三段式電流保護(hù)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中廣泛應(yīng)用的一種保護(hù)配置，通過(guò)電流速斷保護(hù)（Ⅰ段）、限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段）和過(guò)電流保護(hù)（Ⅲ段）的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障的快速、可靠切除。以下從保護(hù)原理、配合方式、整定原則及實(shí)際應(yīng)用等方面詳細(xì)說(shuō)明其配合機(jī)制：

一、三段式電流保護(hù)的基本原理

1. 電流速斷保護(hù)（Ⅰ段）

• 功能：瞬時(shí)動(dòng)作，快速切除被保護(hù)線路首端附近的嚴(yán)重故障（如三相短路）。

• 特點(diǎn)：動(dòng)作電流按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路電流整定，無(wú)延時(shí)，但存在保護(hù)死區(qū)（無(wú)法覆蓋線路全長(zhǎng)）。

• 整定公式：

其中，$K_{text{rel}}$為可靠系數(shù)（1.2~1.3），$I_{ktext{.max}}^{text{(3)}}$為最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路電流。

2. 限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段）

• 功能：作為Ⅰ段的后備，切除Ⅰ段保護(hù)范圍外的故障，同時(shí)作為相鄰線路Ⅰ段的遠(yuǎn)后備。

• 特點(diǎn)：動(dòng)作電流按躲過(guò)相鄰線路Ⅰ段保護(hù)范圍末端短路電流整定，動(dòng)作時(shí)間比相鄰線路Ⅰ段長(zhǎng)一個(gè)時(shí)限級(jí)差（Δt，通常為0.3~0.5s）。

• 整定公式：

其中，$I_{text{setⅠ.next}}$為相鄰線路Ⅰ段動(dòng)作電流。

3. 過(guò)電流保護(hù)（Ⅲ段）

• 功能：作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，切除過(guò)負(fù)荷或遠(yuǎn)端故障。

• 特點(diǎn)：動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)間按階梯原則整定（越靠近電源側(cè)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)）。

• 整定公式：

其中，$K_{text{ss}}$為自啟動(dòng)系數(shù)（1.5~3），$K_{text{re}}$為返回系數(shù)（0.85~0.95）。

二、三段式電流保護(hù)的配合方式

1. 選擇性配合

• 線路末端Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間：$t_{\text{Ⅲ.end}}=0.5s$

• 線路首端Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間：$t_{\text{Ⅲ.start}}=t_{\text{Ⅲ.end}}+\Delta t$

• 時(shí)間階梯原則：Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按階梯原則整定，確保越靠近電源側(cè)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。例如：

• 電流定值配合：Ⅱ段保護(hù)定值需與相鄰線路Ⅰ段定值配合，Ⅲ段保護(hù)定值需與相鄰線路Ⅱ段或Ⅲ段定值配合。

2. 靈敏性配合

• Ⅰ段靈敏性：僅保護(hù)線路首端，靈敏度較低（通常不校驗(yàn)）。

• Ⅱ段靈敏性：需校驗(yàn)線路末端最小短路電流下的靈敏度（$K_{\text{sen}}\ge 1.3$）。

• Ⅲ段靈敏性：需校驗(yàn)遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍（如相鄰線路末端）的靈敏度（$K_{\text{sen}}\ge 1.2$）。

3. 可靠性配合

• 通過(guò)可靠系數(shù)（$K_{\text{rel}}$）和返回系數(shù)（$K_{\text{re}}$）確保保護(hù)在故障時(shí)可靠動(dòng)作，在故障切除后可靠返回。

三、配合示例

假設(shè)某10kV線路配置三段式電流保護(hù)，其配合過(guò)程如下：

1. Ⅰ段整定：

• 最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路電流：$I_{k\text{.max}}^{\text{(3)}}=5kA$

• 動(dòng)作電流：$I_{\text{setⅠ}}=1.2\times 5kA=6kA$

• 保護(hù)范圍：約線路全長(zhǎng)的80%。

2. Ⅱ段整定：

• 相鄰線路Ⅰ段動(dòng)作電流：$I_{\text{setⅠ.next}}=6kA$

• 動(dòng)作電流：$I_{\text{setⅡ}}=1.1\times 6kA=6.6kA$

• 動(dòng)作時(shí)間：$t_{\text{Ⅱ}}=0.5s$（比相鄰線路Ⅰ段長(zhǎng)0.3s）。

3. Ⅲ段整定：

• 最大負(fù)荷電流：$I_{L\text{.max}}=300A$

• 自啟動(dòng)系數(shù)：$K_{\text{ss}}=2$

• 返回系數(shù)：$K_{\text{re}}=0.9$

• 動(dòng)作電流：$I_{\text{setⅢ}}=\frac{1.2\times 2\times 300A}{0.9}\approx 800A$

• 動(dòng)作時(shí)間：$t_{\text{Ⅲ}}=2s$（按階梯原則整定）。

4. 靈敏度校驗(yàn)：

• Ⅱ段靈敏度：線路末端最小兩相短路電流為2kA，$K_{\text{sen}}=\frac{2kA}{6.6kA}\approx 0.3$（不滿足，需調(diào)整定值或延長(zhǎng)保護(hù)范圍）。

• Ⅲ段靈敏度：相鄰線路末端最小兩相短路電流為1kA，$K_{\text{sen}}=\frac{1kA}{0.8kA}=1.25$（滿足）。

四、實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

1. 運(yùn)行方式變化的影響

• 最大/最小運(yùn)行方式下短路電流變化可能導(dǎo)致保護(hù)靈敏度不足，需定期校驗(yàn)定值。

2. 分支線路的影響

• 分支線路的存在可能改變短路電流分布，需調(diào)整保護(hù)定值或增加方向元件。

3. 與自動(dòng)重合閘的配合

• 電流保護(hù)需與重合閘配合，避免重合于永久性故障時(shí)損壞設(shè)備。

4. 數(shù)字化保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

• 微機(jī)保護(hù)可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)三段式電流保護(hù)，提高定值整定和配合的靈活性。

五、總結(jié)

三段式電流保護(hù)通過(guò)電流定值和動(dòng)作時(shí)間的階梯配合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路故障的快速、可靠切除。其核心在于：

• Ⅰ段瞬時(shí)切除近端故障，Ⅱ段作為近后備保護(hù)，Ⅲ段作為遠(yuǎn)后備保護(hù)。

• 配合時(shí)需滿足選擇性、靈敏性和可靠性要求，并通過(guò)整定計(jì)算和校驗(yàn)確保保護(hù)性能。

• 實(shí)際應(yīng)用中需考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式變化、分支線路等因素，必要時(shí)增加方向元件或采用縱聯(lián)保護(hù)提高性能。

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