電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

方向性電流保護(hù)

（針對雙端或者多端供電網(wǎng)絡(luò)）第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

雙電源及多電源系統(tǒng)具有更高的供電可靠性。如下圖，即使斷路器1、2跳開（無論何原因），則變電站M、N、P、Q的供電情況受到的影響較小。第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、問題的提出若按照第一節(jié)提出的電流保護(hù)整定原則，為保證選擇性，在K1點(diǎn)與K2點(diǎn)故障時，保護(hù)2和保護(hù)3整定值矛盾；在K1點(diǎn)與K2點(diǎn)故障時，保護(hù)2和保護(hù)3動作時限矛盾；K2第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)現(xiàn)差異：保護(hù)2的方向與的方向相反；保護(hù)3的方向與的方向相同。規(guī)定繼電保護(hù)中的“正方向”：

由繼電保護(hù)安裝處指向被保護(hù)元件。（教材：由母線指向線路——僅針對線路）誤動作的保護(hù)都是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障時，由對側(cè)電源供給的短路電流引起的。為此，如果設(shè)計一個方法能夠區(qū)分“正方向”和“反方向”(差異)，問題就迎刃而解了。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月雙電源問題歸結(jié)為：如何區(qū)分短路的方向？第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、方向性電流保護(hù)工作原理

在原有電流保護(hù)基礎(chǔ)上增加方向判別元件，反方向故障時把保護(hù)閉鎖不致誤動。

無方向元件的電流保護(hù)（延時可以為0）有方向元件的電流保護(hù)(方向性電流保護(hù))第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月無方向元件有方向元件繼電器連接方式的原理圖第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、功率方向判別元件d1點(diǎn)短路向量圖d2點(diǎn)短路向量圖第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

因此利用判別短路功率的方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系，判別發(fā)生故障的方向。

判別功率方向或測定電流電壓間相位角的繼電器稱為功率方向繼電器。主要反應(yīng)加入繼電器中電流和電壓之間的相位而工作，因此可用相位比較方式來實(shí)現(xiàn)。第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月對功率方向繼電器的基本要求

⑴具有明確的方向性

即在正方向發(fā)生各種故障(包括故障點(diǎn)有過渡電阻的情況)時，能可靠動作，而在反方向故障時，可靠不動作。

⑵正向故障時可靠動作且有足夠的靈敏性。

應(yīng)當(dāng)比電流元件的靈敏度更高，否則會影響保護(hù)的靈敏度第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月反向故障時，電壓電流之間的夾角為：

功率方向繼電器接入電壓和電流的幅值不變時，其輸出隨兩者間相位差的大小而改變，輸出為最大時的相位差稱為繼電器的最大靈敏角。也可以按照有功功率表理解該繼電器工作原理及最大靈敏角！第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月用表示超前于角度，用功率的形式表示

當(dāng)余弦項(xiàng)和、越大時，其值越大，繼電器動作靈敏度越高，任一項(xiàng)等于零或余弦項(xiàng)為負(fù)時，不能動作。

采用這種特性和接線的繼電器時，在其正方向出口附近發(fā)生三相短路，A-B或C-A兩相接地短路，以及A相接地短路時，由于或數(shù)值很小，使繼電器不能動作，這稱為繼電器的“電壓死區(qū)”。第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

功率方向繼電器的主要任務(wù)：判斷短路功率的方向。

接線方式要求：

⑴正方向任何型式的故障都能動作，而反方向故障則不動作。

⑵故障后加入繼電器的電流和電壓應(yīng)盡可能地大一些，并盡可能使接近于最靈敏角，以便消除和減小方向繼電器的死區(qū)。因此，功率方向繼電器廣泛采用是900接線方式。

900接線方式：在三相對稱的情況下，當(dāng)時，加入繼電器的電流如和電壓相位差900。

該接線方式下，線路上發(fā)生各種故障時動作情況，討論：三、相間短路功率方向繼電器的接線方式第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

90°接線方式（稱呼方便）：三相對稱、且cosφ=1時，引入的電流與電壓的夾角。即:第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月此時，繼電器的最大靈敏角應(yīng)設(shè)計為動作方程為：

上式可變?yōu)椋?/p>

稱為功率方向繼電器的內(nèi)角第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月用功率的形式表示為：

對A相的功率方向繼電器，表示為：

除正方向出口附近發(fā)生三相短路時，，繼電器具有很小的電壓死區(qū)外，在其它任何包括A相的不對稱短路時，A相電流很大，BC線電壓很高，因此繼電器不僅沒有死區(qū)，而且動作靈敏度很高。為了減小和消除三相短路時的死區(qū)，可以采用電壓記憶回路，并盡量提高繼電器動作時的靈敏度。第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個角度的含義輸入繼電器的電壓、電流之間的夾角被保護(hù)線路的阻抗角，架空線路一般為60°，電纜線路一般為45°最大靈敏角，對應(yīng)著功率方向繼電器動作最為靈敏的角度功率方向繼電器的內(nèi)角第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月A相極性連接示意圖注意：1）極性連接。2）按相連接。第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三相連接示意圖（極性、按相）第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）正向發(fā)生三相短路故障第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

電力系統(tǒng)中任何電纜或架空線路的阻抗角(包括含有過渡電阻短路的情況)都位于之間，為使方向繼電器在任何的情況下均能動作，就必須要求上式始終大于0，為此需要選擇一個合適的內(nèi)角才能滿足要求：

當(dāng)時

必須選擇

當(dāng)時

必須選擇第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）正方向發(fā)生兩相短路BC兩相短路第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月分兩種情況進(jìn)行討論

①短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝地點(diǎn)附近

短路阻抗（保護(hù)安裝處到電源間的系統(tǒng)阻抗），極限時取，短路電流由電勢產(chǎn)生，滯后的角度為，電流，短路點(diǎn)電壓為：第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月使繼電器動作，選擇內(nèi)角為對A相繼電器：繼電器不動作。對B相繼電器：動作條件為：

對C相繼電器：動作條件為：BC兩相短路第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月②短路點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝地點(diǎn)，且系統(tǒng)容量很大

，極限時取，電流仍由電勢產(chǎn)生，并滯后一個角度，保護(hù)安裝地點(diǎn)電壓為：

BC兩相短路第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月BC兩相短路Ｂ相繼電器：A相繼電器：不動作。C相繼電器：動作條件：動作條件為：

當(dāng)當(dāng)EAB第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

綜合以上兩種極限情況可得出，在正方向任何地點(diǎn)兩相短路時，B相繼電器能夠動作的條件是，C相繼電器為。

因此，當(dāng)時，方向繼電器在一切故障情況下都能動作的條件為：

用于相間短路的功率方向繼電器提供和兩個內(nèi)角，滿足上述要求。

以上討論只是繼電器在各種情況下可能動作的條件，而不是動作最靈敏的條件。為了減小死區(qū)電壓范圍，繼電器動作最靈敏的條件，應(yīng)根據(jù)三相短路時使來決定，對某一確定了阻抗角的輸電線路，采用，以便獲得最大的靈敏度。第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定

短路電流分布曲線①為由電源E1供給的電流；②為E2供給的電流，兩端電源容量不同，電流大小不同。⑴電流速斷保護(hù)第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)任一側(cè)區(qū)外相鄰線路出口處短路時，如圖和，短路電流和同時流過兩側(cè)的保護(hù)1和2。按選擇性要求，兩個保護(hù)不應(yīng)動作，因此兩個保護(hù)起動電流選得相同，并按較大一個整定，如當(dāng)，取

使位于小電源側(cè)保護(hù)２的范圍縮小；當(dāng)兩端電源容量差距越大，對保護(hù)2影響越大。第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月為解決該問題，需在保護(hù)2處裝設(shè)方向元件，使只當(dāng)電流從母線流向被保護(hù)線路時才動作，保護(hù)2的起動電流就可按躲開點(diǎn)短路來整定，選擇保護(hù)范圍較前增加了很多。上述情況下，保護(hù)1無需裝設(shè)方向元件，從定值上已可靠躲開反向短路時流過保護(hù)的最大電流第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵限時電流速斷保護(hù)

與下一級保護(hù)的電流速斷相配合，需考慮保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電源或線路（通常稱為分支電路）的影響。

分為兩種情況：

第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月①助增電流的影響第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月引入分支系數(shù)

整定配合點(diǎn)M的分支系數(shù)為

與單側(cè)電源線路公式相比，分母多一個大于１的分支系數(shù)影響

第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月②外汲電流的影響

分支電路為一并聯(lián)的線路，此時故障線路中電流小于，關(guān)系這種使故障線路中電流減小的現(xiàn)象—外汲，分支系數(shù)。分析同于有助增電流的情況。

第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

③當(dāng)變電所B線上既有電源又有并聯(lián)的線路時，其分支系數(shù)可能大于１也可能小于１，此時應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能的運(yùn)行方式，選取分支系數(shù)的最小值進(jìn)行整定。尤其是分布式電源接入后，此結(jié)構(gòu)更為普遍。第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶過電流保護(hù)

第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月已經(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)的基本要求3、判別什么情況下屬于有選擇性？什么情況下屬于誤動？拒動？4、繼電特性5、大電流接地系統(tǒng)？小電流接地系統(tǒng)？6、最大運(yùn)行方式？最小運(yùn)行方式？7、電流1段的整定原則？最小保護(hù)范圍計算8、可靠系數(shù)的考慮因素第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

9、2段、3段的整定原則？靈敏度校驗(yàn)的公式10、延時的選擇11、近后備？遠(yuǎn)后備？12、TA接線方式13、方向元件為什么能夠判別短路方向？14、方向元件的接線方式15、最大靈敏角16、方向元件的動作特性（動作區(qū)域）17、配置方向元件的原則18、何謂方向元件的死區(qū)？第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1）保護(hù)1在何種情況下出現(xiàn)短路電流最大？最小呢？保護(hù)1短路電流最大：S系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式；

MN為單回線；

W系統(tǒng)為最小運(yùn)行方式；…第43頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1）保護(hù)1在何種情況下出現(xiàn)短路電流最大？最小呢？保護(hù)1短路