第三章电网相间短路电流电压保护
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继电保护原理与整定计算
A、有时限的电流保护
一、工作原理
图6-17 单侧电源辐射线路过流保护 a——单侧电源辐射线路；b——过流保护的时限配合
单侧电源辐射线路过流保护
每一套保护装置除保护本线段内的相间短路外，还要对 下一段线路起后备保护作用（称为远后备）。
在线路的远端（如图中K点）发生短路故障时，短路电流 从电源流过保护装置1、3、5所在的线段，并使各保护装 置均起动。但根据保护的选择性要求，只应由保护装置1 动作，切除故障，其它保护装置在故障切除后均应返回。 所以应对保护装置1、3、5规定不同的动作时间，从用户 到电源方向逐级增加，构成阶梯形时限特性，如图b所示， 相邻两级的时限级差为△t，则有t5>t3>t1。
A、接线系数：
I r ——通过继电器的电流；
I 2 ——电流互感器的二次电流。
完全星形接线方式：
通过继电器的电流是互感器的二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc：
不完全星形接线方式：
通过继电器的电流是互感器的二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc：
两相电流差接线方式：
通过继电器的电流并不是互感器的
二次侧电流 ，所以其接线系数Kwc： 对称短路时： A、C相短路时 AB或BC相短路时 C相接地短路时
2、反时限保护的配合
反时限保护的动作时间与故障电流的大小成反比。因此， 在保护范围内的不同地点短路时，由于短路电流不同，保护 具有不同的动作时间。在靠近电源端短路时，电流较大，动 作时间较短。
多级反时限过流保护动 作时限的配合应首先选择 配合点，使之在配合点上 两级保护的时限级差为△t
3、定时限与反时限的配合
在无时限电流速断保护的基础上增加适当的延时（一般 为0.5～1s）,便构成时限电流速断.
第3章-短路电流计算
确定合理的主接线方案和运行方式
第三章
短路电流计算
无限大容量供电 系统三相短路分析
第二节
第三章
短路电流计算
一、无限大容量电源概念
无限大容量供电系统定义
内阻为零
端电压恒定不变 短路电流周期分量恒定不变
通常将电源内阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源看作无限大
容量供电系统；一般的工矿企业供电系统的短路点离电源的距
产生最大短路电流的条件
最大三相短路电流是指最大短路电 流瞬时值。由ik的公式可以知道，短 路电流瞬时值最大的条件就是短路电 流非周期分量初始值最大的条件。 短路电流非周期初始值既与短路
前的负载情况有关，又与短路发生时
刻、短路后回路性质有关。 因此，当供电回路为空载Im=0或者cosψ=1时，Im与横轴重合。电源 电压过零（电源电压与横坐标重合）时短路，而且短路回路为纯感性， 则短路电流非周期初始值最大。
短路电流计算
无限大电源容量的暂态过程
设电源电压为： 正常运行电流为：
u ph = U phm sin(wt + q) i = I phm sin(wt + q - f )
I phm = U phm / ( R + Rlo )2 + (wl + wLlo )2
式中：I
－短路前电流的幅值
phm
－短路前回路的阻抗角
对于纯感性电路ksh =2；
第三章
有效值，
短路电流计算
短路冲击电流的有效值Ish是指短路后第一个周期的短路电流全电流的
I sh =
I
2 pe (0.01)
+I
国家电网继电保护培训课程----电网相间短路接地的电流电压保护
三段式电流保护
组成：1）电流速断保护（第一段）。2）限时电流速断保护（第二段）。3） 定时限过电流保护（第三段）。
作用：第一段、第二段构成本线路故障时的主保护，第三段既是下级线路 或断路器拒动时的远后备，又是本给线路主保护拒动时的近后备，所以三 段式电流保护具有作为主保护和后备保护的全部功能。 优点：简单可靠，具有明确的选择性。适用于35KV及以下的单侧电源供电 网络，非重要用户。 缺点：1）当运行方式变动大的电网，灵敏度常常难以满足要求。2）第三 段保护，当故障点离电源愈近，短路电流愈大，对系统的影响也愈大，但 为了满足选择性要求，动作时间却愈长。3）第一段保护为了满足选择性要 求，需躲过本线路未端的最大短路电流，这样对于较短的线路或运行方式 变动大的系统，其保护范围很小满足不了灵敏度要求。通常在最大运行方 式下，保护区达线路全长的50%时，即认为有良好的灵敏度，在最小运行方 式下发生两相短路，保护区能达15-20%，即可安装。4）第二段保护虽然能 保护线路的全长，但保护的快速性方面较差。
方向性电流保护（二）
为实现功率方向判别，关键在于功率方向继电 器（GJ）。要正确测量短路功率方向，必须正 确联接电流互感器和电压互感器二次极性端子 与功率方向继电器的电流、电压端子。一般相 间短路方向继电器采用90度接线方式。主要原 因是：1）在中心点不接地系统中，中性点对 地电位是不固定的，各相对地电压难以确切反 应相间短路工况，因而采用线电压。2）为避 免两相短路时出现电压死区。
电流回路监视
通过比较两组电流互感器或同一 只电流互感器的两组不同的线圈 的 二 次 侧 的 和 电 流 3I0 ， 来 监 视 CT 二次电路的完好性，当和电流的 差值超过设定值时发出信号，所 发的信号可用来报警或闭锁不同 的保护功能。
组成：1）电流速断保护（第一段）。2）限时电流速断保护（第二段）。3） 定时限过电流保护（第三段）。
作用：第一段、第二段构成本线路故障时的主保护，第三段既是下级线路 或断路器拒动时的远后备，又是本给线路主保护拒动时的近后备，所以三 段式电流保护具有作为主保护和后备保护的全部功能。 优点：简单可靠，具有明确的选择性。适用于35KV及以下的单侧电源供电 网络，非重要用户。 缺点：1）当运行方式变动大的电网，灵敏度常常难以满足要求。2）第三 段保护，当故障点离电源愈近，短路电流愈大，对系统的影响也愈大，但 为了满足选择性要求，动作时间却愈长。3）第一段保护为了满足选择性要 求，需躲过本线路未端的最大短路电流，这样对于较短的线路或运行方式 变动大的系统，其保护范围很小满足不了灵敏度要求。通常在最大运行方 式下，保护区达线路全长的50%时，即认为有良好的灵敏度，在最小运行方 式下发生两相短路，保护区能达15-20%，即可安装。4）第二段保护虽然能 保护线路的全长，但保护的快速性方面较差。
方向性电流保护（二）
为实现功率方向判别，关键在于功率方向继电 器（GJ）。要正确测量短路功率方向，必须正 确联接电流互感器和电压互感器二次极性端子 与功率方向继电器的电流、电压端子。一般相 间短路方向继电器采用90度接线方式。主要原 因是：1）在中心点不接地系统中，中性点对 地电位是不固定的，各相对地电压难以确切反 应相间短路工况，因而采用线电压。2）为避 免两相短路时出现电压死区。
电流回路监视
通过比较两组电流互感器或同一 只电流互感器的两组不同的线圈 的 二 次 侧 的 和 电 流 3I0 ， 来 监 视 CT 二次电路的完好性，当和电流的 差值超过设定值时发出信号，所 发的信号可用来报警或闭锁不同 的保护功能。
第三章电网相间短路电流电压保护(刘学军第三版)03
• 无时限电流速断保护不能保护线路全长，而且保护 范围受系统运行方式影响，为克服这一缺点，可采
用具有自适应功能的电流速断保护。自适应继电保
护是根据电力系统运行方式和故障类型的变化，而
实时地改变保护装置的动作特性，或整定值的一种
保护。其目的是使保护装置适应这些变化，进一步
改善保护性能。电流速断保护按最大运行方式选择
KII rel
1.1~1.15
KreIIl
1.3
中国电力出版社
保护动作时限特性：
保护动作时限特性：
t
t
I op
1
t
I op
2
t
II op
1
t
II op
2
l
中国电力出版社
保护动作时间的确定：
1
2
3
toIIp1 toIp2 t
toIIp1 toIp3 t
二者取大值， 一般取0.5s
灵敏度：
K se n
教材配套电子教案
继电保护原理
刘学军 编制
中国电力出版社
教材配套电子教案
第三章 电网相间短路的电流电 压保护
中国电力出版社
第三章电网相间短路的电流电压保护
第二节 无时限电流速断保护（I段）
一.无时限电流速断保护的工作原理及整定计算 二.无时限电流速断保护的接线 三.自适应无时限电流速断保护
中国电力出版社
要求要大于等于1.2~1.5。
KI sen
I
3
K m in
Iop1
中国电力出版社
二、 无时限电流速断保护原理接线图
YR QF
+
QF +
KM
1KA I> 2KAI>
电网相间短路的电流保护
1.4 限时电流速断保护
限时电流速断保护，又称电流Ⅱ段保护
设置目的：弥补电流Ⅰ段保护不足，保护本线全长
整定原则：为了可靠保护本线全长，保护区必然伸 入下线，必须解决与下线保护“抢动”问题。
P1
M
P2
N
1QF
2QF
Ik
P1 Ⅱ段 保护区
k
P2 Ⅰ段
保护区
47 2021/7/11
与下线电流Ⅰ段保护配合具体为时限配合及保护区配合
弹簧力矩
Me Ms－Mf
摩擦力矩
电磁力矩
Ire：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。
5 2021/7/11
动作 返回
返回系数
K re
I re I act
一般为0.85～0.9
6 2021/7/11
继电器的继电特性
7 2021/7/11
（2）电流继电器特性
当输入电流IK>Iact时，继电器动作，动合触点闭合； 若IK<Ire，继电器返回，触点又断开。
第1单元 电网的电流保护 相间短路的三段式电流保护
1 2021/7/11
1.1 电磁型继电器
电磁型继电器按其结构型式可分：螺管线圈式、吸引衔铁式、转动舌片式
电磁型继电器原理结构图
电 磁 力 矩 MeK12K2IK 22
2 2021/7/11
1.1.2电磁型电流继电器
触点
触点 衔铁
DL-12-6型电磁型电流继电器
4KA
I>
I>
I>
I>
IA
IB
IC
3I0
35 2021/7/11
（b）三相完全星形接线
QF
国家电网继电保护培训课程----继电保护原理
PT
第二讲：微机保护
概况 微机保护的基本构成 微机保护的特点 提高微机保护可靠性 我国微机保护存在的问题
微机保护
第三讲：电网的电流电压保护
电网相间短路的电流电压保护
– 三段式电流保护
– 电流电压连锁速断保护
– 低电压闭锁的定时限过电流保护 – 方向性电流保护
电网接地保护 线路差动保护
继电保护原理
继电保护原理
继电保护基础 微机保护原理 电网的电流、电压保护 距离保护 发电机保护 变压器保护 电动机保护 母线保护
第一讲：继电保护基础
继电保护的任务和基本要求 电流互感器 电压互感器 短路电流计算 时间级差的计算与选择
电流互感器
第六讲：变压器保护
变压器的故障及异常 变压器的保护种类 各种保护介绍 变压器差动保护
变压器保护
第七讲：电动机保护
电动机的故障及异常 电动机的保护种类 各种保护介绍
电动机保护
第八讲：母线保护
分类 元件固定连接的母差保护 电流相位比较式母差保护 比率制动母差保护 不完全母差
定义 极性 P类、TP类、TPE类电流互感器的区别 影响饱和的因素 电流互感器的配置 电流互感器的接线方式 电流互感器的负荷 CT
电压互感器
电压互感器的接线方式 电磁式电压互感器的铁磁谐振 一次侧、二次侧、铁心的接地 系统接地时状态分析 PT断线与系统接地的处理
电流电压保护
第四讲：距离保护
概述 影响距离保护正确动作的因素及其对策 距离保护的优缺点
距离保护
第五讲：发电机保护
发电机的故障及异常 发电机的保护种类 失磁的危害 低励及失磁保护的实现 励磁回路一点、二点接地保护 定子单相接地保护 逆功率保护 差动保护
第二讲：微机保护
概况 微机保护的基本构成 微机保护的特点 提高微机保护可靠性 我国微机保护存在的问题
微机保护
第三讲：电网的电流电压保护
电网相间短路的电流电压保护
– 三段式电流保护
– 电流电压连锁速断保护
– 低电压闭锁的定时限过电流保护 – 方向性电流保护
电网接地保护 线路差动保护
继电保护原理
继电保护原理
继电保护基础 微机保护原理 电网的电流、电压保护 距离保护 发电机保护 变压器保护 电动机保护 母线保护
第一讲：继电保护基础
继电保护的任务和基本要求 电流互感器 电压互感器 短路电流计算 时间级差的计算与选择
电流互感器
第六讲：变压器保护
变压器的故障及异常 变压器的保护种类 各种保护介绍 变压器差动保护
变压器保护
第七讲：电动机保护
电动机的故障及异常 电动机的保护种类 各种保护介绍
电动机保护
第八讲：母线保护
分类 元件固定连接的母差保护 电流相位比较式母差保护 比率制动母差保护 不完全母差
定义 极性 P类、TP类、TPE类电流互感器的区别 影响饱和的因素 电流互感器的配置 电流互感器的接线方式 电流互感器的负荷 CT
电压互感器
电压互感器的接线方式 电磁式电压互感器的铁磁谐振 一次侧、二次侧、铁心的接地 系统接地时状态分析 PT断线与系统接地的处理
电流电压保护
第四讲：距离保护
概述 影响距离保护正确动作的因素及其对策 距离保护的优缺点
距离保护
第五讲：发电机保护
发电机的故障及异常 发电机的保护种类 失磁的危害 低励及失磁保护的实现 励磁回路一点、二点接地保护 定子单相接地保护 逆功率保护 差动保护
输电线路相间短路电流保护课件
电流保护的选择性受到系统运行方式和短路类型的影响，有时会出现误 动作或拒动作的情况。
电流保护的可靠性也受到电流互感器误差、二次回路断线等因素的影响 ，可能导致保护装置误动作或拒动作。
Part
03
输电线路相间短路电流保护装 置
电流保护装置的构成
STEP 01
电流互感器
STEP 02
继电器
用装置提供信号。
动作执行
在发生相间短路时，继电 器触发断路器执行跳闸操 作，切除故障线路。
电流保护装置的配置与整定
配置
根据输电线路的电压等级、输送 容量、线路长度等因素，选择合 适的电流保护装置并进行配置。
整定
根据输电线路的实际运行情况，对 电流保护装置的整定值进行设定， 以确保保护装置能够准确判断故障 并快速切除故障线路。
案例概述
某企业为保障输电线路安全，配 置相间短路电流保护装置。
配置方案
采用差动保护原理，通过比较线 路两侧电流的相位和幅值，检测 到相间短路时迅速切断故障线路
。
实施效果
有效降低了相间短路事故的发生 率，提高了企业供电的可靠性和
稳定性。
某高校输电线路相间短路电流保护优化案例
案例概述
某高校对原有的输电线路相间短路电流保护进行优化改造。
设备损坏
相间短路可能导致输电线 路和相关设备的严重损坏 ，增加维修成本。
安全风险
相间短路可能导致火灾、 爆炸等安全事故，对人员 和财产安全造成威胁。
Part
02
相间短路电流保护原理
电流保护基本原理
电流保护是利用电流继电器实现电流保护的装置，当电流超过设定值时，继电器动 作，执行元件跳闸或发出信号。
STEP 03
电流保护的可靠性也受到电流互感器误差、二次回路断线等因素的影响 ，可能导致保护装置误动作或拒动作。
Part
03
输电线路相间短路电流保护装 置
电流保护装置的构成
STEP 01
电流互感器
STEP 02
继电器
用装置提供信号。
动作执行
在发生相间短路时，继电 器触发断路器执行跳闸操 作，切除故障线路。
电流保护装置的配置与整定
配置
根据输电线路的电压等级、输送 容量、线路长度等因素，选择合 适的电流保护装置并进行配置。
整定
根据输电线路的实际运行情况，对 电流保护装置的整定值进行设定， 以确保保护装置能够准确判断故障 并快速切除故障线路。
案例概述
某企业为保障输电线路安全，配 置相间短路电流保护装置。
配置方案
采用差动保护原理，通过比较线 路两侧电流的相位和幅值，检测 到相间短路时迅速切断故障线路
。
实施效果
有效降低了相间短路事故的发生 率，提高了企业供电的可靠性和
稳定性。
某高校输电线路相间短路电流保护优化案例
案例概述
某高校对原有的输电线路相间短路电流保护进行优化改造。
设备损坏
相间短路可能导致输电线 路和相关设备的严重损坏 ，增加维修成本。
安全风险
相间短路可能导致火灾、 爆炸等安全事故，对人员 和财产安全造成威胁。
Part
02
相间短路电流保护原理
电流保护基本原理
电流保护是利用电流继电器实现电流保护的装置，当电流超过设定值时，继电器动 作，执行元件跳闸或发出信号。
STEP 03
电力系统继电保护知识
A
1
2
B
3
4
C
5
6
D
SII G
k1 SⅠ G A 1 B 3
(a) C 5 D
(b) A 2 B 4 C 6 D SⅡ G (c)
t
t1
t3
t5
l
t2
t4
(d)
t
III 1
t
III 3
t
III 5
III III III t6 t4 t2
t6
III
III
III
l
t
III III
III
三）安装原则（P65-66）
保护2电流从线路指向母线---保护2不动作
在双电源电网中 如何满足保护选 择性要求？ 1、解决方法：在电流保护的基础上加装 一个功率方向判别元件——功率方向继电 器（KW）。 2、规定短路功率方向由母线指向线路为 正方向。只有当线路中的短路功率方向为 正方向时保护才动作。
什么是方向电流保护？
什么是方向电流保护？
在电流保护的基础上加装方向元件， 就构成了方向电流保护。
方向电流保护的工作原理
二、方向电流保 护的工作原理
在过电流保护的基础上加装方向元件， 就构成了方向过电流保护（P64）。
一）方向过流保 护动作时限整定
分析每个保护动作正方向？如何配合？如何分组？
SI G
A
1
2
B
3
4
C 5
6
D SII G
k1 SⅠ A G A 1 B 3
二）工作原理
KP工作电压Ur：保护安装处母线电压二次值
KP工作电流Ir：被保护线路电流二次值
Ursd
φk1
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1.5
Ksen≥1.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。
（a）可能存在非金属性短路，使短路电流Id较小；
（b）实际的短路电流小于计算值；
（c）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件 中的电流变小；
（d）继电器的实际起动值可能有正误差，使IOP.r变大； (e) 考虑一定裕度。
第三章电网相间短路电流电压保护
第三章电网相间短路电流电压保护
3. 整定计算
▪ 动作电流 为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一
条线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。 即
IOP〉Id.d2max=Krel Id.B.max
结论:电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能
保护全线路，其最大和最小保护范围lmax和lmin。
展开图
第三章电网相间短路电流电压保护
4.对限时电流速断保护的评价
优点：限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保 护本条线路全长。
缺点：不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护。
第三章电网相间短路电流电压保护
第三节、定时限过电流保护 （电流III段）
思考问题：无时限电流速断保护只能保护本线路一部 分，限时电流速断能保护本线路全长，但不能做为相 邻线路的后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？
第三章电网相间短路电流电压保护
5.对电流速断保护的评价
优点：简单可靠，动作迅速。 缺点：（1）不能保护线路全长；
（2）运行方式变化较大时，可能无保护范围。 （3）在线路较短时，可能无保护范围。
第三章电网相间短路电流电压保护
特殊情况
电流速断可以保 护线路全长。在采用 线 路 —变压器组的接 线方式的电网中，把 线路和变压器可以看 成是一个元件。速断 保护按躲开变压器低 压侧短路出口处d1 点 短路来整定，可以保 护线路的全长。
第三章电网相间短路电流电压保护
▪ 保护范围（灵敏度KLm）计算速断保护范围的
相对值 lb%＞（15%~20%）时，为合乎要求，即
lb %
l min l AB
×100%≥（15~20）%
由下图可知
IO' P
3 Ex 2 Xs.maxXd
其中Xd=X1lmin代入上式整理得
定时限过电流保护 定义：其动作电流按躲过被保护线路的 最大负荷电流整定，其动作时间一般按阶 梯原则进行整定以实现过电流保护的动作 选择性，并且其动作时间与短路电流的大 小无关。
第三章电网相间短路电流电压保护
第三章电网相间短路电流电压保护
第二节、限时电流速断保护 电流速断保护(在电许多流情I况I下段均)能保证选择性，且接
线简单，动作迅速可靠。但是电流速断保护不能保护 本线路的全长，怎么办？
解决办法：增设一套新的 保护——限时电流速断保护。
限时电流速断保护： 按与相邻线路电流速断保 护相配合且以较短时限获得选择 性的电流保护。
思考问题：灵敏性不满足要求，怎么办？ （1）与下一条线路的限时电流速断相配合
(2) 动作时限比下一条线路时限电流速断保护的动 作时限高出一个时间阶段△t，即
t本 '' t下 '' 一线 t
第三章电网相间短路电流电压保护
3.限时电流速断保护的接线图 （１）单相原理接线
第三章电网相间短路电流电压保护
lminX11(
3 2
IEO ' xPXs.ma)x
1 =X1
(2UIO'eP
Xs.max)
第三章电网相间短路电流电压保护
▪ 动作时限
无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑 继电保护固有动作时间，由于动作时间较小可认 为t=0s。
第三章电网相间短路电流电压保护
4.电流速断保护的接线图
▪ 单相原理接线图
➢保护装置整定：就是根据对继电保护的基本要求， 确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。
第三章电网相间短路电流电压保护
2.工作原理
发生短路时，流过保护安装地点的短路电流为：
E (3) I X Xl d.max
x
s.m in
1
I (2) d.min
3 Ex 2 Xs.maxX1l
结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置 变化， 且与系统的运行方式和短路类型有关。
第三章电网相间短路电流电压保护
第一节、电流速断保护(电流I段)
电流速断保护：反应电流增大而瞬时动作的电流保护。 1.几个基本概念 ➢ 系统最大运行方式：就是在被保护线路末端发生短路时
，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最 大的运行方式。 ➢ 系统最小运行方式：就是被保护线路末端发生短路时， 系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小 的运行方式。
的动作电流进行整定： IO '' 1PKr''eIlO ' P2
第三章电网相间短路电流电压保护
(2) 动作时限 为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条线路 无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段△t， 即
t1'' t2' t
第三章电网相间短路电流电压保护
(3)灵敏度校验
Ksen
I(2) d min I'' OP
原理图以整体形式表示各二次设备之间的电气 联接。
第三章电网相间短路电流电压保护
▪ 展开图
展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。 分为交流回路和直流回路。
第三章电网相间短路电流电压保护
电流速断保护装置为什么要加中间继电器？
线路中管型避雷器放电时间为0.04~0.06S， 在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速 断保护装置中加装一个保护出口中间继电器。一 方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型 避雷器的放电时间，防止误动作。
第三章电网相间短路电流电压保护
➢最大短路电流：在最大运行方式下三相短路时，通过 保护装置的短路电流为最大。 ➢最小短路电流：在最小运行方式下两相短路时，通过 保护装置的短路电流为最小。
➢保护装置的起动值：对应于电流升高而动作的电流 保护，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的
起动电流，记作IOP。
第三章电网相间短路电流电压保护
1. 工作原理
（1）限时电流 速断保护的保护范 围必须延伸到下一 条线路中去。
（2）限时电流 速断保护的动作带 有一定的时限。
（3）为了保证速 动性，时限应尽量 缩短。
第三章电网相间短路电流电压保护
2. 整定计算 （1） 动作电流 动作电流按躲开下一条线路无时限电流速断保护