电力系统继电保护第二节 电网相间短路的方向性电流保护

第二章电网的电流保护第二节双侧电源网络相间短路的

方向性电流保护都洪基双侧电源网络相间短路时的功率方向

三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，或者说线路的始端。仅利用相间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与正常运行状态的，以动作电流的大小和动作时限的长短配合来保证有选择的切除故障。

问题的提出在发生故障时，它们都是在短路功率从母线流向被保护线路的情况下，按选择性的条件来协调配合工作的。我们有时讲电流的流向通常是指功率的流向,电流的方向是不定的,而规定功率从母线流向线路称为正方向。现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。例如：在双侧电源网络接线中,由于两侧均有电源,因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。当某条线路发生短路时，应由线路两侧保护动作跳开断路器以切除故障，这时不会造成停电，这正是双端供电的优点。ACB~~12k2⑴对电流速断保护的影响当k1点短路时,按照选择性的要求,应由保护2和保护6动作切除故障.但由于供给的短路电流也将通过保护1.若保护1采用电流速断且大于保护装置1的起动电流,则保护1的电流速断就要误动(母线上可能挂有其它分支线路)。造成C变电所全部停电。同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能得出相应的结论。~~78654321k1ABCD(2)对过电流保护的影响~~78654321k1IⅠk1设保护1-8均装设有过电流保护，当线路k1点短路时，由电源提供的短路电流IⅠk1将流过保护8，7，1，6等，这些地方装设的过电流保护均要启动，为保证动作的选择性，需满足：

t4>t3>t5>t2>t6>t1>t7>t8k2当线路k2点短路时，由电源提供的短路电流将流过保护4，3，5，2等，这些地方装设的过电流保护均要启动，为保证动作的选择性，需满足：

t8>t7>t1>t6>t2>t5>t3>t4k1点短路时要求t7>t8，k2点短路时要求t8>t7

，显然矛盾！分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾,可以发现,误动的保护均是在自己所保护的线路背后发生故障时,由对侧电源供给的短路电流所引起的.对误动的保护而言,实际短路功率的方向都是由线路流向母线(或者说功率的方向为负)措施为了消除这种无选择的动作需要在可能产生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件。I++I或该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，相反则不动作。当两个电源同时存在时，在每个保护上加装功率方向元件，该元件只当功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使保护的动作具有一定的方向性。

方向过电流保护的原理接线图+-+TATQ+TV-KWKAKTKS主要由方向元件电流元件时间元件组成方向元件和电流元件必须都动作以后，才能去起动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。方向元件电流元件时间元件时间到！！当双侧电源网络上的电流保护装设方向元件以后，就可以把它们拆开看成两个单侧电源网络的保护。保护1～4反应于电源EⅠ供给的短路电流而动作。保护5～8反应于电源EⅡ供给的短路电流而动作。两组方向保护之间不要求有配合关系，这样单侧电源网络的三段式电流保护的工作原理和整定计算原则就可以直接应用了。

其中1.对功率方向元件的要求2.定义在正前方发生短路时:

它计算出的功率为正,方向元件能够动作.在背后发生短路时:

它计算出的功率为负,方向元件能够可靠不动作.用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器称为功率方向元件（继电器）。功率方向判别元件

对保护1而言,当正方向k1点三相短路时,若短路电流给定正方向是从保护安装处母线流向线路,则它滞后于该母线电压一个相角(为从母线至k1点间的线路阻抗角)其值为3.功率方向继电器的工作原理~U~21k1Ik1..线路阻抗呈感性，中低压线路阻抗角500-600。超高压线路阻抗角750当反方向k2点短路时,流经1的短路电流是供给的.若仍按规定的正方向观察,则滞后于母线电压的相角将是,其值为如以母线电压为参考向量,并设

,则和相差

.

~~21k2U.Ik2.-Ik2.故利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系便可判别发生故障的方向.4.要求继电保护中对方向元件（继电器）的基本要求:应具有明确的方向性即正前方发生各种故障时，能可靠动作,而在反方向故障时，可靠不动作。故障时继电器的动作有足够的灵敏度。如果按电工技术中测量功率的概念，对A相的功率方向继电器，加入电压(=)和电流(=)，则当正方向k1短路时，继电器中电压、电流之间的相角为:反方向k2短路时:如果取，可画出相量关系

5.功率方向继电器的动作特性

一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出(转矩或电压)值随两者相位差φ的大小而改变。

为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏，采用上述接线的功率方向继电器应做成最大灵敏角。又为了保证短路点有过渡电阻、线路阻抗角在范围内变化时正方向故障，继电器都能可靠动作，继电器动作的角度应该是一个范围，考虑继电器实现的方便性，这个范围通常取为。其动作特性在复数平面上是一条直线。其动作方程可表示为：+1+j最大灵敏线或：不动作区+1+j最大灵敏线不动作区以电压为参考量，则当电流超前电压300或滞后电压1500

继电器均动作以电压为参考量，则当电压超前电流时继电器动作最灵敏由当余弦项和UK，IK越大时，其值P也越大，继电器动作的灵敏度越高，而任一项等于零或余弦项为负时，继电器均不能动作。因此，在其正方向出口附近短路接地时，故障相对地的电压很低，使继电器不能动作，这称为方向继电器的“电压死区”。

可知：为了减小和消除死区，在实际上广泛采用非故障的相间电压作为接入功率继电器的电压参考量，判别电流的相位。例如对A相的方向继电器加入电流和电压。此时，，当正方向短路时，反方向短路时，在这种情况下继电器的最大灵敏角设计为：

习惯上采用，称为功率方向继电器的内角。

电流超前电压电流滞后电压正方向短路时，能灵敏动作。除正方向出口附近发生三相短路时，继电器具有很小的电压死区以外,其他故障继电器均无死区。动作方程为:+1+j最大灵敏线以电压为参考，电流超前电压300最灵敏

不动作区㈢集成电路型功率方向继电器原理框图电压形成滤波移相方波电压形成滤波方波20ms20ms输出同时为正同时为负鉴宽展宽电路tt10ms与相位相差900时，同时为正的时间刚好等于5ms经50Hz带通滤波器滤除短路暂态过程中的非周期分量和各次谐波分量的影响由过零触发器形成方波,便于相位比较.把移相角加入继电器的电压和电流经电压形成回路,产生所需电压信号并与二次回路隔离.相位比较回路,比较两个电压瞬时值,同时为正(或同时为负)的持续时间当与同相位时,其瞬时值同时为正的时间等于工频的半个周期,若为50Hz,则为10ms.当两者相位差90°时,其瞬时值为正的时间减至1/4周波,即5ms.故通过比较两个电压瞬时值同时为正的时间,即可比较相位差.当两者相位差为≤90°即同时为正的时间≥5ms,则继电器应动作,将其信号展宽到20ms,即一个周波,即为方向继电器的输出.动作特性当任何一个变化时,继电器的起动条件均要随之改变,电子器件对电压信号有一定的门坎值.角度特性:表示当IK固定不变时,继电器起动电压

的关系曲线

其动作范围位于以为中心的±90°以内,在此范围内,继电器的最小起动电压基本上与无关,只取决于器件门坎值.当UK<Uop.K.min时,继电器将不起动,称为“电压死区”.0°90°伏安特性:表示固定不变时,继电器起动电压

的关系曲线。

IJ动作区只要加入继电器的电压和电流分别大于和继电器就可以动作。潜动：指只加入电流或只加入电压的情况下，继电器就能够动作的现象。发生潜动的最大危害就是在反方向出口处三相短路时，方向继电器本应不动作将保护闭锁，而此时出现潜动，可能使保护误动。造成潜动的主要原因：形成方波的开环运放的零点漂移在时,由于零点漂移使开环放大器输出正信号,引起正半周比相的误动作.2.2.4相间短路功率方向继电器的接线方式对接线方式的要求正方向任何型式的故障均能动作，而反方向故障则不动作。故障后加入继电器的电流和电压应尽可能地大些,并尽可能使接近于最大灵敏角,以便清除和减少方向继电器的死区.接线方式PA:IAUBCPB:IBUCAPC:ICUAB其中:为超前的角度;为方向继电器固有内角90o接线方式)0(arg1cos==AAIU&&时当j在三相对称的情况下，加入继电器的电流和电压之间的相位角为90o采用90°接线的动作分析1)

正方向发生三相短路正方向发生三相短路时的向量图如图所示，、、表示保护安装地点的母线电压，、、为三相的短路电流，电流滞后对应相电压的角度为线路阻抗角。由于三相对称，三个方向继电器工作情况完全一样，故可只取A相继电器来分析由图可见:

因为电流超前于电压A相继电器的动作条件应为:

要求:继电器均能够动作当要求

当要求为使方向继电器在任何的情况下均能动作在三相短路时，应选择满足：

2)正方向发生两相短路设B－C两相短路K(2)BC，此时可以有两种极限情况

a）短路点位于保护安装地点附近，短路阻抗Zk<<Zs（保护安装处到电源间的系统阻抗），极限时取Zk=0。.