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电力系统继电保护原理主讲教师：刘青电自教研室3.电网的相间电流保护和方向性相间电流保护3.2电网相间短路的方向性电流保护主要内容1.问题的提出及解决办法2.功率方向继电器3.相间短路功率方向继电器接线方式4.方向性电流保护整定计算特点5.对方向性电流保护的评价1.问题的提出及解决办法AIk1对电流速断保护:Iset2Ik1IIAk1点短路时,若保护2误动；BIk1对于多电源或环形电网能否满足要求？（1）问题的提出AIk2BIk2对电流速断保护:Iset3Ik2IIBk2点短路时,若保护3误动；对于多电源或环形电网能否满足要求？（1）问题的提出AIk1对过电流保护:32ttk1点短路时要求才能保证选择性BIk1（1）问题的提出AIk2对过电流保护:32ttk1点短路时要求才能保证选择性BIk2（1）问题的提出才能保证选择性k2点短路时要求23tt矛盾AIk1BIk1+S+S−S−S+S+S误动（2）原因分析规定：短路功率的正方向为从母线流向线路AIk2BIk2+S+S−S−S+S+S误动（2）原因分析规定：短路功率的正方向为从母线流向线路结论：误动的保护其短路电流的方向总是为反方向。（3）解决方法加装方向元件，规定功率为正方向时保护动作；而功率为反方向时保护不动作。可以利用功率方向继电器来判别方向。+51ABCD3EA电流保护方向性电流保护功率方向判断元件+2.功率方向继电器1kINrUU=1rkII=1kϕ1）工作原理ok1rro90IUarg0≤=≤ϕ0cosIUPk1rr=ϕrI流过保护的电流短路电流2kI1）工作原理rIorro270IUarg180≤≤0)cos(180IUPk2orr+=ϕNrUU=2kI2kϕk2180ϕ+o2rkII−=1）工作原理利用判别短路功率的方向或电流与电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。用以判别功率方向或测定电流与电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。2）、功率方向继电器的动作方程以正方向三相短路时A相的功率方向继电器为例：°≤≤°−⇒⇒=909000rrrrrϕϕϕcoscosIUPBUCUAUrk1IIA=°=60kϕrBCUU=°30①四个角度：kϕsenϕ°−=90ksenϕϕα取30°或45°rϕrrrIUarg=ϕ为加入继电器的电压和电流的夹角即为短路阻抗角；为最大灵敏角；：继电器内角；②动作方程•比相式动作方程：9090rr≤≤−IeUjαargαα−≤≤−−9090rrIUarg比幅式动作方程：推导过程：9090rr≤≤−IeUjαarg9090r90rk≤≤−−°IeUj)(argϕ9090kr90r≤≤−°ϕjjeIeUarg90arg90rIru≤≤−IKUKrIruIKDUKC==令9090≤≤−DCargrIrurIruIKUKDCBIKUKDCA−=−=+=+=令用四边形法则来分析它们之间的关系：用四边形法则来分析它们之间的关系：90argDC90arg=DC90argDCBABA=BA不动作AAABBBCCCCDDD动作动作边界时继电器动作BA≥rIrurIruDCIKUKIKUKDC−≥+⇒−≥+比幅式动作方程：rIrurIruIKUKIKUK−≥+LG-11整流型功率方向继电器rIrIIKrIIKrUrUUKrUUKAUBU125623AUBUUIrIrUAIKUKU+=rIrUBIKUKU−=aibiAUBU（一）构成：rUα−90rIrIIKIϕrUUKAUBU动作最灵敏rIrIIKIϕrUUKAUBU临界动作（二）功率方向继电器的动作区：设3060IUI=−==ϕϕαϕ即60IUarg120rr≤≤−那么senϕrIαϕ−=−=30sen最大灵敏角（三）功率方向继电器的动作特性在中，均为变数，0α)cos(IUrrr+ϕrrr和、IUϕ为了阐明继电器的动作特性，通常采用固定其中一个变量来分析其它两个变量之间的关系。1.角度特性：当=常数时，的关系曲线。2.伏安特性：伏安特性是当=常数时(一般取)，的关系曲线。)f(IUrdz=rϕαsenr−==ϕϕrI)f(Urdzϕ=1.角度特性：当=常数时，的关系曲线。rI)f(Urdzϕ=继电器的动作范围是以为中心的±90°区域内。senϕ)(UUdzrrϕ06030−120−min.dzU伏安特性是当=常数时(一般取)，rϕαsenr−==ϕϕ的关系曲线。)f(IUrdz=2.伏安特性：dzUrImin.dzUmin.dzI当加入继电器的电压dz.minrUU不管Ir多大，继电器都不会动作。从而在保护安装处附近发生三相短路时，由于Ur太低，保护将拒绝动作，使保护装置出现死区。JIJIIKJIIKJUJUUKJUUKAUBU死区死区及其消除办法:GJ0≈Ul记忆作用，记忆时间不小于50msUI（四）功率方向继电器的潜动问题功率方向继电器潜动是指继电器仅加入电压或电流一个电量就会动作的现象。电流潜动:只加电流不加电压时所产生的潜动。电压潜动:只加电压不加电流时所产生的潜动。（四）功率方向继电器的潜动问题•产生潜动的原因：形成的电路参数不平衡。BAUU和•潜动对继电保护的影响：可能导致继电保护装置误动作。例如：在保护的反方向出口金属性三相短路时，U≈0，Ir却很大，如果继电器潜动，则会使保护误跳闸，扩大事故。因此，要求功率方向继电器无潜动现象。•消除潜动的办法：调整R1用于消除电流潜动；调整R2用于消除电压潜动3.相间短路功率方向继电器的接线方式（一）、对接线方式的要求1.正方向任何类型的短路故障都能动作，而反方向故障时不动作；2.故障后加入继电器的电流和电压应尽可能大，并使短路阻抗角接近于最大灵敏角，以便消除和减小方向元件的死区。90°接线方式是指在三相对称且功率因数的情况下，超前90°的接线方式。1=ϕcosrIrUKWCKWBKWA继电器rIrUAIBICIBCUCAUABUAUBUCUAIBICI)I(r)U(UrBC（二）、90°接线方式分析正方向出口两相短路（以BC两相短路为例）AEBECEBICI)EE(21EZ2ZEEEZIEUUCBBssCBBskBCB−−=⋅−−=⋅−==≈AAEUBCEBIkϕCIAAUE=BECEBUCU分析正方向出口两相短路（以BC两相短路为例）AAUE=BECEBUCUBCEBIkϕCIAEBECEBICI°=°=60,30αkϕ取动作方程：°≤≤°−−°≤≤−°−60IUarg120α90IUargα90rrrrKWA：0IIAr≈=分析正方向出口两相短路（以BC两相短路为例）AAUE=BECEBUCUBCEBIkϕCI)I(rrCAUU=rBϕAEBECEBICI)(rI)U(UrABrCϕ0UUBCr==不动作KWB：°−====30IUarg,UU,IIBCArBCArBrϕ动作KWC：°−====30IUarg,UU,IICABrCABrCrϕ动作KWC：分析正方向远方两相短路（以BC两相短路为例）AEBECEBICIrBCUU=KWA：0IIAr≈=不动作KWB：°−====60IUarg,UU,IIBCArBCArBrϕ动作°====0IUarg,UU,IICABrCABrCrϕ动作AAUE=BBUE≈CCUE≈BCEBIkϕCI)(rI)U(UrCArBϕ)I(r)U(UrABrCϕ小结:采用90°接线方式的优缺点优点：①对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相间电压，其值很高；②适当选择内角α后，对线路上各种相间故障都能保证动作的方向性。缺点：三相短路时仍有死区。4.方向性电流保护整定计算(一)电流速断保护的整定计算dIl①②Iset1IIset2I=)(IIset2带方向IEIIEk1.maxIKIset1IKI=k1.maxIKIset2IKI=不带方向带方向k2.maxIKIset2IKI=同一线路两侧，定值小者加方向元件，定值大者可不加方向元件。IEIIEIset2Iset1II保护1可不加方向元件¾电流速断保护方向元件的装设原则外汲：使故障线路电流减少的现象。(二)限时电流速断保护的整定计算仍然是与下一级保护的第一段配合，但需考虑保护安装点与短路点之间有分支电路的影响。ABIBCI′BIBCI′′助增：使故障线路电流增大的现象。助增电源助增电流外汲电流(二)限时电流速断保护的整定计算ABIBCI′BI引入分支系数当仅有助增时1KIIbABBC∴′∵ABBCbII′==电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K(二)限时电流速断保护的整定计算引入分支系数：ABIBCI′BIA.maxZA.minZB.minZB.maxZ1ZZZKB.minABA.maxb.max++=最大分支系数：最小分支系数：1ZZZKB.maxABA.minb.min++=(二)限时电流速断保护的整定计算引入分支系数当仅有外汲时1KIIbABBC∴′∵ABIBCI′BCI′′ABBCbII′==电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K(二)限时电流速断保护的整定计算引入分支系数当无分支时ABIBCI′1KIIbABBC=∴=′∵ABBCbII′==电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K(二)限时电流速断保护的整定计算ABIBCI′BIBCI′′引入分支系数当既有助增又有外汲时，可能大于1，也可能小于1bKABBCbII′==电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K(二)限时电流速断保护的整定计算ABIBCI′BIBCI′′引入分支系数b.minIset2IIrelIIset1KIKI=(三)过电流保护方向元件的装设原则9整定原则与单侧电源网络中过电流保护的整定原则相同，但校验远后备灵敏度时需考虑分支系数的影响：IIIset.1b.maxdC.minIIIsenIKIK⋅=远后备：对同一变电站的电源出线，动作延时长的可不加方向元件，动作延时小的或相等时要加方向元件。(三)过电流保护方向元件的装设原则保护2和保护3要加方向元件方向电流保护的功能逻辑框图5.对方向性电流保护的评价9在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；9快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；9接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资；9出口三相短路时，功率方向继电器有死区；下图网络为110KV系统，线路AB、BC均装设三段式电流保护，已知1.251.15IIIIIIrelrelrelKKK===线路AB的负荷电流为170A，试计算：保护1各段的动作电流、动作时间及灵敏度校验。习题1t4=1s解：电流保护I段()3max.111KBrelopIKI=()()3.max.min11032.93620sKBsAABEIkAXX=≈++＝()()3111.max1.252.933.66oprelKBIKIkA==×=1、定值计算：解：2、时间：10Its=3、灵敏度校验：minS.maxIABset.113131103%()(10)25.14%22023.66ElZlZIϕ=−=−=解：II段1、定值计算：min13221boprelopKIKI=()()()()13113.max.min.min//1.2511034.446204186204reloprelKCsAABsBBCKEIKIXXXXkAϕ==++×=≈+×+++minminmax620114.258sAABbsBXXKX++=+=+=解：II段1、定值计算：2、时间：II10.5ts=3、灵敏度校验：()22113min1.154.444.251.2oprelopbIKIKkA==×≈()2.minmax22113311032210201.531.2sIIKBsAABsenopopEIXXKII××++===≈解：III段：1、定值计算：2、时间：()31max1.151.50.170.3450.85IIIrelssopLreKKIIkAK×==×=()1410.50.52IIIIIItttts=+Δ+Δ=++=解：III段3、灵敏度