线路相间短路的三段式电流保护方案

由无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组合构成三段式电流保护。这3 部分保护分别叫作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，其中Ⅰ段无时限电流速断保护、Ⅱ段限时电流速断保护是主保护，Ⅲ段定时限过电流保护是后备保护。

1.三段式电流保护各段保护范围及时限的配合

如图1−2−11所示，当L1 线路首端短路时，保护1 的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段均起动，由Ⅰ段将故障瞬时切除，Ⅱ段和Ⅲ段返回；在线路末端短路时，保护Ⅱ段和Ⅲ段起动，Ⅱ段以0.5 s 时限切除故障，Ⅲ段返回。若Ⅰ、Ⅱ段拒绝动作，则定时限过电流保护以较长时限将QF1 跳开，此为定时限过电流保护的近后备作用。当在线路L2 上发生故障时，应由保护2 动作跳开QF2，但若QF2 拒绝动作，则由保护1 的定时限过电流保护动作将QF1跳开，这是定时限过电流保护的远后备作用。

图1−2−11　三段式电流保护各段保护范围及时限的配合

2.三段式电流保护的接线图

三段式电流保护的接线图分原理图、展开图和安装图3 种。

1）原理图

把整个继电器和有关的一、二次元件绘制在一起，直观而完整地表示它们之间的电气连接及工作原理的接线图称为原理图。三段式电流保护的原理图如图1−2−12（a）所示，图中各元件均以完整的图形符号表示，有交流及直流回路，图中所示的接线方式是广泛应用于小接地电流系统输电线路的两相不完全星形接线。接于A 相的三段式电流保护，由继电器KA1、KM、KS1 组成Ⅰ段；KA3、KT1、KS2 组成Ⅱ段；KA5、KT2、KS3 组成Ⅲ段。接于C 相的三段式电流保护，由继电器KA2、KM、KS1组成Ⅰ段；KA4、KT1、KS2 组成Ⅱ段；KA6、KT2、KS3 组成Ⅲ段。为了使保护接线简单，节省继电器，A 相与C 相共用其中的中间继电器、信号继电器及时间继电器。

原理图的主要优点是便于阅读，能表示动作原理，有整体概念，但原理图不便于现场查线及调试，接线复杂的原理图的绘制、阅读比较困难。同时，原理图只能表示继电器各元件的连线，不能表示元件内部接线、引出端子、回路标号等细节，所以还要有展开图和安装图。

2）展开图

以电气回路为基础，将继电器和各元件的线圈、触点按保护动作顺序，自左而右、自上而下绘制的接线图称为展开图。图 1−2−12（b）所示为三段式电流保护的展开图。展开图的特点是分别绘制保护的交流电流回路、交流电压回路、直流回路及信号回路。各继电器的线圈和触点也分别画在其各自所属的回路中，但属于同一个继电器或元件的所有部件都注明同样的文字符号，所有继电器元件的图形符号按国家标准统一绘制。绘制展开图时应遵守下列规则：

（1）回路的排列次序，一般是先交流电流回路、交流电压回路，后直流回路及信号回路；

（2）每个回路内各行的排列顺序，对交流回路按a、b、c 相序排列，对直流回路按保护的动作顺序自上而下排列；

（3）每一行中各元件（继电器的线圈、触点等）按实际顺序绘制。

现以图1−2−12所示接线图为例说明如何由图1−2−12（a）所示的原理图绘制图1−2−12（b）所示的展开图。首先画交流电流回路，交流电流从电流互感器TAa 出来，经电流继电器KA1、KA3、KA5 的线圈流到中线，经KA7 形成回路。同理从TAc 流出的交流电流经KA2、KA4、KA6流到中线，经KA7 形成回路。其次，画直流回路，将属于同一回路的各元件的触点、线圈等按直流电流经过的顺序连接起来，如“+”→KA1→KM→“−”等，形成展开图的各行。各行按动作的先后顺序由上而下垂直排列，形成直流回路展开图。为了便于阅读，在展开图各回路的右侧还有文字说明表，以说明各行的性质或作用，如“Ⅰ段电流”“跳闸回路”等，最后绘制信号回路，过程同上。

图1−2−12　三段式电流保护的接线图

（a）原理图；（b）展开图

三段式电流保护的接线图

阅读展开图时，先交流回路，后直流回路，再信号回路，从上而下，从左到右，层次分明。展开图对于现场安装、调试、查线都很方便，在生产中被广泛应用。

3）安装图

安装图主要用于安装、配线、调试及试验。安装图方面的知识在其他课程中有详细介绍，这里不再赘述。

3.三段式电流保护整定计算举例

在图1−2−13所示的某输电线路网络中，线路L1 和L2 均装设三段式电流保护，已知线路的正序阻抗X 1 =0.4 Ω/km ，线路的L1 和L2 的最大负荷电流分别为74 A 和40 A，负荷自起动系数KMs=2.2，降压变压器装设的电流速断保护的动作电流线路L2 的过电流时限为1.5 s。试计算线路L1 三段式电流保护的动作电流、动作时限，并校验保护的灵敏度。

图1−2−13　某输电线路的网络

整定步骤如下。

1）短路电流的计算

首先计算最大运行方式下三相短路电流及最小运行方式下两相短路电流。

（1）最大运行方式下k1 点三相短路电流为

最小运行方式下k1 点两相短路电流为

（2）用同样的方法，可以计算出最大运行方式下k2 点三相短短路电流及最小运行方式下k2 点两相短路电流，计算结果为(www.xing528.com)

2）保护的整定计算

（1）Ⅰ段（无时限电流速断保护）：动作电流按躲过AB 线路末端k1点短路时的最大短路电流来整定，即

最小保护范围为

可见，无时限电流速断保护没有保护区，因此不应装设Ⅰ段或改设电流电压联锁速断保护，以增大其保护区。

（2）Ⅱ段（限时电流速断保护）：首先考虑与下一线路的Ⅰ段配合，故先计算出线路L2 的Ⅰ段动作电流，再计算出线路L1 的Ⅱ段动作电流

在线路L1 末端短路时，限时电流速断保护的灵敏系数为

可见，与下一线路的Ⅰ段配合的限时电流速断保护不能满足灵敏系数的要求，因此考虑采用与下一线路的Ⅱ段配合的限时电流速断保护。为此，先计算出线路L2 的Ⅱ段动作电流，再计算出线路L1 的Ⅱ段动作电流。

灵敏系数满足要求。

这样，保护的动作时间

（3）Ⅲ段（定时限过电流保护）：动作电流为

作本线路近后备保护时的灵敏系数为

灵敏系数满足要求。

作相邻下一线路的远后备保护时的灵敏系数为

灵敏系数也满足要求。

动作时限应与相邻下一线路的定时限过电流保护的时限配合，即

习题

无时限电流速断保护

限时电流速断保护

定时限过电流保护

线路相间短路的三段式 电流保护装置

三段式电流保护整定计算

三段式电流保护小结