02電網(wǎng)的電流保護(hù).ppt

第2章 電網(wǎng)的電流保護(hù),返回總目錄,電網(wǎng)正常運行時，輸電線路上流過正常的負(fù)荷電流，母線電壓約為額定電壓。當(dāng)輸電線路發(fā)生短路時，故障相電流增大。根據(jù)這一特征，可以構(gòu)成反應(yīng)故障時電流增大而動作的電流保護(hù)。 本章根據(jù)電網(wǎng)相間短路及單相接地故障的特征，主要介紹單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)的三段式電流保護(hù)和多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路保護(hù)的方向電流保護(hù)，以及電網(wǎng)單相接地故障的零序電流保護(hù)，重點介紹這些保護(hù)的工作原理、保護(hù)裝置的整定計算和接線方式。, 2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù) 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù) 2.3 大電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù) 2.4 小電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù) 思考題與習(xí)題,本章內(nèi)容,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),對于單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)主要采用三段式電流保護(hù)，即第一段為無時限電流速斷保護(hù)，第二段為限時電流速斷保護(hù)，第三段為定時限過電流保護(hù)。其中第一段、第二段共同構(gòu)成線路的主保護(hù)，第三段作為后備保護(hù)。,2.1.1 反應(yīng)單一電氣量的繼電器,1. 繼電器的分類 繼電器是根據(jù)某種輸入信號來實現(xiàn)自動切換電路的自動控制電器。當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計的狀態(tài)變化，如觸點打開、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對被控制電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的作用，所以它“類似于開關(guān)”。 繼電器的基本原理是：當(dāng)輸入信號達(dá)到某一定值或由某一定值突跳到零時，繼電器就動作，使被控制電路通斷。它的功能是反應(yīng)輸入信號的變化以實現(xiàn)自動控制和保護(hù)。所以，繼電器也可以這樣定義：能自動地使被控制量發(fā)生跳躍變化的控制元件稱為繼電器。 在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)回路中，常用繼電器的實現(xiàn)原理隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而變化。目前仍在使用的繼電器按輸入信號的性質(zhì)可分為電氣繼電器(如電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器等)和非電氣繼電器(如,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),溫度繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、瓦斯繼電器等)兩類；按工作原理可分為電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式(如晶體管型)、整流式、熱式(利用電流熱效應(yīng)的原理)、數(shù)字式等；按輸出形式可分為有觸點式和無觸點式；按用途可分為控制繼電器(用于自動控制電路中)和保護(hù)繼電器(用于繼電保護(hù)電路中)。保護(hù)繼電器按其在繼電保護(hù)裝置中的功能，可分為主繼電器(如電流繼電器、電壓繼電器、阻抗繼電器等)和輔助繼電器(如時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器等)。 2. 繼電器的基本組成 繼電器主要由反應(yīng)機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和中間機構(gòu)三個部分組成。反應(yīng)機構(gòu)也稱輸入部分，其作用是能夠反應(yīng)外界一定的輸入信號，并將其變換成繼電器動作的某種特定的物理量(也稱其為感受和變換功能)，如電磁式電流繼電器的電磁系統(tǒng)，它反應(yīng)輸入的電流信號并將其變換為電磁力。執(zhí)行機構(gòu)也稱輸出部分，其作用是對被控制電路實現(xiàn)通斷控制，它分為有觸點式的(如電磁式電流繼電器的觸頭系統(tǒng))和無觸點式的(如電子式繼電器，其中的晶體管、晶閘管具有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，可實現(xiàn)通斷控制，所以是執(zhí)行機構(gòu))。比較機構(gòu)也稱中間部分，它處于反應(yīng)機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)之間，其作用是將輸入部分,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),反應(yīng)并變換的物理量與繼電器的動作值進(jìn)行比較，以決定執(zhí)行機構(gòu)是否動作(簡稱為比較功能)。為什么要進(jìn)行比較？因為繼電器并不是在任意一個輸入量下都可以使執(zhí)行機構(gòu)動作的，只有輸入量達(dá)到一定值時才動作。如電磁式電流繼電器的復(fù)位彈簧，事先對其調(diào)整使其具有一定的彈簧力，只有當(dāng)電磁力的作用大于此彈簧力的作用時，才能使執(zhí)行機構(gòu)動作，所以復(fù)位彈簧就是比較機構(gòu)。 3. 繼電器的繼電特性 繼電器的繼電特性(也稱控制特性)是指繼電器的輸入量和輸出量在整個變化過程中的相互關(guān)系。對于電磁式電流繼電器，其繼電特性如圖2.1所示。 當(dāng) 時，繼電器不動作，而 當(dāng)時，繼電器突然迅速動作。動作后，當(dāng)保持 時，繼電器保持動作后狀態(tài)。只有當(dāng)時 ，繼電器才突然返回到原位。無論是動作還是返回，繼電器都是從起始位置到最終位置，它不可能停留在某一個中間位置上。這種特性就稱之為繼電器的“繼電特性”。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),4. 繼電器的返回系數(shù) 繼電器的返回系數(shù)是指返回電流與動作電流的比值，即 是一個重要的參數(shù)，在實際應(yīng)用中要求繼電器有較高的返回系數(shù)。對于電磁式電流繼電器來說，可以采用堅硬的軸承以減小摩擦轉(zhuǎn)矩，或改善磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)減小剩余轉(zhuǎn)矩等方法來提高返回系數(shù)。 一般情況下，反應(yīng)電氣量增加而動作的繼電器，稱過量繼電器。其返回系數(shù)小于1，但要求其不小于0.85。反應(yīng)電氣量降低而動作的繼電器，稱欠量繼電器。其返回系數(shù)大于1，但要求其不大于1.2。,5. 對繼電器的基本要求 對繼電器的基本要求是工作可靠，動作過程具有“繼電特性”。繼電器的工作可靠是最重要的，主要是通過各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、制造工藝先進(jìn)、經(jīng)過高質(zhì)量檢測等來,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),保證。其次要求繼電器動作值誤差小、功率損耗小、動作迅速、動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好以及抗干擾能力強。另外，還要求繼電器安裝、整定方便，運行維護(hù)少，價格便宜等。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),在保證選擇性和可靠性要求的前提下，根據(jù)對繼電保護(hù)快速性的要求，原則上應(yīng)裝設(shè)快速動作的保護(hù)裝置，使切除故障的時間盡可能短。反應(yīng)電流增加，且不帶時限(瞬時)動作的電流保護(hù)稱為無時限電流速斷保護(hù)，簡稱電流速斷保護(hù)。 1. 工作原理 對于圖2.2所示的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)，為切除故障線路，需在每條線路的電源側(cè)裝設(shè)斷路器和相應(yīng)的保護(hù)裝置，即無時限電流速斷保護(hù)分別裝設(shè)在線路L1、L2的電源側(cè)(也稱為線路的首端)。當(dāng)線路上任一點發(fā)生三相短路時，通過被保護(hù)元件(即線路)的電流為 (2-2) 式中 系統(tǒng)等效電源的相電勢，也可以是母線上的電壓； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗，即系統(tǒng)阻抗； 線路單位長度的正序阻抗，單位為； 短路點至保護(hù)安裝處之間的距離。,2.1.2 電流速斷保護(hù),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),圖2.2 單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)電流速斷保護(hù)工作原理圖,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),若 和 為常數(shù)，則短路電流將隨著 的減小而增大，經(jīng)計算后可繪出其變化曲線，如圖2.2所示。若 變化，即當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化時，短路電流都將隨著變化。 當(dāng)系統(tǒng)阻抗最小時，流經(jīng)被保護(hù)元件短路電流最大的運行方式稱為最大運行方式。 圖2.2中曲線1表示系統(tǒng)在最大運行方式下短路點沿線路移動時三相短路電流的變化曲線。 短路時系統(tǒng)阻抗最大，流經(jīng)被保護(hù)元件短路電流最小的運行方式稱為最小運行方式。在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時通過被保護(hù)元件的電流最小，即最小短路電流為,(2-3),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),動作電流整定后是不變的，如圖2.2中的直線3，它與曲線1、2各有一個交點M和N。在交點以前的線路上發(fā)生短路故障時，由于 ，保護(hù)1的電流速斷保護(hù)能夠動作；在交點以后的線路上短路時，由于 ，保護(hù)不能動作。因此電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長，而且保護(hù)的范圍隨運行方式和故障類型的變化而變化。 2. 保護(hù)范圍校驗 電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)通常用保護(hù)范圍來衡量，保護(hù)范圍越長，表明保護(hù)越靈敏。由圖2.2可見，最大運行方式下三相短路時，保護(hù)范圍最大為 ；最 小運行方式下兩相短路時，保護(hù)范圍最小為 。保護(hù)范圍通常用線路全長的百分?jǐn)?shù)表示，一般要求最大保護(hù)范圍50%，最小保護(hù)范圍15%。 電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍可通過下面的方法求得：在最大運行方式下( )，保護(hù)范圍末端( )發(fā)生三相短路時，短路電流 與動作電流 相等，即 解之，得 (2-5),(2-4b),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),解之，得 在最小運行方式下( )，保護(hù)范圍末端( )發(fā)生兩相短路時，短路電流 與動作電流 相等，即 解之，得 (2-6),(2-5),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),3. 電流速斷保護(hù)的構(gòu)成 電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖2.3所示。電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，當(dāng)流過它的電流大于它的動作電流后，電流繼電器KA動作，啟動中間繼電器KM，,圖2.3 電流速斷保護(hù)原理接線 KM觸點閉合后，經(jīng)信號繼電器KS線圈、斷路器輔助觸點 QF接通跳閘線圈YR，使斷路器跳閘。接入中間繼電器KM的作用：,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),(1) 增大觸點容量，防止由KA觸點直接接通跳閘回路時因容量過小而被破壞； (2) 當(dāng)線路上裝有管型避雷器時，利用中間繼電器來增大保護(hù)裝置的固有動作時間，以防止管型避雷器放電時引起電流速斷保護(hù)誤動作。 信號繼電器KS的作用是，在整套保護(hù)裝置動作后，指示并記錄該保護(hù)的動作，供運行人員查找和分析故障。跳閘回路中接入斷路器QF的輔助觸點QF，在斷路器跳閘時，其輔助觸點隨之打開，切斷跳閘回路電流。否則，由中間繼電器的觸點切斷跳閘回路，將會燒壞中間繼電器的觸點。 電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是動作迅速、簡單可靠。缺點是不能保護(hù)線路的全長，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運行方式和線路結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化很大或被保護(hù)線路很短時，甚至沒有保護(hù)范圍。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長，為快速切除本線路其余部分的短路，應(yīng)增設(shè)第二套保護(hù)。為保證選擇性和快速性，該保護(hù)應(yīng)與下一線路的電流速斷保護(hù)在保護(hù)范圍和動作時限上相配合，即保護(hù)范圍不超過下一線路電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，動作時限比下一線路電流速斷保護(hù)高出一個時限級 差 ,這種帶有一定延時的電流速斷保護(hù)稱為限時電流速斷保護(hù)。 1. 工作原理與動作電流 現(xiàn)以圖2.4中的保護(hù)1為例，來說明限時電流速斷保護(hù)的整定計算。假設(shè)保護(hù)2裝有電流速斷保護(hù)，其動作電流整定為 ，它與最大短路電流變化曲線1的交點為P，這就是它的保護(hù)范圍。而保護(hù)1限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍不能超過保護(hù)2電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，即P點所對應(yīng)的短路點k2之前，所以在單側(cè)電源供電的情況下，保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)在k1點和k2點,2.1.3 限時電流速斷保護(hù),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),之間。為什么？因為：若在k1點之前，則不能保護(hù)本線路的全長；若在k2點之后，則失去與保護(hù)2電流速斷保護(hù)的選擇性。所以保護(hù)1限時電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)整定為 ，考慮到各種誤差的影響，則有,(2-7),式中 限時電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，取1.11.2。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2. 動作時限的整定 由圖2.4可知，保護(hù)1限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍已延伸至下一線路電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，為保證選擇性，要求限時電流速斷保護(hù)的動作時 限 要高于下一線路電流速斷保護(hù)的動作時限 一個時限級差 ，即 (2-8) 對于時限級差 ，從盡快切除故障出發(fā)，應(yīng)越小越好，但為了保證兩套保護(hù)動作的選擇性， 又不能選擇過小。影響的主要因素有： (1) 前一級保護(hù)動作的負(fù)偏差(即保護(hù)可能提前動作) 。 (2) 后一級保護(hù)動作的正偏差(即保護(hù)可能延后動作) 。 (3) 保護(hù)裝置的慣性誤差(即斷路器跳閘時間：從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄滅的時間) 。 (4) 為保證有選擇性，再加一個時間裕度 ，則時限級差為 (2-9),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),由此確定的 一般為0.35s0.5s，實際應(yīng)用中取 =0.5s。 保護(hù)1與保護(hù)2的配合關(guān)系，即保護(hù)動作時間與短路點至保護(hù)安裝處之間距離的關(guān)系，用 來描述，如圖2.4所示。在保護(hù)2電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)的短路，將以 的時間切除，此時保護(hù)1的限時電流速斷雖然可以啟動，但因 較 大一個 ，而在QF2跳閘后，保護(hù)1將返回，所以從時間上保證了選擇性。若短路發(fā)生在保護(hù)1電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)時，保護(hù)1將以 時間切除，而在該線路其他點短路時，保護(hù)1將以 時間切除。所以，當(dāng)線路裝設(shè)電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)后，它們的聯(lián)合工作就可以保證在全線路范圍內(nèi)的短路故障都能在0.5s時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能滿足速動性的要求。它們的共同作用，構(gòu)成了線路的主保護(hù)，即以最短的時間切除全線路任一點發(fā)生的短路。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),圖2.4 限時電流速度保護(hù)工作原理及時限特性,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),3. 靈敏系數(shù)校驗 為了能夠保護(hù)本線路的全長，限時電流速斷保護(hù)在系統(tǒng)最小運行方式下線路末端發(fā)生兩相短路時，應(yīng)具有足夠的靈敏性，一般用靈敏系數(shù)來校驗，即規(guī)程規(guī)定 1.5 (2-10) 式中 最小運行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時，流過本線路保護(hù)的電流； 本線路限時電流速斷保護(hù)的動作電流。 必須進(jìn)行靈敏系數(shù)校驗的原因，主要是考慮下列因素： (1) 故障點存在過渡電阻，使實際短路電流比計算電流小，不利于保護(hù)動作。 (2) 實際的短路電流由于計算誤差或其他原因而小于計算值。 (3) 由于電流互感器的負(fù)誤差，使實際流入保護(hù)裝置的電流小于計算值。 (4) 繼電器實際動作電流比整定電流值高，即存在正誤差等。 (5) 考慮一定的裕度。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時，在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時，在上述不利因素的影響下，將導(dǎo)致保護(hù)拒動，達(dá)不到保護(hù)線路全長的目的。這時可采用降低保護(hù)動作值的辦法來提高靈敏系數(shù)，即使之與下級線路的限時電流速斷相配合。如保護(hù)1的動作電流 與下一條線路保護(hù)2的限時電流速斷保護(hù)的動作電 配合，則 (2-11) 此時 (2-12) 可見，保護(hù)范圍的伸長(即靈敏性提的高)，必然導(dǎo)致動作時限的升高。 4. 原理接線圖 限時電流速斷保護(hù)的單線原理接線如圖2.5所示。其動作過程與圖2.3所示的電流速斷保護(hù)基本相同，不同的是用時間繼電器KT代替了中間繼電器KM。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),當(dāng)電流繼電器KA動作后，需經(jīng)KT建立延時后才能動作于跳閘。若在 之前故障已被切除，則已經(jīng)啟動的KA返回，使KT立即返回，整套保護(hù)裝置不會誤動作。,圖2.5 限時電流速斷保護(hù)單相原理接線,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2.1.4 定時限過電流保護(hù),過電流保護(hù)通常是指其動作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定的保護(hù)，它分為兩種類型：一種是保護(hù)啟動后出口的動作時間是固定的整定時間，稱為定時限過電流保護(hù)；另一種是出口動作時間與過電流的倍數(shù)有關(guān)，電流越大，出口動作越快，稱為反時限過電流保護(hù)。本節(jié)只介紹定時限過電流保護(hù)。定時限過電流保護(hù)(也可簡稱為過電流保護(hù))在正常運行時，不會動作。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路時，則能反應(yīng)于電流的增大而動作。由于短路電流一般比最大負(fù)荷電流大得多，所以保護(hù)的靈敏性較高，不僅能保護(hù)本線路的全長，作本線路的近后備保護(hù)，而且還能保護(hù)相鄰線路全長，作相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),1. 工作原理和動作電流 為保證在正常情況下各條線路上的過電流保護(hù)絕對不動作，過電流保護(hù)的動作電流應(yīng)大于該線路上可能出現(xiàn)且通過保護(hù)裝置的最大負(fù)荷電流，即 ；同時還必須考慮在外部故障切除后電壓恢復(fù)時負(fù)荷自啟動電流作用下保護(hù)裝置必須能夠可靠返回，即返回電流應(yīng)大于負(fù)荷自啟動電流。 如圖2.6所示，當(dāng)k點短路時，保護(hù)1和保護(hù)2的過電流保護(hù)將同時啟動，但根據(jù)選擇性要求，應(yīng)由保護(hù)2動作切除故障，此時保護(hù)1由于電流已減小應(yīng)立即返回。而這時通過保護(hù)1的可能的最大電流不再是正常運行時的最大負(fù)電流 了 ，這是因為短路時，變電所B母線電壓降低，接在該母線上的電動機的轉(zhuǎn)速會降低或停轉(zhuǎn)，在故障切除后電壓恢復(fù)時，電動機將自啟動，而電動機的自啟動電流要大于它正常工作時的電流。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),電動機最大自啟動電流 與正常運行時最大負(fù)荷電流 的關(guān)系為 式中 自啟動系數(shù)，其數(shù)值由負(fù)載的性質(zhì)及電網(wǎng)的具體接線決定，一般取1.53。 為使保護(hù)1在此電流下能可靠返回，其返回電流應(yīng)滿足關(guān)系式 ，引入可靠系數(shù)則有 (2-14) 式中 定時限過電流保護(hù)的可靠系數(shù)，一般取1.151.25； 由電流繼電器動作電流與返回電流的關(guān)系 ，可得過電流保護(hù)的動作電流為 (2-15) 由式(2-15)可知，當(dāng)返回系數(shù)越小時，則過電流保護(hù)的動作電流越大，則保護(hù)的靈敏性就越差，所以要求繼電器的返回系數(shù)應(yīng)盡可能大。,(2-13),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2. 動作時限的整定 如圖2.7所示的網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)各條線路都裝有過電流保護(hù)，且均按躲過各自的最大負(fù)荷電流來整定動作電流。當(dāng)k點短路時，保護(hù)14在短路電流的作用下，都可能啟動，為滿足選擇性要求，應(yīng)該只有保護(hù)4動作切除故障，而保護(hù)13在故障切除后應(yīng)立即返回。如何來滿足這個要求呢？只能依靠選擇不同的動作時限來保證。 過電流保護(hù)的動作時限是按階梯原則來選擇的。從離電源最遠(yuǎn)的保護(hù)開始，如圖2.7中保護(hù)4處于電網(wǎng)的末端，只要發(fā)生故障，它不需要任何選擇性方面的配合，可以瞬時動作切除故障，所以 只是保護(hù)裝置本身的固有動作時間， 即 為保證選擇性，保護(hù)3的動作時間 應(yīng)比 高一個時間級差 ，即 (2-16) 依次類推，可以得到 、 ?？梢钥闯?，保護(hù)的動作時間向電源側(cè)逐級增加至少一個 ，只有這樣才能充分保證動作的選擇性。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),但必須注意，過電流保護(hù)的動作時限在按上述階梯原則整定的同時，還需要與各線路末端變電所母線上所有出線保護(hù)動作時限最長者配合。如圖2.7中，若保護(hù)5的動作時間大于保護(hù)3的動作時間，則保護(hù)2的動作時間應(yīng)按 來整定。,圖2.7 單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)過電流保護(hù)動作時限選擇說明圖,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),3. 靈敏系數(shù)校驗 過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)校驗類似于限時電流速斷保護(hù)，即 (2-17) 當(dāng)過電流保護(hù)作本線路近后備保護(hù)時， 取最小運行方式下本線路末端兩相金屬性短路電流來校驗，要求 ；當(dāng)過電流保護(hù)作相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時， 應(yīng)取最小運行方式下相鄰線路末端兩相金屬性短路電流來校驗，要求 。 此外應(yīng)注意，各過電流保護(hù)之間還應(yīng)在靈敏系數(shù)上進(jìn)行配合，即對同一故障點來說，要求靠故障點近的保護(hù)，靈敏系數(shù)應(yīng)越高，否則將失去選擇性。如圖2.7中的過電流保護(hù)1和2，由于通過同一最大負(fù)荷電流，所以動作電流相同，假定為100A。實際上若保護(hù)2的電流繼電器動作值有正誤差，如105A(一次值)，而保護(hù)1剛好有負(fù)誤差，如95A，那么，當(dāng)k1點短路時流過保護(hù)1、2的短路電流為102A，保護(hù)2不動作，而保護(hù)1卻要動作，將失去選擇性。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),對于圖2.7中的k點短路時，要求各過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)應(yīng)滿足如下關(guān)系，即 (2-18) 在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)接線中，由于越靠近電源端時，負(fù)荷電流越大，從而保護(hù)裝置的整定值越大，而發(fā)生故障后，各保護(hù)裝置均流過同一個短路電流，因此上述靈敏系數(shù)應(yīng)相互配合的要求是能夠滿足的。 所以，對于過電流保護(hù)，只有在靈敏系數(shù)和動作時限都能相互配合時，才能保證選擇性。當(dāng)過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不能滿足要求時，可采用電壓啟動的電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)或距離保護(hù)等。 過電流保護(hù)的單相原理接線與圖2.5相同。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2.1.5 階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評價,1. 階段式電流保護(hù)的構(gòu)成 無時限電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流增大而動作的保護(hù)，它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來整定動作電流。電流速斷保護(hù)是按照躲開本線路末端的最大短路電流來整定，它雖能無延時動作，但卻不能保護(hù)本線路全長；限時電流速斷保護(hù)是按照躲開下級線路各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動作范圍來整定，它雖能保護(hù)本線路的全長，卻不能作為相鄰線路的后備保護(hù)；而定時限過電流保護(hù)則是按照躲開本線路最大負(fù)荷電流來整定，可作為本線路及相鄰線路的后備保護(hù)，但動作時間較長。 為保證迅速、可靠而有選擇性地切除故障，可將這三種電流保護(hù)，根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù)，稱為階段式電流保護(hù)。 具體應(yīng)用時，可以采用電流速斷保護(hù)加定時限過電流保護(hù)，或限時電流速斷保護(hù)加定時限過電流保護(hù)，也可以三者同時采用。應(yīng)用較多的就是三段式電流,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),保護(hù)，其各段的動作電流、保護(hù)范圍和動作時限的配合情況如圖2.8所示。當(dāng)被保護(hù)線路始端短路時，由第I段瞬時切除；該線路末端附近的短路，由第II段經(jīng)0.5s延時切除；而第III段只起后備作用，所以裝有三段式電流保護(hù)的線路，一般可在0.5s左右時限內(nèi)切除故障。,圖2.8 階段式電流保護(hù)的配合說明圖,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2. 階段式電流保護(hù)的配合 現(xiàn)以圖2.8為例來說明階段式電流保護(hù)的配合。在電網(wǎng)最末端的線路上，保護(hù)4采用瞬時動作的過電流保護(hù)即可滿足要求，其動作電流按躲過本線路最大負(fù)荷電流來整定，與電網(wǎng)中其他保護(hù)的定值和時限上都沒有配合關(guān)系。在電網(wǎng)的倒數(shù)第二級線路上，保護(hù)3應(yīng)首先考慮采用0.5s動作的過電流保護(hù)；如果在電網(wǎng)中線路CD上的故障沒有提出瞬時切除的要求，則保護(hù)3只裝設(shè)一個0.5s動作的過電流保護(hù)也是完全允許的；但如果要求線路CD上的故障必須快速切除，則可增設(shè)一個電流速斷保護(hù)，此時保護(hù)3就是一個速斷保護(hù)加過電流保護(hù)的兩段式保護(hù)。而對于保護(hù)2和1，都需要裝設(shè)三段式電流保護(hù)，其過電流保護(hù)要和下一級線路的保護(hù)進(jìn)行配合，因此動作時限應(yīng)比下一級線路中動作時限最長的再長一個時限級差，一般要整定為1s1.5s。所以，越靠近電源端，過電流保護(hù)的動作時限就越長。因此必須裝設(shè)三段式電流保護(hù)。 3. 三段式電流保護(hù)整定計算舉例 【例2.1】 如圖2.9所示的網(wǎng)絡(luò)，試對保護(hù)1進(jìn)行三段式電流保護(hù)整定計算，并計算繼電器的動作電流。已知 ， ， ，,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),圖2.9 例2.1的網(wǎng)絡(luò)圖,解：(1) 保護(hù)1電流段整定計算： 求動作電流。按躲過最大運行方式下本線路末端(即k1點)三相短路時流過保護(hù)的最大短路電流來整定，即 注意：計算時，母線電壓應(yīng)考慮的裕量。 采用兩相不完全星形接線方式時，流過繼電器的動作電流為,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù), 動作時限。第段為電流速斷，動作時間為保護(hù)裝置的固有動作 時間，即 。 靈敏系數(shù)校驗，即求保護(hù)范圍。 在最大運行方式下發(fā)生三相短路時的保護(hù)范圍為 則 ，滿足要求。 在最小運行方式下的保護(hù)范圍為 則 ，滿足要求。 (2) 保護(hù)1電流段整定計算： 求動作電流 。按與相鄰線路保護(hù)I段動作電流相配合的原則來整定，即,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),采用兩相不完全星形接線方式時流過繼電器的動作電流為 動作時限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)I段動作時限高一個時限級差 ，即 靈敏系數(shù)校驗。利用最小運行方式下本線路末端(即k1點)發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護(hù)的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 ，滿足要求。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),(3) 保護(hù)1電流段整定計算： 求動作電流 。按躲過本線路可能流過的最大負(fù)荷電流來整定，即 采用兩相不完全星形接線方式時流過繼電器的動作電流為 動作時限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)的最大動作時限高一個時限級差 ，即 靈敏系數(shù)校驗。 作近后備保護(hù)時，利用最小運行方式下本線路末端(即k1點)發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護(hù)裝置的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 1.5，滿足要求。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),作遠(yuǎn)后備保護(hù)時，利用最小運行方式下相鄰線路末端(即k2點)發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護(hù)裝置的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 1.2，滿足要求。 4. 三段式電流保護(hù)的評價 對繼電保護(hù)的評價，主要是從選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個方面出發(fā)，看其是否滿足電力系統(tǒng)安全運行的要求，是否符合有關(guān)規(guī)程的規(guī)定。 1) 選擇性 在三段式電流保護(hù)中，電流速斷保護(hù)的選擇性是靠動作電流來實現(xiàn)的；限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)則是靠動作電流和動作時限來實現(xiàn)的。它們在35kV及以下的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中具有明顯的選擇性，但在多電源網(wǎng)絡(luò)或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2) 速動性 電流速斷保護(hù)以保護(hù)固有動作時限動作于跳閘；限時電流速斷保護(hù)動作時限一般在0.5s以內(nèi)，因而動作迅速是這兩種保護(hù)的優(yōu)點。過電流保護(hù)動作時限較長，特別是靠近電源側(cè)的保護(hù)動作時限可能長達(dá)幾秒，這是過電流保護(hù)的主要缺點。 3) 靈敏性 電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路全長，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大；限時電流速斷保護(hù)雖能保護(hù)本線路全長，但靈敏性依然要受系統(tǒng)運行方式的影響；過電流保護(hù)因按最大負(fù)荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長距離重負(fù)荷線路上，由于負(fù)荷電流幾乎與短路電流相當(dāng)，則往往難以滿足要求。受系統(tǒng)運行方式影響大、靈敏性差是三段式電流保護(hù)的主要缺點。 4) 可靠性 由于三段式電流保護(hù)中繼電器簡單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計算都較簡便，不易出錯，因此可靠性較高。 總之，使用一段、二段或三段而組成的階段式電流保護(hù)，其最主要的優(yōu)點就是簡單、可靠，并且在一般情況下能滿足快速切除故障的要求，因此在電網(wǎng)中特別是在35kV及以下的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。其缺點是受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響，使其靈敏性和保護(hù)范圍不能滿足要求。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2.1.6 電流保護(hù)的接線方式 1. 電流保護(hù)的接線方式 電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次繞組之間的連接方式。對于相間短路的電流保護(hù)，主要有三種接線方式：三相三繼電器的完全星形接線，兩相兩繼電器的不完全星形接線，兩相一繼電器的兩相電流差接線。 1) 三相三繼電器的完全星形接線 三相三繼電器的完全星形接線如圖2.10所示。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),圖2.10 三相三繼電器完全星形接線,它是將三個電流互感器與三個電流繼電器分別按相連接在一起，互感器和繼電器均接成星形。三個繼電器的觸點并聯(lián)連接，繼電器線圈中的電流就是互感器的二次電流。在中線上流回的電流為 (2-19) 正常時，三相平衡， 。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生非對稱接地故障時或發(fā)生相間短路時，三相電流不對稱， 大幅增加，使繼電器動作。因繼電器的觸點是并聯(lián)的，其中任何一個觸點動作均可動作于跳閘或使時間繼電器啟動，所以可靠性和靈敏性較高；又由于在每相上均裝有電流繼電器，所以它可以反應(yīng)各種相間短路和中性點直接接地電網(wǎng)中的單相接地短路。所以它主要用于中性點直接接地電網(wǎng)中進(jìn)行各種相間短路保護(hù)和單相接地短路保護(hù)。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2) 兩相兩繼電器的不完全星形接線 兩相兩繼電器的不完全星形接線(也稱V形接線或兩相星形接線)如圖2.11所示，與完全星形接線相比，就是在B相上不裝設(shè)電流互感器和電流繼電器(設(shè)備相對少了)，所以不能反應(yīng)B相中流過的電流(不能完全反應(yīng)系統(tǒng)的單相接地故障)。這種接線方式中，中性線中流回的電流為 ，所以可以反應(yīng)各種類型的相間短路(其觸點也是并聯(lián))。由于這種接線方式較為簡單、經(jīng)濟，所以在中性點直接接地電網(wǎng)和中性點非直接接地電網(wǎng)中，廣泛作為相間短路保護(hù)的接線方式。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),3) 兩相一繼電器的兩相電流差接線 兩相一繼電器的兩相電流差接線如圖2.12所示，流過電流繼電器的電流為 即兩相電流之差。它有三種情況：在對稱運行和三相短路時， ；在A、C兩相短路時， ；在AB或BC兩相短路時， 或 。所以在不同類型的短路情況下，流過繼電器中的電流 與互感器的二次電流 之比是不同的，為了表征二者的關(guān)系，在保護(hù)裝置整定計算中引入一個接線系數(shù) ，其定義為流過電流繼電器的電流 與電流互感器二次電流 之比，即 (2-20) 由此式可知，在完全星形接線和不完全星形接線中， ，而在兩相電流差接線中，對于不同的故障，其數(shù)值不同，三相短路時， ，A、C兩相短路時 ，AB或BC兩相短路時， 。因為接線系數(shù)在不同的故障時不同，所以保護(hù)裝置的靈敏度也不相同，但所用設(shè)備少，簡單、經(jīng)濟，所以主要用于低壓線路保護(hù)和電動機保護(hù)中靈敏度較易滿足的場合。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),圖2.11 兩相兩繼電器不完全星形接線 圖2.12 兩相一繼電器的兩相電流差接線,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),2. 三段式電流保護(hù)裝置接線圖 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的接線圖一般有框圖、原理圖和安裝圖三種。對于采用機電型繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置，用得最多的是原理圖。原理圖又分為歸總式原理圖(簡稱原理圖)和展開式原理圖(簡稱展開圖)。 原理圖能展示出保護(hù)裝置的全部組成元件及其他們之間的聯(lián)系和動作原理。在原理圖上所有元件都以完整的圖形符號表示，所以能對整套保護(hù)裝置的構(gòu)成和工作原理給出直觀、完整的概念，易于閱讀。三段式電流保護(hù)的原理接線圖如圖2.13(a)所示。圖中的保護(hù)采用不完全星形接線方式(因為是相間短路保護(hù))，可實現(xiàn)各種類型的相間短路保護(hù)。 第I段電流保護(hù)由電流繼電器KA1、KA2、中間繼電器KM和信號繼電器KS1組成。第II段電流保護(hù)由電流繼電器KA3、KA4、時間繼電器KT1及信號繼電器KS2組成。第III段電流保護(hù)由電流繼電器KA5、KA6、KA7、時間繼電器KT2及信號繼電器KS3組成。其中，電流繼電器KA7接于A、C兩相電流之和的中性線上，相當(dāng)于B相繼電器，則第III段電流保護(hù)組成了三相式保護(hù)。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),為什么要組成三相式保護(hù)？因為第III段電流保護(hù)要作為相鄰變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)。由于變壓器電抗較大，使后備保護(hù)靈敏度常常不能滿足要求，而第III段電流保護(hù)采用三相式保護(hù)能提高保護(hù)的靈敏度。 由于三段式電流保護(hù)的各段均設(shè)有信號繼電器，因此任一段保護(hù)動作于斷路器跳閘的同時，均有相應(yīng)的信號繼電器掉牌，并發(fā)出信號，以便了解是哪一段動作，宜于進(jìn)行分析。各段保護(hù)均獨立工作，且可通過連接片XB投入或停用。 由圖2.13(a)可知，原理圖只給出保護(hù)裝置的主要元件的工作原理，但元件的內(nèi)部接線、回路標(biāo)號、引出端子等均未表示出來。特別是元件較多、接線復(fù)雜時，原理圖的繪制和閱讀都比較困難，且不便于查線和調(diào)試、分析等工作，所以現(xiàn)場廣泛使用展開圖。 展開圖是將交流回路和直流回路分開畫出的。各繼電器的線圈和觸點分別畫在各自所屬的回路中，并用相同的文字符號標(biāo)注，以便閱讀和查對。在連接上按照保護(hù)的動作順序，自上而下、從左到右依次排列線圈和觸點。 閱讀展開圖時，一般應(yīng)按先交流后直流，由上而下、從左至右的順序閱讀。展開圖的接線簡單，層次清楚，繪制和閱讀都比較方便，且便于查線和調(diào)試，特別是對于復(fù)雜的保護(hù)，其優(yōu)越性更加顯著，所以在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖中繼電器觸點的位置，對應(yīng)于被保護(hù)線路的正常工作狀態(tài)。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),三段式電流保護(hù)的展開圖如圖2.13(b)、圖2.13(c)所示。,2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),(b) 展開圖 (c) 展開圖 圖2.13 三段式電流保護(hù)原理接線圖,對于單電源輻射形供電的網(wǎng)絡(luò)，每條線路上只在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)裝置就可以了。當(dāng)線路發(fā)生故障時，只要相應(yīng)的保護(hù)裝置動作于斷路器跳閘，便可以將故障元件與其他元件斷開，但卻要造成一部分變電所停電。為了提高電網(wǎng)供電的可靠性，在電力系統(tǒng)中多采用雙側(cè)電源供電的輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)形電網(wǎng)供電。此時，采用階段式電流保護(hù)將難以滿足選擇性要求，應(yīng)采用方向性電流保護(hù)。本節(jié)主要介紹方向性電流保護(hù)的工作原理、整定計算、方向繼電器及其接線方式等內(nèi)容。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),2.2.1 方向性電流保護(hù)的工作原理 1. 方向電流保護(hù)的基本原理 對于如圖2.14所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)，由于兩側(cè)都有電源，所以在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。當(dāng)線路上發(fā)生相間短路時，應(yīng)跳開故障線路兩側(cè)的斷路器，而非故障線路仍能繼續(xù)運行。例如，當(dāng)k1點發(fā)生短路時，應(yīng)由保護(hù)3、4動作跳開斷路器切除故障，而其他線路不會造成停電，這正是雙側(cè)電源供電的優(yōu)點。但是單靠電流的幅值大小能否保證保護(hù)2、5不誤動作呢？,圖2.14 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò) 由圖2.14可知，當(dāng)k1點短路時，由左側(cè)電源提供的短路電流同時流過保護(hù)2和保護(hù)3，使保護(hù)3的電流速斷保護(hù)啟動，跳開QF3。如果此短路電流也大于保護(hù)2的電流速斷保護(hù)的整定值，則保護(hù)2可能在保護(hù)3跳開QF3之前或同時跳開QF2，這樣保護(hù)2的動作將失去選擇性。同時給動作值的整定帶來麻煩。又如對于定時限過電流保護(hù)，為滿足選擇性要求，在k1點短路時，要求保護(hù)2大于保護(hù)3的動作時限；在k2點短路時，又要求保護(hù)2小于保護(hù)3的動作時限，給保護(hù)動作時限的整定造成困難。同理，對于單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)也會出現(xiàn)這樣的問題。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),那么，如何解決在雙側(cè)電源供電的電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中相間短路電流保護(hù)失去選擇性和動作時限難以整定的問題呢？由此引入短路功率方向的概念：短路電流方向由母線流向線路稱為正方向故障，允許保護(hù)動作；短路電流方向由線路流向母線稱為反方向故障，不允許保護(hù)動作。如當(dāng)k1點短路時，流過保護(hù)3的短路功率方向由母線流向線路，保護(hù)應(yīng)該動作；而流過保護(hù)2的短路功率方向則由線路流向母線，保護(hù)不應(yīng)該動作。同樣對于k2點短路，流過保護(hù)2的短路功率方向由母線流向線路，保護(hù)應(yīng)該動作；而流過保護(hù)3的則由線路流向母線，保護(hù)不應(yīng)動作。 所以，只要在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝一個能判斷短路功率流向的方向元件，即功率方向繼電器，并且只有當(dāng)短路功率由母線流向線路時才允許動作，而由線路流向母線時則不允許動作，從而使保護(hù)的動作具有一定的方向性。這樣就可以解決反方向短路保護(hù)誤動作的問題。這種在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝方向元件的保護(hù)稱為方向電流保護(hù)。方向電流保護(hù)既利用了電流的幅值特征，又利用了短路功率的方向特征。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),在圖2.15所示的電網(wǎng)中，各電流保護(hù)均加裝了方向元件構(gòu)成了方向電流保護(hù)，圖中箭頭方向為各保護(hù)的動作方向。把同一方向的保護(hù)如1、3、5作為一組，保護(hù)2、4、6為另一組，這樣就可將兩個方向上的保護(hù)拆開成兩個單電源輻射形電網(wǎng)的保護(hù)。當(dāng)k2點短路時，流經(jīng)保護(hù)1、3、5的短路功率方向均由母線流向線路，與保護(hù)的動作方向相同，此時只需考慮保護(hù)1、3、5之間的動作電流和動作時限的配合即可，方法與上一節(jié)所述的單電源輻射形電網(wǎng)的階段式保護(hù)相同。而流經(jīng)保護(hù)2、4的短路功率方向均由線路流向母線，與保護(hù)的動作方向相反，保護(hù)不會動作，也就不需要考慮與保護(hù)1、3、5之間的整定配合。同理，其他各點短路時，動作方向相反的保護(hù)均不會誤動作。,圖2.15 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的方向性電流保護(hù)原理說明圖,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),2. 方向電流保護(hù)的單相原理接線 具有方向性的過電流保護(hù)的單相原理接線如圖2.16所示，與圖2.5所示的限時電流速斷保護(hù)單相原理接線圖相比，只是多了一個用作判斷短路功率方向(即故障方向)的功率方向繼電器。由圖可知，電流元件和方向元件的觸點是串聯(lián)的，它們必須都啟動后，才能去啟動時間元件，經(jīng)預(yù)定的延時后動作于跳閘。 需要說明的是，對于雙側(cè)電源輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中的電流保護(hù)，在某些情況下不需要方向元件同樣可以實現(xiàn)動作的選擇性，但必須通過比較保護(hù)之間的整定值和動作時限的大小來實現(xiàn)，這樣有利于簡化保護(hù)的接線，提高動作的可靠性。,圖2.16 方向電流保護(hù)單相原理接線圖,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),對于電流速斷保護(hù)，如圖2.14中保護(hù)3，當(dāng)其背后k2點發(fā)生相間短路時，流過它的最大短路電流小于其動作電流時，即 ，則保護(hù)3的電流速斷不會誤動作，這樣保護(hù)3就可以不裝方向元件。采用同樣方法可確定其他電流速斷保護(hù)是否應(yīng)設(shè)方向元件。 對于過電流保護(hù)，可通過比較同一母線兩側(cè)保護(hù)的動作時限來決定是否采用方向元件。如圖2.14中保護(hù)2的動作時限若小于保護(hù)3的動作時限，即 ，當(dāng)k2點短路時，保護(hù)2先于保護(hù)3動作跳閘，因此保護(hù)3可不裝方向元件，而保護(hù)2則必須裝設(shè)方向元件。 對于限時電流速斷保護(hù)，則必須綜合考慮以上兩種因素。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),2.2.2 功率方向繼電器 功率方向繼電器是用來判斷短路功率方向的，是方向電流保護(hù)中的主要元件。所以它必須具有足夠的靈敏性和明確的方向性，即發(fā)生正方向故障(短路功率由母線流向線路)時，能可靠動作，而在發(fā)生反方向故障(短路功率由線路流向母線)時，可靠不動作。 1. 功率方向繼電器的工作原理 功率方向繼電器是通過測量保護(hù)安裝處的電壓和電流之間的相位關(guān)系來判斷短路功率方向的。以圖2.14所示網(wǎng)絡(luò)為例，規(guī)定電流由母線流向線路為正，電壓以母線高于大地為正。當(dāng)k1點發(fā)生三相短路時，流過保護(hù)3的電流 為正向電流，它與母線B上的電壓 之間的夾角為線路的阻抗角 ，其值的變化范圍為 ，且電壓超前電流(因為線路主要以感性為主)，則短路功率為 0。而當(dāng)k2點三相短路時，流過保護(hù)3的電流為反向電流 ，它滯后母線電壓 的角度為線路阻抗角 ，則 滯后 的相位角為 180， 此時短路功率為 0。其電壓、電流的相位關(guān)系如圖2.17所示。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),由圖2.17可知，正方向短路時， 超前 的角度為銳角，反方向短路時， 超前 的角度為鈍角。因此，功率方向繼電器的工作原理實際上就是通過測量 和 之間的相位角來判別正、反方向短路的，正方向短路時，功率方向繼電器動作，反方向短路時，功率方向繼電器不動作。,(a) 正方向故障 (b) 反方向故障 圖2.17 正反向故障時電壓與電流的相位關(guān)系,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),2. 整流型功率方向繼電器 目前廣泛應(yīng)用的功率方向繼電器有感應(yīng)型、整流型和半導(dǎo)體型。盡管形式多樣，但都是按相位比較或幅值比較原理構(gòu)成的，其動作特性極為相似。下面以整流型功率方向繼電器為例，來說明整流型功率方向繼電器的作用原理和主要特性。 1) 整流型功率方向繼電器的構(gòu)成原理 整流型功率方向繼電器是根據(jù)幅值比較原理來構(gòu)成的，其原理接線如圖2.18所示。 電壓形成回路由電抗變壓器UX和電壓變換器UV構(gòu)成，幅值比較回路由半導(dǎo)體整流橋U1、U2組成，極化繼電器KP(單方向電流動作的繼電器)為執(zhí)行元件。,圖2.18 整流型功率方向繼電器原理圖,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),電抗變壓器UX原邊的匝數(shù)為N1，輸入電流 (即來自TA的二次側(cè))，UX鐵芯具有氣隙，使 的變化范圍較大。UX的副邊有三個繞組 、 、 ，在 、 上可得到感應(yīng)電壓 ， 是UX的電流電壓變換系數(shù)，為一復(fù)數(shù)，其相角為 (即副邊與原邊之間的相位差)，它可通過 上的移相電阻 和 來調(diào)節(jié)，當(dāng)選 時， ，選 時， 。 的作用是使 、 輸出的電壓均為 (通過調(diào)節(jié) 中間抽頭位置實現(xiàn))。 電壓變換器 的原邊電壓 (來自于TV的二次側(cè))通過 加到 上，使副邊有感應(yīng)電壓輸出。副邊 和 的匝數(shù)相等，所以其輸出電壓都為 ， u是 的電壓變換系數(shù)，為復(fù)數(shù)，其相角為 (即副邊電壓超前原邊電壓 ),2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),將 的 與 的 異極性相接，形成工作回路，其回路電壓為 (2-21) 通過整流橋 整流后，得直流電流 ， 從 的*號側(cè)流入其線圈中，稱為工作量。將 的 和 的 同極性端相連，形成制動回路，其回路電壓為 (2-22) 通過整流橋 整流后，得直流電流 ， 從 的非*號側(cè)流入其線圈中，稱為制動量。所以，極化繼電器即功率方向繼電器的動作條件為 (2-23) 式中 極化繼電器的動作電流。 設(shè)工作回路和制動回路的阻抗分別為 、 ，則有 (2-24) (2-25) 式中 0.9 為整流系數(shù)。,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),假設(shè) ，將上兩式代入式(2-23)中，則有 (2-26) 式中 執(zhí)行元件最小動作電壓。 在忽略 的理想情況下，功率方向繼電器的動作條件可改寫為 (2-27) 即 (2-28) 設(shè) ， ，則 ， ，其各量之間的關(guān)系如圖2.19所示。,圖2.19 比相式與比幅式的對應(yīng)關(guān)系,2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),由圖中可以看出，當(dāng) 時， ；當(dāng) 時， ；當(dāng) 時， 。結(jié)合式(2-28)，則功率方向繼電器的動作條件可寫成 ， 即 (2-29) (2-30) 又因為 u的相角為 ， 1 的相角為 ，所以上式又可以寫成 (2-31) 該式反應(yīng)了電壓 與電流 之間的相位關(guān)系，也就是功率方向繼電器的動作條件。若滿足此條件，則繼電器動作，否則繼電器不動作。由此可知，圖2.18構(gòu)成了反應(yīng)電壓 與電流 之間相位關(guān)系而動作的功率方向繼電