《电力系统继电保护》第2章电网的电流保护。第2节

第二节相间短路的方向性电流保护一、问题的提出单侧电源：利用电流幅值的变化区分故障与正常运行状态；以动作电流的大小和动作时限的长短配合有选择性地切除故障。～43211E双侧电源：IsetIsetII1.6.特点：发生误动的保护上短路功率总是线路－母线线路两侧都设开关、保护以保护1和保护6为例：k2k1435261782E1E''1kI'1kIk1435261782E1E'2kI''2kIk216tt16ttIsetIsetII1.6.ltt4t3t2t1t5t6t7t8tl2E1E43526178措施：加装可以判断功率方向的元件，以保证反方向短路不误动。跳闸条件：①短路电流大于整定值；②短路功率方向为正。结论：保护分成两组1～4，5～8，按单侧电源系统来整定。单侧电源相间短路的整定原则依然适用。二、方向性电流保护工作原理原理：在原有保护基础上加装功率方向判别元件，反方向故障时把保护闭锁不致误动。方向过电流保护的原理接线图三、功率方向判别元件1kIk1k22kI11E2EU2rIrI1）具有明确的方向性。1.对功率方向判别元件的基本要求2）正方向故障有足够的灵敏性。1kI.UΦk1Φk2Ik2.180°+Φk2k1点短路向量图0º≤Φk1≤90º180º≤Φk2+180º≤270º∴判别电压、电流之间的相角或短路功率的方向，即可判别故障的方向。保护1k1k22kI11E2EU.U2rIrIIk1=Ir..-Ik2=Ir..k2点短路向量图用以判别功率方向或测定电压、电流之间相位角的元件（继电器）称为功率方向元件（继电器）。ArArIIUU,60AUBUCUAkI12.功率方向元件的动作特性1）输入为相电压、相电流对A相继电器：反方向短路：11argkAkArAIU正方向短路：22180argkAkArAIU1kIk1k22kI11E2EU2rIrI60,k60240AkI2最大灵敏角:sen输入电压、电流幅值不变，输出最大时所对应的电压、电流相位角。功率方向继电器的最大灵敏角一般都接成在最常见短路情况下动作最灵敏，。60ksen∴功率方向继电器在正方向故障时，动作的角度应该是一个范围。∵过渡电阻、线路阻抗角会变化，90~0k考虑实现的方便性，这个角度通常取为：90sen1kIk1k22kI11E2EU2rIrI60AUBUCUAkI1AkI290arg90－rjrIeUsen90arg90－＋senrrsenIUsen+1+j)(0)cos(功率形式senrrrIU三相短路AB或CA两相接地短路A相接地短路对正方向出口A相功率方向元件拒动,有“电压死区”0rAU1kIk111E2EU2rIrIksen903090ksen最大灵敏角：动作方程：消除死区：引入非故障相电压。ABCCABBCAUIUIUI;;AUBUCU60AkI1AkI230BCUsen+1+j90arg90)90(rjrIeUk0)cos(rrrIU90arg90rjrIeU内角：2）输入为线电压、相电流（90°接线）3.集成电路型功率方向继电器框图1）继电器框图电压形成移相滤波方波方波滤波电压形成＆≥1＆520ms520ms123456789输出rIrUjreURIr90arg9090arg90rjrrjrIeUIeUsen－动作方程比相原理：测量两个电压瞬时值同时为正（负）的持续时间。若两者之间的相差小于90°,则瞬时值同时为正（负）的持续时间必然大于5ms，此时功率方向继电器动作。2）相位比较回路正半周比相负半周比相动作时间：最快15ms，最慢20ms。加速方法：正负半周比相，或门输出。最快5ms，最慢20ms。电压死区：输入电压小，无法形成方波（出口短路）。潜动：继电器只加电压或只加电流动作的现象措施：正、负半周比相，与门输出危害：反方向出口三相短路时误动原因：对于集成电路型方向继电器而言，造成潜动的主要原因是形成方波的开环运算放大器的零点漂移。Ureja四、相间短路功率方向继电器的接线方式2.90º接线方式2）较高的灵敏性：Ur、Ir尽可能大，并接近Φsen,以减小或消除死区。1.对接线方式的基本要求1）良好的方向性：正向动，反向不动。90argrrUI指系统三相对称且cosφ=1时，的接线方式。功率方向继电器90°接线，三相式方向过电流保护原理接线图！注意：极性连接。3.90º接线方式功率方向继电器的动作情况900k6030变化时，故障相功率方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件为：0)(cosrrrIU动作方程：敏度。，保证短路时的最大灵－＝，应采用若已知kk904.90º接线方式的优点（1）对各种两相短路都没有死区－引入了非故障相电压。IA-UBCIA-UAIB-UCAIB-UBIC-UABIC-UC单相接地两相接地三相短路（2）适当选择内角后，对各种故障都能保证方向性。三相短路五、双侧电源网络中电流保护整定的特点方向性电流保护可以保证各保护之间动作的选择性，但：1）方向元件的配置，应该按照“少而精”的原则。1）接线复杂、投资增加；2）正方向出口三相短路，存在动作“死区”如果能靠定值或时间躲过反方向短路，就不需加方向元件。特点：2）多端电源系统，短路点到电源之间的短路电流大小不同，上下级保护的配合出现问题。1.电流速断保护),max(),max(max.2max.12.max.2max.11.kkIsetkkIsetIIIIII)max()max(max.2max,.12.max.2max,.11.kkIrelIsetkkIrelIsetIIKIIIKIk111E2E2k2AB要求：k1、k2点短路时，保护1、2都应可靠不动。最小方式下发生三相短路时，除去电压死区，保护范围更短，甚至失去保护范围。保护2（定值小,小电源侧）加装方向元件，扩大保护范围，提高灵敏性；保护1（定值高）不需加装方向元件，从定值上已能可靠躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流。1）助增电流的影响2.限时电流速断保护BABACBIII1BACBbIIK分支系数与下一级保护的电流速断配合，但要考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路的影响。221SSABSXXXXMBAIIrelIIsetIKI.2.min.1.2.bIsetIIrelIIsetKIKIBACBbIIKmax.2max.2min.1SSABSXXXX最不利情况2）外汲电流的影响CBCBBAIII1BACBbIIK分支系数MBAIIrelIIsetIKI.2.min.1.2.bIsetIIrelIIsetKIKI电源最小外汲最大（双回）电源最大单回minbIIIrelIImaxsetKIKIset..2.1.3）既有助增又有外汲当变电站母线上既有助增电源分支又有外汲线路分支时，分支系数可能大于1，也可能小于1，整定计算中分支系数如何选择？根据“最不利”思想，应按照分支系数最小值进行整定计算。3.过电流保护1）进行远后备灵敏系数校验时，要考虑分支电路的影响。IIIsetdcIIIsenIIK2.min.2.i)有电源引出线的保护，时限短者加方向，长者不加，时限相同则都加。ii)有电源引出线的保护与负荷引出线的保护比较，前者小于或等于后者，前者加方向元件。iii)负荷引出线的保护不需加方向。2）过电流保护不能靠定值躲过背后短路，只能靠定时躲过。1.5s2.5s2.5s（a）1.5s2.5s2s（b）过电流保护加装方向元件举例