方向电流保护

1、 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院School of Electrical Engineering & Automation电力系统继电保护电力系统继电保护主讲人：刘雪莉主讲人：刘雪莉电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automati

2、on)2.2.1 双侧电源网络相间短路时的功率方向双侧电源网络相间短路时的功率方向不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。4 3 2 11E单侧电源线路中K点发生短路故障时，短路电流的实际方向都是从电源指向短路点，即从母线指向线路。K通过功率的方向来定义电流的方向：定义： 电压的正方向：相地电流的正方向：母线线路功率的正方向：母线线路cosUIP 的角度超前是，IU当 时，功率方向为正。0P当 时，功率方向为负。0P有功功率电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)4 3 5 2 6 1

3、7 82E1E4 3 5 2 6 1 7 82E1Ek1k2 1kI1kI2kI 2kI双侧电源线路双侧电源线路：保护安装于线路两侧； 功率方向可能 母线 线路线路 母线k1短路1.1, 1ksetII电流速断保护误动2.6, 6ksetII电流速断保护误动k2短路电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)规定流出母线功率为正，流入为负电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)2E1Ek1 1kI1kI在

4、k1点短路时，闭锁电流保护1，同时保证电流保护6正确动作的措施是找出k1点短路时，电流保护1和6之间的差别。在k1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。1625假设短路功率的正方向：母线线路。在k1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向；在k1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。实际短路功率的方向等于实际电流的方向。 1kI功率正方向实际方向功率实际方向正方向负方向克服方法：电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation) 措施：措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。 跳闸条件

5、：跳闸条件：短路电流大于整定值；短路功率方向为正。 当增设方向元件后，可以把线路上方向性电流保护拆开看成两个单侧电源网络的保护，即14，58两组，分别按单侧电源系统来整定。两组方向性保护之间不需配合。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)2.2.2 方向性电流保护的基本原理原理：原理：在原有电流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。

6、方向性电流保护的动作条件： （必须同时满足）（1）电流大于起动电流整定值；（2）功率方向为正；（3）短路电流持续时间超过动作时限。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)2.2.3 功率方向判别元件（功率方向继电器）对功率方向继电器的基本要求是：对功率方向继电器的基本要求是： 1具有明确的方向性。即正方向发生任何故障（k1点点）都能够动作，而反方向故障（k2点点）时不动作。 2足够的灵敏性。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineerin

7、g & Automation) 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)几个基本概念几个基本概念电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automat

8、ion)ArArIIUU,60AUBUCUAkI1AkI230BCUrrrIUarg60krA240180krAk1k21 21E2ErUrIA相功率方向继电器分析正方向（k1点）短路故障：反方向（k2点）短路故障：也可以说，当 时，认为故障发生在正方向。0cosrrrIU当 时，认为故障发生在反方向。0cosrrrIU电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变，输出动若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变，输出动作量随电压和电流之间的相角变化。作量随电压和

9、电流之间的相角变化。senrrrrkrrrIUIUIU0cos)cos(为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，即让输即让输出动作量最大出动作量最大，A A相功率方向继电器应接成最大灵敏角相功率方向继电器应接成最大灵敏角 。即当正方向（即当正方向（k1k1点）发生短路故障时，动作输出量点）发生短路故障时，动作输出量 应该最大。应该最大。sencosrrIU所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：的大小变化而变化。随着rrrrrIUPcos这里senk最大灵敏角 ：功率方向继电器输入电压、电流幅值不变，其输出动作量随两者间相位差的大小而改

10、变，输出最大时的相位差称为最大灵敏角。即 时，输出动作量最大。senr)cos()cos(senrrrkrrrIUIU，有电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)(90 )(90 )senrsen是最大灵敏角，有 90arg9090arg90senrsensenrjrrUIU eI动作方程（2种形式）：rrrIUarg，ksen考虑最大灵敏角的功率方向继电器的动作方程sen动作相位区间：90sen（以适应在 在090范围内的变化）cos0()(rrrsenU I功率形式（相角形式）kcos()0r

11、rrsenU I电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电压死区电压死区: : 正方向出口三相短路、AB或CA两相接地短路、 A相接地短路时,A相功率方向继电器拒动。解决措施解决措施：采用90接线方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。190arg902cos()0cos()0jrrrrrBCArU eIU IUI（）（ ）90k内角：0接线方式功率方向继电器的电压死区：90接线方式功率方向继电器的分析：90arg90rrUI 动作方程：2种动作方程：电气工程与自动化学院电气工程

12、与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)3.功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图功率方向元件判别框图电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)相位比较法的原理相位比较法的原理n测量两个电压瞬时值同时为正的持续时间来进行的。n存在电压死区：短路时电流很大而电压很小，当短路点越靠近母线时，电压可能小于最小动作电压（形成方波所需电压）n存在“潜动”问题：是指只加入电流信号或只加入电压信号就能动作。造成的原因主要是方波的开

13、环运算放大器存在零点漂移。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)！注意：极性连接。注意

14、：极性连接。图有错误。能发图有错误。能发现吗？现吗？电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation) 3. 903. 90接线方式功率方向继电器的动作情况接线方式功率方向继电器的动作情况 （1 1）正方向三相短路正方向三相短路90krA90k可以变化，时继电器最灵敏）相继电器都能动作。正向三相短路时范围内怎么变化在，不论选择Ak,9009000900,krP若在范围内变化，为使则0)90cos(kABCrAIUP9090,9018000有当有，当kkA相方向继电器动作条件为：电气工程与自动化学院电气工程与

15、自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)（2 2）正方向两相短路）正方向两相短路（保护安装处、远处）（保护安装处、远处） . 保护安装处故障，即近处故障保护安装处故障，即近处故障 0,kskZZZ可认为有CU，应动作，应动作，不动90:90:0:krCCkrBBAAKWKWIKWACBAAEUUEU21, )90(9090)0(1800900，当kkk相继电器都能动作。、，选择CB9000)90cos(0)90cos(kCABrCkBCArBIUPIUP电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Elec

16、trical Engineering & Automation). . 远离保护安装点远离保护安装点,0kssZZZ 可认为 CCBBAAEUEUEU ,，应动作，应动作，不动60:120:0:krCCkrBBAAKWKWIKW)90(12060)0(210309000)120cos(kkBCArBIUP相继电器能动作时，B12030)90(60120)0(150309000)60cos(kkCABrCIUP相继电器能动作时，C6030电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)B相：相： 30 90

17、 C相：相： 0 60 。，或实际继电器一般取：情况下都动作。方向继电器在一切故障路的分析得出：综合三相和各种相间短4530,6030综合以上两种极限情况可以得出，在正方向任何地点两相短路时，B相、C相方向继电器能够动作的条件：同理，对AB、CA相间短路进行分析的结果如下表。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (S

18、chool of Electrical Engineering & Automation)电流速断保护可以取消方向元件的情况电流速断保护可以取消方向元件的情况电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)2. 限时电流速断保护（电流限时电流速断保护（电流段）整定时分支电路的影响段）整定时分支电路的影响 基本整定与单侧电源网络电流基本整定与单侧电源网络电流段整定相同，保

19、护范围不能段整定相同，保护范围不能超过下一级线路的电流超过下一级线路的电流段的保护范围，仍与下一级线路的段的保护范围，仍与下一级线路的电流电流段配合。但要考虑保护安装地点与下一级线路短路点段配合。但要考虑保护安装地点与下一级线路短路点之间有电源或线路支路之间有电源或线路支路（分支电路分支电路）的影响。的影响。（a） 电源支路对限时电流速断保护的影响电源支路对限时电流速断保护的影响（b） 线路支路对限时电流速断保护的影响线路支路对限时电流速断保护的影响ACABIB12ES2XS2ABIABABBCIIIES1XS1KKBCI AB12CBCBCABIII BCIES1XS1ACABIB12ES2

20、XS2ABIABABBCIIIES1XS1KACABIB12ES2XS2ABIABABBCIIIES1XS1K电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation)（1）电源支路的影响（助增电流的影响）电源支路的影响（助增电流的影响）如不考虑分支支路，保护2的电流段按上节的方法来整定：.2.1.setrelsetBC MAB MIKIII设：M点是保护2的电流段的保护范围的最末端。考虑分支电路，M点短路流过2的实际电流为：MABrII.因为电源支路的助增电流作用 ，所以.AB MAB MII对保护2的电流段进行

21、整定计算时必须考虑电源支路的影响。B12XS2ABIBCIXS1MABICAABABII电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation) 电源支路的影响（助增电流的影响）电源支路的影响（助增电流的影响）曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路AB的电流曲线；曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路BC的电流曲线；ABIBCI由于电源支路 的电流起助增作用，导致BAABBCIIM点是保护2的电流段保护范围的最末端。所以必须按照流过线路AB段的电流 来整定，这样才能满足电流段的保护范围要求。ABI电气工程与自动化

22、学院电气工程与自动化学院( (School of Electrical Engineering & Automation) 有电源支路时，限时电流速断保护的整定（起动电流整定）有电源支路时，限时电流速断保护的整定（起动电流整定）电流段保护范围不变：本线路全长，延伸到下一级线路出口（首端）。但不能超过下一级线路电流段的保护范围。设保护2的电流段保护范围最末端是M点。M点必然位于下一级线路BC段上。保护2的电流段起动电流整定值应按照M点短路实际流过线路AB段（即保护2）的电流来整定：bsetrelbsetrelbMBCMABsetKIKKIKKIII1 .1 .2 .bMBCMABKII.，所以，0 . 1.过的短路电流前一级保护所在线路流故障线路流过的电流MABMBCbIIK称为分支系数B12ES2XS2ABIABABBCIIIES1XS1MABICA电气工程与自动