1、电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理主讲教师：范春菊主讲教师：范春菊什么是电流保护什么是电流保护电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态（增大）而动作的（增大）而动作的 针对相间故障针对相间故障 2.1 单侧电源网络相间短路电流保护 2.2 电网相间短路的方向性电流保护针对接地故障针对接地故障 2.3 中性点直接接地电网接地短路的电流保护 2.4 中性点非直接接地电网单相接地的电流保护2.2 双侧电源相间短路的方向性电流保护双侧电源相间短路的方向性电流保护2.2.1 存在的问题及解决方法(方向性电流保护)2.2.2 功率方向继电器的工作原理和动作
2、特性2.2.4 功率方向继电器的900接线方式2.2.5 方向性电流保护的整定及评价2.2.1 双侧电源网络中电流保护双侧电源网络中电流保护存在的问题及解决方法存在的问题及解决方法方向性电流保护的工作原理电流速断保护存在的问题电流速断保护存在的问题I1.1K11kactII 点短路时，如果，则保护 的速断保护会误动作I2.6K26kactII 点短路时，如果，则保护 的速断保护会误动作分析：短路功率方向与参考方向相反时可能误动分析：短路功率方向与参考方向相反时可能误动过电流保护存在的问题过电流保护存在的问题16K11tt点短路时，如果，则保护 的过电流保护会误动作61K26tt点短路时，如果，
3、则保护 的过电流保护会误动作分析分析(1)短路功率方向与参考方向相反时可能误动短路功率方向与参考方向相反时可能误动(2)误动作的保护的动作时间比较短误动作的保护的动作时间比较短讨论：过电流保护安装向元件的必要讨论：过电流保护安装向元件的必要条件（条件（1）各个三段保护的多时间如下，1-8的时间分别为2.0S，3.0S，3.5S，0.1S，1.5S，2.5S，3S，0.1S，请给出安装方向元件的保护有哪些？保护1,2,4,5,8都需要安装方向元件。讨论：过电流保护安装向元件的必要条讨论：过电流保护安装向元件的必要条件（件（2）各个三段保护的多时间如下，请给出安装方向元件的保护有哪些？保护1,2,
4、4,5,8都需要安装方向元件。讨论：过电流保护安装向元件的必讨论：过电流保护安装向元件的必要条件（要条件（3）不安装方向元件的必要条件是：本保护的动作时限比所有背侧的保护的动作时间至少高出一个安装方向元件的条件是：本保护的动作时限比所有背侧保护的动作时限低或者高一点，但是，高出的时间不到一个要看短路电流的方向，只有流过同一个短路电流之间才会考虑配合。tt讨论：过电流保护安装向元件的必要条件（讨论：过电流保护安装向元件的必要条件（4）解决方法解决方法:方向性电流保护方向性电流保护方向性电流保护方向性电流保护 = 电流保护电流保护 + 功率方向继电器功率方向继电器方向性电流保护间的配合关系方向性电
5、流保护间的配合关系A1D5432CB876LtLt5t7t6t4t3t2t1t8tIIEIE2.2.2 功率方向继电器的工作原理功率方向继电器的工作原理和动作特性和动作特性IE122kIK1K2UIIE1kIrI 正方向短路时电压电流相位关系正方向短路时电压电流相位关系mAmA1Ak AUUIImA1mA1argargAmAkk AUUII00k109011coscos0mA mAmAA k AkUIU I反方向短路时电压电流相位关系反方向短路时电压电流相位关系0mA2mA2argarg180AmAkk AUUII000k2180180270022coscos(180)0mA mAmAA k
6、AkUIU IIE122kIK1K2UIIE1kIrI功率方向继电器的工作原理功率方向继电器的工作原理正方向和反方向故障时的区别短路功率的方向母线电压和短路电流之间的相位关系功率方向继电器：用以判别功率方向或测定电压、电流间相位角的继电器功率方向继电器的动作方程功率方向继电器的动作方程当余弦项和输入继电器的电压、电流越大时，继电器动作的灵敏度越高任一项等于零或余弦项为负时，继电器不动作11coscos0mA mAmAA k AkUIU Icos0mmmU I最大灵敏角最大灵敏角当输入电压和电流幅值不变时，方向继电器输出值随两者间相位角而变化，输出为最大时的相位角称为继电器的最大灵敏角为了在最常
7、见的短路情况下，使继电器动作最灵敏，最大灵敏角应等于在该情况下输入继电器的电压与电流间的相位角00sensen+90arg90mmUIsencos()0mmmU Isen继电器的内角asena 继电器的动作特性继电器的动作特性输入继电器的电压、电流为A相电压和A相短路电流正方向发生三相短路时，输入继电器的电压和电流间的相位角为线路阻抗角继电器的伏安特性继电器的伏安特性继电器的“潜动”：在只加入电流或只加入电压的情况下，继电器就能动作的现象。在反方向出口处三相短路时，潜动现象会导致方向继电器误动2.2.4 功率方向继电器的功率方向继电器的900接接线方式线方式存在的问题存在的问题输入继电器的电压
8、为母线A相电压输入继电器的电流为A相短路电流在保护正方向出口处发生三相短路、A-B或C-A两相接地短路、A相接地短路时，由于A相电压很小（接近零），继电器拒动功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式是指接入功率方向继电器的电压和电流的取舍；功率方向继电器的接线方式的分类：0度接线方式90度接线方式功率方向继电器的基本要求具有明确的方向性，故障类型，故障点的位置都不影响功率方向继电器的动作特性；a)故障时，继电器具有足够的灵敏度90度接线方式度接线方式继电器mImUAAIBCUBICAUCIABUBCAIBICIAUBUCU90接线方式是指在三相对称且功率因数 的
9、情况下， 超前 的接线方式。cos1mIm90U这个定义仅仅是为了称呼方便，没什么物理意义。90度接线方式时的动作特性度接线方式时的动作特性0sen90ka cos()0BCAmUIaA相继电器：方向继电器接线时的极性方向继电器接线时的极性正方向三相短路动作行为分析正方向三相短路动作行为分析cos()0BCAmUIa090mAAmABCmAkIIUU0cos(90) 1ka090ka时继电器最灵敏000cos(90)0090kka00090a正方向正方向BC两相短路动作行为分析两相短路动作行为分析1. 正方向出口BC两相短路SkZZ正方向出口正方向出口BC两相短路向量图两相短路向量图AABCB
10、BSUEUUEI Z2212BCBSSBCBAEEEZZEEEE 2BCBCSEEIIZ A相继电器动作行为分析相继电器动作行为分析当忽略负荷电流时，0AI ，继电器不动作B相继电器动作行为分析相继电器动作行为分析0,90mBBmBCAmBkIIUU000cos(90)0090CABkUIaaC相继电器动作行为分析相继电器动作行为分析0,90mCCmCABmCkIIUU000cos(90)0090AB CkUIaa正方向正方向BC两相短路动作行为分析两相短路动作行为分析2. 正方向远处正方向远处BC两相短路两相短路SdZZ正方向远处正方向远处BC两相短路向量图两相短路向量图,0AAABBBSB
11、CCCSCUEIUEI ZEUEI ZE2()BCBCkSEEIIZZ 同理，A相继电器不动作B相继电器动作行为分析相继电器动作行为分析0,120mBBmBCAmBkIIUE000cos(120)030120CABkUIaaC相继电器动作行为分析相继电器动作行为分析0,60mCCmCABmBkIIUE000cos(60)03060CA BkUIaa 故障类型继电器 三相A-B相B-C相C-A相 A相 B相 C相(3)00cos()1,:9090mmkkaka最灵敏：最灵敏：(,)ABCIU(,)BCAIU(,)CABIU090090090309006006006030903090正方向各种短路
12、时，方向继电器能够正确动作的内角 的范围使方向继电器在正方向任何相间短路情况下能够正确动作的条件306090度接线方式的评价度接线方式的评价优点：各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障相的相间电压，其数值很高适当选择继电器的内角a后，对线路上发生的各种故障都能保证动作的方向性缺点：正方向出口三相短路时有死区2.2.5 方向性电流保护的整定及方向性电流保护的整定及评价评价1. 电流速断保护的整定电流速断保护的整定电流速断保护的保护范围电流速断保护的保护范围两侧不安装方向元件，取两个保护整定值较大的值作为两侧保护的整定值；弱电源侧安装方向元件，则各自按照躲开本线路末端短路时的最大短路电流
13、来整定。两者整定方法的区别： 两个保护范围不一样。2. 限时电流速断保护的整定限时电流速断保护的整定-助增助增BCABABIII 助增电流：助增电流：IIIIIII.2.1,1rebrabralsetrelABMsetKIK IIKK2. 限时电流速断保护的整定限时电流速断保护的整定-外汲外汲1,BCbrABBCaIIKI 外汲电流：外汲电流：限时电流速断保护的灵敏度校验限时电流速断保护的灵敏度校验minksenIIsetIKI限时电流速断保护只能作为近后备使用，灵敏限时电流速断保护只能作为近后备使用，灵敏度校验与单侧电源输电线路相同度校验与单侧电源输电线路相同。3. 过电流保护的灵敏度的校验
14、过电流保护的灵敏度的校验作为远后备灵敏度校验时，需要考虑分支系数的影响：作为远后备灵敏度校验时，需要考虑分支系数的影响：mmaxinbrkseetanIIIsIKIK作为近后备灵敏度校验时，不需要需要考虑分支系数的影响：作为近后备灵敏度校验时，不需要需要考虑分支系数的影响：minksenIIIsetIKI4. 对方向性电流保护的评价对方向性电流保护的评价在多电源网络中，必须采用方向性保护才能保证选择性方向性电流保护的整定原则同单侧电源网络的电流保护接线较复杂，可靠性稍差，且投资增加出口三相短路时，方向元件有死区，导致整套保护拒动内容提要和要求内容提要和要求关键概念：功率方向继电器、线路阻抗角、最大灵敏角、方向继电器的内角、电压死区、继电器的潜动、90度接线方式、继电器接线时的极性问题、分支系数、助增电流、外汲电流、电压电流参考方向90度接线时，方向继电器在各种故障时的动作行为分析存在分支电路时，限时电流速断保护的整定多电源网络中过电流保护的方向元件配置原则
