第6章 输电线路的三段式电流保护原理
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最大运行方式下三相短路通过保护的短路电流为最大 三相短路
I d .max
(3)
Emax Zs.min Zd
最小运行方式下两相短路时通过保护的短路电流最 两相短路 小
I d min I
(2)
(2) d
3 E min 2 Zs.max Zd
在相同运行方式下：
I d. max I
对基本想法的改进：引入可靠性系数
' ' I dz K I .A k d . B . max
' ' I dz K k I d .C . max .B
' ' I dz K .C k I d . D. max
K k' 1.2 ~ 1.3
引入可靠系数的实质是：将动作值对应的短路点 左移，从而缩小了保护范围。
瞬时电流速断保护（电流I段保护）的实质分析
电流I段报的的灵敏性分析（最小保护范围）
电流I段保护用最小保护范围作为灵敏度计算指标
最小保护范围几点说明 （1）规程对电流1段保护范围的要求:
lmin 100% (15 ~ 20%) l AB l AB
（2）最小保护范围的计算 (a)图解法 直接利用最大/最小短路电流曲线进行校验 (b)解析法
三、电流限时限速断保护(II段)
• 切除本线路速断范围以外的故障，保护本线路 的全长 • 作为速断的后备
1. 动作原理
• 保护范围延伸到下一条线路 • 为保证选择性，必须使保护的动作带有一定的 时限 • 为了使动作时限尽量缩短，考虑使它的保护范 围不超出下一条线路速断保护的范围 • 其动作时限比下一条线路的速断高出一个时间 阶段
继电器的动作明确干脆， 不可能停留在某一个中间位置 保证其动作确切可靠。
二、电流速断保护(电流I段保护)的基本 原理
保护对象分析
基于选择性可以得到最初的基本想法
I dz. A I d .B. max I dz.B I d .C. max I dz.C I d .D. max
最大短路电流与最小短路电流计算
不能满足要求时 ,考虑进一步延伸限时电 流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时 电流速断相配合
4. II段(延伸)整定动作值
• 选择性条件
'' '' I dz I .A dz . B
t
'' dz . A
t
'' dz . B
•
实际整定
'' '' '' I dz K I .A k dz . B
t
'' dz . A
t
'' dz . B
t
通常取0.5秒
t 0.35 ~ 0.6 s
• II段动作时限特性
四、定时限过电流保护（III段）
• • • 保护本线路及相邻下条线路的全长 本线路I、II段保护的近后备（装置故障） 相邻线路的保护的远后备（装置故障及开关失 灵） 起动电流大于（躲开）最大负荷电流 起动电流大于（躲开）最大自起动电流 保护定值不能保证选择性 为保证选择性，必须使保护的动作带有一定 的时限 • 相邻线路动作时限配合关系：阶梯时限特性 • • • •
第六章 输电线路的三段式电流保护
一、电流继电器
是实现电流保护的基本元件，也是简单继电 器的典型。下面说明其主要特性。 以P代表继电器动作的逻辑状态 继电器动作：P=1 （逻辑“1”） 继电器返回：P=0 （逻辑“0” ） 电流继电器动作电流：Idz.j 电流继电器返回电流：Ifh.j
• 继电特性
校验条件: 系统最小运行方式下，线路末端发生两相短 路(即最不利情况下，动作最不灵敏) （1）近后备（校验点取本线路末端）
( 2) Id K lm (近) . B. min 1.3 ~ 1.5 I dz . A
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（2）远后备（校验点取相邻线路末端）
( 2) Id K lm (远) .C . min 1.2 I dz . A
五、三段式电流保护
通常将瞬时电流速断保护、限时电流速断保护 和定时限过电流保护组合在一起构成三段式电流保 护。
三段式电流保护的特点
• 电流速断和限时电流速断作为本线路的主保 护，故障可在 0.5s 以内的时间予以切除 • 以过电流保护作为本线路和相邻线路的后备保 护，在主保护或断路器拒动时跳闸 • I、Ⅱ、Ⅲ段组成的阶段式电流保护，简单、可 靠，且一般也能够满足快速切除故障的要求， 在电网中特别是在35kV及以下的 较低电压的 网络中获得了广泛的应用 • 缺点是:受电网的接线及电力系统运行方式变 化的影响很大
t 0.35 ~ 0.6 s
t
'' dz . A
t
' dz . B
t
通常取0.5秒
3.保护装置灵敏性的校验
校验条件: 系统最小运行方式下，线路末端发生两相 短路(即最不利情况下，动作最不灵敏)
K lm
( 2) Id . min .B 1.3 ~ 1.5 '' I dz . A
1. 工作原理
2.整定动作值
（1）自起动电流 故障切除后电压恢复时，电动机有一个自起 动的过程，且自起动电流大于正常工作电流
I zq . max K zq I f . max I f . max
（2）动作值整定（引入可靠系 K k 1 . 15 ~ 1 . 25 数 ) • 整定条件：返回电流大于最大自起动电流
限时电流速断保护原理
2.整定动作值
• 选择性条件
'' ' I d . B. min I dz I .A dz . B
'' ' t dz t .A dz . B
•
'' K 实际整定（引入可靠系数 k 1 . 1 ~ 1 . 2 )
'' '' ' I dz K I .A k dz . B
令 解得
I dz. A I d min
(2)
Es 3 2 Z s.max Z1 lmin
lmin
1 3 Es ( ' Z s.max ) Z1 2 I dz . A
（3） 系统运行方式与保护范围之间关系
瞬时电流速断（电流 I 段）保护的原理接线图
电流速断保护的特点 • • • 简单可靠，动作迅速，因而获得广泛应用 不能保护线路的全长 保护范围直接受系统运行方式变化的影响 : – 系统运行方式变化很大时，速断保护可能没有 保护范围 – 被保护线路的长度很短时，速断保护可能没有 保护范围 – 没有保护范围时,需采用其它性能更好的保护
I d min
(3) d
I d min I
I d .max
( 2) d
3 (3) Id 2
3 2
其中：
I
I
(2) d
(3) d
两相短路电流 三相短路电流
基本想法存在的问题：
保护1
保护2
保护3
由于在线路BC的始端发生短时的短路电 流与在线路AB的末端发生短路时的短路电流 值几乎相等；这就容易造成保护1误动，从而 破坏保护的选择性。
三段式电流保护接线图
思考题：
如图所示网络中，对保护A进行三段式电流保护整定 计算，并计算继电器的动作电流。线路AB的负荷电 流为230A。
K k' 1.25
K k'' 1.1
K k 1.2
K zq 1.5
K fh 0.85
nCT 300 / 5
Z1 0.4
(欧姆/公里） ，
4.过电流保护的特点
（1）需与电流速断和限时电流速断来作为本 线路的主保护，以过电流保护来作为本线路 和相邻线路的后备保护，构成三段式电流保 护协同工作。 （2）电网终端的保护，过电流保护动作时限 并不长，可以作为主保护兼后备保护，而无 需再装设电流速断或限时电流速断保护。 （3）故障越靠近电源端时，短路电流越大， 切除故障的时限反而越长，是其主要缺点。
I fh K k I zq. max
I dz . A I fh . A K K k K zq K I f . A . max
• Kfh越小，则保护的起动电流越大，其灵敏性就越 差， 因此要求电流继电器应有较高的返回系数。 (3)动作时间整定 • 保护动作值不能保证选择性：
I d I zq . max I f . max
（故障电流流过保护时过电流继电器均起动） • 按阶梯时限特性整定动作时间：
t A t B tC
t dz . A t dz . B t t B tC t tC t D t
单侧电源网络中过电流保护动作时限的选择 说明
3.保护装置灵敏度的校验
I d .max
(3)
Emax Zs.min Zd
最小运行方式下两相短路时通过保护的短路电流最 两相短路 小
I d min I
(2)
(2) d
3 E min 2 Zs.max Zd
在相同运行方式下：
I d. max I
对基本想法的改进：引入可靠性系数
' ' I dz K I .A k d . B . max
' ' I dz K k I d .C . max .B
' ' I dz K .C k I d . D. max
K k' 1.2 ~ 1.3
引入可靠系数的实质是：将动作值对应的短路点 左移，从而缩小了保护范围。
瞬时电流速断保护（电流I段保护）的实质分析
电流I段报的的灵敏性分析（最小保护范围）
电流I段保护用最小保护范围作为灵敏度计算指标
最小保护范围几点说明 （1）规程对电流1段保护范围的要求:
lmin 100% (15 ~ 20%) l AB l AB
（2）最小保护范围的计算 (a)图解法 直接利用最大/最小短路电流曲线进行校验 (b)解析法
三、电流限时限速断保护(II段)
• 切除本线路速断范围以外的故障，保护本线路 的全长 • 作为速断的后备
1. 动作原理
• 保护范围延伸到下一条线路 • 为保证选择性，必须使保护的动作带有一定的 时限 • 为了使动作时限尽量缩短，考虑使它的保护范 围不超出下一条线路速断保护的范围 • 其动作时限比下一条线路的速断高出一个时间 阶段
继电器的动作明确干脆， 不可能停留在某一个中间位置 保证其动作确切可靠。
二、电流速断保护(电流I段保护)的基本 原理
保护对象分析
基于选择性可以得到最初的基本想法
I dz. A I d .B. max I dz.B I d .C. max I dz.C I d .D. max
最大短路电流与最小短路电流计算
不能满足要求时 ,考虑进一步延伸限时电 流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时 电流速断相配合
4. II段(延伸)整定动作值
• 选择性条件
'' '' I dz I .A dz . B
t
'' dz . A
t
'' dz . B
•
实际整定
'' '' '' I dz K I .A k dz . B
t
'' dz . A
t
'' dz . B
t
通常取0.5秒
t 0.35 ~ 0.6 s
• II段动作时限特性
四、定时限过电流保护（III段）
• • • 保护本线路及相邻下条线路的全长 本线路I、II段保护的近后备（装置故障） 相邻线路的保护的远后备（装置故障及开关失 灵） 起动电流大于（躲开）最大负荷电流 起动电流大于（躲开）最大自起动电流 保护定值不能保证选择性 为保证选择性，必须使保护的动作带有一定 的时限 • 相邻线路动作时限配合关系：阶梯时限特性 • • • •
第六章 输电线路的三段式电流保护
一、电流继电器
是实现电流保护的基本元件，也是简单继电 器的典型。下面说明其主要特性。 以P代表继电器动作的逻辑状态 继电器动作：P=1 （逻辑“1”） 继电器返回：P=0 （逻辑“0” ） 电流继电器动作电流：Idz.j 电流继电器返回电流：Ifh.j
• 继电特性
校验条件: 系统最小运行方式下，线路末端发生两相短 路(即最不利情况下，动作最不灵敏) （1）近后备（校验点取本线路末端）
( 2) Id K lm (近) . B. min 1.3 ~ 1.5 I dz . A
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（2）远后备（校验点取相邻线路末端）
( 2) Id K lm (远) .C . min 1.2 I dz . A
五、三段式电流保护
通常将瞬时电流速断保护、限时电流速断保护 和定时限过电流保护组合在一起构成三段式电流保 护。
三段式电流保护的特点
• 电流速断和限时电流速断作为本线路的主保 护，故障可在 0.5s 以内的时间予以切除 • 以过电流保护作为本线路和相邻线路的后备保 护，在主保护或断路器拒动时跳闸 • I、Ⅱ、Ⅲ段组成的阶段式电流保护，简单、可 靠，且一般也能够满足快速切除故障的要求， 在电网中特别是在35kV及以下的 较低电压的 网络中获得了广泛的应用 • 缺点是:受电网的接线及电力系统运行方式变 化的影响很大
t 0.35 ~ 0.6 s
t
'' dz . A
t
' dz . B
t
通常取0.5秒
3.保护装置灵敏性的校验
校验条件: 系统最小运行方式下，线路末端发生两相 短路(即最不利情况下，动作最不灵敏)
K lm
( 2) Id . min .B 1.3 ~ 1.5 '' I dz . A
1. 工作原理
2.整定动作值
（1）自起动电流 故障切除后电压恢复时，电动机有一个自起 动的过程，且自起动电流大于正常工作电流
I zq . max K zq I f . max I f . max
（2）动作值整定（引入可靠系 K k 1 . 15 ~ 1 . 25 数 ) • 整定条件：返回电流大于最大自起动电流
限时电流速断保护原理
2.整定动作值
• 选择性条件
'' ' I d . B. min I dz I .A dz . B
'' ' t dz t .A dz . B
•
'' K 实际整定（引入可靠系数 k 1 . 1 ~ 1 . 2 )
'' '' ' I dz K I .A k dz . B
令 解得
I dz. A I d min
(2)
Es 3 2 Z s.max Z1 lmin
lmin
1 3 Es ( ' Z s.max ) Z1 2 I dz . A
（3） 系统运行方式与保护范围之间关系
瞬时电流速断（电流 I 段）保护的原理接线图
电流速断保护的特点 • • • 简单可靠，动作迅速，因而获得广泛应用 不能保护线路的全长 保护范围直接受系统运行方式变化的影响 : – 系统运行方式变化很大时，速断保护可能没有 保护范围 – 被保护线路的长度很短时，速断保护可能没有 保护范围 – 没有保护范围时,需采用其它性能更好的保护
I d min
(3) d
I d min I
I d .max
( 2) d
3 (3) Id 2
3 2
其中：
I
I
(2) d
(3) d
两相短路电流 三相短路电流
基本想法存在的问题：
保护1
保护2
保护3
由于在线路BC的始端发生短时的短路电 流与在线路AB的末端发生短路时的短路电流 值几乎相等；这就容易造成保护1误动，从而 破坏保护的选择性。
三段式电流保护接线图
思考题：
如图所示网络中，对保护A进行三段式电流保护整定 计算，并计算继电器的动作电流。线路AB的负荷电 流为230A。
K k' 1.25
K k'' 1.1
K k 1.2
K zq 1.5
K fh 0.85
nCT 300 / 5
Z1 0.4
(欧姆/公里） ，
4.过电流保护的特点
（1）需与电流速断和限时电流速断来作为本 线路的主保护，以过电流保护来作为本线路 和相邻线路的后备保护，构成三段式电流保 护协同工作。 （2）电网终端的保护，过电流保护动作时限 并不长，可以作为主保护兼后备保护，而无 需再装设电流速断或限时电流速断保护。 （3）故障越靠近电源端时，短路电流越大， 切除故障的时限反而越长，是其主要缺点。
I fh K k I zq. max
I dz . A I fh . A K K k K zq K I f . A . max
• Kfh越小，则保护的起动电流越大，其灵敏性就越 差， 因此要求电流继电器应有较高的返回系数。 (3)动作时间整定 • 保护动作值不能保证选择性：
I d I zq . max I f . max
（故障电流流过保护时过电流继电器均起动） • 按阶梯时限特性整定动作时间：
t A t B tC
t dz . A t dz . B t t B tC t tC t D t
单侧电源网络中过电流保护动作时限的选择 说明
3.保护装置灵敏度的校验