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。
当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压或重要用户母线电压低于额定电压的60% 时，应能快速切除故障。
2) 双侧电源线路。可装设带方向或不带方向的电流保护。当采用电流、电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性时，可采用距离保护装置。双侧电源或环形网络中，不超过3～4km 的短线路，当采用电流电压保护不能满足要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并应以带方向或不带方向的电流电压保护作保护。
3) 并列运行的平行线路。可装设横联差动保护作主保护，并应以接于两回线电流之和的阶段式保护或距离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。
第一节 电流保护概述
一、保护装置的起动电流
电力系统发生短路时，短路电流将大大超过正常运行时的负荷电流。因此，可以利用短路时的短路电流构成保护。这种反应电流的增大而动作的保护叫电流保护。
继电保护装置往往是由多套反应不同物理量或者不同动作时限的保护构成的。电流保护又可以根据其动作速度和保护范围的不同分为无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。当电力系统发生短路时，保护装置中几种保护将同时对短路参数进行测量，并根据各自的保护范围，做出选择性判断，以最快的速度切除故障。也就是说在故障过程中，保护装置中的几种保护都可能起动，而起动的保护中速度最快的动作于断路器跳闸。
保护装置在系统发生短路时，首先要起动整套保护，开放保护装置出口回路的正电源，以准备保护动作于出口，同时起动故障计算程序分析故障量来判断故障是否在保护区内，以何种速度跳闸，这个过程称起动。如图2-1
所示。对于电流保护来说，大部分装置采用电流突变量元件作
为起动元件，即反应两相电流差的突变量，当突变量大于某一
定值，保护装置起动。通常情况下，整套保护装置有一个总起
动元件，而装置中反应某一变量的保护又有自己的起动元件。
只有在总装置起动后，保护元件动作才可能出口。例如当线路发生相间短路，保护装置总起动，电流保护同时起动，经过必
要的延时出口，跳开断路器，切除故障，称电流保护动作并出口。由此可见保护装置的总起动元件须有很高的灵敏度。
保护装置中的继电器都具有继电特性。继电特性就是指当
图2-1 保护程序结构框图 输入量（如通过的电流）变化到某一数值时，其触点的状态发生突变（反应在节点的输出），继电器具有明确而快速的动作
特性，即继电特性，如图2-2所示。保护装置中使保护动作的最小电流叫保护的动作电流，用I act 表示；使保护返回的最大电流叫返回电流，用I re 表示；返回电流与动作电流的比值叫返回系数，用K re 表示。
K re =
I re
I act
图2-2 继电特性
二、电力系统的运行方式
在电源电动势一定的情况下，线路上任一点发生短路时，短路电流的大小与短路点至电源之间的总电抗及短路类型有关，三相短路电流大小可按下式计算
(3) I K =
E s
（2-1）
X s +X 1l K
式中 E s ——系统等效电源的相电动势；
X s ——归算至保护安装处至电源的等效电抗； X 1——线路单位长度的正序电抗；
l k ——短路点至保护安装处的距离。
当系统运行方式一定时，E s 和X s 为常数，这时三相短路电流取决于短路点的远近。改变l k ，计算I K ，即可绘出I K =f (l ) 一系列曲线。图2-3中的曲线1为系统最大运行方式下，三相短路电流随短路距离
(3)
(3)
变化的曲线，曲线2为系统最小运行方式下，两相短路电流随短路距离变化的曲线。
所谓最大运行方式是指：归算到保护安装处系统的等值阻抗最小，即X s ＝X s 。min ，通过保护的短路电流最大的运行方式；最小运行方式是指：归算到保护安装处的系统等值阻抗最大，即X s ＝X s 。max ，通过保护的短路电流最小的运行方式。
最大和最小运行方式的选取，对不同安装地点的保护，应视网络的实际情况而定。同一运行方式下，同一故障点的I K
(2)
3(3)
I K 。 2
三、电流保护的二次值
在图2-2中使电流保护起动或动作的电流是电流互感器二次侧电流，并非线路中的电流。电流互感器的二次侧电流I 2与线路中的电流I 1之间有变比关系。
I 2＝
I 1
（2-2） n TA
式中 I 1——为线路中的短路电流；
n TA ——电流互感器的变比。 当考虑到三相电流互感器的接线，应考虑接线系数K com ，接线系数K com 是流经保护中的电流I kA 与电流互感器二次侧电流I 2之比。
K com ＝
于是，电流保护中电流Ｉ应为
I 2＝K com
I 2
（2-3） I KA
I 1
（2-4） n TA
在电流保护装置中，动作电流和返回电流数值的大小是根据保护选择性、灵敏度及可靠性等因素来确定，具体内容在下几节中讲述。
第二节 无时限电流速断保护
一、无时限电流速断保护
无时限电流速断保护（又叫瞬时电流速断保护简称为电流速断保护），当电力系统的相间短路故障发生在靠近电源侧时，非常大的短路电流不仅对系统电力设备构成很大的损坏，还可能危及电力系统的安全，甚至造成电网的崩溃，这就要求能快速的切除故障来维护电网的安全。无时限电流速断保护的是反应电流的增大而瞬时动作的一种保护。它广泛地应用于输电线路及电气设备保护中。
二、无时限电流速断保护动作电流的整定
根据继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定性和保证重要用户供电的可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上保护动作越快越好。
为了保护选择性，无时限电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作电流应大于本线路末端的最大短路电流I K.B.max 。 即
（3）I
I set k.B.max .1 > I
I I
或 I set =K .1rel I
（3）
k. B.max （2-5）
I 式中 I set .1——为保护装置1的整定电流，线路中的一次电流达到保护装置整定电流时保护起动；
I
——为可靠系数，考虑到继电器的误差、短路电流计算误K rel
差和非周期量影响等，取1.2～1.3； （）
I 3k. B.max ——为最大运行方式下，被保护线路末端变电所B 母线上三相短路时的短路电流，一般，取短路最初瞬间，即t ＝0时的短路电流周期分量有效值。
无时限电流速断保护是靠动作电流获得选择性。即使本线路以外发生短路故障也能保证选择性。
三、动作特性分析
图2-4 无时限电流速断保护动作特性
I I set .1一经整定不再改变，与线路短路点的位置无关，图2-4I 中I set .1可用直线3表示。它
与曲线1、2分别交a 、b 两点，在交点a 、b 之前对应的线路上短
I
路时，由于短路电流大于I set .1，保护1能动作；当故障点发生到
a 、b 两交点之后对应的线路上时，其短路电流将小于整定电流，保护1不动作。所以，从线路首端至a 点之间的范围为最大运行方式下的保护区l max ，也叫最大保护区；从线路首端至b 点之间的范围是最小运行方式下保护区l min ，即最小保护区。
电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了
图2-5 系统运行方式变化时对速
广泛的应用。它的缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围
断保护的影响
直接受系统运
行方式变化的影响。
当电力系统的运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。例如：
1. 如图2-5所示，当系统运行方式变化很大的情况，保护1电流速断按最大远行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围； 2. 如图2-6所示，当被保护线路长短不同的情况，线路较长时，其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡，保护范围比较大，如图2-6(a)所示。而当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数以后。其保护范围将很小甚至等于零，如图2-6(b)所示。
在个别情况下，电流速断保护也可以保护线路的全长。如图2-7所示，当电网的终端采用线路—变压器组的接线方式时，由于线路和变压器可以看成是—个元件，这样电流速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K l 点的短路来整定，
由于变压器的阻
图2-6 线路长度对速断保护的影响
(a)长线路；(b)短线路
抗一般较大，所以K 1点的短路电流就大为减小，这样整定之后，电流速断就可以保护线路Ａ-Ｂ的全长，并能保护变压器的一部分。
需要说明的是电流速断保护的选择性在此处没有得到满足，即保护失去选择性，为了减少停电范围，应与自动重合闸进行配合。当变压器故障时，线路首端的速断保护动作跳开断路器，变压器速断保护也动作跳变压器，而线路首端的自动重合闸将线路断路器重合，恢复线路供电。
四、灵敏度校验
无时限电流速断保护的灵敏度通常是用保护范围的大小来衡量，保护范围越大，说明保护越灵敏。图2-3
所示，在不同的运行方式下，保护范围可能变化很大，
图2-7 线路—变压器组的电流速断保护
所以无时限电流速断保护的灵敏度用最大保护范围和最小保护范围来衡量。
根据式（2-1），可求得最大运行方式下的最大保护范围
l max =
I 式中：I set ——动作电流。
1E s
(I -X s .min ) （2-6） X 1I set
围
l min =
1E
I s -X s .max ) （2-7） X 12I set
规程规定：最小保护范围不小于被保护线路全长的15％；最大范围大于被保护线路全长50％，否则保护将不被采用。
第三节 限时电流速断保护
一、限时电流速断保护的作用
无时限电流速断保护的保护范围只是线路的一部分，为了保护线路的其余部分，又能较快的切除故障，往往需要再装设一套具有延时的电流速断保护(又称延时电流速断保护) 。
限时电流速断保护就是在速断保护的基础上加一定的延时构成的。如图2-8所示，本线路末端K 1点短路与相邻线路首端K 2点短路时，其短路电流基本相同。为了保护线路全长，本线路限时电流速保护的保护范围必须延伸到相邻线路内。考虑到选择性，限时电流速断保护的动作时限和动作电流都必须与相邻元件无时限速断保护相配合。
二、动作时限的整定
L l 上的
限时电流速断保护的动作时限t A II ，应该
选择得比无时限电流速断保护的动作时限(约0.1s) 大⊿t ，即
t A II =tB I +⊿t
（2-8）
而它的保护范围允许延伸到L 2和B 1的无时限电流速断保护的保护范围内。因为在这段范围内发生短路时，L 2和B 1的无时限电流速断保护立即动作于跳闸。在跳闸前，L 1的限时电流速断保护虽然会起动，但由于它的动作时限比无时限电流速断保护大⊿t ，所以它不会无选择性动作于L 1的断路器跳闸。
三、动作电流的整定
如果限时电流速断保护的保护范围末端与相邻元件的无时限电流速断保护的范围末端在同一地点，那么两者的动作电流(Ｉset II . 1与 ＩI
但考虑到电流互感器set . 2) 是相等的。
和电流继电器误差等因素的影响，L 1线路的限时电流速断保护的保护范围应缩小一些，也就是ＩII set . 1应大于ＩI set . 2，即
ＩII set.1=Krel II ＩI set . 2 （2-9）
图2-9 限时电流速断保护特性图
式中 K rel II ——可靠系数，考虑保护
带有延时，短路电流中的非周期分量已衰减，可以选得小些，通常取1.1～1.2。
在图2-9所示的例子中， L 1的限时电流速断保护既要与L 2的无时限电流速断保护相配合，又要与B 1的电流速断保护相配合。因此，在按式(2-9)计算时，ＩII set . 1应为L 2和B 1无时限电流速断保护中动作电流较大的一个数值。否则，限时电流速断保护的保护范围会超过动作电流较大的那个元件的无时限电流速断保护的保护范围，而造成无选择性动作。
在上例中，如果变压器装有差动保护，那么整个变压器将处在差动保护的范围内。这时Ｌ1的限时电流速断保护的保护范围就允许延伸到整个变压器。它的动作电流就是根据在最大运行方式下低压侧三
(3) 相短路时的短路电流I k . max 来选择，即
II II (3)
I set . A ＝K rel I k . max (2-10)
II
式中 K rel ——可靠系数。考虑到电流互感器和电流继电器的误差以及由于变压器分接头改变而影
响短路电流的大小等因素，它的数值取1.3～1.4。 为了保证选择性，应取式（2-9）、式（2-10）的较大值作为保护的动作电流。 四、灵敏度校验
限时电流速断保护装置的灵敏度用起动元件(即电流元件) 的灵敏系数K sen 的数值大小来衡量。它是
(2)
指在系统最小运行方式下，被保护线路末端发生两相短路时，通过电流元件的电流I k . min 与动作电流II I set . A 的比值，即
I k (2).min
（2-11） K sen ＝II
I set . A
规程要求：Ｋsen ＞1.25。 当灵敏度不能满足规程要求时，可与相邻下线路的限时电流速断保护相配合，即动作电流相配合和动作时限相配合。
图2-10 定时限过电流保护配置
第四节 定时限过电流保护
一、定时限过电流保护作用
定时限过电流保护简称过电流保护，通常是指其动作电流按躲过线路最大负荷电流整定的一种保护。正常运行时，它不会动作；电网发生故障时，一般情况下故障电流比最大负荷电流大得多，所以过流保护具有较高的灵敏性。因此，过流保护不仅能保护本线路全长，而且还能保护相邻线路全长甚至更远。
二、动作电流的整定
在图2-10所示的电网中，对线路L I 来讲，电网正常运行时和相邻元件(线路L 2) 短路时，它的电流变化情况如图2-11中曲线部分。
正常运行时，L 1可能通过的最大电流称为最大负荷电流I L.max ，这时过电流保护装置1的起动元件不应该起动，即动作电流I set.1应大于最大负荷电流，即
III I set. A >IL.max (2-12)
Ｌ2上发生短路时，L 1通过短路电流I K ，过电流保护装置1的起动元件虽然会起动，但是由于它的
动作时限大于保护装置2的动作时限，保护装置2首先动作于2QF 跳闸，切除短路故障，保护装置1
不会动作于跳闸。
故障线路L 2被切除后，保护装置1的起动元件应立即返回，否则保护装置1会使1QF 跳闸，造成无选择性动作。故障线路L 2被切除后，线路Ｌ1继续向变电所Ｂ供电，由于变电所Ｂ的负荷中电动机自起动的原因，L 1中通过的电流为：K MS ＩL.max (KMS 为自起动系数。它大于1，其数值根据变电所供电负荷的具体情况而定) 。因此，起动元件的返回电流Ｉre 应大于这一电流，即
Ｉre >KMS I L.max (2-13)
由于电流元件(即过电流保护装置的起动元件) 的返回电流小于起动电流。所以从图2-11可见，只要Ｉre ＞K MS I L.max
III
的条件能得到满足。I act . A ＞I L.max 的条件
也必然能得到满足。
不等式(2-12)可以改写成为以下的等式
III
Ｉre ＝K rel K MS I L.max
（2-14）
III
在式(2-14)中，是K rel 为可靠系数，
图2-11 相邻元件短路过程电流的变化情况
考虑到电流继电器误差和计算误差等因素，它的数值取1.15~1.25。
因为返回电流与动作电流的比值称为返回系数，即
K re ＝
I I re
或者：Ｉset ＝re （2-15） I act K re
III K rel K MS
I L. max （2-16） K re
将式(2-15)代入(2-14)，得到计算过电流保护动作电流的公式：
I
III
set. A ＝
根据上式（2-16）所求得的是一次动作电流。如果要计算保护装置的二次电流，还需要计及电流互感器的变比n TA 和接线系数K c ，保护装置中动作电流的计算公式为
I
III
set. A ＝
K com
III K rel K MS
I L. max （2—17）
K re n TA
III
式中：I set. A ——为保护装置的二次电流。
三、灵敏度校验
过电流保护装置的灵敏度用电流元件的灵敏系数K sen 的数值大小来衡量。
过电流保护作为本线路的近后备保护，以被保护线路末端作为校验点进行校验，其灵敏度为：
(2)I K B .min
Ｋsen （近）＝. III ≥1.5 （2—18）
I set . A
过电流保护作为相邻线路的远后备保护，以相邻线路末端作为校验点进行校验，其灵敏度为：
(2)I K C .min
Ｋsen （远）＝. III ≥1.2 （2—19）
I set . A
四、动作时限的确定
前面所讲的保护原理中已说明，为了保证选择性，电网中各个定时限过电流保护装置必须具有适当的动作时限。离电源最远的元件的保护动作时限最小，以后的各个元件的保护动作时限逐级递增，相邻两个元件的保护动作时限相差一个时间级差⊿t 。这种选择动作时限的原则称为阶梯时限原则。 即： t 1＝t 2十⊿t
图2-12所示的电网中，所有线路都装有定时限过电流保护。3和5的动作时限最小、如果t 3取t 3与t 5中大者，t 2应该等于t 3十⊿t 。t 2既要比t 3大⊿t ，又要比t 5大⊿t 。如果t 2＜t 4，那么t 1应该等于t 4十⊿t 。如果t 2＞t 4，那么t 1应该等于t 2十⊿t 。也就是说，阶梯原则在配合过程中，不仅要与线路中的保护时限进行配合，还要与母线上的出线进行配合。即本线路上定时限
过电流保护的动作时限与线路末
图2-12 定时限过电流保护时限特性图
端母线上所有出线中时限最长的
一条线路相配合。
从迅速切除短路故障来看，希望时限级差⊿t 愈小愈好；但是为了保证选择性⊿t 应该符合以下条件
⊿t ＝t a + tb +tc +td （2-20）
t a ——前面一个元件断路器的跳闸时间(从保护发出跳闸脉冲到切除短路电流为止) ； t b ——前面一个保护动作时间的正误差(实际动作时间比整定时间大) ； t c —一后面一个保护动作时间的负误差(实际动作时间比整定时间小) ； t d ——时间裕度。
根据式(2-20)来确定⊿t ，它的意思就是：如果前后两个保护的动作时间都有误差，也能保证在线路负荷侧一个元件的断路器切除短路电流以前，电源侧保护不会发跳闸脉冲，而且还有—些时间裕度。
由式(2-20)可见，⊿t 的大小决定于断路器和保护装置的性能。目前在定时限过电流保护整定时，一般⊿t 取0.3～0.5s 。
第五节 阶段式电流保护
一、阶段式电流的构成
无时限电流速断保护只能保护线路首端的一部分，限时电流速断保护能保护本线路全长，
但不能作相邻下一线路的后备，定时限过电流保护能保护本线路及相邻下一线路全长，然而动作
时限较长。为了迅速、可靠地切除被保护线路上的故障，可将上述三种保护组合在一起构成一套保护，称为阶段式电流保护。由瞬时电流速断保护构成电流Ⅰ段；限时电流速断保护为第Ⅱ段；过电流保护为第Ⅲ段，Ⅰ、Ⅱ段共同构成主保护，能以最快的速度切除线路首端故障和以较快的速度切除线路全长范围内的故障；第Ⅲ段，作为后备保护。既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，也作下线线路的远后备保护。阶段式电流
保护不一定都用三段，也可以只用两段，即瞬时或限时电流速断保护作为第Ⅰ段、过电流保护作
为第Ⅱ段，构成两段式电流保护。随着电力网的快速发展，输电线路越来越短，系统阻抗很小，大多数限时电流速断保护难以达到保护线路全长的目标，所以，限时电流速断保护在实际线路上使用比较少。
二、阶段式电流保护的时限特性
如图2-13所示为阶段式电流保护的时限特性、三段式电流保护的动作电流、保护范围及动作时限的配合情况。由图可见，在被保护线路首端故障时，保护的第Ⅰ段将瞬时动作；在被保护线路末端故障时，保护的第Ⅱ段将带0.5s 时限切除故障；而第Ⅲ段只起后备作用。所以，装有三段式电流保护的线路，一般情况下，都可以在0.5s 时间内切除故障。
本线路的第Ⅲ段应与相邻下一线路的第Ⅲ段从时限上进行配合，当前后两线路的负荷变化不大时，还应从灵敏度上进行配合。
三、三段式电流保护原理与展开图
继电保护的接线图一般分为原理图，展开图和安装图三种形式。微机型保护装置由于其实现原理比较复杂，一般画出方框图或逻辑图，表示出保护装置的基本功能及它们之间的联系。方框图是原理图的设计依据；逻辑图则表示出各元件或回路之间的逻辑关系。
保护装置的原理图(又称归总式原理图) 可以清楚地表示出接线图中各元件间的电气联系和动作原理。在原理接线图上所有电气元件都是以整体形式表示，其相互联系的电流回路、电压回路和直流回路都综合在一起。为了便于阅读和表明动作原理，一般还将一次回路的有关部分，如断路器、跳闸线圈、辅助接点以及被保护的设备等都画在一起。这种原理图能使初学者对整套保护装置的构成和工作原理有
一个明确的整体概念。
展开图是原理图的另一种表示方法。它的特点是按供电给二次回路的每个独立电源来划分的，即将装置的交流电流回路，交流电压回路和直流回路分开来表示。在原理图中所包括的继电器和其它电器的各个组成部分如线圈、触点等在展开图中被分开画在它们所属的不同回路中，属于同一个继电器的全部元件要注以同一文字符号，以便在不同回路中查找。
图2-14 三段式电流保护
(a)原理图；(b)展开图
图2-14为三段式电流保护的接线图。(a)为原理图，(b)为展开图。保护采用两相不完全星形接线。为了在Y ，d 接线的变压器后两相短路时提高第Ⅲ段的灵敏度，故该段采用了两相三继电器式接线。
第六节 电流保护的电压元件
一、电压速断保护
在电力系统等值电抗较大或线路较短的情况下，当线路上不同地点发生相间短路时，短路电流变化曲线比较平坦，见图2-6（b ）所示的无时限电流速断保护的保护范围较小，在两相短路和最小运行方式时的保护范围更小，甚至没有保护范围。在这种情况下，可以采用电压速断保护，而不采用电流速断保护。
在线路上不同地点发生相间短路时，母线上故障相之间残余电压U r 的变化曲线如图2-15所示。从图中看出，短路点离母线愈远，U r 愈高。其中：①表示最大运行方式下U r 变化曲线；②表示最小运行方式下U r 变化曲线。
电压速断保护是反应母线残余电压U r 降低的保护。在保护范围内发生短路时，U r 较低，保护起动；
在保护范围以外发生短路时，U r 较高，保护不起动。
如同电流速断保护一样，电压速断保护可以构成无时限的，也可以构成具有延时的。
如图2-15所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电压速断保护，它的动作电压U set 应整定为：
(3)
U r . max 3I K . min X L
U set == （2-21）
K rel K rel
图2-15 无时限电压速断保护应用举例
式中：U r.max ——为最小运行方式下在线路末端三相短路时，线路始端母线上的残余电压；
(3)
I K . min ——为上述短路时的短路电流；
X L ——为线路电抗；
K rel ——为可靠系数，考虑到电压继电器的误差和计算误差等因素．它的数值取为1.1~1.2。 由图2-15可见，电压速断保护在最小运行方式下，保护范围最大；在最大运行方式下，保护范围最小。所以，电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，按最大远行方式来校验保护范围。
当线路末端发生三相短路时，始端母线上故障相之间的残余电压为
(3)
U r (3) =I K X L （2-22）
当线路末端发生两相短路时，始端母线上故障相之间的残余电压为
(2)
X L =2 U r (2) =2I K
(3) (3)
I K X L =3I K X L （2-23） 2
同样的，在线路上任何一点发生短路时，不论是三相短路还是两相短路，母线上故障相之间的残余电压是相等的。
因此，保护相间短路的电压速断保护应采用三相式接线，电压继电器应接相间电压。这样，电压速断保护既能保护三相短路也能保护两相短路，而且保护范围与故障种类无关。
如同无时限电流速断保护一样。无时限电压速断保护的保护范围也可以用解析法进行计算。在最大运行方式下保护范围末端发生三相短路时，母线残余电压U r 与动作电压U set 相等，即
U r.max ＝U set
或
I
(3)
K . m a x L ＝
X
(3) I K . min X L
K rel
I
(3) K . max
(3)
I K . min X L
X 1L max ＝
K rel
''''ΦE ΦX 1L max ＝X 1L
X S .min +
X 1L max K rel X S .max +X 1L
可求得：
L max ＝⎢
⎡
X S . min
⎢⎣K rel X S . max +(K rel -1) X 1L
⎤
⎥L （2-24） ⎥⎦
''一一系统的次暂态电势(相) ； E Φ
X S. max一一最大运行方式下的系统电抗
X S. min —一最小运行方式下的系统电抗 X 1——被保护线路每公里的正序电抗， L ——被保护线路的全长(km)。
从式(2-24)可见：最大、最小运行方式相差愈小，即X S.max 与X S.min 的差值愈小，保护范围愈大；线路长度一定，系统容量愈小，即L 一定，X S.max 和X S.min 愈大，保护范围愈大；反之，系统容量一定，线路愈短，即X S.max 和X S.min —定，L 愈小，保护范围愈大。所以，电压速断保护适用于运行方式变化小，系统容量较小或被保护线路较短的场合。
二、电压闭锁电流速断保护
为了保证选择性，电流速断保护应按最大运行方式来整定动作电流，但在最小运行方式下保护范围要缩小；而电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，但在最大运行方式下保护范围要缩小。电压电流闭锁速断保护是兼用电流、电压元件，综合电流、电压速断保护特点的一种保护。
在有些电网中，由于最大和最小运行方式相差很大，不能采用电流速断保护或电压速断保护。但出现这两种运行方式的时间较少，大多数时间是在某—种运行方式(称为主要运行方式) 下工作。在这种情况下，可以考虑采用电流闭锁电压保护或低电压闭锁电流保护，也叫电流、电压连锁保护。
电流、电压连锁保护的起动元件包括电流起动元件和电压起动元件，它们的触点是串联的，因此只有在两者都动作的情况下，保护才起动，它们的整定值互相配合。以保证动作的选择性。
电流、电压连锁保护可以构成无时限的，也可以构成有延时的。无时限的电流、电压连锁保护的特性见图
2-16。输入保护的电气量既有电流I m ，
图2-16 电压闭锁的电流保护特性说明
又有电压U m 。
在图2-15所示的线路上，如果装有反应相同相间短路的无时限电流、电压联锁速断保护主要运行方式整定以后，当出现最大远行方式时，电流起动元件的动作范围将伸长，但由于电压起动元件的动作范围将缩小。所以整个保护装置的保护范围是缩小的。不会造成无选择性动作。当出现最小运行方式时，电压起动元件的动作范围将伸长。但由于电流起动元件的动作范围将缩小，所以也不会造成整个保护装置无选择性动作。
第七节 电流保护的方向元件
一、方向性电流的提出
上一节所讲的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，在发生故障时，它们都是在短路功率从母线流向被保护线路的情况下，按照选择性的条件来协调配合工作的。短路功率是短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路功率从电源流向短路点。
随着电力工业的发展和用户对供电可靠性要求的提高，现代的电力系统实际上都是由很多电源组成的复杂网络，此时，上述简单的保护方式已不能满足系统运行的要求。
例如在图2-17所示的双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源，因此，在每条线路的两侧均需装设
图2-17 双电源线路供电与保护示意图
断路器和保护装置。假设断路器D 断开，电源E D 不存在，则发生短路时，保护l 、3、5、8的动作情况和由电源E A 单独供电时一样，它们之间的选择性是能够保证的。其过电流保护按图中t ＝f(L)时限特性实线部分配合。如果电源E A 不存在，则保护6、4、2、7由电源E
单独供电，此时它们之间也同样能够保证动作的选择性，其过流保护按图
2-17中阶梯时限特性的虚线部分配合工作。如果两个电源同时存在，当K 2点短
路时，按照选择性的要求，应该由距故
障点最近的保护5和6动作切除故障。然而，由电源E A 供给的短路电流I ´K2
也将通过保护4，如果保护采用电流速断且I ´K2大于保护装置的起动电流I set4，
则保护4的电流速断就要误动作；如果保护4采用过电流保护且其动作时限t 4＜t 5，则保护4的过电流保护也将误动作。同理当图2-17中K 1点短路时，本应由保护3和4动作切除故障，但是由
电源E A 供给的短路电流I ´K1，通过保护2，如果I set.2
分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾可以发现，误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流所引起的。对误动作的保护而言，实际短路功率的方向照例都是由线路流向母线。显然与其所对应保护线路的故障时短路功率方向相反。因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只有当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。
二、方向过电流保护动作时限整定及方向元件的装设原则
双侧电源电网的过电流保护加上方向元件后，就可看成两个单侧电源电网的过电流保护，分别进行时限配合，其动作时限仍按阶梯原则整定。如图2-18（a ）所示电网，保护1、3、5反应电源Ⅰ供给的短路电流，它们的时限应配合，即t 1>t 3>t 5；保护2、4、6反应电源Ⅱ供给的短路电流而动作，它们的时限应配合，即t 2
需要注意的是，按阶梯原则整定保护的动作时限时，不仅与主干线上同一方向的保护进行配合，而且要与对端变电所母线上所有其他出线的保护相配合。如在图2-18（a ）所示网络中，若变电所C 的母线上尚有出线保护4' ，且t ' 4>t 4，则t 6应大于t ' 4，即t 6＝t ' 4+⊿t 。同理，当t ' 4>t 5时，则t 3＝t ' 4+⊿t 。
在假定所有主干线保护都装设方向元件的条件下，按上述方法确定各保护的时限后，分析图2-18（b
些在反方向短路时，靠时限不能保证选择性的过流保护，才需要
投入方向元件。例如变电所B 中的保护2和3，在线路AB 上短路
时，对保护3为反方向短路，但因t 3>t 2，保护2先动作将故障切
除，保护3即使不装方向元件，靠时限也能保证选择性，所以保
护3的方向元件省去。同理，因t 4>t 5，保护4的方向元件也可以
省去。总之，同一母线两侧的方向过电流保护，若动作时限不等，
则较长的（长出之值不小于一个时限级差⊿t ）方向元件可以省去，
若动作时限相等，则都需加方向元件。实际生产的微机保护中，方向元件总是存在的，必要时通过控制字选至“ON ”或连接片将方向元件投入运行；不必要时将控制字选至“OFF ”或将连接片打开。
三、方向元件的基本原理和接线方式
方向元件的接线方式是指它与电压互感器和电流互感器之间的连接方式，也就是给方向元件加入什么电压和什么电流的问题。
对于接线方式的基本要求是：
（1）在发生各种类型故障时，均能正确判别短路功率方向； （2）为了有较高的灵敏系数，故障后加入方向元件的电压U m 尽量大，并尽量使φm 接近灵敏角φsen 。 为了满足上述两条基本要求，方向元件通常采用90°接线方式，即在一次系统三相对称，且功率因数cos φ=1时，方向元件的U m 与I m 之间的相位差角为90°，这种接线方式称为90°接线（电流超前电压90°）如图2-19所示。
三相方向元件的电流和电流如表2-1所示。
为参考相量，向超前方向（逆时针方向）作U e ja 相量，再作垂直于相在图2-20（a ）中，以U K K e ja 的直线ab ，其阴影线侧即为I 的动作区。因此功率方向的判据条件为 量U K K
I K
—90°
处于动作区内，正方向功率元件动作，表示故障点在保护安装处正方向。满足式（2-25a ）时，I K
处于非动作区，反方向功率方向动作，表示故障点在保护安装处背后。 满足式（2-25b ）时，I K
超前U 的角度为α，一般称α为功率方向元件内角（30°或45°），由图2-20（a ）可见，当I K K
位于动作区域的中心，正方向动作最灵敏，最灵敏角为—α。
某些微机保护装置也采用动作区域小于180°，如图2-20(b)所示动作区域为120°，灵敏角仍为30°，动作区域为-90°～30°
采用 90°接线方式的优点是：
（1）不论发生三相短路或两相短路，方向元件均能正确判断故障方向；
（2）适当选择方向元件的灵敏角，可以保证在三相短路或两相短路时方向元件处于灵敏状态。在两相短路时，加在方向元件的电压为故障相与非故障相之间的电压，其值最大，无死区；但在靠近保护安装处发生三相短路时，方向元件可能有死区，必须采取消除死区措施。
第六节 电流保护的应用举例
WXH110微机线路保护装置主要适用于35kV 及以下各级电压等级的线路保护，主要由反应相间故障的三段式相间电压、电流（方向）及后加速保护；反应小电阻接地或直接接地系统零序过流的三段式零序电流（方向）及后加速保护(WXH－112) ；反应小电阻接地系统接地故障的小电流接地选线保护(WXH-111) 以及三相一次重合闸、过负荷告警及跳闸保护、低频减载、控制回路断线自动检测功能、PT 断线自动
检测功能、具有测量、遥信、遥脉、遥控及录波功能等。
图2-21 电流保护的接线图
如图2-22为保护装置电流电压的接线图，保护装置保护用电流互感器和电压互感器，分别将电流、电压接入装置中即：三相电流、三相电压、零序电流I 0等，零序电压U 0由
*
三相电压之和产生。当用于电缆保护时，零序电流I 0另有输入端子。I U 、*
I W 为遥测专用输入回路，外接仪表电流互感器。U L 、U Ĺ为线路输入电压输入回路，用于电网自动重合闸的同期并列。
图2-22是WXH-110系列微机线路保护装置背面端子图，包括保护输出、中央信号、直流电源、遥控信息、开入量、操作箱及交流输入量接线端子等。
三段式电压、电流、方向保护逻辑框 图如图2-23图2-22 WXH-110系列微机线路保护装置背面端子图 所示，当保护
装置通过控制字将电压元件、方向元件都投入至“on ”，三段式电流保护是具有电压闭锁的带方向的三段电流保护。电压元件、方向元件可以单独设“off ”来退出，若将电压元件、方向元件都投入至“off ”，保护装置是仅反应电流的三段式电流保护。
保护装置反应三相相电流，来反应线路三相的故障，电压元件反应三相线电压，用软件来实现功率方向元件的90°接线，通过定值进行时限选择，也就是说，保护定值有阶段区别，保护投退、方向元件、电压元件都可以通过控制字进行投退。如图2-22所示为三段式电流、方向、电压保护逻辑图。
图中“保护投/退”、“电压元件投/退”、“方向元件投/退”均以投入控制字为1，退出为0。“退出带方向、电压元件”、“退出带方向、电压元件段”以退出控制字为0，投入为1。整套保护设出口压板。
基本关系如下：
（1）当“保护投/退”为“退出”状态时，控制字置0。无论电压元件、方向元件、电流元件均无输出，总逻辑输出为0，保护退出工作。
（2）三段式电流保护
“保护投/退”为“投入”状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置0、“方向元件投/退”置0。“电压元件投/退”置0，三相电压元件的与非门逻辑无论其他条件是否满足，均输出1，电压元件测量功能失效。“方向元件投/退”置0，测量三相的方向元件无论其他条件如何，均输出1，三相的方向元件无效。任何一相电流元件为1时，电流元件段输出1，保护有输出；任何一相电流元件为0时，电流元件段输出0，保护无输出。
（3）仅带低电压闭锁的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置1、“方向元件投/退”置0。 电压元件输出有三个条件进行与非逻辑：
“电压元件投/退”置1；
“退出方向、电压元件”处于未退出状态，置1，TV 未断线，置0，与非门输出1； ①“U UV 低于定值”、“U VW 低于定值”至少有一个为1，其与非门输出为0；
低压元件输出为1，而方向元件已退出，逻辑为1，电流元件为1时，保护动作。 ②“U UV 低于定值”、“U VW 低于定值”均不满足，即均为0，其与非门输出为1；
低压元件输出为0，而方向元件已退出，逻辑为1，电流元件为1时，三逻辑与非为0，保护不动作。 （4）仅带方向的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置0、“方向元件投/退”置1。 “电压元件投/退”置0，电压元件与非关系输出为1，电压测量元件无效。 方向元件由三个条件构成与非关系（U 、V 、W 三相相同，以U 相为例）： “方向元件投/退”、“U 反向／正向”、“退出方向、电压元件”非逻辑组成与非门。 “方向元件投/退”置1；
“退出方向、电压元件”未退出，置1，TV 未断线，置0，非逻辑为1；
①“U 反向／正向”为正向时，逻辑为0，与上述两关系与非逻辑为1，当电流元件为1时，保护动作；电流元件为0时保护不动作。
②“U 反向／正向”为反向时，逻辑为1，与上述两关系与非逻辑为0，即使电流元件输出为1，保护不动作。
（5）带方向、低电压闭锁的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置1、“方向元件投/退”置1。 当上述控制字全置1时，低电压元件动作，电压元件逻辑输出为1；故障为正向时方向元件为0，方向元件非逻辑输出为1；电压达到动作定值时，电流元件动作，逻辑输出为1，保护输出。
T1为三段电流保护的动作时限；本逻辑还带有电压互感器断线闭锁和后加速。
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。
当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压或重要用户母线电压低于额定电压的60% 时，应能快速切除故障。
2) 双侧电源线路。可装设带方向或不带方向的电流保护。当采用电流、电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性时，可采用距离保护装置。双侧电源或环形网络中，不超过3～4km 的短线路，当采用电流电压保护不能满足要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并应以带方向或不带方向的电流电压保护作保护。
3) 并列运行的平行线路。可装设横联差动保护作主保护，并应以接于两回线电流之和的阶段式保护或距离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。
第一节 电流保护概述
一、保护装置的起动电流
电力系统发生短路时，短路电流将大大超过正常运行时的负荷电流。因此，可以利用短路时的短路电流构成保护。这种反应电流的增大而动作的保护叫电流保护。
继电保护装置往往是由多套反应不同物理量或者不同动作时限的保护构成的。电流保护又可以根据其动作速度和保护范围的不同分为无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。当电力系统发生短路时，保护装置中几种保护将同时对短路参数进行测量，并根据各自的保护范围，做出选择性判断，以最快的速度切除故障。也就是说在故障过程中，保护装置中的几种保护都可能起动，而起动的保护中速度最快的动作于断路器跳闸。
保护装置在系统发生短路时，首先要起动整套保护，开放保护装置出口回路的正电源，以准备保护动作于出口，同时起动故障计算程序分析故障量来判断故障是否在保护区内，以何种速度跳闸，这个过程称起动。如图2-1
所示。对于电流保护来说，大部分装置采用电流突变量元件作
为起动元件，即反应两相电流差的突变量，当突变量大于某一
定值，保护装置起动。通常情况下，整套保护装置有一个总起
动元件，而装置中反应某一变量的保护又有自己的起动元件。
只有在总装置起动后，保护元件动作才可能出口。例如当线路发生相间短路，保护装置总起动，电流保护同时起动，经过必
要的延时出口，跳开断路器，切除故障，称电流保护动作并出口。由此可见保护装置的总起动元件须有很高的灵敏度。
保护装置中的继电器都具有继电特性。继电特性就是指当
图2-1 保护程序结构框图 输入量（如通过的电流）变化到某一数值时，其触点的状态发生突变（反应在节点的输出），继电器具有明确而快速的动作
特性，即继电特性，如图2-2所示。保护装置中使保护动作的最小电流叫保护的动作电流，用I act 表示；使保护返回的最大电流叫返回电流，用I re 表示；返回电流与动作电流的比值叫返回系数，用K re 表示。
K re =
I re
I act
图2-2 继电特性
二、电力系统的运行方式
在电源电动势一定的情况下，线路上任一点发生短路时，短路电流的大小与短路点至电源之间的总电抗及短路类型有关，三相短路电流大小可按下式计算
(3) I K =
E s
（2-1）
X s +X 1l K
式中 E s ——系统等效电源的相电动势；
X s ——归算至保护安装处至电源的等效电抗； X 1——线路单位长度的正序电抗；
l k ——短路点至保护安装处的距离。
当系统运行方式一定时，E s 和X s 为常数，这时三相短路电流取决于短路点的远近。改变l k ，计算I K ，即可绘出I K =f (l ) 一系列曲线。图2-3中的曲线1为系统最大运行方式下，三相短路电流随短路距离
(3)
(3)
变化的曲线，曲线2为系统最小运行方式下，两相短路电流随短路距离变化的曲线。
所谓最大运行方式是指：归算到保护安装处系统的等值阻抗最小，即X s ＝X s 。min ，通过保护的短路电流最大的运行方式；最小运行方式是指：归算到保护安装处的系统等值阻抗最大，即X s ＝X s 。max ，通过保护的短路电流最小的运行方式。
最大和最小运行方式的选取，对不同安装地点的保护，应视网络的实际情况而定。同一运行方式下，同一故障点的I K
(2)
3(3)
I K 。 2
三、电流保护的二次值
在图2-2中使电流保护起动或动作的电流是电流互感器二次侧电流，并非线路中的电流。电流互感器的二次侧电流I 2与线路中的电流I 1之间有变比关系。
I 2＝
I 1
（2-2） n TA
式中 I 1——为线路中的短路电流；
n TA ——电流互感器的变比。 当考虑到三相电流互感器的接线，应考虑接线系数K com ，接线系数K com 是流经保护中的电流I kA 与电流互感器二次侧电流I 2之比。
K com ＝
于是，电流保护中电流Ｉ应为
I 2＝K com
I 2
（2-3） I KA
I 1
（2-4） n TA
在电流保护装置中，动作电流和返回电流数值的大小是根据保护选择性、灵敏度及可靠性等因素来确定，具体内容在下几节中讲述。
第二节 无时限电流速断保护
一、无时限电流速断保护
无时限电流速断保护（又叫瞬时电流速断保护简称为电流速断保护），当电力系统的相间短路故障发生在靠近电源侧时，非常大的短路电流不仅对系统电力设备构成很大的损坏，还可能危及电力系统的安全，甚至造成电网的崩溃，这就要求能快速的切除故障来维护电网的安全。无时限电流速断保护的是反应电流的增大而瞬时动作的一种保护。它广泛地应用于输电线路及电气设备保护中。
二、无时限电流速断保护动作电流的整定
根据继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定性和保证重要用户供电的可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上保护动作越快越好。
为了保护选择性，无时限电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作电流应大于本线路末端的最大短路电流I K.B.max 。 即
（3）I
I set k.B.max .1 > I
I I
或 I set =K .1rel I
（3）
k. B.max （2-5）
I 式中 I set .1——为保护装置1的整定电流，线路中的一次电流达到保护装置整定电流时保护起动；
I
——为可靠系数，考虑到继电器的误差、短路电流计算误K rel
差和非周期量影响等，取1.2～1.3； （）
I 3k. B.max ——为最大运行方式下，被保护线路末端变电所B 母线上三相短路时的短路电流，一般，取短路最初瞬间，即t ＝0时的短路电流周期分量有效值。
无时限电流速断保护是靠动作电流获得选择性。即使本线路以外发生短路故障也能保证选择性。
三、动作特性分析
图2-4 无时限电流速断保护动作特性
I I set .1一经整定不再改变，与线路短路点的位置无关，图2-4I 中I set .1可用直线3表示。它
与曲线1、2分别交a 、b 两点，在交点a 、b 之前对应的线路上短
I
路时，由于短路电流大于I set .1，保护1能动作；当故障点发生到
a 、b 两交点之后对应的线路上时，其短路电流将小于整定电流，保护1不动作。所以，从线路首端至a 点之间的范围为最大运行方式下的保护区l max ，也叫最大保护区；从线路首端至b 点之间的范围是最小运行方式下保护区l min ，即最小保护区。
电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了
图2-5 系统运行方式变化时对速
广泛的应用。它的缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围
断保护的影响
直接受系统运
行方式变化的影响。
当电力系统的运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。例如：
1. 如图2-5所示，当系统运行方式变化很大的情况，保护1电流速断按最大远行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围； 2. 如图2-6所示，当被保护线路长短不同的情况，线路较长时，其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡，保护范围比较大，如图2-6(a)所示。而当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数以后。其保护范围将很小甚至等于零，如图2-6(b)所示。
在个别情况下，电流速断保护也可以保护线路的全长。如图2-7所示，当电网的终端采用线路—变压器组的接线方式时，由于线路和变压器可以看成是—个元件，这样电流速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K l 点的短路来整定，
由于变压器的阻
图2-6 线路长度对速断保护的影响
(a)长线路；(b)短线路
抗一般较大，所以K 1点的短路电流就大为减小，这样整定之后，电流速断就可以保护线路Ａ-Ｂ的全长，并能保护变压器的一部分。
需要说明的是电流速断保护的选择性在此处没有得到满足，即保护失去选择性，为了减少停电范围，应与自动重合闸进行配合。当变压器故障时，线路首端的速断保护动作跳开断路器，变压器速断保护也动作跳变压器，而线路首端的自动重合闸将线路断路器重合，恢复线路供电。
四、灵敏度校验
无时限电流速断保护的灵敏度通常是用保护范围的大小来衡量，保护范围越大，说明保护越灵敏。图2-3
所示，在不同的运行方式下，保护范围可能变化很大，
图2-7 线路—变压器组的电流速断保护
所以无时限电流速断保护的灵敏度用最大保护范围和最小保护范围来衡量。
根据式（2-1），可求得最大运行方式下的最大保护范围
l max =
I 式中：I set ——动作电流。
1E s
(I -X s .min ) （2-6） X 1I set
围
l min =
1E
I s -X s .max ) （2-7） X 12I set
规程规定：最小保护范围不小于被保护线路全长的15％；最大范围大于被保护线路全长50％，否则保护将不被采用。
第三节 限时电流速断保护
一、限时电流速断保护的作用
无时限电流速断保护的保护范围只是线路的一部分，为了保护线路的其余部分，又能较快的切除故障，往往需要再装设一套具有延时的电流速断保护(又称延时电流速断保护) 。
限时电流速断保护就是在速断保护的基础上加一定的延时构成的。如图2-8所示，本线路末端K 1点短路与相邻线路首端K 2点短路时，其短路电流基本相同。为了保护线路全长，本线路限时电流速保护的保护范围必须延伸到相邻线路内。考虑到选择性，限时电流速断保护的动作时限和动作电流都必须与相邻元件无时限速断保护相配合。
二、动作时限的整定
L l 上的
限时电流速断保护的动作时限t A II ，应该
选择得比无时限电流速断保护的动作时限(约0.1s) 大⊿t ，即
t A II =tB I +⊿t
（2-8）
而它的保护范围允许延伸到L 2和B 1的无时限电流速断保护的保护范围内。因为在这段范围内发生短路时，L 2和B 1的无时限电流速断保护立即动作于跳闸。在跳闸前，L 1的限时电流速断保护虽然会起动，但由于它的动作时限比无时限电流速断保护大⊿t ，所以它不会无选择性动作于L 1的断路器跳闸。
三、动作电流的整定
如果限时电流速断保护的保护范围末端与相邻元件的无时限电流速断保护的范围末端在同一地点，那么两者的动作电流(Ｉset II . 1与 ＩI
但考虑到电流互感器set . 2) 是相等的。
和电流继电器误差等因素的影响，L 1线路的限时电流速断保护的保护范围应缩小一些，也就是ＩII set . 1应大于ＩI set . 2，即
ＩII set.1=Krel II ＩI set . 2 （2-9）
图2-9 限时电流速断保护特性图
式中 K rel II ——可靠系数，考虑保护
带有延时，短路电流中的非周期分量已衰减，可以选得小些，通常取1.1～1.2。
在图2-9所示的例子中， L 1的限时电流速断保护既要与L 2的无时限电流速断保护相配合，又要与B 1的电流速断保护相配合。因此，在按式(2-9)计算时，ＩII set . 1应为L 2和B 1无时限电流速断保护中动作电流较大的一个数值。否则，限时电流速断保护的保护范围会超过动作电流较大的那个元件的无时限电流速断保护的保护范围，而造成无选择性动作。
在上例中，如果变压器装有差动保护，那么整个变压器将处在差动保护的范围内。这时Ｌ1的限时电流速断保护的保护范围就允许延伸到整个变压器。它的动作电流就是根据在最大运行方式下低压侧三
(3) 相短路时的短路电流I k . max 来选择，即
II II (3)
I set . A ＝K rel I k . max (2-10)
II
式中 K rel ——可靠系数。考虑到电流互感器和电流继电器的误差以及由于变压器分接头改变而影
响短路电流的大小等因素，它的数值取1.3～1.4。 为了保证选择性，应取式（2-9）、式（2-10）的较大值作为保护的动作电流。 四、灵敏度校验
限时电流速断保护装置的灵敏度用起动元件(即电流元件) 的灵敏系数K sen 的数值大小来衡量。它是
(2)
指在系统最小运行方式下，被保护线路末端发生两相短路时，通过电流元件的电流I k . min 与动作电流II I set . A 的比值，即
I k (2).min
（2-11） K sen ＝II
I set . A
规程要求：Ｋsen ＞1.25。 当灵敏度不能满足规程要求时，可与相邻下线路的限时电流速断保护相配合，即动作电流相配合和动作时限相配合。
图2-10 定时限过电流保护配置
第四节 定时限过电流保护
一、定时限过电流保护作用
定时限过电流保护简称过电流保护，通常是指其动作电流按躲过线路最大负荷电流整定的一种保护。正常运行时，它不会动作；电网发生故障时，一般情况下故障电流比最大负荷电流大得多，所以过流保护具有较高的灵敏性。因此，过流保护不仅能保护本线路全长，而且还能保护相邻线路全长甚至更远。
二、动作电流的整定
在图2-10所示的电网中，对线路L I 来讲，电网正常运行时和相邻元件(线路L 2) 短路时，它的电流变化情况如图2-11中曲线部分。
正常运行时，L 1可能通过的最大电流称为最大负荷电流I L.max ，这时过电流保护装置1的起动元件不应该起动，即动作电流I set.1应大于最大负荷电流，即
III I set. A >IL.max (2-12)
Ｌ2上发生短路时，L 1通过短路电流I K ，过电流保护装置1的起动元件虽然会起动，但是由于它的
动作时限大于保护装置2的动作时限，保护装置2首先动作于2QF 跳闸，切除短路故障，保护装置1
不会动作于跳闸。
故障线路L 2被切除后，保护装置1的起动元件应立即返回，否则保护装置1会使1QF 跳闸，造成无选择性动作。故障线路L 2被切除后，线路Ｌ1继续向变电所Ｂ供电，由于变电所Ｂ的负荷中电动机自起动的原因，L 1中通过的电流为：K MS ＩL.max (KMS 为自起动系数。它大于1，其数值根据变电所供电负荷的具体情况而定) 。因此，起动元件的返回电流Ｉre 应大于这一电流，即
Ｉre >KMS I L.max (2-13)
由于电流元件(即过电流保护装置的起动元件) 的返回电流小于起动电流。所以从图2-11可见，只要Ｉre ＞K MS I L.max
III
的条件能得到满足。I act . A ＞I L.max 的条件
也必然能得到满足。
不等式(2-12)可以改写成为以下的等式
III
Ｉre ＝K rel K MS I L.max
（2-14）
III
在式(2-14)中，是K rel 为可靠系数，
图2-11 相邻元件短路过程电流的变化情况
考虑到电流继电器误差和计算误差等因素，它的数值取1.15~1.25。
因为返回电流与动作电流的比值称为返回系数，即
K re ＝
I I re
或者：Ｉset ＝re （2-15） I act K re
III K rel K MS
I L. max （2-16） K re
将式(2-15)代入(2-14)，得到计算过电流保护动作电流的公式：
I
III
set. A ＝
根据上式（2-16）所求得的是一次动作电流。如果要计算保护装置的二次电流，还需要计及电流互感器的变比n TA 和接线系数K c ，保护装置中动作电流的计算公式为
I
III
set. A ＝
K com
III K rel K MS
I L. max （2—17）
K re n TA
III
式中：I set. A ——为保护装置的二次电流。
三、灵敏度校验
过电流保护装置的灵敏度用电流元件的灵敏系数K sen 的数值大小来衡量。
过电流保护作为本线路的近后备保护，以被保护线路末端作为校验点进行校验，其灵敏度为：
(2)I K B .min
Ｋsen （近）＝. III ≥1.5 （2—18）
I set . A
过电流保护作为相邻线路的远后备保护，以相邻线路末端作为校验点进行校验，其灵敏度为：
(2)I K C .min
Ｋsen （远）＝. III ≥1.2 （2—19）
I set . A
四、动作时限的确定
前面所讲的保护原理中已说明，为了保证选择性，电网中各个定时限过电流保护装置必须具有适当的动作时限。离电源最远的元件的保护动作时限最小，以后的各个元件的保护动作时限逐级递增，相邻两个元件的保护动作时限相差一个时间级差⊿t 。这种选择动作时限的原则称为阶梯时限原则。 即： t 1＝t 2十⊿t
图2-12所示的电网中，所有线路都装有定时限过电流保护。3和5的动作时限最小、如果t 3取t 3与t 5中大者，t 2应该等于t 3十⊿t 。t 2既要比t 3大⊿t ，又要比t 5大⊿t 。如果t 2＜t 4，那么t 1应该等于t 4十⊿t 。如果t 2＞t 4，那么t 1应该等于t 2十⊿t 。也就是说，阶梯原则在配合过程中，不仅要与线路中的保护时限进行配合，还要与母线上的出线进行配合。即本线路上定时限
过电流保护的动作时限与线路末
图2-12 定时限过电流保护时限特性图
端母线上所有出线中时限最长的
一条线路相配合。
从迅速切除短路故障来看，希望时限级差⊿t 愈小愈好；但是为了保证选择性⊿t 应该符合以下条件
⊿t ＝t a + tb +tc +td （2-20）
t a ——前面一个元件断路器的跳闸时间(从保护发出跳闸脉冲到切除短路电流为止) ； t b ——前面一个保护动作时间的正误差(实际动作时间比整定时间大) ； t c —一后面一个保护动作时间的负误差(实际动作时间比整定时间小) ； t d ——时间裕度。
根据式(2-20)来确定⊿t ，它的意思就是：如果前后两个保护的动作时间都有误差，也能保证在线路负荷侧一个元件的断路器切除短路电流以前，电源侧保护不会发跳闸脉冲，而且还有—些时间裕度。
由式(2-20)可见，⊿t 的大小决定于断路器和保护装置的性能。目前在定时限过电流保护整定时，一般⊿t 取0.3～0.5s 。
第五节 阶段式电流保护
一、阶段式电流的构成
无时限电流速断保护只能保护线路首端的一部分，限时电流速断保护能保护本线路全长，
但不能作相邻下一线路的后备，定时限过电流保护能保护本线路及相邻下一线路全长，然而动作
时限较长。为了迅速、可靠地切除被保护线路上的故障，可将上述三种保护组合在一起构成一套保护，称为阶段式电流保护。由瞬时电流速断保护构成电流Ⅰ段；限时电流速断保护为第Ⅱ段；过电流保护为第Ⅲ段，Ⅰ、Ⅱ段共同构成主保护，能以最快的速度切除线路首端故障和以较快的速度切除线路全长范围内的故障；第Ⅲ段，作为后备保护。既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，也作下线线路的远后备保护。阶段式电流
保护不一定都用三段，也可以只用两段，即瞬时或限时电流速断保护作为第Ⅰ段、过电流保护作
为第Ⅱ段，构成两段式电流保护。随着电力网的快速发展，输电线路越来越短，系统阻抗很小，大多数限时电流速断保护难以达到保护线路全长的目标，所以，限时电流速断保护在实际线路上使用比较少。
二、阶段式电流保护的时限特性
如图2-13所示为阶段式电流保护的时限特性、三段式电流保护的动作电流、保护范围及动作时限的配合情况。由图可见，在被保护线路首端故障时，保护的第Ⅰ段将瞬时动作；在被保护线路末端故障时，保护的第Ⅱ段将带0.5s 时限切除故障；而第Ⅲ段只起后备作用。所以，装有三段式电流保护的线路，一般情况下，都可以在0.5s 时间内切除故障。
本线路的第Ⅲ段应与相邻下一线路的第Ⅲ段从时限上进行配合，当前后两线路的负荷变化不大时，还应从灵敏度上进行配合。
三、三段式电流保护原理与展开图
继电保护的接线图一般分为原理图，展开图和安装图三种形式。微机型保护装置由于其实现原理比较复杂，一般画出方框图或逻辑图，表示出保护装置的基本功能及它们之间的联系。方框图是原理图的设计依据；逻辑图则表示出各元件或回路之间的逻辑关系。
保护装置的原理图(又称归总式原理图) 可以清楚地表示出接线图中各元件间的电气联系和动作原理。在原理接线图上所有电气元件都是以整体形式表示，其相互联系的电流回路、电压回路和直流回路都综合在一起。为了便于阅读和表明动作原理，一般还将一次回路的有关部分，如断路器、跳闸线圈、辅助接点以及被保护的设备等都画在一起。这种原理图能使初学者对整套保护装置的构成和工作原理有
一个明确的整体概念。
展开图是原理图的另一种表示方法。它的特点是按供电给二次回路的每个独立电源来划分的，即将装置的交流电流回路，交流电压回路和直流回路分开来表示。在原理图中所包括的继电器和其它电器的各个组成部分如线圈、触点等在展开图中被分开画在它们所属的不同回路中，属于同一个继电器的全部元件要注以同一文字符号，以便在不同回路中查找。
图2-14 三段式电流保护
(a)原理图；(b)展开图
图2-14为三段式电流保护的接线图。(a)为原理图，(b)为展开图。保护采用两相不完全星形接线。为了在Y ，d 接线的变压器后两相短路时提高第Ⅲ段的灵敏度，故该段采用了两相三继电器式接线。
第六节 电流保护的电压元件
一、电压速断保护
在电力系统等值电抗较大或线路较短的情况下，当线路上不同地点发生相间短路时，短路电流变化曲线比较平坦，见图2-6（b ）所示的无时限电流速断保护的保护范围较小，在两相短路和最小运行方式时的保护范围更小，甚至没有保护范围。在这种情况下，可以采用电压速断保护，而不采用电流速断保护。
在线路上不同地点发生相间短路时，母线上故障相之间残余电压U r 的变化曲线如图2-15所示。从图中看出，短路点离母线愈远，U r 愈高。其中：①表示最大运行方式下U r 变化曲线；②表示最小运行方式下U r 变化曲线。
电压速断保护是反应母线残余电压U r 降低的保护。在保护范围内发生短路时，U r 较低，保护起动；
在保护范围以外发生短路时，U r 较高，保护不起动。
如同电流速断保护一样，电压速断保护可以构成无时限的，也可以构成具有延时的。
如图2-15所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电压速断保护，它的动作电压U set 应整定为：
(3)
U r . max 3I K . min X L
U set == （2-21）
K rel K rel
图2-15 无时限电压速断保护应用举例
式中：U r.max ——为最小运行方式下在线路末端三相短路时，线路始端母线上的残余电压；
(3)
I K . min ——为上述短路时的短路电流；
X L ——为线路电抗；
K rel ——为可靠系数，考虑到电压继电器的误差和计算误差等因素．它的数值取为1.1~1.2。 由图2-15可见，电压速断保护在最小运行方式下，保护范围最大；在最大运行方式下，保护范围最小。所以，电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，按最大远行方式来校验保护范围。
当线路末端发生三相短路时，始端母线上故障相之间的残余电压为
(3)
U r (3) =I K X L （2-22）
当线路末端发生两相短路时，始端母线上故障相之间的残余电压为
(2)
X L =2 U r (2) =2I K
(3) (3)
I K X L =3I K X L （2-23） 2
同样的，在线路上任何一点发生短路时，不论是三相短路还是两相短路，母线上故障相之间的残余电压是相等的。
因此，保护相间短路的电压速断保护应采用三相式接线，电压继电器应接相间电压。这样，电压速断保护既能保护三相短路也能保护两相短路，而且保护范围与故障种类无关。
如同无时限电流速断保护一样。无时限电压速断保护的保护范围也可以用解析法进行计算。在最大运行方式下保护范围末端发生三相短路时，母线残余电压U r 与动作电压U set 相等，即
U r.max ＝U set
或
I
(3)
K . m a x L ＝
X
(3) I K . min X L
K rel
I
(3) K . max
(3)
I K . min X L
X 1L max ＝
K rel
''''ΦE ΦX 1L max ＝X 1L
X S .min +
X 1L max K rel X S .max +X 1L
可求得：
L max ＝⎢
⎡
X S . min
⎢⎣K rel X S . max +(K rel -1) X 1L
⎤
⎥L （2-24） ⎥⎦
''一一系统的次暂态电势(相) ； E Φ
X S. max一一最大运行方式下的系统电抗
X S. min —一最小运行方式下的系统电抗 X 1——被保护线路每公里的正序电抗， L ——被保护线路的全长(km)。
从式(2-24)可见：最大、最小运行方式相差愈小，即X S.max 与X S.min 的差值愈小，保护范围愈大；线路长度一定，系统容量愈小，即L 一定，X S.max 和X S.min 愈大，保护范围愈大；反之，系统容量一定，线路愈短，即X S.max 和X S.min —定，L 愈小，保护范围愈大。所以，电压速断保护适用于运行方式变化小，系统容量较小或被保护线路较短的场合。
二、电压闭锁电流速断保护
为了保证选择性，电流速断保护应按最大运行方式来整定动作电流，但在最小运行方式下保护范围要缩小；而电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，但在最大运行方式下保护范围要缩小。电压电流闭锁速断保护是兼用电流、电压元件，综合电流、电压速断保护特点的一种保护。
在有些电网中，由于最大和最小运行方式相差很大，不能采用电流速断保护或电压速断保护。但出现这两种运行方式的时间较少，大多数时间是在某—种运行方式(称为主要运行方式) 下工作。在这种情况下，可以考虑采用电流闭锁电压保护或低电压闭锁电流保护，也叫电流、电压连锁保护。
电流、电压连锁保护的起动元件包括电流起动元件和电压起动元件，它们的触点是串联的，因此只有在两者都动作的情况下，保护才起动，它们的整定值互相配合。以保证动作的选择性。
电流、电压连锁保护可以构成无时限的，也可以构成有延时的。无时限的电流、电压连锁保护的特性见图
2-16。输入保护的电气量既有电流I m ，
图2-16 电压闭锁的电流保护特性说明
又有电压U m 。
在图2-15所示的线路上，如果装有反应相同相间短路的无时限电流、电压联锁速断保护主要运行方式整定以后，当出现最大远行方式时，电流起动元件的动作范围将伸长，但由于电压起动元件的动作范围将缩小。所以整个保护装置的保护范围是缩小的。不会造成无选择性动作。当出现最小运行方式时，电压起动元件的动作范围将伸长。但由于电流起动元件的动作范围将缩小，所以也不会造成整个保护装置无选择性动作。
第七节 电流保护的方向元件
一、方向性电流的提出
上一节所讲的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，在发生故障时，它们都是在短路功率从母线流向被保护线路的情况下，按照选择性的条件来协调配合工作的。短路功率是短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路功率从电源流向短路点。
随着电力工业的发展和用户对供电可靠性要求的提高，现代的电力系统实际上都是由很多电源组成的复杂网络，此时，上述简单的保护方式已不能满足系统运行的要求。
例如在图2-17所示的双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源，因此，在每条线路的两侧均需装设
图2-17 双电源线路供电与保护示意图
断路器和保护装置。假设断路器D 断开，电源E D 不存在，则发生短路时，保护l 、3、5、8的动作情况和由电源E A 单独供电时一样，它们之间的选择性是能够保证的。其过电流保护按图中t ＝f(L)时限特性实线部分配合。如果电源E A 不存在，则保护6、4、2、7由电源E
单独供电，此时它们之间也同样能够保证动作的选择性，其过流保护按图
2-17中阶梯时限特性的虚线部分配合工作。如果两个电源同时存在，当K 2点短
路时，按照选择性的要求，应该由距故
障点最近的保护5和6动作切除故障。然而，由电源E A 供给的短路电流I ´K2
也将通过保护4，如果保护采用电流速断且I ´K2大于保护装置的起动电流I set4，
则保护4的电流速断就要误动作；如果保护4采用过电流保护且其动作时限t 4＜t 5，则保护4的过电流保护也将误动作。同理当图2-17中K 1点短路时，本应由保护3和4动作切除故障，但是由
电源E A 供给的短路电流I ´K1，通过保护2，如果I set.2
分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾可以发现，误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流所引起的。对误动作的保护而言，实际短路功率的方向照例都是由线路流向母线。显然与其所对应保护线路的故障时短路功率方向相反。因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只有当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。
二、方向过电流保护动作时限整定及方向元件的装设原则
双侧电源电网的过电流保护加上方向元件后，就可看成两个单侧电源电网的过电流保护，分别进行时限配合，其动作时限仍按阶梯原则整定。如图2-18（a ）所示电网，保护1、3、5反应电源Ⅰ供给的短路电流，它们的时限应配合，即t 1>t 3>t 5；保护2、4、6反应电源Ⅱ供给的短路电流而动作，它们的时限应配合，即t 2
需要注意的是，按阶梯原则整定保护的动作时限时，不仅与主干线上同一方向的保护进行配合，而且要与对端变电所母线上所有其他出线的保护相配合。如在图2-18（a ）所示网络中，若变电所C 的母线上尚有出线保护4' ，且t ' 4>t 4，则t 6应大于t ' 4，即t 6＝t ' 4+⊿t 。同理，当t ' 4>t 5时，则t 3＝t ' 4+⊿t 。
在假定所有主干线保护都装设方向元件的条件下，按上述方法确定各保护的时限后，分析图2-18（b
些在反方向短路时，靠时限不能保证选择性的过流保护，才需要
投入方向元件。例如变电所B 中的保护2和3，在线路AB 上短路
时，对保护3为反方向短路，但因t 3>t 2，保护2先动作将故障切
除，保护3即使不装方向元件，靠时限也能保证选择性，所以保
护3的方向元件省去。同理，因t 4>t 5，保护4的方向元件也可以
省去。总之，同一母线两侧的方向过电流保护，若动作时限不等，
则较长的（长出之值不小于一个时限级差⊿t ）方向元件可以省去，
若动作时限相等，则都需加方向元件。实际生产的微机保护中，方向元件总是存在的，必要时通过控制字选至“ON ”或连接片将方向元件投入运行；不必要时将控制字选至“OFF ”或将连接片打开。
三、方向元件的基本原理和接线方式
方向元件的接线方式是指它与电压互感器和电流互感器之间的连接方式，也就是给方向元件加入什么电压和什么电流的问题。
对于接线方式的基本要求是：
（1）在发生各种类型故障时，均能正确判别短路功率方向； （2）为了有较高的灵敏系数，故障后加入方向元件的电压U m 尽量大，并尽量使φm 接近灵敏角φsen 。 为了满足上述两条基本要求，方向元件通常采用90°接线方式，即在一次系统三相对称，且功率因数cos φ=1时，方向元件的U m 与I m 之间的相位差角为90°，这种接线方式称为90°接线（电流超前电压90°）如图2-19所示。
三相方向元件的电流和电流如表2-1所示。
为参考相量，向超前方向（逆时针方向）作U e ja 相量，再作垂直于相在图2-20（a ）中，以U K K e ja 的直线ab ，其阴影线侧即为I 的动作区。因此功率方向的判据条件为 量U K K
I K
—90°
处于动作区内，正方向功率元件动作，表示故障点在保护安装处正方向。满足式（2-25a ）时，I K
处于非动作区，反方向功率方向动作，表示故障点在保护安装处背后。 满足式（2-25b ）时，I K
超前U 的角度为α，一般称α为功率方向元件内角（30°或45°），由图2-20（a ）可见，当I K K
位于动作区域的中心，正方向动作最灵敏，最灵敏角为—α。
某些微机保护装置也采用动作区域小于180°，如图2-20(b)所示动作区域为120°，灵敏角仍为30°，动作区域为-90°～30°
采用 90°接线方式的优点是：
（1）不论发生三相短路或两相短路，方向元件均能正确判断故障方向；
（2）适当选择方向元件的灵敏角，可以保证在三相短路或两相短路时方向元件处于灵敏状态。在两相短路时，加在方向元件的电压为故障相与非故障相之间的电压，其值最大，无死区；但在靠近保护安装处发生三相短路时，方向元件可能有死区，必须采取消除死区措施。
第六节 电流保护的应用举例
WXH110微机线路保护装置主要适用于35kV 及以下各级电压等级的线路保护，主要由反应相间故障的三段式相间电压、电流（方向）及后加速保护；反应小电阻接地或直接接地系统零序过流的三段式零序电流（方向）及后加速保护(WXH－112) ；反应小电阻接地系统接地故障的小电流接地选线保护(WXH-111) 以及三相一次重合闸、过负荷告警及跳闸保护、低频减载、控制回路断线自动检测功能、PT 断线自动
检测功能、具有测量、遥信、遥脉、遥控及录波功能等。
图2-21 电流保护的接线图
如图2-22为保护装置电流电压的接线图，保护装置保护用电流互感器和电压互感器，分别将电流、电压接入装置中即：三相电流、三相电压、零序电流I 0等，零序电压U 0由
*
三相电压之和产生。当用于电缆保护时，零序电流I 0另有输入端子。I U 、*
I W 为遥测专用输入回路，外接仪表电流互感器。U L 、U Ĺ为线路输入电压输入回路，用于电网自动重合闸的同期并列。
图2-22是WXH-110系列微机线路保护装置背面端子图，包括保护输出、中央信号、直流电源、遥控信息、开入量、操作箱及交流输入量接线端子等。
三段式电压、电流、方向保护逻辑框 图如图2-23图2-22 WXH-110系列微机线路保护装置背面端子图 所示，当保护
装置通过控制字将电压元件、方向元件都投入至“on ”，三段式电流保护是具有电压闭锁的带方向的三段电流保护。电压元件、方向元件可以单独设“off ”来退出，若将电压元件、方向元件都投入至“off ”，保护装置是仅反应电流的三段式电流保护。
保护装置反应三相相电流，来反应线路三相的故障，电压元件反应三相线电压，用软件来实现功率方向元件的90°接线，通过定值进行时限选择，也就是说，保护定值有阶段区别，保护投退、方向元件、电压元件都可以通过控制字进行投退。如图2-22所示为三段式电流、方向、电压保护逻辑图。
图中“保护投/退”、“电压元件投/退”、“方向元件投/退”均以投入控制字为1，退出为0。“退出带方向、电压元件”、“退出带方向、电压元件段”以退出控制字为0，投入为1。整套保护设出口压板。
基本关系如下：
（1）当“保护投/退”为“退出”状态时，控制字置0。无论电压元件、方向元件、电流元件均无输出，总逻辑输出为0，保护退出工作。
（2）三段式电流保护
“保护投/退”为“投入”状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置0、“方向元件投/退”置0。“电压元件投/退”置0，三相电压元件的与非门逻辑无论其他条件是否满足，均输出1，电压元件测量功能失效。“方向元件投/退”置0，测量三相的方向元件无论其他条件如何，均输出1，三相的方向元件无效。任何一相电流元件为1时，电流元件段输出1，保护有输出；任何一相电流元件为0时，电流元件段输出0，保护无输出。
（3）仅带低电压闭锁的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置1、“方向元件投/退”置0。 电压元件输出有三个条件进行与非逻辑：
“电压元件投/退”置1；
“退出方向、电压元件”处于未退出状态，置1，TV 未断线，置0，与非门输出1； ①“U UV 低于定值”、“U VW 低于定值”至少有一个为1，其与非门输出为0；
低压元件输出为1，而方向元件已退出，逻辑为1，电流元件为1时，保护动作。 ②“U UV 低于定值”、“U VW 低于定值”均不满足，即均为0，其与非门输出为1；
低压元件输出为0，而方向元件已退出，逻辑为1，电流元件为1时，三逻辑与非为0，保护不动作。 （4）仅带方向的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置0、“方向元件投/退”置1。 “电压元件投/退”置0，电压元件与非关系输出为1，电压测量元件无效。 方向元件由三个条件构成与非关系（U 、V 、W 三相相同，以U 相为例）： “方向元件投/退”、“U 反向／正向”、“退出方向、电压元件”非逻辑组成与非门。 “方向元件投/退”置1；
“退出方向、电压元件”未退出，置1，TV 未断线，置0，非逻辑为1；
①“U 反向／正向”为正向时，逻辑为0，与上述两关系与非逻辑为1，当电流元件为1时，保护动作；电流元件为0时保护不动作。
②“U 反向／正向”为反向时，逻辑为1，与上述两关系与非逻辑为0，即使电流元件输出为1，保护不动作。
（5）带方向、低电压闭锁的三段式电流保护
“保护投/退”为投入状态，控制字置1，且“电压元件投/退”置1、“方向元件投/退”置1。 当上述控制字全置1时，低电压元件动作，电压元件逻辑输出为1；故障为正向时方向元件为0，方向元件非逻辑输出为1；电压达到动作定值时，电流元件动作，逻辑输出为1，保护输出。
T1为三段电流保护的动作时限；本逻辑还带有电压互感器断线闭锁和后加速。