雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的 方向性電流保護.ppt

1、主講人：徐振宇 電氣與電子工程學(xué)院四方研究所 Office: 教五B309,North China Electric Power University,第2.2節(jié) 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的 方向性電流保護,2.2.1 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時的功率方向,不帶方向的三段式電流保護一般只應(yīng)用于單側(cè)電源線路。,單側(cè)電源線路中K點發(fā)生短路故障時，短路電流的實際方向都是從電源指向短路點，即從母線指向線路。,通過功率的方向來定義電流的方向：,定義： 電壓的正方向：相地 電流的正方向：母線線路,功率的正方向：母線線路,當(dāng) 時，功率方向為正。,當(dāng) 時，功率方向為負。,有功功率,雙側(cè)電源線路：保護安裝于線路兩側(cè)；

2、功率方向可能,母線 線路 線路 母線,k1短路,問題：在d1點故障時，必須閉鎖電流保護1，以防止其誤動，同時保證電流保護6正確動作。,在k1點和k2點短路時，電流保護1和電流保護6可能誤動。,k2短路,k1,在k1點短路時，閉鎖電流保護1，同時保證電流保護6正確動作的措施是找出k1點短路時，電流保護1和6之間的差別。 在k1點短路時保護1和6之間的差別：短路功率方向不同。,假設(shè)短路功率的正方向：母線線路。 在k1點短路時，電流保護1的實際功率方向為負方向； 在k1點短路時，電流保護6的實際功率方向為正方向。,實際短路功率的方向等于實際電流的方向。,功率正方向,實際方向,功率實際方向,正方向,負

3、方向,克服方法：,措施：增設(shè)功率方向元件，構(gòu)成方向性電流保護。 跳閘條件：短路電流大于整定值；短路功率方向為正。 當(dāng)增設(shè)方向元件后，可以把線路上方向性電流保護拆開看成兩個單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護，即14，58兩組，分別按單側(cè)電源系統(tǒng)來整定。兩組方向性保護之間不需配合。,2.2.2 方向性電流保護的基本原理,原理：在原有電流保護基礎(chǔ)上加裝功率方向判別元件， 反方向故障時把保護閉鎖不致誤動。,方向性電流保護的動作條件： （必須同時滿足） （1）電流大于起動電流整定值；（2）功率方向為正； （3）短路電流持續(xù)時間超過動作時限。,2.2.3 功率方向判別元件（功率方向繼電器）,對功率方向繼電器的基本要求是：

4、 1具有明確的方向性。即正方向發(fā)生任何故障（k1點）都能夠動作，而反方向故障（k2點）時不動作。 2足夠的靈敏性。 通過分析電壓、電流相量之間相角差的不同來滿足基本要求。,保護1,Ik2,.,k1點短路向量圖,k2點短路向量圖, 判別電壓、電流之間的相角差，即可判別故障的方向。,是線路的阻抗角，在090范圍內(nèi)。,Ik2,.,k1點短路相量圖,k2點短路相量圖,正方向（k1點）短路故障時：,反方向（k2點）短路故障時：,A相功率方向繼電器分析,正方向（k1點）短路故障：,反方向（k2點）短路故障：,也可以說，,當(dāng) 時，認為故障發(fā)生在正方向。,當(dāng) 時，認為故障發(fā)生在反方向。,若功率方向繼電器的輸入

5、電壓和電流幅值不變，輸出動作量 隨電壓和電流之間的相角變化。,A相功率方向繼電器的最大靈敏角,為了在最常見正方向短路情況下使繼電器動作最靈敏，即讓輸出動作量最大，A相功率方向繼電器應(yīng)接成最大靈敏角 。即當(dāng)正方向（k1點）發(fā)生短路故障時，動作輸出量 應(yīng)該最大。,所以當(dāng)正方向（點k1）短路故障時，應(yīng)滿足：,這里,最大靈敏角 ：功率方向繼電器輸入電壓、電流幅值不變，其輸出動作量隨兩者間相位差的大小而改變，輸出最大時的相位差稱為最大靈敏角。即 時，輸出動作量最大。,相位動作區(qū)：,是最大靈敏角，有,動作方程（2種形式）：,功率方向繼電器的動作方程,動作相位區(qū)間：,（以適應(yīng)在 在090范圍內(nèi)的變化）,（相

6、角形式）,動作方程：,0接線和90接線方式功率方向繼電器的分析,90接線方式功率方向繼電器：,電壓死區(qū): 正方向出口三相短路、AB或CA兩相接地短路、 A相接地短路時,功率方向繼電器拒動。 解決措施：采用90接線方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。,最大靈敏角：,0接線方式功率方向繼電器的電壓死區(qū)：,90接線方式功率方向繼電器的分析：,動作方程：,2種動作方程：,功率方向判別元件的構(gòu)成框圖,1. 原理框圖,輸出,動作方程：,正半周比相,負半周比相,2.2.4 相間短路功率方向判別元件的接線方式,1. 對接線方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向動，反向不動。 （2）較高

7、的靈敏性：Ur 、Ir 盡可能大，并接近sen , 以減小或消除死區(qū)。 2. 0 和90接線方式 0接線: 指系統(tǒng)三相對稱且cos=1時， 的接線方式。 90接線:指系統(tǒng)三相對稱且cos=1時， 的接線方式。,功率方向繼電器90接線，三相方向過電流保護原理接線圖,！注意：極性連接。,3. 90接線方式功率方向繼電器的動作情況 （1）正方向三相短路,A相方向繼電器動作條件為：,（2）正方向兩相短路（保護安裝處、遠處） . 保護安裝處故障，即近處故障,. 遠離保護安裝點,B相： 30 90 C相： 0 60 ,.在正方向故障時B、C相繼電器的動作條件 綜合以上兩種極限情況可以得出，在正方向任何地點

8、兩相短路時，B相、C相方向繼電器能夠動作的條件是：,同理，對AB、CA相間短路進行分析的結(jié)果如下表。,4. 90接線方式的優(yōu)點（和0接線方式比較）,（1）對各種兩相短路都沒有死區(qū) 功率方向繼電器的動作“死區(qū)”：當(dāng)輸入繼電器的電壓降為零時，方向繼電器將失去判別的依據(jù)，從而導(dǎo)致方向繼電器拒動。 由于90接線方式引入了非故障相電壓，在各種兩相短路時其值都很高，確?？煽縿幼?。 IA - UBC IA - UA IB - UCA IB - UB IC - UAB IC - UC （2）適當(dāng)選擇內(nèi)角=90-k后，對各種故障都能保證方向性。,的選取范圍： 30 60,2.2.5 方向性電流保護的應(yīng)用特點,1

9、.電流速斷保護,當(dāng)k1點發(fā)生短路故障時， 因為 所以不帶方向的電流速斷保護1不會誤動，不用裝設(shè)方向元件。,當(dāng)k2點發(fā)生短路故障時， ，速斷保護2必須裝設(shè)方向元件。,2. 限時電流速斷保護（電流段）整定時分支電路的影響,基本整定與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)電流段整定相同，保護范圍不能超過下一級線路的電流段的保護范圍，仍與下一級線路的電流段配合。但要考慮保護安裝地點與下一級線路短路點之間有電源或線路支路（分支電路）的影響。,（a） 電源支路對限時電流速斷保護的影響,（b） 線路支路對限時電流速斷保護的影響,（1）電源支路的影響（助增電流的影響）,如不考慮分支支路，保護2的電流段按上節(jié)的方法來整定：,，即M點是保

10、護2的電流段的 保護范圍的最末端。,當(dāng)M點短路時，流過保護2的實際電流為：,因為：,，所以,經(jīng)過上述分析，M點短路時保護2的電流段不能動作。 所以如果不考慮電源支路的影響會使電流段的保護范圍縮小。,電源支路的影響（助增電流的影響）,曲線 是線路上不同地點短路時，流過線路AB的電流曲線； 曲線 是線路上不同地點短路時，流過線路BC的電流曲線；,由于電源支路 的電流起助增作用，導(dǎo)致,M點是保護2的電流段保護范圍的最末端。,所以必須按照流過線路AB段的電流 來整定，這樣才能滿足電流段的保護范圍要求。,有電源支路時，限時電流速斷保護的整定（起動電流整定）,C,電流段保護范圍不變：本線路全長，延伸到下一

11、級線路出口（首端）。但不能超過下一級線路電流段的保護范圍。,設(shè)保護2的電流段保護范圍最末端是M點。M點必然位于下一級線路BC段上。,保護2的電流段起動電流整定值應(yīng)按照M點短路實際流過線路AB段（即保護2）的電流來整定：,所以，,稱為分支系數(shù),有分支支路時，限時電流速斷保護的整定, 起動電流整定值 限時電流速斷保護2的保護范圍不應(yīng)超過下一級線路保護1的段保護范圍。, 動作時限,其中， 段可靠系數(shù)：,分支系數(shù)：,以上起動電流整定公式適用于電源和負荷線路支路的情況。,， t0.5s,對于電源支路的情況（助增電流）： 對于負荷線路支路的情況（外汲電流）：,有負荷線路支路時，限時電流速斷保護整定（外汲電

12、流影響）,曲線 是線路上不同地點短路時，流過線路AB的電流曲線； 曲線 是線路上不同地點短路時，流過線路BC(上)的電流曲線。,為了保證電流段保護2的保護范圍穩(wěn)定，必須考慮負荷線路分支的外汲作用，按照以下方法來整定起動電流。,其中，分支系數(shù)為,分支系數(shù)的計算,C,Xs1,XAB,Xs2,A,B,IAB,IBC,2,1,M,分支系數(shù) 的計算必須基于系統(tǒng)的等值電路。,（1）有電源支路的情況, 分支系數(shù)與短路點位置無關(guān)。, 分支系數(shù)隨運行方式的變化而變化。,C,IAB,IBC,M,分支系數(shù) 的大小會隨系統(tǒng)阻抗 和 的變化而變化,最小分支系數(shù) 出現(xiàn)在系統(tǒng)阻抗 最小和 最大時。, 限時電流速斷保護（電流

13、段）的整定。,起動電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。,分支系數(shù)的計算,（2）有負荷線路支路的情況,C,B,2,1,M,分支系數(shù) 的計算也必須基于系統(tǒng)的等值電路。, 分支系數(shù)與短路點位置有關(guān)。,短路點越靠近線路末端，分支系數(shù)越小； 故簡化計算是可取故障位置為1/2，再校驗靈敏度是否滿足。, 分支系數(shù)與運行方式無關(guān)。, 限時電流速斷保護（電流段）的整定。,起動電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。,即：,i) 在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，母線兩側(cè)的過電流保護中時限短者加方向，長者不加。時限相同則都加方向元件。,3. 過電流保護裝設(shè)方向元件的方法 靠動作時限來避免誤動，從而不裝設(shè)方向元件。,當(dāng) 時，過電流保護6可不用裝設(shè)方向元件。,因為當(dāng)反方向上線路CD短路時，過電流保護6能夠以較長的動作時限來保證選擇性。,過電流保護,ii) 電源引出線和負荷引出線接在同一個母線上時，電源引出線的保護與負荷引出線的保護比較，前者動作時限小于或等于后者，前者加方向