双侧电源网络相间短路的方向性电流保护.ppt

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1、主讲人：徐振宇电气与电子工程学院四方研究所Office:教五B309,North China Electric Power University,第2.2节 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.1 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。,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。,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,当 时，功率方向为正。,当 时，功率方向为负。,有功功率,双侧电源线路：保护安装于线路两侧；功率方向可能,

2、母线 线路线路 母线,k1短路,问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动，同时保证电流保护6正确动作。,在k1点和k2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。,k2短路,k1,在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。,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。,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：,措施

3、：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。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。,2.2.2 方向性电流保护的基本原理,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。,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。,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：1具有明确的方向性。即正方向发生任

4、何故障（k1点）都能够动作，而反方向故障（k2点）时不动作。2足够的灵敏性。通过分析电压、电流相量之间相角差的不同来满足基本要求。,保护1,Ik2,.,k1点短路向量图,k2点短路向量图,判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。,是线路的阻抗角，在090范围内。,Ik2,.,k1点短路相量图,k2点短路相量图,正方向（k1点）短路故障时：,反方向（k2点）短路故障时：,A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。,当 时，认为故障发生在反方向。,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

5、之间的相角变化。,A相功率方向继电器的最大灵敏角,为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，即让输出动作量最大，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角。即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 应该最大。,所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：,这里,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。,相位动作区：,是最大灵敏角，有,动作方程（2种形式）：,功率方向继电器的动作方程,动作相位区间：,（以适应在 在090范围内的变化）,（相角形式）,动作方程：,0接线和90接线方式功率方

6、向继电器的分析,90接线方式功率方向继电器：,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,功率方向继电器拒动。解决措施：采用90接线方式,IA(IB,IC)，UBC(UCA,UAB)。,最大灵敏角：,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：,动作方程：,2种动作方程：,功率方向判别元件的构成框图,1.原理框图,输出,动作方程：,正半周比相,负半周比相,2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式,1.对接线方式的基本要求（1）良好的方向性：正向动，反向不动。（2）较高的灵敏性：Ur、Ir 尽可能大，并接近sen,以减小或消除死区。2.

7、0 和90接线方式 0接线:指系统三相对称且cos=1时，的接线方式。90接线:指系统三相对称且cos=1时，的接线方式。,功率方向继电器90接线，三相方向过电流保护原理接线图,！注意：极性连接。,3.90接线方式功率方向继电器的动作情况（1）正方向三相短路,A相方向继电器动作条件为：,（2）正方向两相短路（保护安装处、远处）.保护安装处故障，即近处故障,.远离保护安装点,B相：30 90 C相：0 60,.在正方向故障时B、C相继电器的动作条件 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是：,同理，对AB、CA相间短路进行分析的结果如下表。,

8、4.90接线方式的优点（和0接线方式比较）,（1）对各种两相短路都没有死区 功率方向继电器的动作“死区”：当输入继电器的电压降为零时，方向继电器将失去判别的依据，从而导致方向继电器拒动。由于90接线方式引入了非故障相电压，在各种两相短路时其值都很高，确保可靠动作。IA-UBC IA-UA IB-UCA IB-UB IC-UAB IC-UC（2）适当选择内角=90-k后，对各种故障都能保证方向性。,的选取范围：30 60,2.2.5 方向性电流保护的应用特点,1.电流速断保护,当k1点发生短路故障时，因为所以不带方向的电流速断保护1不会误动，不用装设方向元件。,当k2点发生短路故障时，速断保护2

9、必须装设方向元件。,2.限时电流速断保护（电流段）整定时分支电路的影响,基本整定与单侧电源网络电流段整定相同，保护范围不能超过下一级线路的电流段的保护范围，仍与下一级线路的电流段配合。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（分支电路）的影响。,（a）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,（1）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：,，即M点是保护2的电流段的 保护范围的最末端。,当M点短路时，流过保护2的实际电流为：,因为：,，所以,经过上述分析，M点短路时保护2的电流段不能动作。所以如果不

10、考虑电源支路的影响会使电流段的保护范围缩小。,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；,由于电源支路 的电流起助增作用，导致,M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。,有电源支路时，限时电流速断保护的整定（起动电流整定）,C,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

11、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：,所以，,称为分支系数,有分支支路时，限时电流速断保护的整定,起动电流整定值 限时电流速断保护2的保护范围不应超过下一级线路保护1的段保护范围。,动作时限,其中，段可靠系数：,分支系数：,以上起动电流整定公式适用于电源和负荷线路支路的情况。,，t0.5s,对于电源支路的情况（助增电流）：对于负荷线路支路的情况（外汲电流）：,有负荷线路支路时，限时电流速断保护整定（外汲电流影响）,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(上)的电流曲线。,为了保证电流段保护2的保护范围稳定，必

12、须考虑负荷线路分支的外汲作用，按照以下方法来整定起动电流。,其中，分支系数为,分支系数的计算,C,Xs1,XAB,Xs2,A,B,IAB,IBC,2,1,M,分支系数 的计算必须基于系统的等值电路。,（1）有电源支路的情况,分支系数与短路点位置无关。,分支系数随运行方式的变化而变化。,C,IAB,IBC,M,分支系数 的大小会随系统阻抗 和 的变化而变化,最小分支系数 出现在系统阻抗 最小和 最大时。,限时电流速断保护（电流段）的整定。,起动电流整定值按照最小分支系数来整定。,分支系数的计算,（2）有负荷线路支路的情况,C,B,2,1,M,分支系数 的计算也必须基于系统的等值电路。,分支系数与

13、短路点位置有关。,短路点越靠近线路末端，分支系数越小；故简化计算是可取故障位置为1/2，再校验灵敏度是否满足。,分支系数与运行方式无关。,限时电流速断保护（电流段）的整定。,起动电流整定值按照最小分支系数来整定。,即：,i)在双侧电源网络中，母线两侧的过电流保护中时限短者加方向，长者不加。时限相同则都加方向元件。,3.过电流保护装设方向元件的方法 靠动作时限来避免误动，从而不装设方向元件。,当 时，过电流保护6可不用装设方向元件。,因为当反方向上线路CD短路时，过电流保护6能够以较长的动作时限来保证选择性。,过电流保护,ii)电源引出线和负荷引出线接在同一个母线上时，电源引出线的保护与负荷引出线的保护比较，前者动作时限小于或等于后者，前者加方向元件。iii)负荷引出线的保护不需加方向。,方向性电流保护的评价,优点：适用于多电源系统，方向性电流保护可保证各保护 之间动作的选择性。缺点：接线复杂；保护出口正方向三相短路时，整套保护拒动。方向元件装设原则：尽量不装设方向元件，只在可能误动的电流保护上装方向 元件。（1）电流速断保护：靠定值躲过反方向最大短路电流。一条线路两侧电流保护定值小的加方向，定值大的不加方向元件。如果两侧保护定值相同都不加。,