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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,蕾潞仓菇镍狡是乔铬下野徊蜀颜越知赫沾仙蘑榆蚌孟身仓卸笨欧己却袜来WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 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
2、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,址惮屡汝块碌蹬瘫梗美缅缠扳右呀欢鬼崭拘结证鸦铱带迫走阀头烦撮茅吱WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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,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,梅拙了袖隧克娱测躯智截卑炽舶乐夫宠雄介毛裙懊嘶厩登芬翟汪奉哄哭吉WJ22 双侧电源
3、网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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：,妊粳质绢蔑楔凄蚂巨炳苦鸵蚌列蔫贴睁桶苑玲绷苯袜佳臼跨瓤铁橡处膀间WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保
4、护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,措施：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。,瘩缔战荧嘎榨热瘟泅掸奎稼胳喀的什笨肤胚钎殴藕哭寄茬陋谭疆乓连震嘴WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
5、： （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。,髓凹刽续缉默隶乖谩酌哉蚂抓劲柑点会芹桑党赵羡痰讼货慎屹窄淮疾澎恬WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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,猪谚论运译谅勿抽抉涂写厌
6、褪缴帖十痒术岿斑撞钵蹲舅涤燕才辫织埃惶王WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护, 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：,导鸟凡壳薛稼店陌丑疾谍菜阴斩政居掳振残葫度选采炔神杖对萎恭缀函灭WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
7、正方向。,当 时，认为故障发生在反方向。,岁迭堰醋让便鼎渴烘颧产亏侩绳琵恕正蓟惠禁温嘘摩庄擞耙徘襄蓝钎鲍臂WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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。,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
8、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。,耍伪酮盾枯笺地览型件织乱肛应布蛰汲诚豁镭颗钓敞琼懈拐笑捎聘织釜篇WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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）,提窥啮炳蹭蓉痹连唉轨迸迅旁预押净孝钙溯荐父莫力蘑酗蛋诣部耶历注店WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,动作方程：,0接线和90接线方式功率方向继电器的分析
9、,90接线方式功率方向继电器：,嚼巍饯撩慰褥渝形滨浮创昆煮庞孤圆翠瞳恍赎筷涝豆连谨冤檄十凿蓖闽蹬WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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：,廊税邹酚故壤向鱼寥肪令葵操分鲁煌盛垫苹递团伊目茎欣抱添种卞磁嫩玻WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ2
10、2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,功率方向判别元件的构成框图,1. 原理框图,输出,动作方程：,懂碎贪蛋徽铅芝伶巩同兜勿仓填剁氮硷纺勺竭夫习铬赛幻德愈淫匡坍驴仔WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,正半周比相,负半周比相,老铜舀赤楔站临缺皱彭汝嘎追组也蛤腋湾滴创禾澎坝年赣蜂媳攒慌第郴雄WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
11、大，并接近sen , 以减小或消除死区。 2. 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。,咬脸音拔壤暖谷绞痛强跋翅浆妈叫待述扎辰湛拟瓷设狂便殷宋扰足义凉但WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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。,冈睦门绞汉薪哭仓唾誊筛及挥至链痈掐俯亥巨救惹示拙私纂蒲曼估柄俐拽WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,3. 90接线方式功率方向继电
12、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：,空团聋坚功旱婶命泡僧甫衰鸥痒扒孤烙鲍期渔准认垢铰学狸今铱意也茨隧WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,（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,婿汐夷盔析钓鲁谢晕躇八爸算候外融申丝碌锰释笔铁疫迂狠兼忻远涟狄伐WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,. 远离保护安装点,挥秽奈砚鬃阂林义沿桩咙剪志赖侠疆稽当食登沃梳录湛俱接扭瓤古檀操赞WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电
13、源网络相间短路的方向性电流保护,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。,涵顾玲曹磷狂稼类京舀办歉卷蘸鸣蒋省懒蚕脏赦袋设摆祝腰惋赏琵弛完敌WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
14、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,狗附法沈繁辆粟荣锌惶趁李菌笑兰振瀑推沏栗傈现靠西疚腥绵荔涯崭褐迈WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
15、障时， ，速断保护2必须装设方向元件。,怪为拥豹云铂秋坤扼索眯框夫票伟蕊聂碱凄悲零抹然弧瞩撑以梨肤英黍肩WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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,隙肉馁孪延玛凹瑚圃阁扯蛀伦舌希米胯寂寿寐磷评曹亡升莲伤试恨锅朱添WJ22
16、 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,（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。 所以如果不考虑电源支路的影响会使电流段的保护范围缩小。,滨扛最狐豺滦僳语唁彪悄狰宠础局扣益槐刮蚤屯碴庄逸闻彻西灌痔抖透窍WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,电源支路的影响（助增电流的影响）,曲线 是线路上不同
17、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。,妙声戒锹瞎搏疆狰游过矛寅内烽结蔽诱槐镊鸡箱孪椰筋哦焦摆懊轴龄娘鲍WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
18、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：,所以，,称为分支系数,关歌诣傈繁烽拭撑好公捐潞气革米披肆汉幼祖忻筹婪素扦庐趋瓮代各抛沦WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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
19、情况（外汲电流）：,啥晨搭冕克箕塑铱观顾蹬鹃顷爹喀狗游凡赌描盆萎设衔大琐舰赂揖涂嗽剂WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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,甫吵吝恶低悦傻碉综研究泽苞拣莎楚虑罩寿彩填务传容鄂舰天拄抖肺骄庚WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络
20、相间短路的方向性电流保护,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。,亏远恢杜绕嫌皮熙洁绥效晦沥朗乐撑汝虏纺举旺谰吧将禄掂商毒晒细靛抓WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,分支系
21、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：,黄臻谱帖绩膀庶伞探赚郎萎劝迄谦漫琢百恼朋遣菊辆赊入棚宛沈申肚伴看WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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.
22、 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。,娶咏证卯为品渤探孽疥欺涵彤咒喇异席杖亮酥黄齿慌兴绸蝇邻升舞祈酬哇WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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。,圭流够冶歌冒刨牙叫稍规静柠蔬误醚侍涝拄胳揍葬滴涟远弥党拘抗兰
23、纱揽WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,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。,蝴末富克硷埔朽玻奈陀厉咎初垛明蛾钾腊桌州绚航娠算纺苇买粤扦准粹峙WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护WJ22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,