第2章 方向電流保護(hù)(old edition)

2、動(dòng)作時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時(shí)，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第Ⅲ段的測(cè)量元件均可能動(dòng)作。例如：下圖中d1短路時(shí)，保護(hù)1～4都可能起動(dòng)。為了保證選擇性，須加延時(shí)元件且其動(dòng)作時(shí)間必須相互配合。

2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路方向性電流保護(hù)1、問題的提出K1EmEnADCB352617Ik.mIk.nK2I’k.mI’k.nk1處短路:應(yīng)由保護(hù)2、6動(dòng)作切除k1，假設(shè)保護(hù)5不動(dòng)，即有Iact5>Ik.m

，k2處短路:應(yīng)由保護(hù)3、5動(dòng)作切除k2，保護(hù)5動(dòng)作，即Iact5≤I’k.n

，明顯：Ik.m>I’k.n

，

Iact5=?

對(duì)保護(hù)5的動(dòng)作電流要求相互矛盾。對(duì)過電流保護(hù)：k1處短路，要求t5>t2;k2處短路,又要求t5<t2，要求矛盾原因分析：反方向故障時(shí)對(duì)側(cè)電源提供的短路電流引起保護(hù)誤動(dòng)。解決辦法：加裝方向元件——功率方向繼電器。當(dāng)方向元件和電流測(cè)量元件均動(dòng)作時(shí)才啟動(dòng)邏輯元件。這樣雙側(cè)電源系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)變成針對(duì)兩個(gè)單側(cè)電源的子系統(tǒng)。如下圖Em135246En方向元件功率方向繼電器：只有當(dāng)功率方向由母線流向線路時(shí)動(dòng)作，而當(dāng)功率方向由線路流向母線時(shí)不動(dòng)作。問題？什么情況下加裝？K1故障:P=Uk1IK1cosφk1>0(0o<φk1<90o)K11QFEm2QFIk1Ik2NMK2EnΦrA=arg

ukAIk1A=Φk12、功率方向繼電器的工作原理K2故障:P=Uk2IK2cos(180o+φk2)<0K11QFEm2QFIk1Ik2NMK2EnΦrA=arg

ukA-Ik2A=180?+Φk1因此，通過判別短路功率方向或短路后電流、電壓相位的變化，就可判斷出故障是在保護(hù)范圍內(nèi)抑或在保護(hù)范圍外。K11QFEm2QFIk1Ik2NMK2En3、功率方向繼電器動(dòng)作特性Φk=60o

30o

UA

·

Ik1A

·

UBC

·

UB

·

UC

·

-Ik2A

·

從上一頁的分析可知其中Φr=argurIrP=UkrIkrcosΦr如果UkrIkr一定，則P與Φr有關(guān)短路阻抗角Φr一般較大，綜合考慮取Φsen為60?。則P=UkrIkrcos(Φr-Φsen)當(dāng)Φr=Φsen時(shí)P最大動(dòng)作方程動(dòng)作范圍Φsen=60o

動(dòng)作區(qū)

非動(dòng)作區(qū)

當(dāng)UrIr為相電壓量及相電流量時(shí)。如UrA、IrAΦsen=-30o

動(dòng)作區(qū)

非動(dòng)作區(qū)

當(dāng)UrIr為相電壓差及相電流量時(shí)。即Ur=UrB-UrC，Ir=IrA因?yàn)閁rIr取為每相值，當(dāng)保護(hù)出口處發(fā)生短路接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓很低，使功率方向繼電器不能啟動(dòng)，形成“動(dòng)作死區(qū)”或“電壓死區(qū)”。作為改進(jìn)，選用相電壓差和相電流為方向元件輸入量。圖a圖bUr為接入功率方向繼電器的電壓量，Ir為接入功率方向繼電器的電流量。Ur和Ir可以根據(jù)需要靈活地變?yōu)楦鞣N電壓和電流量。例如它們可以是相分量、線分量、相分量差或相分量和。請(qǐng)注意電壓Ur及電流Ir的含義圖a動(dòng)作方程圖b動(dòng)作方程

P=UkrIkrcos(Φr-Φsen)>0P=UkrIkrcos(Φr+α)>0其中α=90?-Φk或α=90?-Φsen4、方向過電流保護(hù)單相原理接線圖跳閘KSKT&KAKWTATV??跳閘KSKT&KA閉鎖TAIop可見，與電流保護(hù)相比，方向電流保護(hù)只是多了一個(gè)方向功率繼電器元件，以保證反方向故障時(shí)將保護(hù)閉鎖。電流保護(hù)單相原理接線圖Iop90o接線RelayABC要求:1)正方向故障動(dòng)作，反方向不動(dòng)作；2)Ur、Ir盡可能大些，使φk接近φsen3)消除死區(qū)90o接線功率方向繼電器動(dòng)作行為分析

⑴三相短路Φk

UA

·

IrA=IkA

·

·

UB

·

UC

·

ΦrA

IkC

IkB

功率表達(dá)一般式：

P=UkrIkrcos(Φr-Φsen)>090o接線：P=UkrIkrcos(Φr-Φsen)>0其中Φsen=Φk-90?(=Φr)則：以A相為例P=UkBCIkAcos(Φr-Φsen)>0令α=90?-

ΦkP=UkBCIkA

cos(Φr-Φsen)>0P=UkBCIkAcos(Φr+α)>0為使方向繼電器動(dòng)作最靈敏UrA=UBC

·

·

90o接線功率方向繼電器動(dòng)作行為分析

⑵兩相短路(BC相)①出口短路

不動(dòng)作UCAIB>0(同三相短路)UCAIB>0(同三相短路)A相方向元件B相方向元件C相方向元件Φk

UA=EA·

·

EB

·

EC

·

IkC

IkB

UrA=UBC

·

·

·

UAB

·

UCA

·

UB

·

UC

·

90o接線功率方向繼電器動(dòng)作行為分析

⑵兩相短路(BC相)②短路遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處

不動(dòng)作UCAIB>0(同三相短路)UCAIB>0(同三相短路)A相方向元件B相方向元件C相方向元件Φk

UA=EA·

·

EB=

·

EC=

·

IkC

IkB

UrA=EBC

·

·

·

UCA

·

UKB

·

UKC

·

UB

·

UB

·

綜上所述(見下表)能使故障相方向繼電器在一切故障下都能動(dòng)作的條件為:繼電器內(nèi)角α

30?<α<60?三相A-B相B-C相C-A相A相(IA，UBC)0?<α<90?30?<α<90?0?<α<60?B相(IB，UCA)0?<α<90?0?<α<60?30?<α<90?C相(IC，UAB)0?<α<90?0?<α<60?30?<α<90?故障類型繼電器90?接線的特點(diǎn)：①對(duì)各種兩相短路沒有死區(qū)②選擇繼電器內(nèi)角α=90?-φk,對(duì)線路上的各種故障能保證動(dòng)作的方向性③缺點(diǎn)：不能清除三相短路動(dòng)作“死區(qū)”。5、方向電流保護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)⑴電流速斷保護(hù)K21QFEm2QFNMK1EnIk2

Ik1

如圖：Sm>SnK1故障時(shí)，按選擇性，理應(yīng)由保護(hù)2切除，保護(hù)1不動(dòng)；K2故障時(shí)，按選擇性，理應(yīng)由保護(hù)1切除，保護(hù)2不動(dòng)；---------①---------②保護(hù)1按電流保護(hù)Ⅰ段公式整定，則必定滿足①式；而保護(hù)2按電流保護(hù)Ⅰ段公式整定，則不滿足②式。如果取則滿足①和②式，但保護(hù)2的保護(hù)范圍嚴(yán)重縮小。？解決之道：在小電源側(cè)保護(hù)2處裝設(shè)方向元件，這樣保護(hù)2就可以按照躲開正方向K1點(diǎn)短路整定。即因此對(duì)于雙電源系統(tǒng)電流速斷保護(hù)，小電源容量側(cè)需裝設(shè)方向元件。⑵限時(shí)電流速斷保護(hù)KEmQF2QF3QF1原則與相鄰線路Ⅰ段保護(hù)配合。但需考慮保護(hù)安裝點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。什么是助增？--使故障線路電流增大的現(xiàn)象?？紤]助增后的上下級(jí)整定的改變？對(duì)于保護(hù)1：對(duì)于保護(hù)2：因所以而正常助增對(duì)保護(hù)范圍的影響？對(duì)II段：如取范圍縮小!如何糾正？ABC糾正措施----引入分支系數(shù)KbKb=故障線路流過的短路電流前一級(jí)保護(hù)所在線路流過的短路電流在上頁中，考慮上下級(jí)在M點(diǎn)配合，則代入則⑵限時(shí)電流速斷保護(hù)KEmQF2QF1原則與相鄰線路Ⅰ段保護(hù)配合。但需考慮保護(hù)安裝點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。什么是外汲？--使故障線路電流減小的現(xiàn)象。考慮外汲后的上下級(jí)整定的改變？對(duì)于保護(hù)1：對(duì)于保護(hù)2：因所以外汲對(duì)保護(hù)范圍的影響？使II保護(hù)范圍擴(kuò)大。!如何糾正？ABC糾正措施----引入分支系數(shù)KbKb=故障線路流過的短路電流前一級(jí)保護(hù)所在線路流過的短路電流在上頁中，考慮上下級(jí)在M點(diǎn)配合，則代入則問：對(duì)單電源輻射型線路，Kb=?

分支系數(shù)的計(jì)算KEmQF2QF1BCAIA-BI’A-BI’B-CI’’B-CX1SmaxX1SminX2SmaxX2SminL1L20.85XB-C僅考慮助增情況：則僅考慮外汲情況：問：同時(shí)考慮具有助增和外汲情況時(shí)，Kb=?依據(jù)？⑶過流保護(hù)什么情況下加裝方向元件？如上圖所示的雙側(cè)電源電網(wǎng)，欲在各線路上裝設(shè)過電流保護(hù)，已知各單側(cè)電源線路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限如上圖所示，時(shí)限級(jí)差為?t=0.5s。試選擇保護(hù)1～4的時(shí)限，并確定那些保護(hù)需要裝設(shè)方向元件？對(duì)于電流速斷保護(hù)可以從整定值考慮；過電電流保護(hù)則主要以從動(dòng)作時(shí)限整定值來考慮Answer先假設(shè)保護(hù)1～4均裝設(shè)有方向元件，類似上頁分解成兩個(gè)獨(dú)立單電源網(wǎng)絡(luò)分析。則t3＝t7＋?t＝1＋0.5=1.5s,t1＝t3＋?t＝1.5＋0.5=2st2＝t5＋?t＝0.5＋0.5=1s,t4＝t6＋?t＝1.5＋0.5=2s雖然t3>t2,但t3＝t6,所以保護(hù)3的方向元件要保留。保護(hù)1，4的動(dòng)作時(shí)限已是最長，故方向元件可以省略。所以最終只有保護(hù)2，3需要裝方向元件。什么情況下加裝方向元件？各保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限標(biāo)于圖上。保護(hù)２,５,７要裝設(shè)方向元件。

結(jié)論：同一母線兩側(cè)保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限小的要加裝方向元件Em135468Em726、對(duì)方向電流保護(hù)的評(píng)價(jià)⑴在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性⑵快速性和靈敏性與單電源輻射線電流保護(hù)路同⑶接線復(fù)雜，可靠性稍差。⑷保護(hù)出口處發(fā)生，方向元件有“動(dòng)作死區(qū)”，導(dǎo)致保護(hù)有“死區(qū)”。所以，電流保護(hù)力求不用方向元件。例如對(duì)于雙電源系統(tǒng)電流速斷保護(hù)，小電源容量側(cè)需裝設(shè)方向元件。對(duì)于過電流保護(hù)，同一線路兩側(cè)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限值小的或相等的要考慮裝設(shè)方向元件。3/19/2024廣西大學(xué)電氣學(xué)院工程學(xué)院27

零序電流速斷保護(hù)起動(dòng)值的整定原則如下。1.躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0max(