输电线路方向电流保护设计
输电线路的电流保护
1.简单网络
从接地点流回的电流ID为 ：
.
...
.
.
ID(IAIBIC)IBIC
电流速断保护是依靠动作电流定值取得选择性，动作速 度快，但不能保护线路全长，灵敏性差，即牺牲了灵敏性， 换取了快速性。
4.电流速断保护的接线图 单相原理接线图
正常状态： 一次设备通过的电流为负载电流
流过KA的电流小于动作值 KA不动作，其触点不闭合 不发断路器跳闸脉冲 。
4.电流速断保护的接线图 单相原理接线图 短路故障时：
3.灵敏度校验 零序Ⅱ段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短
路时的最小零序电流来校验，并满足Ksen≥1.3~1.5,即
Ksen 3II0O'.'mPin1.5
式中I0。min—本线路末端接地短路时的最小零序电流。
如果灵敏度不满足要求，则增加一段零序，并与相邻线 路零序Ⅱ段配合
七、定时限零序过电流保护（零序Ⅲ段）
1.起动电流 (1) 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最 大不平衡电流Iunb.max,即
I K I ''' OP
''' rel un.bmax
（2）与下一线路零序Ⅲ段相配合就是本保护零序Ⅲ段
的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ⅲ段的保护范围。
2. 灵敏度校验 作为本条线路近后备保护时，按本线路末端发生接地故
送电线路，还广泛采用 零序电流互感器接线以 获得3I0 ，如右图所示 它和零序电流过滤器相 比，主要是没有不平衡 电流，同时接线也更简 单。
四、零序电压互感器
零序电压的取得，通常采用三个单相电压互感器或
三相五柱式电压互感器。
发生接地故障时，从 mn 端子上得到的零序电压为：
2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护
三相短路和近处两相短路灵敏角变化 范围为：
90 sen 0
两相远处短路，B相灵敏角变化范围：
120 sen 30
C相灵敏角变化范围：
60 sen 30
为了使各种相间短路保护都能动作，
最大灵敏角范围：
sen 30 ~ 60
1、方向电流保护是为了满足双电源线 路、单电源环形网络选择性与灵敏性， 在电流保护的基础上增加方向元件。
通过保护3的短路功率为：
Pk1 Ures Ik1 cosk1 ＞0
当反方向短路时，通过保护3的短路功率为
Pk2 UresIk2 cosk1 ＜ 0
功率方向继电器动作条件：
Pk ＞0 动作；
Pk＜0时不动作。
（1）相位比较式原理
实质是判断母线电压与电流之间 相位角是否在 90 ~ 90 范围内。
2.2 双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护
1、过电流保护的方向性 2、工作原理 3、功率方向继电器工作原理 4、功率方向继电器接线
教学 要求
通过学习要求掌握方向过电流保护的基 本工作原理；功率方向继电器工作原理 及动作区。功率方向继电器采用 90 接
线的目的，消除出口三相短路死区的方 法。
采样双电源目的
U a
k
U c
U b
Ib
U ca
Ebc
sen (90 k )
90 sen 0
（3）远处两相短路
U ab
Ic
Ea U a
c
Ecb
k
k
Ebc
E c
U ca
b
Eb
Ib
120 b 30
60 c 30
4输电线路继电保护
P UICOS
(2) 接线方式
① 零度接线
对A相的功率方向继电器，加入电压UK ( U A)和电
流 IK ( IA)，则当正方向短路时
KA
arg
U A Ik1A
k1
反方向短路时，KA
arg
k
U A Ik2A
180 k2
Krel Kss K re
I lm ax
(4-12)
式中 Krel ——可靠系数，一般采用1.15~1.25；
K—ss 自起动系数，数值大于1； K—re —电流继电器的返回系数，一般采用0.85。
(2) 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限
k2
k1
图4-8 单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限选择说明
在一般情况下，距离保护装置由以下元件组成，其逻辑
关系
如图4-21 起动
所示。
Z
Z
t
≥1
&
出口
跳闸
Z
t
图4-21 三段式距离保护的组成元件和逻辑框图
4.3 双侧电源网络相间短路保护
在线路两侧都装上阶段式电流保护(因为两侧均有 电源)，则误动的保护都是在自己保护线路的反方向发 生故障时，由对侧电源供给的短路电流所致。
set
情况，此时为负值，如图4-13所示。
set k set
k
k set
set k
set k
k set
k set
set
k
k set
图4-11测量阻抗在圆内 图4-12 测量阻抗在圆外 图4-13 ZK超前于Zset的向量关系
图9-20 距离保护的作用原理 (a) 网络接线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(b) 时限特性
电力系统继电保护课程设计-输电线路方向电流保护设计
电力系统继电保护课程设计-输电线路方向电流保护设计电力系统机电保护课程设计论文设计课题电力系统继电保护课程设计论文题目输电线路方向电流保护设计学部专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名指导教师年月日广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书一、课程设计（论文）的内容输电线路方向电流保护设计二、设计（论文）的要求与数据1、设计技术参数：,20,3/1151Ω==G X kV E φ,12,1232Ω=Ω=G G X XL1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km,线路阻抗0.4Ω/km,2.1=I rel K ,=∏rel K 15.1=I ∏relK , 最大负荷电流IB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,2、、统接线图如图：三、课程设计（论文）应完成的工作1、值电抗计算、短路电流计算。
2、整定保护4、5的电流速断保护定值，并尽可能在一端加装方向元件。
3、定保护5、7、9限时电流速断保护的电流定值，并校验灵敏度。
4、定保护4、5、6、7、8、9过电流保护的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。
5、制方向过电流保护的原理接线图。
并分析动作过程。
6、采用MATLAB 建立系统模型进行仿真分析。
四、课程设计（论文）进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[1]谷水清．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2005[2]贺家礼．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2004[3]能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气二次部分）．北京：中国电力出版社，1982[4]方大千．实用继电保护技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003[5]崔家佩等．电力系统继电保护及安全自动装置整定计算[M]．北京：水利电力出版社，1993[6]卓有乐．电力工程电气设计200例[M]．北京：中国电力出版社，2002[7]陈德树．计算机继电保护原理与技术[M]．北京：水利电力出版社，1992[8]陈曾田．电力变压器保护[M]．北京：水利电力出版社，1989[9]许建安．电力系统继电保护[M]．北京：水利电力出版社，2003发出任务书日期：年月日指导教师签名：计划完成日期：年月日教学单位责任人签章：目录第1章绪论------------------------------------------------------6 1.1 输电线路电流保护概述--------------------------------------------7 1.2 本文主要内容-----------------------------------------------------7 第2章输电线路方向电流保护整定计算-------------------------9 2.1 方向电流Ι段整定计算----------------------------------------------------- 92.1.1 保护4、5的Ι段动作电流的整定------------------------------------- 10 2.1.2 灵敏度校验---------------------------------------------102.1.3 动作时间的整定------------------------------------------------------ 102.2 保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算------------------------11 2.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装-------------12 第3章方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析-----123.1 保护原理图--------------------------------------------------------------- 123.2 动作过程分析----------------------------------------------------------- 12第4章MATLAB建模仿真分析---------------------------- 13第5章课程设计总结------------------------------------------ 15摘要电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障,因此,必须有相应的保护装置来反映这些故障，方向保护是利用电压和电流的乘积判明电流流向（相位）的继电保护。
3.输电线路的阶段电流保护
• 二次接线图包括：
交流电压回路、交流电流回路、 断路器控制回路、隔离开关控制回路、 信号回路、继电保护回路、自动装置 回路、“五防”回路（防止误合、误跳
断路器；防止带负荷拉合隔离开关；防止 带电挂接地线；防止带接地线合隔离开关； 防止人员误入带电间隔等五个方面）及监
视回路。
集中式二次电路图 （原理图）
二、几种常用的电磁式继电器
1.电磁式继电器基本原理 磁能吸铁
2.电流继电器
作用：测量被保护元件电流的大小
结构：
图形符号与 文字符号
注：动作过程见网络课件
动作电流、返回电流、返回系数
使继电器动作的最小电流称为动作电流Iact 使继电器返回的最大电流称为返回电流Ire
I re Kre = I aet
• 正确的连接：特别要注意电压及电流互感器的 二次侧的极性、辅助开关（辅助触点）、端子、 端子排、端子厢之间的连接； • 正确的整定 • 正确的操作 • 正确的分析方法
断路器的辅助接点
隔离开关辅助接点
四、短路电流曲线
短路电流曲线
在线路上取3个（一般取线路首端、中 间和末端3点）及以上的短路点，分别计算 出各点在继电保护定值整定时最大、最小运行方
分开式二次电路图
（展开图）
单元接线图(安装图)
为了清楚地表示成套装置或设备中每 个单元的连接关系,单元接线图按装置或设 备的背面布置而绘制.
识、读电气二次图的方法
总体要求:
• • • •
先交流，后直流； 先线圈，后触点； 先控制，后保护，再信号； 由线圈的带电，看触点的动作。
保证二次部分正确运行的“四正确”
用短路电流曲线说明第Ⅱ段电流保护的定值计算
S K1 I
输电线路相间短路电流保护课件
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
3.2 输电线路相间短路的方向电流保护详解
➢ 由于正、反向故障时，短路功率方向不同，它将使保护的 动作具有一定的方向性。 ➢ 在常规保护中，方向元件有电磁型、感应型、整流型、晶 体管型、集成电路型等，常用的是整流型和晶体管型。
➢ 母线电压参考方向为“母线指向大地”，电流参考方向为 “母线指向线路”。
其之输间出的（相转位UC矩差或的电大压小24）而00 值改随变两。U者当B
输出为最大时的相位差称为最大
灵敏角。
arg
U K IK
Network Optimization Expert Team
k23
U
1
EI
Ik 2
k1处短路（对保护1为正方向）
U Ik1 Z1lk1
U
Ik1
k1
0 k1 90
第三章 电网的相间电流、电压保护 和方向性相间电流、电压保护
一、单侧电源网络的相间电流、电压保护 二、电网相间短路的方向性电流、电压保护
2021/4/6
1
问题的提出
2
1
A
B
C
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地切除故障。
动作范围： senmax 900 ∵ 过渡电阻、线路阻抗角会变化， k最大0灵~敏90线
+j ∴ 功率方向继电器在正方向故障时，动作的角度应该是一个
范围。
动作区 .
考虑实现的方便性，这个角度通常U 取为：
35KV输电线路保护设计-35KV输电线路保护
摘要电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。
但是一旦发生故障如不能及时有效控制，就会破坏稳定运行，造成大面积停电，给社会带来灾难性的严重后果。
随着电力系统的迅速发展，大量机组、超高压输变电的投入运行，对继电保护不断提出新的更高要求。
继电保护是电力系统的重要组成部分，做好继电保护工作是保证电力系统安全运行的必不可少的重要手段。
因此，加强线路继电保护非常重要。
根据线路继电保护的要求，给35KV的输电线路设计合适的继电保护。
本次课程设计首先介绍了继电保护的作用和发展，然后详细介绍了35KV线路主保护及后备保护的选择与整定，35KV线路三相一次重合闸及防雷保护，最后介绍35KV系统的微机保护。
关键词：继电保护；主保护；整定；微机保护目录1 继电保护的作用和发展 (1)1.1 继电保护的作用 (1)1.1.1 继电保护在电力系统中的作用 (1)1.1.2 继电保护的基本原理和基本要求 (1)1.2 继电保护的发展 (2)2 35KV线路主保护选择与整定 (4)2.1 电流、电压保护整定计算考虑原则 (4)2.1.1 电流、电压保护的构成原理及使用范围 (4)2.2 电流闭锁电压保护 (5)3 35KV线路后备保护选择与整定 (12)4 35KV线路三相一次重合闸 (17)5 线路及变压器防雷保护 (18)6 微机保护 (19)6.1 微机保护的软硬件组成 (19)6.1.1微机保护的特点 (19)6.1.2微机保护装置硬件结构 (19)6.1.3微机保护的软件组成 (20)6.2 微机保护的算法 (21)6.3 35KV系统微机保护配置 (22)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1继电保护的作用和发展1.1 继电保护的作用1.1.1 继电保护在电力系统中的作用电力系统在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常情况。
其中故障一般可分为两类：横向不对称故障和纵向不对称故障。
第二章输电线路的相间短路的电流保护
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。
双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护原理电子教材(精)
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。
方向过电流保护
t1 > t3 > t5 t6 > t4 > t2
单相式方向过电流保护原理接线：
信号
接自母线TV
由起动元件、方向元件、时间元件和 信号元件组成。
3、功率方向继电器工作原理
K2
K1
& U res
ϕ k1
& I K1
& Ik2
K1点发生短路故障时，加入保护3的电 压与电流反映了一次电压和电流的相 位和大小。
B
& IC
接自母线TV
（1）引进记忆电路的目的是 消除正向出口三相短路的死区；
消除 死区 方法
90o 接线的目的 （2）采用 是消除两相短路的死区。
动作区画法：
& Ir
最灵敏线
ϕ sen
制动区
动作区
& Ur
动作区： ϕ sen ± 90
o
（1）三相短路
& Ua
ϕk
& Ia
ϕ sen
& Uc
& Ub
小 结
& U bc
ϕ sen = −(90o − ϕ k )
− 90 ≤ ϕ sen ≤ 0
o
o
（2）近处两相短路
& Ua
& Uc
ϕk
& Ub
& Ebc
& Ib
ϕ sen = −(90 − ϕ k )
o
& U ca
− 90 ≤ ϕ sen ≤ 0
o
o
（3）远处两相短路
& U ab
& Ic
& Ecb
ϕk
方向电流保护及功率方向继电器
操作后应检查设备是否正常运行 ，如有异常应立即停机检查并联
系专业人员进行维修。
04
THANKS
感谢观看
功率方向继电器的定义与作用
定义
功率方向继电器是一种用于检测 和判断功率方向的继电器，它可 以根据电流的方向和大小来控制 电路的通断。
作用
在电力系统中，功率方向继电器 主要用于方向电流保护，防止因 电流反向而引起的设备损坏和安 全事故。
工作原理与结构
工作原理
功率方向继电器通过比较输入电流和电压之间的相位关系，判断功率方向，从而控制触 点的通断。当电流和电压同相时，继电器判定为正向功率；当电流和电压反相时，继电
03
CATALOGUE
方向电流保护的配置与整定
方向电流保护的配置原则
独立性
确保方向电流保护的独立性，避免与其他保 护装置相互干扰。
选择性
确保方向电流保护具有选择性，只切除故障 线路，避免误动作影响其他线路。
可靠性
选用高质量的继电器和设备，确保保护装置 在故障时能够可靠动作。
速动性
要求保护装置在故障发生时快速动作，减小 故障对系统的影响。
加强维护与保养
对保护装置进行定期维护和保养，确保其长期稳 定运行。
ABCD
注意系统的运行方式
在运行过程中，应密切关注系统的运行方式和负 荷变化，及时调整保护装置的定值。
配合其他保护装置使用
在复杂系统中，方向电流保护应与其他保护装置 配合使用，提高系统的安全性和可靠性。
04
CATALOGUE
功率方向继电器的应用与选型
检查接线端子
确保接线端子紧固，无松动或腐蚀现象。
测试功能
定期进行功能测试，确保继电器在正常工作状态下运行良好。
第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护
第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护在电力系统中，双侧电源输电线路是非常常见的一种拓扑结构。
然而，在运行过程中，由于各种原因，可能会出现相间短路故障。
为了保护电力系统的正常运行，需要对这种故障进行准确的判断，并及时采取措施保护系统。
双侧电源输电线路相间短路故障是指两个电源之间的相线发生短路。
当这种故障发生时，电流会沿着线路的各个分支流动，同时流向短路点，形成环流。
由于环流的存在，会对电力系统带来很大的危害，如引发设备的过电流、电压波动等问题，对系统的稳定性和安全性构成威胁。
为了解决这个问题，需要在电源侧进行方向电流保护。
方向电流保护是指通过检测电流方向，判断故障点的位置，并采取保护措施，以限制短路故障的影响范围。
方向电流保护的基本原理是通过检测电流的相位差来确定故障的位置。
当相间短路发生时，电流的相位差会随着故障点的位置而改变。
通过测量电流的相位差，就可以判断故障点是在哪一侧，并采取相应的保护措施。
常用的方法包括差动保护和方向元件保护。
差动保护是利用差动电流进行方向电流保护。
差动电流是指同一线路两端电流的差值，通过比较差动电流的幅值和相位差，可以判断故障点的位置。
如果差动电流的幅值超过设定值，并且相位差在某个范围内，就说明故障点在保护的覆盖范围内，此时保护动作。
差动保护具有快速、精确的特点，广泛应用于电力系统。
另一种常用的方向电流保护方法是采用方向元件。
方向元件是指能够根据电流方向进行判断的装置，常见的方向元件有方向比较器、方向继电器等。
这些装置通过检测电流的相位差，判断故障点的位置，并根据判断结果发出保护信号，实现保护动作。
除了差动保护和方向元件保护之外，还可以利用数字保护装置进行方向电流保护。
数字保护装置具有运算速度快、精度高的特点，可以通过相间短路电流的特征进行方向电流保护。
数字保护装置通过采样和计算电流波形，判断故障点的位置，并根据判断结果进行保护动作。
讲解方向过电流保护
功率方向继电器 KP1 KP3 KP3
电流
IA I
电压
U BC U CA U AB
B
IC
接自母线TV
（1）引进记忆电路的目的是 消除正向出口三相短路的死区；
消除 死区 方法
90 接线的目的 （2）采用 是消除两相短路的死区。
动作区画法：
Ir
最灵敏线
sen
制动区
动作区
Ur
动作区： sen 90
（1）三相短路
Ua
k
Ia
sen
Uc
Ub
U bc
sen (90 k )
90 sen 0
（2）近处两相短路
Ua
Uc
k
Ub
Ebc
Ib
sen (90 k )
动作方程表达式
Ur arg 90 ≤ I r ≤ 90
事实上是间接比较保护安装处母线电 压与流过保护安装处电流的相位。
90
KuvU r arg ≤ 90 ≤ Kur I r
当加入继电器电压为零时，无法进行 比相。
简化后的表达式为：
Ur 90 ≤ arg ≤ 90 Ir
t1 t3 t5 t6 t4 t2
单相式方向过电流保护原理接线：
信号
接自母线TV
由起动元件、方向率方向继电器工作原理
K2
K1
U res
k1
I K1
Ik2
K1点发生短路故障时，加入保护3的电 压与电流反映了一次电压和电流的相 位和大小。
K1
第4章双侧电源输电线路相间短路方向电流保护
d1点短路时：t6＜t1 d2点短路时：t6＞t1
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图4-1 双侧电源供电网络
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4.1.1 以阶段式电流保护带来的新问题
2.原因：图4-1
某一保护（如保护1）的误动是在所保护的线路（如 CD线路）反方向发生故障时，由另一个电源（如电源EⅡ）
2.特点：
在原有保护上增设一个功率方向判别元件，反向故障时， 闭锁保护。
3.接线：
➢原理接线图
➢展开接线图
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图4-2 方向电流保护原理接线图
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4.1.4 方向过电流保护
4.动作原理： 短路（正向）时：KA、KPR均动作,保护动作 短路（反向）时：KA动作，KPR不动闭锁保护装置
5.动作参数的整定： 根据动作方向将保护分成两组。 例：在图4-1将1、2、3、4分成一组；5、6、7、8分成一组
再分别按单侧电源线路过电流保护同样的原则整定参数， 保证动作的选择性。
6.方向元件的装设原则：
对于同一母线两侧的保护：动作时限长者可不装方向元件， 动作时限短和相等者必须装方向元件。
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4.3.1 定义：
是指功率方向继电器与电流互感器和电压互感器 的连接方式,即加入继电器的电压Uj和电流Ij是线(相间) 的还是相的一定组合方式。
4.3.2 要求：
1.能正确反应故障方向：正方向故障,继电器动作
反方向故障继电器不动作
2.灵敏系数高：故障以后加入继电器的电流和电压
应尽可能地大一些 。
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辽宁工业大学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：输电线路方向电流保护设计（5）院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2012.12.31—2013.01.11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程及其自动化续表摘要电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障,因此,必须有相应的保护装置来反映这些故障，方向保护是利用电压和电流的乘积判明电流流向（相位）的继电保护。
以判明短路故障位于保护装置处的正向或反向。
本设计题目为输电线路方向电流保护设计，经过保护4、5的Ι段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、保护5、7、9方向电流Ⅱ段的整定计算和方向电流Ⅲ段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。
利用MATLAB软件建立系统仿真模型，根据给定参数对电气元件设定，对仿真结果分析，符合设计要求。
关键词：电力系统；电流保护；方向保护；方向元件目录第1章绪论 (5)1.1 输电线路电流保护概述 (5)1.2 本文主要内容 (5)第2章输电线路方向电流保护整定计算 (7)2.1 方向电流Ι段整定计算 (7)2.1.1 保护4、5的Ι段动作电流的整定 (7)2.1.2 灵敏度校验 (7)2.1.3 动作时间的整定 (8)2.2 保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算 (8)2.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装 (9)第3章方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析 (11)3.1 保护原理图 (11)3.2 动作过程分析 (11)第4章MATLAB建模仿真分析 (13)第5章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1输电线路电流保护概述电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障,因此,必须有相应的保护装置来反映这些故障,并控制故障线路的断路器,使其跳闸以切除故障.对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。
对于3KV及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护，对于电压等级在220KV 及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应无延时控制其短路器跳闸。
线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护，方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。
电力系统中线路的电流电压保护包括：带方向判别和不带方向判别的相间短路电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。
他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路故障。
1.2本文主要内容通过对保护段的Ι段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向电流Ⅱ段的整定计算和方向电流Ⅲ段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。
在对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。
这种增加了功率方向测量元件的电流保护即为方向电流保护。
在双电源网络或其他复杂网络中，可以采用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。
方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时，在构成、整定、相互配合等问题上还有以下特点：在保护构成中增加功率方向测量原件，并与电流测量元件共同判别是否在保护线路的正方向上发生故障。
方向电流保护第Ⅰ段，即无时限方向电流速度保护的动作电流整定可以不必躲过反方向外部最大短路电流；第段电流保护动作电流还应考虑躲过反向不对称短路时，流过非故障相的电流，这样可防止在反方向发生不对称故障时非故障线功率方向测量元件误动作而造成的保护误动作；在环网和双电源网中，功率方向可能相同的电流保护第段的动作电流之间和动作时间之间应相互配合，以保证保护的选择性。
本次设计包含了运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
第2章 输电线路方向电流保护整定计算2.1 方向电流Ι段整定计算2.1.1 保护4、5的Ι段动作电流的整定根据任务书中的系统接线图计算各段线路的阻抗。
1L X =2L X =60*0.4=24Ω 3L X =50*0.4=20Ω BC X =40*0.4=16Ω CD X =50*0.4=20Ω DE X =20*0.4=8Ω由电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流，可计算： 保护4X )X (X ∥ )(L3L2G211)3(max +++=L G KA X X E I ϕ= =+++2024)(12∥ )2420(3115 1.668kA)3(max 4KA I rel I OP I K I ⨯==1.2⨯1.668=2.002kA保护5kA X E I G KB 075.220123115 X L33)3(max =+=+=ϕkA I K I KB I rel I OP 49.2075.22.1)3(max 5=⨯=⨯= 因为 )3(max 4KB I OP I I <，所以在4QF 加方向元件。
2.1.2 灵敏度校验I sen K 校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足可靠系数的要求。
314min 134min 4l x l x l l K I sen ==保护4的灵敏度校验：－＝IOPmin 142I 3S E l x m ax s X =002.223/1153⨯⨯-20=8.72Ω31l x ==+=3214//L L L OP X X X X 24//24+20=32ΩI sen K =4min 1OP X l x =3272.8⨯100%=27.25%>15% 满足灵敏度要求，所以合格。
保护5的灵敏度校验：315min 135min 5l x l x l l K I sen == ＝－＝max min 1523x OP S X I E lx 16=7.09Ω 31l x =＝＝35L OP X X 20ΩI sen K =315min 1l x l x =2009.7⨯100%=35.45%>15% 满足灵敏度要求，所以合格。
2.1.3 动作时间的整定因为无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性，所以电流保护第I 段的动作时间为0，即t I4op =t I 5op =0。
2.2 保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算无时限电流速断保护在任何情况下只能切除本线路上的故障，外部短路故障应依靠另外一种电流保护,即带时限的电流速断保护对于此种保护的动作电流整定为。
保护5Ⅱ段与保护3配合II 5op I =b OP rel K K /I I I ３Ｉ ＝Ｉ３I OP IB-C.Lmax=360A b K :分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。
b K =1+AB B I I =1+3311L G S L G S X X E X X E ++=1.42b OP rel K I K I I I I I ３＝5OP I =36015.1⨯/1.42=291.54A ＝＋＝33)2(KB 23I L G S X X E ⨯2012311523＋⨯kA=1796.875A I Isen K =I I 5)2(OP KB I I =54.29175.81796=6.16>1.4 所以满足灵敏度要求。
与相邻保护3Ⅱ段配合b K =1+AB B I I =1+3311L G S L G S X X E X X E ++=1.42 I I I I 5OP 2)KB I I （＝senK =I2OP I IC-D.Lmax=210A分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流，且两电流相等。
所以：4b K =1II 3OP I =I I I 2OP rel I K /4b K =1/21015.1⨯=264.5A II 5OP I =I I I 3OP rel I K /b K =42.1/5.26415.1⨯=214.21A I I I I 5OP 2)KB I I （＝senK =21.21475.81796=8.38>1.4此结果满足灵敏度要求。
＝I I 5OP t t t 3∆+I I OP =t t t 2∆+∆+I OP =1s 保护7,9与保护5相同。
2.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装为保证选择性，则必须加延时元件，且应按照阶梯形原则整定，即两相邻线路的电流Ⅲ动作时间相差一个△t 。
上一线路与动作时间长的下一段线路相配合；末级不装延时元件；越靠近电源，延时越长。
0t 1=I I I s （线路末端），t t t 12∆+=I I I I I I ，t 2t t t 23∆=∆+=II I I I I 5793t t t t 1.5s t III III III III ===+∆=，0s t t t 864===I I I II I II I （无下一级，相当于末级）若BC K :Ⅲ5op t >Ⅲ4op t ，AB K :Ⅲ5op t <Ⅲ4op t 矛盾，则Ⅲ需加方向元件。
因为 1.5s t t t 975===I I I II I I I I >0s t t t 864===I I I II I II I为简化保护接线和提高保护的可靠性，电流保护每相的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可共用一个方向元件。
电流保护第Ⅲ段的动作时间较小者而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同者可能失去选择性时均加方向元件。
所以,保护4,6,8加方向元件。
第3章方向电流保护原理图的绘制3.1保护原理图根据系统接线图，绘制方向电流保护原理图，如图3.1所示。
图3.1 方向电流保护原理图3.2动作过程分析电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。
当系统发生短路时，有本线路所在保护的Ⅰ段切故障。
当Ⅰ断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，延时元件则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器据动，若出现上述举动情况，则延时元件会有输出，使本线断路器跳闸。
振荡元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门闭锁保护，可防止保护误动作。
发生故障时相应段的保护动作，信号元件动作输出保护动作的报警信号。
整套保护也可用距离保护中第Ⅲ段的测量元件ⅢZ兼做启动元件，保护中第Ⅰ、Ⅱ段的测量元件ⅠZ、ⅡZ整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现，若测量元件ⅠZ无方向性，则需加方向判别元件。