应由保护1动作切除。但是实际上，d1和 d2点短路时，保护2所流过短路电流的数值几乎是一样的，很难区分开来（特别对于长线路）。因此，希望d1点短路
时速断保护2能动作，而d2短路时又不动作的要求就不可能同时得到满足。
3. 整定原则：
为了解决这个矛盾可以有两种办法，通常都是优先保证动作的选择性，即从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动，即整定原则是：按躲开下一条线路出口处短路的条件整定，或者简单说躲相邻线路出口短路的最大短路电流。所谓躲就是电流速断保护的整定电流要大于相邻线路出口短路的最大短路电流（因为电流速断是增量动作的）。另一种办法就是在个别情况下，当快速切除故障是首要条件时，就采用无选择性的速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性的动作。现在大多数是采用第一种方法。
4. 最大运行方式和最小运行方式
最大运行方式—对每套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式，称之为最大运行方式。
最小运行方式—通过该保护装置的短路电流为最小的方式，称之为最小运行方式。
在最大运行方式下，保护安装处附近发生三相短路时流过保护装置的短路电流最大。在最小运行方式下，保护范围末端发生两相短路时流过保护装置的短路电流最小。
在图2-1所示的电流速断保护动作特性分析中，可以看到有两条曲线I和II，它们分别为最大运行方式和最小运行方式下短路电流随着输电线路的分布曲线，还有一条平行于横轴的直线?’dz.2，它为保护2的电流速断的定值，很显然它分别与I和II有两个交点，这两个交点在横轴上所对应的L即为两种运行方式下的保护范围，可以看出无论在最大运行方式还是最小运行方式都不能保护线路的全长，而且在不同的运行方式下，其保护范围是不一样的，最大运行方式下的保护范围大，最小运行方式下的保护范围小，这就有可能出现按最大运行方式的整定电流在最小运行方式下的保护范围不满足要求（电流速断的灵敏度是用保护范围来衡量），当最大运行方式和最小运行方式相差很大时，在最小运行方式下有可能没有保护范围。此外，当保护线路长短不一样时，对于短线路的保护范围可能很小或者不满足要求。
5．结论：电流速断保护尽管简单、经济、可靠、而且快速，但是它不能保护线路的全长，因此它不能作主保护，而且受系统运行方式和接线方式的影响很大，但总的来说，综合评价的结果，还是很好的一种保护，因此应用很普遍。 三． 限时电流速断保护
1．定义：由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，因此可以考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。
2．整定原则：与相邻线路的电流速断保护相配合。具体来说，保护范围除了保护本线路全长以外，还要伸到相邻线路一部分，但是不能超过相邻线路电流速断的保护范围，动作时间比相邻线路的电流速断高0.5S。
a) 保护的配合：保护配合含两个方面的涵义，第一个是灵敏度或（定值）的配合，另一个是时间的配合。限时电流速断是保护配合最典型的例子，既有定
值的配合，又有时间的配合。
b) 线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作可以
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保证全线范围内的故障都能在0.5S的时间以内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求，因此可以做主保护。当然这种主保护只能在35KV及以下要求不是很高的系统。
c) 限时电流速断保护的灵敏性校验
为了能够保护本线路全长，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，这个能力通常用灵敏系数Klm来衡量，对反应增量动作的保护装置，灵敏系数的含义是:
保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值
Klm? 保护装置的动作参数式中故障参数（如电流、电压等）的计算值，应根据实际情况合理地采用最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来选定，保护装置的动作参数，是电流整定值或电压整定值。为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，限时电流速断保护的灵敏系数Klm要求为1.3～1.5。 四．定时限过电流保护
1．整定原则：起动电流按照躲开最大负荷电流来整定。动作时间比限时电流速断再高0.5S。
2． 动作时限特性是一个从负载端到电源端逐级升高的阶梯特性。这是为了保证动作的选择性，因为整定值上配合不了，只好用时间来配合，很显然这个时间特性曲线并不理想，因为越靠近电源侧的动作时间越长。 五．阶段式电流保护的应用及对它的评价
电流速断、限时电流速断和过电流都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的整定原则来选择起动电流。即电流速断是按照躲开相邻线路出口处的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定，（或者说与相邻线路的电流速断保护相配合），而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。这三种电流保护，速断和限时电流速断是复杂保护（因为要计算短路电流），而过电流保护是简单保护（因为只要看负荷电流），速断的定值最大，过电流的定值最小。 六．保护的配置
1．总的原则：能用简单的绝对不用复杂的（适用于所有的保护配置）。 2．具体的配置原则是：我们用一个35KV系统的情况来加以说明，如图2-2
所示。
5 4 3 2 1 负载
A B C D 图2-2 阶段式电流保护的配置
从负载端开始，例如对于保护1，我们首先考虑采用过电流保护，因为在用户端发生短路故障时，从电源流过来的短路电流已经很小，几乎和负荷电流差不多，用过电流保护应该是可以的；对于保护2，首选还是过电流保护，只有当过电流保护不满足要求时，再考虑加一级电流速断或者限时电流速断；对于保护3也是一样；但是对于靠近电源侧的保护4，速断、限时电流速断、过电流三种保护都要配，这个道理应该很简单，因为靠近电源侧的短路电流大，因此希望可靠切除故障。
七．电流保护的接线方式
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电流保护的接线方式，就是指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。对相间短路的电流保护，目前广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。
三相星形接线是将三个电流互感器与三个电流继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中线上流回的电流为?a+?b+?c，正常时此电流约为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流3?0。
两相星形接线是用装设在A、C相上的两个电流互感器与两个电流继电器分别按相连接在一起，B相既不接电流互感器也不接电流继电器，它不能反应B相中所流过的电流，中线上流过的电流是?a+?c。
第二节 电网相间短路的方向性电流保护
一．问题的提出
在第一节中我们讨论了单侧电源网络电流保护的配置情况，而实际上电力系统是由多个电源组成的，在多电源系统中（双侧电源系统是多电源系统中最简单的，因此我们只考虑双侧电源系统），如果我们还是配电流保护的话，按照单侧电源网络的原则来配置，有没有问题？
为了回答这个问题，我们用图2-3的双侧电源网络接线来进行分析。
EI d1 EⅡ
4 3 5 2 6 1 7 8
A B ?’d1 ?’’d1 C D 图2-3 双侧电源网络接线及保护动作方向的规定 二．几个前提
1. 我们规定电流的正方向（包括功率的正方向）是由母线流向线路，以后如果没有特别的说明，都按这个规定。
2. 在系统中任何地方发生短路故障，凡是有电源的地方，都要向故障点提供短路电流。
3. 在图2-3所示的双侧电源接线中，由于两侧都有电源，因此，在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。假设断路器8断开，电源EII不存在，则发生短路时保护1、2、3、4的动作情况和由电源EI单独供电时一样，它们之间的选择性是能够保证的。如果断路器4断开，电源EI不存在，则保护5、6、7、8由电源EII单独供电，此时它们之间也同样能够保证动作的选择性。如果两个电源同时存在，如图2-3所示，当在BC段的d1点短路时，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，而其它的保护则不要动作切除其它 的断路器。下面我们进行分析，以离故障较近的保护1为例，显然，由电源EII提供的短路电流?″d1也将通过保护1，如果保护1采用电流速断且?″d1大于保护装置的起动电流?′dz.1，则保护1的电流速断就要误动作；如果保护1采用过电流保护且动作时限t1≤t6，则保护1的过电流保护也将误动。同样道理对于保护5也会由电源EI提供的短路电流?′d1而误动。如果在AB段或CD段发生短路，也会有类似的结果。
分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾，可以发现有下面三个特点或规律：一是误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障；二是误动的保护都是由对侧电源供给的短路电流所引起的；三是对误动的保护而言，实际短
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路功率的方向照例都是由线路流向母线，显然与其应保护的线路故障时的短路功率方向相反。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。这样由电流元件和功率方向元件所组成的保护我们叫它为方向电流保护。很显然功率方向元件是方向电流保护中的另一个关键元件，下面我们来研究功率方向继电器。
三．功率方向继电器的工作原理
在图2-4（a）所示的网络接线中，对保护1而言，当正方向d1点三相短路时，如果短路电流?d1的给定正方向是从母线流向线路，则它滞后于该母线电压U一个
相角Φd1（Φd1为从母线至d1点之间的线路阻抗角，输电线路是一种感性负载），其值为0°﹤Φd1﹤90°，如图2-4（b）所示。
d2 d1 当反方向d2点短路时，通
过保护1 EI 1 ? 2 EⅡ 的短路电流是由电源EII供给
的。此时对保护1如果仍按规I?d1 (a) ?Id2 定的电流正方向观察，则?d2 滞
??UΦd2 ??Id2 UΦd1 后于母线电压U的相角将是
d1 180°+Φd2 ??180°+Φd2。如图2-4（c）所示。
IId2 (b) (c) 因此，利用判别Φd1短路功率
方向或者电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。
图2-4 方向继电器工作原理分析
1. 定义 ： 用以判别功率方向或测定电流、电压相位角的继电器称为功率方向继电器。
2. 基本要求：
（1） 应具有明确的方向性，即正方向发生各种故障时可靠动作，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。
3. 动作判据：功率方向继电器既要输入电压，又要输入电流，因此是一种多激励量继电器，很显然它要比单激励量继电器的动作原理复杂。
（a） 用相位比较方式表示的动作判据 90° ≤ arg
UjIj???≤-90°
（b）用三角函数表示的动作判据
Uj?jcos（Φj-Φlm）≥0
式中Φlm 为最大灵敏角 。 所谓最大灵敏角，是指功率方向继电器当输入电压Uj和输入电流? j幅值确定了以后，那么功率方向继电器输出功率就与电压
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与电流之间的相角差有关，输出功率最大所对应的那个角度叫做最大灵敏角。
4. 动作特性
功率方向继电器的动作特性在复数平面上是一条直线，如图2-5所示。
+j 其动作特性是这样做出来的: 在复数阻抗平面内作一
条与最大灵
敏角相垂直且过坐标原点的
直线，这直
Φlm 线与最大灵敏角相对应的半
个平面是动
作区，另外半个平面是制动
区，从动作
0 R 特性图可以看出，功率方向继
电器的动
作角度范围在理论上应该是
180°，当然
实际情况一般小于180°。
图2-5 功率方向继电器的动作特性
采用这种特性和接线的继电器，如果当输入激励量为Uj=UA、Ij=IA时，在其正方向出口附近发生三相短路、A-B或C-A两相接地短路，以及A相接地短路时，由于UA=0或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电器的“电压死区”。当上述故障发生在死区范围以内时，整套保护将要拒动，这是一个很大的缺点，因此实际上很少采用。
5．相间功率方向继电器为消灭死区的接线方式 基本要求：
（1） 正方向任何型式的故障都能动作，而当反方向故障时则不动作。
（2） 故障以后加入继电器的电流?j和电压Uj应尽可能地大一些，并尽可能使Φj接近于最灵敏角Φlm，以便消除和减小方向继电器的死区。
为了满足以上要求，功率方向继电器广泛采用90°接线，所谓90°接线方式是指在三相对称的情况下，当cosΦ=1时，加入继电器的电流如?A和电压U???????BC
相位相差90°（IB与UCA；IC与UAB）。这个定义仅仅是为了称呼的方便，没有什么物理意义。
分析功率方向继电器采用了90°的接线以后，线路上发生正方向三相短路和两相短路时可以得出，0°<Φd<90°使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为
30°﹤α﹤60° 用于相间短路的功率方向继电器，厂家一般都提供了α=45°和α=30°两个内角，就满足了上述要求。 四．相位比较回路
目前广泛采用的相位比较的方法之一是测量两个电压瞬时值同时为正（或同
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