雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)

第2.2節(jié)

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

方向性電流保護(hù)11.為什么要引入方向電流保護(hù)？(選擇性)2.如何區(qū)分方向？3.區(qū)分方向的實(shí)現(xiàn)——方向元件。4.方向元件的如何選擇內(nèi)角(適應(yīng)不同故障)？最大靈敏度角概念和工作特性接線方式及其性能（死區(qū)問題）90度接線的內(nèi)角2保護(hù)1～4均按照電流保護(hù)方法進(jìn)行整定，那么，在K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如果短路電流IK大于保護(hù)2的定值，就會(huì)造成保護(hù)2的誤動(dòng)，導(dǎo)致變電站N被停電?！x擇性1.為什么要引入方向電流保護(hù)？3可以發(fā)現(xiàn)：保護(hù)2的方向與相反。為此，如果我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)方法能夠區(qū)分“正方向”和“反方向”(差異),那么,問題就迎刃而解了。我們規(guī)定繼電保護(hù)的“正方向”：

由繼電保護(hù)安裝處指向被保護(hù)元件。2.如何區(qū)分方向？4區(qū)分方向的問題，必須采用至少2個(gè)電氣量的相量比較。經(jīng)過研究、分析，采用：以保護(hù)安裝處的電壓作為參考相量。于是，保護(hù)2和3有如下的相量關(guān)系：5相位比較方式(1)動(dòng)作區(qū)域希望的動(dòng)作區(qū)域相位比較方式(2)6幅值比較和相位比較方程可互相變換。幅值比較方式希望的動(dòng)作區(qū)域712k1k2

k1點(diǎn)短路向量圖；保護(hù)1.UIk1.Ik2.2、如何區(qū)分方向？(以三相短路為例)

通過判別電壓、電流之間的相位關(guān)系或短路功率的方向，即可實(shí)現(xiàn)故障方向的判別。反方向k2點(diǎn)短路向量圖81.為什么要引入方向電流保護(hù)？(選擇性)2.如何區(qū)分方向？3.區(qū)分方向的實(shí)現(xiàn)——方向元件。4.方向元件的如何選擇內(nèi)角(適應(yīng)不同故障)？最大靈敏度角概念和工作特性接線方式及其性能（死區(qū)問題）90度接線的內(nèi)角9功率方向繼電器輸入電壓、電流幅值不變，其輸出動(dòng)作量隨兩者間相位差的大小而改變，輸出最大時(shí)的相位差稱為最大靈敏角。功率方向元件的最大靈敏角3、功率方向元件10

考慮到實(shí)際情況中，測(cè)量誤差、過渡電阻以及線路阻抗角在0°～90°范圍內(nèi)變化，為保證正方向故障時(shí)，功率方向元件具有明確的方向性，將功率方向元件的動(dòng)作角度范圍擴(kuò)大：功率方向元件的工作特性11(0°接線方式)(90°接線方式)注意：1）極性連接。2）按相連接。功率方向元件的接線方式12A相極性連接示意圖注意：1）極性連接。2）按相連接。13功率方向繼電器輸入電壓、電流幅值不變，其輸出動(dòng)作量隨兩者間相位差的大小而改變，輸出最大時(shí)的相位差稱為最大靈敏角。0°接線方式下：功率方向元件的最大靈敏角例:A相功率方向元件正方向三相短路時(shí)：為了使功率方向元件動(dòng)作最靈敏,即最大靈敏角應(yīng)該取為線路的阻抗角：線路阻抗角(0°接線方式)140°接線方式電壓死區(qū)故障:

正方向出口三相短路，兩相接地短路、單相接地短路、功率方向元件拒動(dòng)。實(shí)際中很少采用0°接線方式

對(duì)于采取0°接線方式的功率方向元件，在其正方向出口附近發(fā)生短路接地，由于故障相電壓很低，功率方向元件不能動(dòng)作，稱為“電壓死區(qū)”。電壓死區(qū)問題解決措施？？？——90°接線方式90°接線方式電壓死區(qū)故障:

兩相接地短路、單相接地短路、功率方向元件無死區(qū)。正方向出口三相短路有死區(qū).15最大靈敏角：動(dòng)作方程：或2種動(dòng)作方程：k112k2功率方向繼電器內(nèi)角

90o接線方式功率方向繼電器：90o接線方式功率方向繼電器的分析（內(nèi)角）16對(duì)（功率）方向元件的基本要求是：1、應(yīng)具有明確的方向性。2、正向故障時(shí)可靠動(dòng)作，有足夠的靈敏性。因?yàn)閱蝹€(gè)電氣量無法進(jìn)行比較(稱為出現(xiàn)死區(qū))，所以，2個(gè)電氣量都需要設(shè)定一個(gè)最小的門檻。此門檻要求：在電流保護(hù)第3段末端發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)安裝處的測(cè)量電流、電壓要大于這個(gè)門檻值，即末端短路時(shí)，方向元件應(yīng)當(dāng)可靠動(dòng)作，否者，會(huì)影響保護(hù)靈敏度。171.為什么要引入方向電流保護(hù)？(選擇性)2.如何區(qū)分方向？3.區(qū)分方向的實(shí)現(xiàn)——方向元件。4.方向元件的如何選擇內(nèi)角(適應(yīng)不同故障)？最大靈敏度角概念和工作特性接線方式及其性能（死區(qū)問題）90度接線的內(nèi)角184、方向元件的實(shí)現(xiàn)

接線方式——引入什么電壓與電流？

經(jīng)過分析論證，相間短路的方向元件較多地采用90°接線方式。

對(duì)接線方式的要求：1）正方向任何短路(?)都能動(dòng)作,反方向不動(dòng)?！绾芜x擇方向元件的內(nèi)角？(三相,兩相短路)2）接入的電壓、電流盡可能大。19三相連接示意圖（極性、按相）201、正方向發(fā)生三相短路

設(shè)線路阻抗角為(只畫出A相電流)。212、正方向發(fā)生兩相短路

1）近處BC兩相短路

負(fù)荷電流忽略Zk=0極限時(shí)22三相和近處兩相短路夾角方向元件內(nèi)角確定:232）遠(yuǎn)處BC兩相短路C相接近于同相。

24遠(yuǎn)處BC兩相短路夾角UCA～I(xiàn)BUAB～I(xiàn)C夾角夾角25

綜合分析，可以知道：在三相和兩相短路情況下，電壓超前電流的角度在、和之間?？紤]到，小電流接地系統(tǒng)的線路阻抗角為(60～75)度之間，代入上述關(guān)系，可知：角度在(-60～15)度之間，于是，通常設(shè)計(jì)最大靈敏角（電壓超前電流）為。26內(nèi)角:90°接線下內(nèi)角表示的功率方向繼電器動(dòng)作條件:2790o接線方式的優(yōu)點(diǎn)（1）對(duì)各種兩相短路都沒有死區(qū)——因?yàn)橐肓朔枪收舷嚯妷?。?）適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對(duì)各種故障都能保證方向性。另外，出口三相短路時(shí)，沒有電壓，會(huì)出現(xiàn)“死區(qū)”(Um=0)，故采用短路前的“記憶電壓”進(jìn)行比較。28短路前的“記憶電壓”與“短路后的電流”進(jìn)行比較。29五.雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中方向電流保護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)

在多端供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護(hù)可以保證各保護(hù)之間動(dòng)作的選擇性。存在的問題：1）接線復(fù)雜(可靠性降低)、投資增加；2）保護(hù)安裝處正方向出口發(fā)生三相短路，存在動(dòng)作“死區(qū)”(2段、3段有延時(shí))。30為此，方向元件的配置應(yīng)該按照“少而精”的原則。1）電流整定值能保證選擇性時(shí)，不加方向元件；2）在線路一端加方向元件后滿足選擇性要求時(shí)，不必在線路兩端都加方向元件。31具體選擇的方法：（1）對(duì)于電流速斷（1段、2段）如果反方向的最大短路電流小于本保護(hù)的定值，可以不加方向元件(不會(huì)誤動(dòng))。（2）對(duì)于過電流保護(hù)（3段）一般按照躲最大負(fù)荷電流整定，故很難從電流定值上躲開，主要從時(shí)間上考慮。321.電流速斷保護(hù)(電流I段)33保護(hù)2加裝方向元件，擴(kuò)大保護(hù)范圍，提高靈敏性；保護(hù)1不需加裝方向元件，從定值上已經(jīng)可靠地躲過反方向短路時(shí)流過保護(hù)1的最大短路電流。34與下一級(jí)保護(hù)的電流速斷配合，但要考慮保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電源或線路（分支電路）的影響。1）助增電流的影響2.限時(shí)電流速斷保護(hù)(電流II段)35L2L1362）外汲電流的影響3738分支系數(shù)的計(jì)算CXs1XABXs2ABIABIBC21M分支系數(shù)Kb的計(jì)算必須基于系統(tǒng)的等值電路。（1）有電源支路的情況分支系數(shù)與短路點(diǎn)位置無關(guān)。分支系數(shù)隨運(yùn)行方式的變化而變化。CIABIBCM分支系數(shù)的大小會(huì)隨系統(tǒng)阻抗Xs2和XS1的變化而變化。最小分支系數(shù)Kb,min出現(xiàn)在系統(tǒng)阻抗Xs1最小和Xs2最大時(shí)。限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）的整定。起動(dòng)電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。39（2）有負(fù)荷線路支路的情況CB21M分支系數(shù)Kb的計(jì)算也必須基于系統(tǒng)的等值電路。分支系數(shù)與短路點(diǎn)位置有關(guān)。短路點(diǎn)越靠近線路末端，分支系數(shù)越??；故簡化計(jì)算是可取故障位置為1/2，再校驗(yàn)靈敏度是否滿足。分支系數(shù)與運(yùn)行方式無關(guān)。限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）的整定。起動(dòng)電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。分支系數(shù)的計(jì)算40當(dāng)變電站母線上既有助增電源分支又有外汲線路分支時(shí)，分支系數(shù)可能大于1，也可能小于1，整定計(jì)算中分支系數(shù)如何選擇？根據(jù)“最不利”思想，應(yīng)按照分支系數(shù)最小值進(jìn)行整定計(jì)算。411)在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，母線兩側(cè)的過電流保護(hù)中時(shí)限短者加方向，長者不加。時(shí)限相同則都加方向元件。k1當(dāng)時(shí)，過電流保護(hù)6可不用裝設(shè)方向元件。因?yàn)楫?dāng)反方向上線路CD短路時(shí)，過電流保護(hù)6能夠以較長的動(dòng)作時(shí)限來保證選擇性?？縿?dòng)作時(shí)限來避免誤動(dòng)，從而不裝設(shè)方向元件。3.定時(shí)電流(過電流)保護(hù)(電流III段)422)電源引出線和負(fù)荷引出線接在同一個(gè)母線上時(shí)，1.5s2.5s2.5s（a）1.5s2.5s2s（b）過電流保護(hù)加裝方向元件舉例電源引出線保護(hù)延時(shí)小于或等于負(fù)荷引出線保護(hù)延時(shí)，3)負(fù)荷引出線的保護(hù)不需加方向。電源引出線的保護(hù)加方向元件。3.定時(shí)電流(過電流)保護(hù)(電流III段)43過電流保護(hù)一般通過比較延時(shí)的大小來決定是否裝設(shè)方向元件。僅比較正、反向都有電源的3段延時(shí)，僅延時(shí)最長的一個(gè)可以不裝方向元件。3.過電流保護(hù)(總結(jié))44方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：適用于多電源系統(tǒng)，方向性電流保護(hù)可保證各保護(hù)之間動(dòng)作的選擇性。

缺點(diǎn)：接線復(fù)雜；保護(hù)出口正方向三相短路時(shí)，整套保護(hù)拒動(dòng)。

方向元件裝設(shè)原則：盡量不裝設(shè)方向元件，只在可能誤動(dòng)的電流保護(hù)上裝方向元件。

電流速斷保護(hù)：靠定值躲過反方向最大短路電流。一條線路兩側(cè)電流保護(hù)定值小的加方向，定值大的不加方向元件。如果兩側(cè)保護(hù)定值相同都不加。45六.雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的電流保護(hù)整定計(jì)算

在整定計(jì)算中，由于雙電源的存在，使得短路電流的計(jì)算略微復(fù)雜一些。為此，引入了“助增”、“外汲”和“分支電流”、“分支系數(shù)”的概念。但是，原則都是一樣的：

1）按最大短路電流整定；2）取最小短路電流校驗(yàn)。46A）MN單回線運(yùn)行時(shí)B）MN雙回線運(yùn)行時(shí)471）保護(hù)1在何種情況下出現(xiàn)短路電流最大？最小呢？2）保護(hù)2？48根據(jù)短路后電壓、電流的相位關(guān)系，分析和判定繼電保護(hù)是否正確動(dòng)作。49整流型方向元件示意圖50那是晶體管、集成電路的實(shí)現(xiàn)框圖不必看，

（已經(jīng)成為歷史）。

提前說明：在后續(xù)介紹的距離保護(hù)（阻抗保護(hù)）中，既可以實(shí)現(xiàn)短路范圍的判別（現(xiàn)在已學(xué)習(xí)的是：電流判別），還可以識(shí)別短路的方向（現(xiàn)在已學(xué)習(xí)的是：方向元件），另外，距離保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響要小很多。51在實(shí)際工程中，到目前為止，由一個(gè)地方電氣量構(gòu)成的輸電線路繼電保護(hù)（單端電氣量保護(hù)），還無法判別線路末端和相鄰線路的出口短路，因此，設(shè)計(jì)原則都是一樣的。即：1）1段躲線路末端的短路；2）2段保護(hù)線路全長（加延時(shí)）；3）3段作為近后備、遠(yuǎn)后備（再延時(shí)）

。電流保護(hù)反應(yīng)電流增大而動(dòng)作，屬于一種增量保護(hù)。52

已經(jīng)介紹內(nèi)容的要點(diǎn)歸納：1、繼電保護(hù)的作用2、繼電保護(hù)的基本