 1——线路单位长度的正序电抗；k l ——短路点至保护安装处的距离。
所谓最大运行方式是指：归算到保护安装处系统的等值阻抗最小，即X s ＝X s 。
min ，通过保护的短路电流最大的运行方式；最小运行方式是指：归算到保护安装处的系统等值阻抗最大，即X s ＝X s 。
max ，通过保护的短路电流最B CA123kk 2k 112NMl k3I kI set.1I set.2I k.C.maxL 2L 1E s X s图2-2 继电特性小的运行方式。
最大和最小运行方式的选取，对不同安装地点的保护，应视网络的实际情况而定。
同一运行方式下，同一故障点的)3()2(23K K I I 。
第二节 无时限电流速断保护一、无时限电流速断保护无时限电流速断保护（又叫瞬时电流速断保护简称为电流速断保护），当电力系统的相间短路故障发生在靠近电源侧时，非常大的短路电流不仅对系统电力设备构成很大的损坏，还可能危及电力系统的安全，甚至造成电网的崩溃，这就要求能快速的切除故障来维护电网的安全。
无时限电流速断保护的是反应电流的增大而瞬时动作的一种保护。
它广泛地应用于输电线路及电气设备保护中。
二、无时限电流速断保护动作电流的整定根据继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定性和保证重要用户供电的可靠性。
在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上保护动作越快越好。
为了保护选择性，无时限电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作电流应大于本线路末端的最大短路电流。
即.1I set I > (3)..max k B I或 .1I set I =Irel K (3)..max k B I （2-5）式中 .1Iset I ——为保护装置1的整定电流，线路中的一次电流达到保护装置整定电流时保护起动；I rel K ——为可靠系数，考虑到继电器的误差、短路电流计算误差和非周期量影响等，取～；(3)..max k B I ——为最大运行方式下，被保护线路末端变电所B 母线上三相短路时的短路电流，一般，取短路最初瞬间，即t ＝0时的短路电流周期分量有效值。
无时限电流速断保护是靠动作电流获得选择性。
即使本线路以外发生短路故障也能保证选择性。
三、动作特性分析.1I set I 一经整图2-4 无时限电流速断保护动作特性定不再改变，与线路短路点的位置无关，图2-4中.1Iset I 可用直线3表示。
它与曲线1、2分别交a 、b 两点，在交点a 、b 之前对应的线路上短路时，由于短路电流大于.1Iset I ，保护1能动作；当故障点发生到a 、b 两交点之后对应的线路上时，其短路电流将小于整定电流，保护1不动作。
所以，从线路首端至a 点之间的范围为最大运行方式下的保护区l max ，也叫最大保护区；从线路首端至b 点之间的范围是最小运行方式下保护区l min ，即最小保护区。
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。
它的缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。
当电力系统的运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。
例如：1. 如图2-5所示，当系统运行方式变化很大的情况，保护1电流速断按最大远行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围；2. 如图2-6所示，当被保护线路长短不同的情况，线路较长时，其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡，保护范围比较大，如图2-6(a)所示。
而当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数以后。
其保护范围将很小甚至等于零，如图2-6(b)所示。
在个别情况下，电流速断保护也可以保护线路的全长。
如图2-7所示，当电网的终端采用线路—变压器组的接线方式时，由于线路和变压器可以看成是—个元件，这样电流速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K l 点的短路来整定，由于变压器的阻抗一般较大，所以K 1点的短路电流就大为减小，这样整定之后，电流速断就可以保护线路Ａ-Ｂ的全长，并能保护变压器的一部分。
需要说明的是电流速断保护的选择性在此处没有得到满足，即保护失去选择性，为了减少停电范围，应与自动重合闸进行配合。
当变压器故障时，线路首端的速断保护动作跳开断路器，变压器速断保护也动作跳变压器，而线路首端的自动重合闸将线路断路器重合，恢复线路供电。
四、灵敏度校验无时限电流速断保护的灵敏度通常是用保护范围的大小来衡量，保护范围越大，说明保护越灵敏。
图2-3所示，在不同的运行方式下，保护范围可能变化很大，所以无时限电流速断保护的灵敏度用最大保护范围和最小保护范围来衡量。
根据式（2-1），可求得最大运行方式下的最大保护范围max .min 11()ss I setE l X X I =- （2-6） 式中：Iset I ——动作电流。
由于两相短路电流为三相短路电流的32倍，因此可求得最小运行方式下的两相短路的最小保护范围图2-7 线路—变压器组的电流速断保护min .max 113()2s s I setEl X X I =⨯- （2-7） 规程规定：最小保护范围不小于被保护线路全长的15％；最大范围大于被保护线路全长50％，否则保护将不被采用。
第三节 限时电流速断保护一、限时电流速断保护的作用无时限电流速断保护的保护范围只是线路的一部分，为了保护线路的其余部分，又能较快的切除故障，往往需要再装设一套具有延时的电流速断保护(又称延时电流速断保护)。
限时电流速断保护就是在速断保护的基础上加一定的延时构成的。
如图2-8所示，本线路末端K 1点短路与相邻线路首端K 2点短路时，其短路电流基本相同。
为了保护线路全长，本线路限时电流速保护的保护范围必须延伸到相邻线路内。
考虑到选择性，限时电流速断保护的动作时限和动作电流都必须与相邻元件无时限速断保护相配合。
二、动作时限的整定在图2-9所示的电路中，如果线路L 2和变压器B 1都装有无时限电流速断保护，那么，线路L l 上的限时电流速断保护的动作时限t A II ，应该选择得比无时限电流速断保护的动作时限(约大⊿t ，即t A II =t B I +⊿t （2-8）而它的保护范围允许延伸到L 2和B 1的无时限电流速断保护的保护范围内。
因为在这段范围内发生短路时，L 2和B 1的无时限电流速断保护立即动作于跳闸。
在跳闸前，L 1的限时电流速断保护虽然会起动，但由于它的动作时限比无时限电流速断保护大⊿t ，所以它不会无选择性动作于L 1的断路器跳闸。
三、动作电流的整定如果限时电流速断保护的保护范围末端与相邻元件的无时限电流速断保护的范围末端在同一地点，那么两者的动作电流(Ｉ与 Ｉ是相等的。
但考虑到电流互感器和电流继电器误差等因素的影响，L 1线路的限时电流速断保护的保护范围应B C A 123k 2k 1L 2L 1E s X s 图2-8 限时电流速断保护缩小一些，也就是Ｉ应大于Ｉ，即Ｉ=K rel II Ｉ （2-9）式中 K rel II ——可靠系数，考虑保护带有延时，短路电流中的非周期分量已衰减，可以选得小些，通常取～。
