华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-方向保护(2-2)

1/48第2.2节双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2/48双电源及多电源系统供电更可靠。如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因），则变电站M、N、P、Q的供电情况受到的影响较小。MNP12Q53643/48MNP1234K1KI——找差异怎么办？希望：保护3跳闸，保护2不跳闸。一、问题的提出如果保护1～4均按照第一节的方法进行整定，那么，在K1点发生短路时，如果短路电流IK大于保护2的定值，就会造成保护2的误动，从而导致变电站N被停电（保护3应当动作跳闸）。4/48发现差异：保护2的方向与的方向相反；保护3的方向与的方向相同。我们规定继电保护工作的“正方向”：由继电保护安装处指向被保护元件。（教材：由母线指向线路——仅针对线路）KIKIMNP1234K1KI为此，如果我们设计一个方法能够区分“正方向”和“反方向”(差异)，那么，问题就迎刃而解了。5/48区分方向的问题，必须采用至少2个电气量的相量比较。经过研究、分析，采用：以保护安装处的电压作为参考相量。于是，保护2和3有如下的相量关系：MNP1234K1KI6/48MNP1234K13.mI2.mImUmU3.mI2.mIm正方向可以设法仅让正方向动作3.mKmIZU按照标定的方向，有：2.mKIZKZ——对“地”电压7/48如果实现了短路方向的判别，那么，只要在方向相同的保护之间进行“配合”即可。如下图，1、3、5为朝着同一个方向，右侧电源相当于不产生影响，这样，就可以利用前述的单电源方法。MNP12Q5364类似地，2、4、6为另一个方向。双电源问题归结为：如何区分短路的方向？8/48A相电流定值延时跳闸A相方向为正二、方向性电流保护工作原理在原有电流保护基础上增加方向判别元件，反方向故障时把保护闭锁不致误动。无方向元件的电流保护（延时可以为0）A相电流定值延时跳闸有方向元件的电流保护(方向性电流保护)9/48KWKAKTKWKAKTKWKAKTTATQKWKAKT++-TVKAKTKSKAKTKSTQTAKAKTKS无方向元件有方向元件继电器连接方式的原理图10/48三、方向元件的工作原理(以三相短路为例)仅讨论微机保护的实现方法mU3.mI2.mIm正方向mm'mUU取3.m'm3.m'mI-UIU列出这样的方程：根据动作区域，可以'mU希望的动作区域(电流变化范围)同方向与得到：3.m'mIU11/48度时不动作。度时动作；大于的夹角小于与，满足：对于方程9090-3.'3.'3.'mmmmmmIUIUIU090夹角＝'mU3.mI3.m'mIU3.m'mIU3.'3.'-mmmmIUIU＝'mU3.mI3.m'mIU3.m'mIU090夹角3.'3.'-mmmmIUIU12/48mmmmmmmjUUUUsincos''可以这样计算：相量取何值，后面再说明。为已知的相量。其中，mmmjsincos方向元件。功率故，称为类似于判别：－3.m'm3.m'mIUIU0P9090时，的夹角与为注：m'mIU？0cosIUP3.m'm13/48。称为最大灵敏角此时的出现最大值，时，的夹角为与当senm3.m'mm3.mmcosIUIUmU3.mI2.mIm正方向14/48正方向还有一种实现方法，称为相位比较方程。较动作方程。的大小，故称为幅值比个构成电气量属于比较－2IUIU3.m'm3.m'm90903.m'mIUargmU3.mI2.mIm'mU15/48MNP12对（功率）方向元件的基本要求是：1、应具有明确的方向性。2、正向故障时可靠动作，有足够的灵敏性。（应当比电流元件的灵敏度更高，否则，会影响保护的灵敏度）电流保护范围方向元件灵敏度16/48因为1个电气量无法进行比较（称为出现死区），所以，2个电气量都需要设定一个最小的门槛。此门槛要求：在电流保护第III段末端发生短路时，保护安装处的测量电流、电压要大于这个门槛值，即末端短路时，方向元件应当可靠动作，否则，会影响保护灵敏度。17/48四、方向元件的接线方式接线方式——引入什么电压与电流？对接线方式的要求：1）正方向任何短路都能动作，反方向不动。2）接入的电压、电流尽可能大。经过分析论证，目前，相间短路的方向元件较多地采用一种称为90°的接线方式。18/4890°接线方式（称呼方便）：三相对称、且cosφ=1时，引入的电流与电压的夹角。即:AIAUBICIBCUrUrIBCUCAUABUAIBICImUmI19/48A相极性连接示意图注意：1）极性连接。2）按相连接。KWA相ACBKWa20/48TVTAKWbKWaKWc三相连接示意图（极性、按相）21/481、正方向发生三相短路设线路阻抗角为(只画出A相电流)。CUAUBCUBUAIAIKKK90AU电压超前电流的角度：90K22/482、正方向发生两相短路1）近处BC两相短路CUAUCAUBUBICIKK90BI90KC相角度类似很小KZ23/482）远处BC两相短路CUAUCAUBUBICIKK3090BICAUC相类似分析，但是，有：CAU120K60K很大KZ24/48归纳上述分析，可以知道：在三相和两相短路情况下，电压超前电流的角度在下列角度之间：相的远处BK)(BCK2012近处）（)2()3(KK,K90相的远处CK)(BCK26025/48考虑到，小电流接地系统的线路阻抗角为（60～75）度之间，代入上述关系，可知：兼顾上述各种相间短路的情况，于是，通常将最大灵敏角（电压超前电流的角度）设计为：4560012~K153090~K30sen15060~K26/48固定电压相量电流变化的动作区域正方向对应于最早提到的动作区域(左下图)，实际的动作区域应当如右下图。mU3.mI2.mIm代入前述动作方程。与取此时mm'mI,UU,303.mImU30-333030.mm.mmIUIU得：27/4890º接线方式的优点（1）对各种两相短路都没有死区——因为引入了非故障相电压。（2）适当选择内角后，对各种故障都能保证方向性。另外，出口三相短路时，没有电压，会出现“死区”(Um=0)，故采用短路前的“记忆电压”进行比较。28/48代替测量电压进行方向判别短路前的“记忆电压”与“短路后的电流”进行方向比较（短路方向判别）。电压包络线t短路时刻短路后的电压电压约等于0，无法进行方向判别短路前的电压Tn移。不能太大，否则相量偏—保证相位；—为整数nn29/48五.双侧电源网络中方向电流保护应用特点在多端供电的网络中，方向性电流保护可以保证各保护之间动作的选择性。存在的问题：1）接线复杂(非微机时，可靠性降低)、投资增加；2）保护安装处正方向出口发生三相短路，存在动作“死区”（II段、III段有延时，无记忆作用）。30/48为此，方向元件的配置应该按照“少而精”的原则。1）电流整定值能保证选择性时，不加方向元件；2）在线路一端加方向元件后满足选择性要求时，不必在线路两端都加方向元件。31/48具体选择的方法：（1）对于电流速断（1段、2段）如果反方向的最大短路电流小于本保护的定值，可以不加方向元件(不会误动)。（2）对于过电流保护（3段）一般按照躲最大负荷电流整定，故很难从电流定值上躲开，主要从时间上考虑，仅最长延时的那一个可以不装方向元件。32/48过电流保护一般通过比较延时的大小来决定是否装设方向元件。仅比较正、反向都有电源的3段延时，仅延时最长的一个可以不装方向元件。MNP12Q53641.5s2s2.5s1s1.5s2s71s33/48六.双侧电源网络的电流保护整定计算在整定计算中，由于双电源的存在，使得短路电流的计算略微复杂一些。为此，引入了“助增”、“外汲”和“分支电流”、“分支系数”等概念。但是，原则都是一样的：1）按最大短路电流整定；2）取最小短路电流校验。（避免概念太多，留到距离保护中再介绍）34/4821MNPSRWIm.1Im.2sZMNZMNZKZA）MN单回线运行时，KMNs.mZZZEI单1B）MN双回线运行时，KMNs2.m1.mZZ21ZE21I21I（双）（单）1.mKMNsIZ2ZZ2E35/48应当说明：在微机保护中，由计算机可以直接实现的比较（仅仅是2个相量的计算与比较）。33.m'm.m'mI-UIU但是，在模拟量构成的方向元件中，必须将电流、电压都统一到一种电气量后（或电流、或电压），才能进行比较，否则，无法直接实现+、-计算。36/48Relay动作量制动量电抗变换器变压器mImU整流型方向元件示意图)K(IKImI具有阻抗性质移相后，且mUUK33.mI'm.mI'mIK-UIKU37/48aubucuaibici故障前故障后如何从波形中进行相位的分析？方向行为？38/48如何从波形中进行相位的分析？方向行为？aubucuaibici确定参考aUbUcU39/48如何从波形中进行相位的分析？方向行为？aubucuaibici确定参考aUbUcUbIcI40/48如何从波形中进行相位的分析？方向行为？aUbUcUbIcIcaU电流最灵敏的位置41/48如何从波形中进行相位的分析？方向行为？aUbUcUbIcIcaU电流最灵敏的位置边界线动作区域42/48固定电压相量，电流变化的动作区域3.mImU30-根据短路后电压、电流的相位关系，分析和判定继电保护是否正确动作。43/48下图中，分别接到什么保护中？3K2K1K2TA1TA21TATA和思考：在K1、K2、K3分别发生短路时，何处短路算出口短路？何处算正方向短路？何处算反方向（或区外）短路？线路保护母线保护44/48图2.29供了解，那是晶体管、集成电路的实现框图。提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护）中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系统运行方式的影响要小很多。45/48在实际工程中，到目前为止，由一个地方电气量构成的输电线路继电保护（单端电气量保护），还无法判别线路末端和相邻线路的出口短路，因此，设计原则都是一样的。即：1）I段躲线路末端的短路；2）II段保护线路全长（加延时）；3）III段作为近后备、远后备（再延时）。电流保护反应电流增大而动作，属于一种增量保护。46/48已经介绍内容的要点归纳：1、继电保护的作用2、继电保护的基本要求3、判别什么情况下属于有选择性？什么情况下属于误动？拒动？4、继电特性5、大电流接地系统？小电流接地系统？6、最大运行方式？最小运行方式？7、电流1段的整定原则？最小保护范围计算8、可靠系数的考虑因素47/489、2段、3段的整定原则？灵敏度校验的公式10、延时的选择11、近后备？远后备？12、TA接线方式13、方向元件为什么能够判别短路方向？14、方向元件的接线方式15、最大灵敏角16、方向元件的动作特性（动作区域）17、配置方向元件的原则18、何谓方向元件的死区？48/4821MNPSRWIm.1Im.2思考：1）保护1在何种情况下出现短路电流最大？最小呢？2）保护2呢？49/4821MNPSRWIm.1Im.21）保护1在何种情况下出现短路电流最大？最小呢？保护1短路电流最大：S系统为最大运行方式；MN为单回线；W系统为最小运