第二章(2)方向电流保护
电力系统继电保护-(第2版)第二章-电流保护PPT课件全文编辑修改
等值阻抗最大，以致发生故障时，通过保护装置的短路电流为 最小的运行方式。
➢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
的电流为最大，称为最大短路电流。
Ik.m axZ E Z s.m iE nZ k 1Z s.m in E Z 1 L k 1短路类型系数
流来整定。
动作电流：
I ＝K II
II
set.2 rel
Iset.1
K r I e I l 1 .1 ~ 1 .2 ( 非 周 期 分 量 已 衰 减 ）
为保证选择性，动作时限要高于下一线路电流速断保护的动 作时限一个时限级差△t （Δt一般取0.5s）
动作时间： t2II t1 tt
(1) 前一级保护动作的负偏差(即保护可能提前动作) ； (2) 后一级保护动作的正偏差(即保护可能延后动作) ； (3) 保护装置的惯性误差(即断路器跳闸时间：从接通跳闸回 路到触头间电弧熄灭的时间) ； (4) 再加一个时间裕度。
Lmin
1( Z1
3 E
2
II set
Zs.max)
（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性）
三、保护实现原理图
电流速断保护的主要优点是动作迅速、简单可靠。 缺点是不能保护线路的全长，且保护范围受系统运行方式和 线路结构的影响。当系统运行方式变化很大或被保护线路很 短时，甚至没有保护范围。
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流 保护，即第一段为无时限电流速断保护，第二段为限时电 流速断保护，第三段为定时限过电流保护。其中第一段、 第二段共同构成线路的主保护，第三段作为后备保护
电流互感器和电流继电器是实现电流保护的基本元件。
(完整版)电力系统继电保护辅导资料二
电力系统继电保护辅导资料二主题：课件第二章电网的电流保护第1-2节——单侧电源网络相间短路的电流保护、电网相间短路的方向性电流保护学习时间：2013年10月7日－10月13日内容：我们这周主要学习第二章的第1-2节，单侧电源网络相间短路的电流保护和电网相间短路的方向性电流保护的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深电网电流保护相关知识的理解。
一、学习要求1．掌握三段式电流保护的配合原则、整定计算，会阅读三段式电流保护的原理图；2．理解方向性电流保护中方向元件的作用，能正确按动作方向分组配合、整定计算。
二、主要内容（一）单侧电源网络相间短路的电流保护1．继电器（1）基本原理能自动地使被控制量发生跳跃变化的控制元件称为继电器。
当输入信号达到某一定值或由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制电路通断。
它的功能是反应输入信号的变化以实现自动控制和保护。
继电器的继电特性：(也称控制特性)继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关系。
图1 继电特性继电器的返回系数r K ：返回值r X 与动作值op X 的比值。
即r r opX K X 过量继电器：反应电气量增加而动作的继电器。
其返回系数小于1，不小于0.85。
欠量继电器：反应电气量降低而动作的继电器。
其返回系数大于1，不大于1.2。
（2）继电保护装置的基本分类● 按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。
● 按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。
● 按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。
Y Y min 0（3）过电流继电器动作电流(I op )：使继电器动作的最小电流。
返回电流(I re )：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。
2.单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行：负荷电流短路：三相短路、两相短路k k s E I K Z Z ϕϕ=+式中，E ϕ——系统等效电源的相电动势；s Z ——保护安装处至系统等效电源之间的阻抗；k Z ——短路点至保护安装处之间的阻抗；K ϕ——短路类型系数（三相短路取１，两相短路取2）。
电力系统继电保护第二章习题和答案解析
2电流的电网保护2.1在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况？答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如图2-1所示。
当加入继电器的动作电量（图中的k I ）大于其设定的动作值（图中的op I ）时，继电器能够突然动作；继电器一旦动作以后，即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的re I ）以后它才突然返回。
无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。
为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动作和返回两个状态之间切换，出现“抖动“现象，后续的电路将无法正常工作。
126534op I kI reI 1E 0E2.2 请列举说明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路性、数字型继电器常分别采用那些技术？答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利落。
继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。
当电磁力矩减小到启动返回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。
所以返回值一定小于动作值，继电器有一个小于1 的返回系数。
这样就获得了“继电特性”。
2011继电保护 第2章 电网的电流保护双侧电源
（２）外汲电流的影响 限时电流速断保护整定时 分支电路的影响 考虑分支系数
I
set
K rel I set .下一级 K b
３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
0 60 Ｃ相继电器能够动作的条件 分析结论:三相短路和任意两相短路，当 0 90 K 使故障相方向继电器动作的条件为 30 60 ９０°接线方式的优点 缺点 （１）两相短路没有死区
（２）选择继电器的内角在30°和 60° 之间，各种相间短路都能保证动作的方向性 在保护安装地点附近正方向发生三相短路时，方 向保护存在动作的死区
0 90 K
的情况下均能动作，应选择
0 90
在三相对称的情况下，当功率因数为１时，加入继电 器的电流和电压相位相差90°（这只是加入继电器的 电压和电流的一种组合，并无实际意义）
之间才能满足要求
同一相的电流元件与功率元件必须串联，然后再 与其它相并联，一起起动其它元件
2.正方向发生两相短路 （１）短路点位于保护安装地点附近 为使故障相方向继电器在任何 0 90 K 的情况下均能动作，应选择 之间才能满足要求 0 90 （２）短路点远离保护安装地点 120 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 Ｃ相继电器能够动作的条件 30 60 正方向发生两相短路 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 90
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
２.限时电流速断保护整定时分支电路的影响 （１）助增电流的影响 分支系数 故障线路流过的短路电 流 K b 前一级保护所在线路上 流过的短路电流
电力系统继电保护第二节 电网相间短路的方向性电流保护
第二节 双侧电源网络相间短路的 方向性电流保护
都
洪
基
双侧电源网络相间短路时的功率方向
1. 问题的提出
三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进 行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近 电源的一侧，或者说线路的始端。仅利用相 间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与 正常运行状态的，以动作电流的大小和动作 时限的长短配合来保证有选择的切除故障。
k 2
~
Ik 2
180o k 2
故利用判别短路功率方向或电流、电压
之间的相位关系便可判别发生故障的方向.
4. 要求
继电保护中对方向元件（继电器）的基本要求: 1) 应具有明确的方向性 即正前方发生各种故障时，能可靠动作, 而在反方向故障时，可靠不动作。 2) 故障时继电器的动作有足够的灵敏度。
UA
60o
电流超前电压 I k1A
在这种情况下继电器 的最大灵敏角设计为：
sen k 90 30
0
0
30o
UBC
UC 正方向短路时，能灵敏动作。
I k 2 A 150o
电流滞后电压
UB
习惯上采用 90o k 方向继电器的内角。
， 称为功率
e j 动作方程为: arg U J 90o IJ
8
~
当k1点短路时,按照选择性的要求,应由保护2和保护 EⅡ 供给的短路电流 I k1 也将通 6动作切除故障.但由于 I k1 大于保护装置1 过保护1.若保护1采用电流速断且 的起动电流 I set 1 ,则保护1的电流速断就要误动(母线 上可能挂有其它分支线路)。造成C变电所全部停电。
同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能 得出相应的结论。
第二章电流保护和方向性电流保护
曲线 max ：系统最大运行方式下发生三相 短路情况。 曲线min：系统最小运行方式下发生两相 短路情况。
（线路上某点两相短路电流
为该点三相短路电流的 倍）
3 2
(2) 动作电流整定
原则：按躲开下条线路出口（始端）短路时流过本保护的 最大短路电流整定（以保证选择性）： IIdz.1 > I(3)d.B.max 取：IIdz.1= KБайду номын сангаасI· I(3)d.B.max IIdz.2 > I(3)d.c.max IIdz.2= KkI· I(3)d.C.max
可靠系数： KkII = 1.1～1.2
（Id中非周期分量已
衰减，故比K I稍小）
2、动作时限的配合 为保证本线路电流II段与
下条线路电流I段的保护范围
重叠区内短路时的动作选择 性，动作时限按下式配合： tII1=tI2+t≈t （t: 0.35s～0.6s,一般取0.5s） 3、保护装置灵敏性的校验 对于过量保护,灵敏系数：
（可靠系数：KkI = 1.2～1.3）
(3) 灵敏性校验
该保护不能保护本线路全长， 故用保护范围来衡量： max：最大保护范围. min：最小保护范围.
Exx / 3 Exx / 3 3 I 由： Kk 2 Z s.max z1lmin Z s.min z1L
3 Z s.min z1L 可求得：lmin ( Z s.max ) / z1 I 2 Kk
为保证动作选择性，动作
时限按“阶梯原则”整定:
tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t
对定时限过流保护，当故障越靠近电源端时，此时短路电
流Id越大,但过流保护的动作时限反而越长 ——— 缺点 ∴ 定时限过流保护一般作为后备保护，但在电网的终端可以 作为主保护。
电力系统继电保护 中国电力出版社方向保护(2-2)
为此，如果我们设计一个方法能够区分“正方向”
和“反方向”(差异)，那么，问题就迎刃而解了。
4/48
M 1
N
2
3
P 4
IK
K1
区分方向的问题，必须采用至少 2 个电气量的相
量比较。
经过研究、分析，采用：以保护安装处的电压作
算出口短路？何处算正方向短路？何处算反方向
（或区外）短路？
44/48
图2.29供了解，那是晶体管、集成电路的实现 框图。
提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护） 中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的 是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在 已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系 统运行方式的影响要小很多。
9、2段、3段的整定原则？灵敏度校验的公式 10、延时的选择 11、近后备？远后备？ 12、TA接线方式 13、方向元件为什么能够判别短路方向？ 14、方向元件的接线方式 15、最大灵敏角 16、方向元件的动作特性（动作区域） 17、配置方向元件的原则 18、何谓方向元件的死区？
29/48
为此，方向元件的配置应该按照 “少而精” 的原则。 1）电流整定值能保证选择性时，不加方向元
件； 2）在线路一端加方向元件后满足选择性要求
时，不必在线路两端都加方向元件。
30/48
具体选择的方法： （1）对于电流速断（1段、2段）
如果反方向的最大短路电流小于本保护的定值， 可以不加方向元件(不会误动)。 （2）对于过电流保护（3段）
取何
m
值
，
后面再说明
。
U'm Im.3 U'm－Im.3 类似于判别：
3继电保护-方向(2-2)
第 2.2节双侧电源网络相间短路的方向性电流保护双电源及多电源系统供电更可靠。
如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因），则变电站M 、N 、P 的供电情况受到的影响较小。
变电站M 、P 背后的电源可能是多个电源，但是，经戴维南原理等效后，突出了所要研究的M ~ P 之间的线路情况。
M N P1234K I→找差异保护2不满足“选择性”要求，怎么办？对于上图的故障情况，按选择性要求，希望：保护3、4跳闸，保护1、2不跳闸。
一、问题的提出如果保护1～4均按照第一节的方法进行整定，那么，在K 1 点发生短路时，如果短路电流I K 大于保护2 和3 的定值，则保护3属于应当动作跳闸，但，保护2 的动作属于误动，从而导致变电站N 被停电。
M N P1234K 1'KIM N P1234K 1发现差异：保护2的规定正方向与的方向相反；保护3的规定正方向与的方向相同。
我们规定继电保护工作的“正方向”：由继电保护安装处指向被保护元件。
{教材中，正方向规定为：由母线指向线路（仅适用于线路）}K I K IK I电压正方向：电压升（目的：便于相量的加减）。
a U b U ab UM N P 1234K 1区分方向的问题，必须采用至少 2 个电气量的相量比较。
经过研究、分析，较多地采用：以保护安装处的电压作为参考相量。
于是，保护2和3的电气量有如下的相量关系：K I为此，我们试图设计一种方法，如果能够区分是“正方向”还是“反方向”（差异），并且，只让对应为“正方向”的保护动作，那么，问题就迎刃而解了。
K IM N P 1234K 13.m I 2.m Im U m U 3.m I 2.m I kϕ可以设法仅满足“正方向”时才动3.m K m I Z U =由电路原理可得：按照标定的方向，2.m K IZ -=KZ 分界线保护3的正向为线路阻抗角k ϕ如果实现了上述的“短路方向”判别，那么，只要在方向相同的保护之间进行“配合”即可。
继电保护讲解第二章-电流保护[1]
![继电保护讲解第二章-电流保护[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b8431b5ea8114431b90dd891.png)
线路限时速断保护配合。
Id"z
KK"
I '' dz.next
,
t本''
t '' next
0.5
❖ 限时电流速断保护的单相原理接线图
TQ
信
+
号
_
+
+
I
t
LH
_
❖ 对限时电流速断保护的评价
➢优点
✓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，只能对相邻元件的一部分起后备保 护作用。
（3）灵敏度校验
(2)
I ''
d.B.min
K lm
''
I dz.1
3 2
I (3) d.B.min
I '' dz.1
=
3 3550
2
1.58 f 1.5
1950
3、对保护1进行定时限过电流保护的整定计算
（1）起动电流 （2）灵敏度校验
I "' dz.1
K
"' K
I (3) d.C.max
1250A
I (3) d.C.min
1150A
（1）起动电流
I '' dz.1
K I'' ' K dz.next
K I'' ' K dz.2
K K I '' ' (3) K K d.C.max
=1.21.31250 1950(A)
（2）动作时限 t1'' t2' t 0 0.5 0.5(s)
电力系统继电保护——22电网相间短路的方向性电流保护
EC UC
U KC U KB
IB EB UB
B相继电器动作行为分析
EA UA IC
30 30
U CA
U AB EBC
k
EC UC
U KC U KB
IB EB UB
ImB IB ,UmB ECA ,mB k 1200
UCAIB cos(k 1200 a) 0 300 a 1200
反方向短路时电压电流相位关系
U
K2
EI
1
K1
Ir
2
EII
Ik1 Ik 2
U
k 2
mA
Ik2
arg UmA ImA
arg
UA Ik 2A
1800
k 2
Im Ik2
180 k 2
1800 1800 k2 2700
UmAImA cosmA U AIk 2A cos(1800 k 2 ) 0
a) 0度接线方式 b) 90度接线方式
功率方向继电器的基本要求
a) 具有明确的方向性，故障类型，故障点的位置都
不影响功率方向继电器的动作特性；
b) 故障时，继电器具有足够的灵敏度
90度接线方式
90°接线方式是指在三相对称且功率因数cos 1 的
情况下，Im 超前 Um90 的接线方式。
UA
AB C
KW
EA
EC
EB
IB
K
IC
ZS
ZS
ZK
Zd
正方向远处BC两相短路向量图
IB
IC
EB EC 2(Zk ZS
)
EA UA IC
电力系统继电保护原理第2章3节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护
（4）采用单相自动重合闸时，还应躲过非全相运行期间系统 发生振荡所出现的最大零序电流 3 I0. f q。
如果 3I0. fq Idz ，I dz是按上述2个条件整定的起动电流
则设立两个零序Ⅰ段，分别为： 灵敏Ⅰ段：按（1）（3）条件整定,非全相运行时退出 不灵敏Ⅰ段：按（4）整定,非全相运行时不退出
复杂化。
作业： 2-41 复习题：60（做）、65、70、75、77、89、99、104、105
2021/4/4
21
变压器中性点。
（3）零序功率
方向：线路→母线。
（4）零序阻抗角
取决于ZB0 ：
U A0 (I0 )Z B1.0
（5）运行方式变化
线路、中性点不变，零序网不变；
正2021负/4/4序阻抗变化间接影响零序（Ud1、
Ud2、Ud0
）
3
二、零序电压、零序电流的获取
1. 零序电压的获取 3U0 Ua Ub Uc
一次电流： 3I0 IA IB IC 2021/4/4优点：无不平衡电流，接线简单 5
三、中性点直接接地系统的接地保护
中性点直接接地系统发生接地故障时产生很大的 零序电流，反应零序电流增大的保护成为零序保护。
零序电流保护可装设在上图中的断路器1和2处。
由于零序电流保护对单相接地故障具有较高的灵敏度。零序 电流保护是高压线路保护中必配备的保护之一。
在可能误动的元件上装功率方向元件GJ0。 正方向：线路－母线； 反方向：母线－线路。 16
功率方向继电器GJ0 ：
输入： U J －3U0 IJ 3 I0
向量图：
正方向短路： 3U0 3I0Zd0
3U 0
110
3 I0
3 I0
电力系统继电保护课后习题解析(第二版)_张保会_尹项根主编(实用版)
电力系统继电保护课后习题答案1 绪论1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。
1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。
测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。
逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。
执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。
单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。
所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。
1.6 如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器？答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。
电力系统继电保护原理 第二章第二节 相间短路的方向性电流保护
' ' Id 2 Id' 2
' ' Id'1 > Idz.1, 1电 速 保 误 流 断 护 动
t1 ≤ t6 , 1过 流 护 动 电 保 误 ' ' Id 2 > Idz.6 , 6电 速 保 误 流 断 护 动
t6 ≤ t1 , 6 过 流 护 动 电 保 误 在d1点和d2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。 问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动， 同时保证电流保护6正确动作。
功率方向继电器的动作方程 相位动作区：
& UJ (ϕlm − 90 ) ≤ ϕJ ≤ (ϕlm + 90 ) ，ϕJ = arg & IJ ϕlm 是最大灵敏角，有 ϕlm = ϕd
o o
动作相位区间： lm ± 90o （以适应在 ϕd在0°～90°范围内的变化） ϕ
& UJ ϕlm＋90 ≥ arg & ≥ ϕlm－ o 90 IJ & UJ e− jϕlm o 90 ≥ arg ≥－ o 90（相角形式） & I
（2）正方向两相短路（保护安装处、远处） 正方向两相短路（保护安装处、远处） 保护安装处故障， ⅰ. 保护安装处故障，即近处故障
有Zd << Zs , 可认为Zd = 0
1& & & & & UA = EA , UB = UC = − EA 2 & = 0， 动 GJA : I A 不 o 应 作 GJ B : ϕJB = ϕd −90 ， 动 GJ C : ϕJC = ϕd −90o， 动&作 应 U
正方向（d1点）短路故障时：
2011继电保护 第2章 电网的电流保护双侧电源
& ｊ Uｅ Uｅα −90° p arg r p 90° & I
r
r
+1
α
(2)正方向故障时有足够的灵敏度 正方向故障时有足够的灵敏度 ϕr = ϕsen = −α 最大灵敏度角 3.功率方向元件的构成 功率方向元件的构成 方向元件的作用是比较加在该元件上的电流与电压的相位， 方向元件的作用是比较加在该元件上的电流与电压的相位，并在满足 一定关系时动作 实现手段：感应型（感应式功率方向继电器GG－11型） 集成电路型 数字型 实现手段：感应型（感应式功率方向继电器 － 型 实现方法： 实现方法：相位比较 幅值比较
I& r
φ&I
﹡
& φU
& IU ﹡
& Ur
第二章 电网的电流保护
作业 第二章
2.双侧电源的方向性电流保护利用了电流和功率的什么特征 方 双侧电源的方向性电流保护利用了电流和功率的什么特征?方 双侧电源的方向性电流保护利用了电流和功率的什么特征 向性电流保护的主要特点是什么?相间短路的方向性电流保护 向性电流保护的主要特点是什么 相间短路的方向性电流保护 适用的电网。 适用的电网。 什么是功率方向元件的90º接线方式 相间短路功率方向元件采 什么是功率方向元件的 接线方式?相间短路功率方向元件采 接线方式 接线方式的优缺点。 用90º接线方式的优缺点。 接线方式的优缺点
继电保护 第2章 电网的电流保护
第二章 电网的电流保护
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
第二章 电网的电流保护
2. 外汲电流的影响(略) ３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
3 2
）
Ik K
E
Zs
Z k
工频 周期 分量
短路点至保护安装处之间的阻抗
第二章 电网的电流保护
三、电流速断保护
1.工作原理
电流速断保护 （１）动作电流的整定
I
set
Ik. L.min
3 2
E Zs.max z1Lmin
原则:保护装置的动作电流要躲过本线路末端的最大短路电流。
第二章 电网的电流保护
五、定时限过电流保护
作为下级线路主保护的远后备保护、本线路主保护的近后备保护、过负荷保护
1.工作原理 2.定时限过电流保护的整定 （１）动作电流的整定
原则：保护装置的动作电流要躲过本线路出现的最大负荷电流，返回电流也应大于
负荷自启动电流
保护
继电保护的一次动作电流ＩIIIset
由线路流向母线，要求保护不动作 二、方向性电流保护的基本原理 双侧电源网络相间短路的电流保护在原有电流保护的基础上增加 功率方向元件，在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作
双侧电源网络相间短路的电流保护
功率方向元件
可以看成两个单侧电源网络相间短路的电流保护
第二章 电网的电流保护
三、功率方向判别元件
90
arg
Uｅr ｊ Ir
电网的电流保护和方向电流保护
动作
不可能停留在某一中间
位置，这种特性称为“继
返回
电特性”。
I I re I op
＊继电器的动作电流：使继电器动作的最小电流；
＊继电器的返回电流：使继电器返回的最大电流；
＊ 返回系数：
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K re
I re I op
1 (0.85~0.9)
4
2.1 单侧电源网络的相间电流保护
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k1
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3.灵敏性的校验 （1）作为近后备时
采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的 电流来校验；
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3.灵敏性的校验 （1）作为远后备时
采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时 的电流来校验；
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在各个过电流保护之间，要求灵敏系数互相配合；
对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护灵敏 系数越高；
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3、电流速断保护的构成
无时限电流速断保护的单相原理接线图
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4、评价
优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受运 行方式的影响，保护线路长度不同，保护 范围也不同。
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II se t.2
运行方式变化对电流速断保护范围的影响
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4、评价
优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受运 行方式的影响，保护线路长度不同，保护 范围也不同。
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阶段式电流保护的配合及应用
㈡阶段式电流保护的配合关系
过电流保护
过电流保护靠时间元件逐级配合满足选择性要求 过电流保护的电流元件不具备选择性
第二章的第二节多侧电源网络相间短路的方向性电流保护
第⼆章的第⼆节多侧电源⽹络相间短路的⽅向性电流保护第⼆节多侧电源⽹络相间短路的⽅向性电流保护⼀、⽅向性电流保护的⼯作原理实际的电⼒系统是由很多电源组成的复杂⽹络，此时，采⽤第⼀节中介绍的三段式电流保护不能满⾜选择性的要求。
图2－13 双侧电源⽹络接线及保护动作⽅向的规定（a ）1d 点短路时的电流分布；（b ）2d 点短路时的电流分布；（c ）各保护动作⽅向的规定；例如在图2—13所⽰的双侧电源⽹络接线中，每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。
因为当线路上发⽣短路故障时，线路两侧分别流过各侧电源提供的短路电流，如果只在线路的⼀侧装设断路器和保护装置，实际上并不能真正切除故障。
假设保护1、2、3、4的电流速断仍按第⼀节中的整定原则，其起动电流依据电源1E 单独存在情况下整定；保护5、6、7、8的电流速断依据电源∏E 单独存在情况下整定。
在图2-13（a ）中1d 点发⽣短路时，按照选择性的要求应该由距故障点最近的保护2和6动作切除故障。
然⽽，由电源∏E 供给的短路电流1d I ''也将通过保护1，如果1d I ''⼤于保护1电流速断的起动电流1.dz I '，则保护1的电流速断就要误动作。
因此，可以得出这样的结论：在双侧或多侧电源的复杂⽹络中，采⽤电流速断不能满⾜选择性的要求。
那么，此类⽹络中能否采⽤定时限过电流保护呢？结论也是否定的。
因为当1d 点短路时，要求25t t >；但是，当2d 点短路时，⼜要求52t t >。
这两个要求是不可能同时得到满⾜的。
对误动作的保护进⾏分析可知，误动作的原因是由对侧电源供给的短路电流引起的；此时误动作保护的实际短路功率⽅向是由线路流向母线的。
因此，为了消除双侧电源或多侧电源中三段式电流保护的⽆选择动作，需要在可能误动作的保护上增设⼀个功率⽅向闭锁元件。
该元件当短路功率⽅向由母线流向线路时动作，开放电流保护；⽽当短路功率⽅向由线路流向母线时不动作，闭锁电流保护。
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（一）方向电流保护的基本原理
? 当K1点短路时：应3、4先动作
t ? t III op .2
III op .3
? 当K2点短路时：应1、2先动作
t ? t III op .2
III op .3
? 当K1点短路时： ? 保护2
短路功率方向为从线路到母线，不应动作； ? 保护3
对于U相的方向元件: I&r ? I&u U&r ? U&vw
? r ? ? (90 o ? ? k ) ? ? 45 o ～－ 30o 左右。
方向元件的最大灵敏角 ? s
应根据实际线路的短路阻抗角来整定：
当 ? k 在 60? 附近时，方向元件的最大灵敏角? s
应整定在－ 30o ；
当 ? k 在 45o附近时，方向元件的最大灵敏角 ? s
短路功率方向为从母线到线路，应该动作。
当K2点短路时： ? 保护3
短路功率方向为从线路到母线，不该动作； ? 保护2
短路功率方向为从母线到线路，应该动作。
? 方向电流保护：加装了用来判断短路功率方 向元件的电流保护；
? 功率方向元件（方向元件）：用来判断短路 功率方向的元件；
? 正方向：规定的方向元件动作的方向。 ? 反映相间短路的电流保护，方向元件动作的
靠系数均取 1.2)
I
L1
K1
K2
? 对于整流型功率方向继电器，其接线方式是指加在 各相方向继电器电流线圈上的电流与电压线圈上的 电压的组合方式。
? 对于微机型保护装置，其功率方向元件的接线方式 是指保护在进行短路功率方向判别的计算时，所取 的电流与电压的组合方式。
90 ? 接线方式：采用故障相的电流与另外两相线电 压的组合方式。
?
?t
……。
? 逆向阶梯形原则
t III
op.6
?
t III
op.4
?
?t
t III
op.4
?
t III
op.2
?
?t
……。
（二）方向电流保护的构成举例 1．机电型方向过电流保护
XB
KW
2．微机型带低电压闭锁的方向过电流保护
低压控制字＝ 0
Ua,b,c V/V
低压控制字＝ 1 低电压元件
≥1 &
方向元件 U相方向元件 V相方向元件 W相方向元件
Ir
Ur
I&u U&vw
I&v U&wu
I&w U&uv
设：三相对称且同名相电流与电压同相位
则：加入方向元件的电流超前电压的相角为 90? 。
对于反映相间短路故障的方向元件， 通常采用 90? 接线方式。
设：保护安装处正方向发生三相短路故障
线路的短路阻抗角 ? k一般在 60? ～ 45? 左右。
2．动作范围
? ? 方向元件的动作条件： Pk ? Ur Ir cos ?r ? ? s ? 0
动作范围为： －90o＋? s ? ? r ? 90o ? ? s
设:某方向元件的最大灵敏角 ? s 整定在－30?
则该方向元件的动作范围为：
? ? ?
90 o ? 30 o
?
? ?；。 r
90 o
?
30 amp;r之间的夹角，用
? s 表示。
令： Pk ? Ur Ir cos?? r ? ? s ?
? ? 则：当
? ? ? r
时 s ， ；
cos?r ??s ?， 1
P k 最大，方向元件动作最灵敏。
反应相间短路的功率方向元件，最大灵敏角
?
s
一般整定在：－ 30? ～－ 45? 左右。
? 潜动：在只加电流，没有加电压；或只加电压， 没有加电流的情况下，方向元件有误动作的现 象。
? 对于只加电流时产生的潜动，称为电流潜动； ? 对于只加电压时产生的潜动，称为电压潜动。
? 死区：有可能造成方向元件拒动的区域，称为 方向元件的死区。
（四）功率方向元件的接线方式
? 指加入方向元件的电流与电压的组合方式。
Ia,b,c I/V
方向控制字＝ 0 方向控制字＝ 1
方向元件
≥1 &
过电流元件 过电流保护软压板
&t
出口
二、功率方向元件
（一）功率方向元件的原理 ? 以保护安装处母线电压为基准，当短路电流由母线
流向线路时，短路功率方向为正。
功率方向元件的原理
K1点短路时：
I&KM 与 U&之间的夹角
0 o ? ? 1 ? ? k 1 ? 90 o
正方向为：从母线流向线路。
保护1、3、5的动作方向相同，在对它们进行整定计算时， 只需要考虑M侧电源的影响； 保护2、4、6的动作方向相同，在对它们进行整定计算时， 只需要考虑N侧电源的影响。
例如： ?
t III op .1
?
t III op .3
?
?t
t III op.3
?
t III op .5
应整定在－ 45o
（五）按相起动原则
在机电型保护装置中 ，要求仅同名相的电流继电器 与功率方向继电器的常开触点串联连接。
+
KAu
KWu
KT
-
KAw
KWw
在微机型继电保护装置中 ，其电流元件、方向元件 均应取故障相的电流及其对应相的电压进行计算、 判别。
复习题
? 1、方向元件动作的正方向。 ? 2、逆向阶梯形原则 ? 3、功率方向元件的最大灵敏角和动作范围 ? 4、功率方向元件的潜动和死区 ? 5、功率方向元件的接线方式 ? 6、按相起动原则
7．计算题（ 10分） 通过计算确定 10KV线路L1的相间电流保护，并校验 II、
III段灵敏度。
已知：L1输送的最大负荷功率为 2.5 MW ，cOSΦ=0.9
Kss=1.5 。 最小运行方式下 K1点三相短路电流为 1000A，K2 点 三相短路电流为 700A； 最大运行方式下 K1点三相短 路电流为1200A，K2 点三相短路电流为 800A.(各段可
? 1 ? ? k1
通过保护3的短路功率 Pk1 ? UIKM cos?1 ? 0
K2点短路时： I&KN 与 U& 之间的夹角
? 2。 ? ? k 2 ? 180 o
，
。
180 o ? ? 2 ? 270 o
通过保护3的短路功率 Pk2 ? UI KN cos ? 2 ? 0
（二）功率方向元件的最大灵敏角和动作范围
，即 ? 120 o ? ? r ? 60 o
r
制动 区
r
?120o
? 30o
60o
动作区 U? j r
I? jr
? 考虑到电流互感器、电压互感器的角度误差、 计算误差以及短路电流中非工频分量等因素
对保护的影响，为了防止反方向故障时方向
元件误动作，功率方向元件的实际动作范围 应小于180o。
（三）功率方向元件的潜动和死区