电网电流保护与方向电流保护
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电网的电流保护和方向电流保护
2
2、对继电器的基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”。
3、过电流继电器原理框图：
输入
电流交换
比较
I
Ir
小延时 ≥ 2~3ms
输出
Iop
整定值 调整
继电器电流＜返回电流Ire，继电器返回； 继电器电流＞动作电流Iop，继电器动作；
3
4、继电器的继电特性：
继电器的动作明确干脆
动作
不可能停留在某一中间
29
4.灵敏度校验 2）灵敏度不满足要求时的调整 可与下一条线路的限时电流速断保护配合。
I K I II
II II
s et .2
rel set.1
t
II 2
t1II
t
式中：K
II rel
1.1
~
1.2
30
5.限时电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
限时电流速断保护的单相原理接线图
3.限时电流速断保护的动作配合
A
2
B1
C
QF2
QF1
Ik
II set.2
t
I II set.2
t
II 2
II set.1
l
t1II
t2I
t t1I
t
l
当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证
全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除
27
4.灵敏度校验
—为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最 小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。 —通常用灵敏系数来衡量
2、对继电器的基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”。
3、过电流继电器原理框图：
输入
电流交换
比较
I
Ir
小延时 ≥ 2~3ms
输出
Iop
整定值 调整
继电器电流＜返回电流Ire，继电器返回； 继电器电流＞动作电流Iop，继电器动作；
3
4、继电器的继电特性：
继电器的动作明确干脆
动作
不可能停留在某一中间
29
4.灵敏度校验 2）灵敏度不满足要求时的调整 可与下一条线路的限时电流速断保护配合。
I K I II
II II
s et .2
rel set.1
t
II 2
t1II
t
式中：K
II rel
1.1
~
1.2
30
5.限时电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
限时电流速断保护的单相原理接线图
3.限时电流速断保护的动作配合
A
2
B1
C
QF2
QF1
Ik
II set.2
t
I II set.2
t
II 2
II set.1
l
t1II
t2I
t t1I
t
l
当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证
全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除
27
4.灵敏度校验
—为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最 小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。 —通常用灵敏系数来衡量
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
➢最小运行方式：是指系统投入运行的电源容量最小，系统的
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。
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。
电网相间短路的方向性电流保护
同一母线两侧 1）、时限相同：均装设。 2）、时限不同：时限小的保护装设。
二、方向过电流保护单相原理接线图
方向过电流保护装置构成： 启动元件 功率方向元件 时限元件
四、功率方向继电器的接线方式
1.含义： 继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式。
2.基本要求 ➢ 保证选择性和较高的灵敏性 ➢ 保证继电器正方向故障时动作，反方时制动。
原因分析：
➢ 反方向故障时，对侧电源提供的短路电流引起保护误动。
解决方法：
➢ 加装方向元件----功率方向继电器，构成方向性电流保护， 仅当方向元件和电流测量元件均启动时才启动逻辑元件。 双侧电源系统保护变成针对两个单侧电源的子系统。
发生正方向故障时，保护启动，反方向故障时，保护闭锁。
3、方向性电流保护的工作原理
引入分支系数：
Kfz
I'BC IAB
故障线障线路流过的 前一级保护护所在线路流过的流
I II op1
K II rel
I
I op
2
K fz
当仅有助增时：
I
' BC
I AB
K fz 1
仅有外汲时：I
' BC
I AB
K fz 1
无分支时：
I
' BC
I AB
K fz 1
既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1
第二节 电网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
1、问题的提出
为提高供电可靠性，出现了单电源环形供电网络、双电源 或多电源网络。但在这样的网络中简单的电流保护不能满足 要求。分析如下：
二、方向过电流保护单相原理接线图
方向过电流保护装置构成： 启动元件 功率方向元件 时限元件
四、功率方向继电器的接线方式
1.含义： 继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式。
2.基本要求 ➢ 保证选择性和较高的灵敏性 ➢ 保证继电器正方向故障时动作，反方时制动。
原因分析：
➢ 反方向故障时，对侧电源提供的短路电流引起保护误动。
解决方法：
➢ 加装方向元件----功率方向继电器，构成方向性电流保护， 仅当方向元件和电流测量元件均启动时才启动逻辑元件。 双侧电源系统保护变成针对两个单侧电源的子系统。
发生正方向故障时，保护启动，反方向故障时，保护闭锁。
3、方向性电流保护的工作原理
引入分支系数：
Kfz
I'BC IAB
故障线障线路流过的 前一级保护护所在线路流过的流
I II op1
K II rel
I
I op
2
K fz
当仅有助增时：
I
' BC
I AB
K fz 1
仅有外汲时：I
' BC
I AB
K fz 1
无分支时：
I
' BC
I AB
K fz 1
既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1
第二节 电网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
1、问题的提出
为提高供电可靠性，出现了单电源环形供电网络、双电源 或多电源网络。但在这样的网络中简单的电流保护不能满足 要求。分析如下：
继电保护——电网的电流保护和方向性电流保护
继电保护——电⽹的电流保护和⽅向性电流保护⼀．电流继电器1．定义：电流继电器是实现电流保护最基本的元件，也是反应于⼀个电⽓量（单激励量）⽽动作的简单继电器的典型。
它的⼯作原理是⾮常简单的，就是电磁感应原理，因此不准备多讲，下⾯讲四个基本概念。
2 .四个基本概念：（1）起动电流—能使电流继电器动作的最⼩电流值，称为继电器的起动电流。
这⾥要特别关注最⼩两个字，因为电流继电器是反应电流增加⽽动作的，是增量动作的继电器。
如果是低电压继电器，是⽋量动作的继电器，应该是能使电压继电器动作的最⼤电压值，称为起动电压。
（2）返回电流—能使继电器返回原位的最⼤电流称为继电器的返回电流。
这⾥特要别关注最⼤两个字，理由同前。
如果是低电压继电器的返回电压，应该是继电器返回原位的最⼩电压值，称为返回电压。
（3）继电特性—⽆论起动和返回，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，这种特性我们称之为'继电特性'。
（4）返回系数—返回电流与起动电流的⽐值称为继电器的返回系数，可表⽰为 Kh=jdzjhII..。
增量动作的继电器其返回系数⼩于 1，⽋量动作的继电器其返回系数⼤于 1。
以上这四个基本概念不仅是适合于电流继电器和电压继电器，对所有的继电器或保护装置都是适⽤的，但⾸先要搞清楚是增量动作的还是⽋量动作的。
如果是增量动作的，就按照电流继电器的原则去套，如果是⽋量动作的，就按照低电压继电器的原则去套。
⼆．电流速断保护 A B C1．定义：反应于电流增⼤⽽瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。
顾名思义 d1 d2电流速断保护应该侧重于速动性。
2．动作特性分析： İd以图 2-1 来分析电流速断保护的动作特性。
II Ⅰ假定在每条线路上均装有电流速断保护， I'dz.2则当线路 A—B 上发⽣故障时，希望保护 2能瞬时动作，⽽当 B—C 上发⽣故障时，希望保护 1 能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本线路全长的 100%。
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。
方向电流保护的应用特点
方向电流保护的应用特点
方向电流保护是一种用于保护电气设备的保护装置，它主要用于检测和阻止电流的逆向流动。
以下是方向电流保护的应用特点：
1. 防止电能盗窃：方向电流保护器可以阻止电能由装置的负载侧逆向流向电源侧，从而防止非法的电能盗窃行为。
2. 防止设备损坏：逆向电流可能会导致电气设备的损坏，方向电流保护器可以及时检测到逆向电流并切断电路，保护设备免受损坏。
3. 提高电网稳定性：逆向电流的存在可能会导致电网的不稳定性，方向电流保护器可以帮助维护电网的稳定运行。
4. 增强电路安全性：方向电流保护器能够检测到逆向电流，并立即切断电路，确保电路安全，减少电路故障的风险。
5. 降低能源浪费：逆向电流的流动会导致电能浪费，方向电流保护器可以避免逆向电流的产生，从而减少能源的浪费。
总之，方向电流保护具有防止电能盗窃、保护设备、提高电网稳定性、增强电路安全性以及降低能源浪费等重要应用特点。
方向电流保护的基本原理
方向电流保护的基本原理咱先说说电流保护。
电流保护其实就是根据电路里电流的大小来判断是不是出问题了。
你想啊，正常的时候电流就该在一个合适的范围里溜达，就像人正常走路速度是有个大概范围的。
要是电流突然变得老大或者老小，那可能就是电路里有啥故障了，比如说短路了电流就会突然变得特别大，像洪水猛兽一样。
这时候电流保护就该发挥作用啦，它就像个小警察，发现电流不正常就赶紧采取措施，比如切断电路，不让故障进一步扩大。
但是呢，单纯的电流保护有时候会有点迷糊。
为啥这么说呢？因为在一些复杂的电网里，电流的变化可能不是那么单纯的因为故障。
比如说有一些电流的分流啊之类的情况。
这时候就需要方向电流保护来帮忙啦。
方向电流保护呢，它除了看电流大小，还会看电流的方向。
这就好比小卫士不仅要看进来的人数量对不对，还要看这些人是从哪个方向来的。
在电路里，电流是有它正常的流向的。
当有故障的时候，电流的流向可能就会发生变化。
比如说在一条线路的某一处发生了短路故障，正常情况下电流从电源流向负载，这时候故障点就像个大磁铁，把电流吸引得往它那儿跑，电流的方向就改变了。
方向电流保护装置就能敏锐地察觉到这个电流方向的变化。
它里面有一些特殊的元件，就像小触角一样，能感受电流的方向。
如果电流的方向不符合正常的运行情况，再加上电流大小也不正常，那这个保护装置就会判定是发生了故障，然后果断地采取行动，比如把故障线路给断开，保护其他正常的线路和设备。
你可以想象成一个大的电路家族，每个线路都是家族里的一员。
方向电流保护就像是家族里的智慧长者，它时刻盯着电流这个小家伙的一举一动，既看它的数量，又看它的走向。
要是电流这个小家伙调皮捣蛋，乱跑乱闯，不符合家族的规矩，智慧长者就会出手，把这个捣乱的线路隔离开，让整个电路家族继续平稳地运行下去。
而且啊，方向电流保护还很有团队精神呢。
在一个大的电网里，有很多个方向电流保护装置分布在不同的地方。
它们就像一群小伙伴，各自守护着自己的小地盘。
电网的电流保护和方向性电流保护
段）的起动电流值。 过电流继电器I1的动作电流如何整定（计算）？ 必须根据所保护范围内的短路故障电流来整定，即保证其保 护范围内所有地点发生短路，其都可以动作。
线路相间短路电流计算
a 三相短路电流计算
Id(3)
E ZS Zd
E - 系统等效电源的相电势
- Z短d路点至保护安装处的阻抗 －Z保S护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗
返回系数
Kh
I h.J I dz.J
1
继电器的工作特性曲线
返回系数：
Kh
I h.J I dz.J
1
“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只 能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器 不可能停留在某一个中间位置。
电磁型电流继电器工作原理
电磁转矩 ：
M dc
K1 2
K2
I
2 J
② 所以动电作流时Ⅰ限段整只定能值保护本线路首端一部分。
t2＝0秒
电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动（动作）电流整定值
以电流速断 保护2为例。
I dz.2 Kk Id.B.max , Id.B.max 是本线路末端B处最大短路电流
产生本线路末端B处最大短路电。流的条件：
① 系统处于最大运行方式
路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。
（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则
对上图中的电流 速断保护2进行整 定计算。
① 起动电流整定值 躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路 电流。即大于本线路末端（即母线B处） 的最大短路电流。
I dz.2 Kk Id.B.max ，Kk 是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.2~1.3
线路相间短路电流计算
a 三相短路电流计算
Id(3)
E ZS Zd
E - 系统等效电源的相电势
- Z短d路点至保护安装处的阻抗 －Z保S护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗
返回系数
Kh
I h.J I dz.J
1
继电器的工作特性曲线
返回系数：
Kh
I h.J I dz.J
1
“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只 能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器 不可能停留在某一个中间位置。
电磁型电流继电器工作原理
电磁转矩 ：
M dc
K1 2
K2
I
2 J
② 所以动电作流时Ⅰ限段整只定能值保护本线路首端一部分。
t2＝0秒
电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动（动作）电流整定值
以电流速断 保护2为例。
I dz.2 Kk Id.B.max , Id.B.max 是本线路末端B处最大短路电流
产生本线路末端B处最大短路电。流的条件：
① 系统处于最大运行方式
路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。
（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则
对上图中的电流 速断保护2进行整 定计算。
① 起动电流整定值 躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路 电流。即大于本线路末端（即母线B处） 的最大短路电流。
I dz.2 Kk Id.B.max ，Kk 是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.2~1.3
方向性电流保护
保护2、4、6只反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间相互配合，
矛盾得以解决；
20
电流保护
+
功率方向判断元件
方向性电流保护
21
（4）方向性电流保护的原理接线
22
2. 功率方向继电器
23
功率方向继电器：用于判别短路功 率方向或测定电压电流间的夹角的 继电器，简称方向元件。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。
17
（3）原因分析
规定：短路功率的正方向为从母线流向线路
S EA A
k2
SB S
S
C
S
1
2 3 误动 4 5
S D EB 6
I k2 A
I k2B
结论：误动的保护，其短路电流的 方向总是为反方向。
18
（4）解决方法 —利用方向元件和电流元件结合 就构成了方向性电流保护； —由于元件动作具有一定的方向， 可在反向故障时把保护闭锁； —正方向故障时方向电流保护可 能动作，按正方向分组。
EA A
K1
B
K2
C
K3
D EB
1
2
3
4
5
6
1为正方向；1、3为正方向；1、3、5为正方向；
2、4、6为正方向 4、6为正方向 6为正方向 19
这样，双侧电源系统的保护系统转换为成针对两个单侧电源的子系统
EA A
B
C
D EB
1
2
3
4
5
6
A
EA A
B
2
C
4
+
B
C
6 D EB
D
方向电流保护
WL1
WL1上K2点短路时， 保护1、2、4、6因短路功率由母线流向线路，故 都能启动， 其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开 断路器1、2，将故障线路WL1切除，保护4和6便 返回，从而保证了动作选择性。
2.方向过流保护装置
方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件 （电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器） 和时限元件（时间继电器）。
保t4 护取 6与时t1 0 保限 护长 4的t 、： 111 、.5 t14 2配0 2合.5 s： 2 s保t t 护8 8 8 与t t6 1 保3 护 6t 、t 1 32 1 配.5 合 0 ：.0 5 .5 1 .3 5 s s
t6 t4 t 2 0 .5 2 .5 s 取时限长的： t8 3s
工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门， 二者同时动作才能启动时间继电器KT。
去
QF
YR
QF
信 号
TV
KS
I﹥
P﹥
KA KW
KT
TA
图4-3 方向过流保护原理接线图
在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都 需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动 作选择性时，才需要装设功率方向元件。
在这种情况下，小电源一侧需要采用方向电流速 断保护，当保护背后发生短路时，利用功率方向元 件闭锁，使保护只根据小电源一侧的短路功率方向 来动作。
因此，这时小电源侧方向电流速断保护只需躲过 线路末端短路时通过该保护处的短路电流来整定即 可，从而大大提高了保护的灵敏性，满足保护范围 的要求。
方向电流保护是在电流保护基础上加装方向元件的保护。 在一般电流保护2和3上各加一个方向元件（功率方向继 电器）， 它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护 动作，这样就解决了电流保护的选择性问题。
电网相间短路的方向电流保护
dI
4I
X
DL4
I5
X
DL5
6I
N
X~
DL6
d2点短路：保护1、2、4、6起动，t2 ＜t4 ＜t6 ，故保护1 和2起动，保护4、6返回。
d2
M
I1
~X
DL1
2I
X
DL2
I3
X
DL3
4I
X
DL4
I5
X
DL5
6I
N
X~
DL6
装设方向元件———功率方向继电器
功率方向继电器：具有判别短路功率正负的能力， 并且在功率为正时动作，并且在功率为负时不动 作。
缺点： 在保护安装地点附近发生三相短路时，有“死区”， 接线复杂。
四、双侧电源网络中电流保护整定的特点
• 瞬时电流速断： 保护的整定值大于反方向故障时流过保护的短路电流，
可以不加方向元件； • 定时限过电流保护：
保护的动作时限大于同一线路上其它保护的动作时限， 可以不加方向元件； • 其它情况均应配置方向元件。
幅值比较原理和相位比较原理之间的关系可以用平行四边 形和菱形定则加以说明。若以比较相位的两个电气量组成一个 平行四边形，则比较幅值的两个电气量就是平行四边形的两条 对角线，两两电气量之间有三种情况。
（2）幅值比较式功率方向继电器的构成框图
电
.
.
UJ
压
A
形
成
.
.
回B
IJ
路
幅值比较回路
.
整流滤波 A
比较 回路 整流滤波
第二节 电网相间短路的方向电流保护
一、方向性电流保护的基本原理
1.问题的提出
d1点短路 d2点短路
电力系统继电保护——22电网相间短路的方向性电流保护
EBC
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
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：
2020/1/8
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
2020/1/8
k1
2020/1/8
37
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；
2020/1/8
38
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；
2020/1/8
39
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；
15
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
2020/1/8
16
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。
2020/1/8
II se t.2
运行方式变化对电流速断保护范围的影响
17
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。
2020/1/8
45
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
方向电流保护
一、方向性电流保护的工作原理
为满足选择性，在电流保护中增加功率方 向元件用以判别短路功率方向。
方向电流保护的定义：附加判断短路功率 方向元件的电流保护。
功率方向元件作用：判别短路功率方向， 功率方向为正时动作，反之不动作。
等效
一、方向电流保护的原理接线图
一、方向电流保护的原理
组成：
一、方向性电流保护的工作原理
规定短路功率方向：母线流向线路为正，
反之为负.
一、方向性电流保护的工作原理
原因分析：反方向故障时对侧电源提供 的短路电流引起保护误动。 不同地点短路时，该动的近故障点保护功率
方向为正，不该动的保护功率方向为负。
解决办法：利用方向元件与电流元件结 合就构成了方向电流保护。
不同之处：按正方向下一级电流Ⅰ配合；
方向过电流保护：动作电流：按躲开线路最大负
荷电流整定；动作时限：同方向过电流按阶梯原
则确定。
方向过电流保护的动作时限配合
电流保护加装方向元件后，只要同方向的过电 流动作时限需按阶梯形原则配合。
方向过电流保护方向元件装设原则 同一母线两侧保护：
动作时限短者必须加方向元件；
引性要求保护3 跳闸，保护2不应动作，t2＞ t3；
保护4、5起动，选择性要求保护4跳闸，保护 5不应动作，t5＞ t4
引入：方向电流保护
K2短路：保护2、3均起动，选择性要求保护2 跳闸，保护3不应动作，t3＞ t2； 可见，不同地点短路，为满足选择性，对保护2 和保护3的动作时限要求不同，是矛盾的。如何 解决？
（1）电流继电器：起动元件，用以判
断线路是否短路；
（2）功率方向继电器：方向元件，用
以判断线路的短路功率方向。 起动条件：正方向范围内故障，即电流 继电器和功率方向继电器均动作。
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n% 1 ( ZAB
3 ES 2 IoIp.1Leabharlann ZS.ma)x2 ba
要求 lmin %（ 15~20） %
l
I
I op.1
lmin lmax
Ik.B .max
l
8
3.电流速断保护的构成
TQ QF
KA
KM
I
TA
信号 KS
9
（二）限时电流速断保护
用来切除本线路上速断保护范围以外的故 障，同时也能作为速断保护的后备，它是 三段式电流保护的第 II 段
35
（一）问题的提出及解决办法
1.问题的提出
A
B
k1
C
D
QF1
QF2 QF3
QF4 QF5
QF6
I k1
对QF2的电流速断保护：IoIp.2
K I I rel k.A.max
当k1点短路时，若
Ik1
II op.2
则保护2误动
36
A
k2
B
QF1
QF2 QF3
I k2
C
QF4 QF5
D
QF6
对QF3电流速断保护:
（1）大于流过该线路的最大负荷电流 I L .m a x
IoIIpI KrIeIlIIL. max
式中 KrIIeIl1.15~1.25
（2）外部故障切除后电动机自起动时，应可靠返回
IMs .maxKMIsL.max
I III re rel
KMsIL.max
IoIIpIKIrree
KrIIeIK l MIsL.max Kre
5
A
QF1
k1 B k2
QF2
k3 C k4
QF3
6
1.起动电流的整定
A
k1 B k2
C
QF1
Ik
1 2
QF2
QF3
IoIp.1KrIeIl k .B .m ax
式中 KrIel1.2~1.3
I
I op.1
Ik.B .max
l
7
2.最小保护范围校验
A
k1 B k2
C
QF1
QF2
QF3
Ik
1
lmi l
（2）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，要求 Ksen1.2
19
4.过电流保护的构成
TQ QF
KA
I
KT
t
TA
信号 KS
20
二、电流保护的接线方式
21
（一）两种常用的接线方式 （二）两种接线方式在各种故障时
的性能分析
22
（一）两种常用的接线方式
电流保护的接线方式是指保护中电流继电器与电 流互感器之间的连接方式
电网相间短路的电流保护 及方向电流保护
1
一、三段式电流保护的工作原理 二、电流保护的接线方式 三、方向电流保护的工作原理
2
一、三段式电流保护的工作原理
3
（一）电流速断保护 （二）限时电流速断保护 （三）过电流保护
4
（一）电流速断保护
对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流 保护，称为电流速断保护，它是三段式电 流保护的第Ⅰ段
14
4.限时电流速断保护的构成
TQ QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
15
（三）过电流保护
过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷电流 来整定的保护，它是三段式电流保护的第 Ⅲ段。该 保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的 全长。可作为本线路主保护的近后备保护以及相邻 下一线路保护的远后备保护
16
1.起动电流的整定
1. 各种相间短路
相同之处：两种接线方式均能正确反应 不同之处：
• 三相星形接线在各种两相短路时均有两 个继电器动作
• 两相星形接线在AB、BC两相短路时仅 有一个继电器动作
25
2. 中性点直接接地系统的单相接地短路
三相星形接线可反应各种单相接地故障 两相星形接线不能反应B相接地故障
26
3.中性点非直接接地系统中的异地 两点接地短路
17
2.动作时限的选择
按阶梯原则选择
A
B
QF5 QF4
QF3
t
t
III 5
t
QF6
t
III 4
t
t
III 3
C
QF2
t
t
III 2
D
D
QF1
t
l
18
3.灵敏性的校验
K sen
I k.min
I
III op
（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，要求 Kse n1.3~1.5
A
A
B
B
C
C
I KAa I KAb I KAc
I KAa I KAc
三相星形接线方式
两相星形接线方式
23
当保护装置的一次动作电流为 I op 时，则反应 到继电器上的动作电流应为
式中
Iop.r
Kc on
Iop nTA
Iop.r 继电器的动作电流
Kcon 接线系数
nTA 电流互感器变比
24
（二）两种接线方式在各种故障时 的性能分析
（1）异地两点接地发生在相互串联的两条线路上 采用三相星形接线时： 100%有选择地切除XL2 采用两相星形接线时： 有2/3的机会有选择地切除XL2
27
XL1
XL2
28
（2）异地两点接地发生在同一母线的两条线路上 采用三相星形接线时： 将同时切除两条线路 采用两相星形接线时： 有2/3的机会仅切除一条线路
KAb
I
I
I
IAΥ IBΥ ICΥ
32
5.两种接线方式的应用
三相星形接线广泛应用于发电机、变压器的 后备保护中；两相星形接线被广泛应用在中性点 非直接接地系统中，作为相间短路电流保护的接 线方式
33
三、方向电流保护的工作原理
34
（一）问题的提出及解决办法 （二）功率方向继电器 （三）功率方向继电器的接线方式
按系统最小运行方式下，线路末端发生两相短
路时的短路电流进行校验
Ksen
Ik.B.min I oIpI .1
要求 Ksen 1.3
13
当灵敏度不满足要求时，可与下一条线路的 限时电流速断保护配合
起动电流：IoIIp.1KrIIeIloIIp.2 式中 KrIIel1.1~1.2
动作时限： t1IIt2IIt
10
1.起动电流的整定
A
B
QF1
QF2
Ik
I
I op.1
I
II op.1
I
I op.2
C
QF3
IoIIp.1KrIIeIl oI p.2 式中
KrIIel1.1~1.2
l
11
2.动作时限的选择
应比下一条线路速断保护的动作时限高出一个 时间阶梯Δt
t1II t2I t
t 通常取为0.5s
12
3.灵敏性的校验
I K I I o p.3
I re l k .C .m ax
当k2点短路时，若
Ik2
II op.3
则保护3误动
37
对过电流保护:
A
B
k1
C
D
QF1
QF2 QF3
QF4 QF5
29
XL1 XL2
30
4.在Y,d11接线的变压器后两相短路时
IAΥ
IAΔ
K
IBΥ
IBΔ
ICΥ
ICΔ
I A ΔI B Δ, I C Δ0
I aI c 13I A Ib 32 IA
IBΔ
Ib
IBY
I B Y2I A Y2I C Y
Ia Ic IAΔ
IAY ICY
31
IAΔ IBΔ
*
*
*
*
KAa KAc