1、第二章第二章第三节第三节 电网的电流保护电网的电流保护 3.23.2电网相间短路的方向性电流、电压保护电网相间短路的方向性电流、电压保护主要内容主要内容问题的提出及解决办法问题的提出及解决办法功率方向继电器功率方向继电器相间短路功率方向继电器接线方式相间短路功率方向继电器接线方式方向性电流保护整定计算特点方向性电流保护整定计算特点对方向性电流保护的评价对方向性电流保护的评价AIk1对电流速断保护对电流速断保护: :Iset2Ik1IIAk1k1点短路时点短路时, ,若若保护保护2 2误动误动；BIk1对于多电源或环形电网能否满足要求？对于多电源或环形电网能否满足要求？1.1.问题的提出及解决方
2、法问题的提出及解决方法对对电流速断保护电流速断保护: :Iset3Ik2IIBk2k2点短路时点短路时, ,若若保护保护3 3误动误动；对于多电源或环形电网能否满足要求？对于多电源或环形电网能否满足要求？1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法AIk2BIk2AIk1对对过电流过电流保护保护: :32tt k1k1点短路时要求点短路时要求才能保证选择性才能保证选择性BIk11.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法AIk2BIk232tt k2k2点短路时要求点短路时要求才能保证选择性才能保证选择性矛盾矛盾AIk1BIk1原因分析原因分析: :规定：短路功率的正方向为从母线流向线
3、路规定：短路功率的正方向为从母线流向线路 S S S S S S误动误动1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法AIk2BIk2原因分析原因分析: : S S S S S S误动误动1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法结论：结论：误动的保护其短路电流的方向总是为反方向。解决方法解决方法: :加装方向元件加装方向元件，规定，规定功率为正方向时功率为正方向时保护动保护动作作；而功率为反方向时保护不动作。可以利；而功率为反方向时保护不动作。可以利用功率方向继电器来判别方向。用功率方向继电器来判别方向。1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法跳闸条件：跳闸条件： 短路电流大
4、于整定值； 短路功率方向为正。+51ABCD3EA1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法电流保护电流保护 方向性电流保护方向性电流保护功率方向判断元件功率方向判断元件+ 1.1.问题的提出及解决方法问题的提出及解决方法1)1)、对功率方向判别元件的、对功率方向判别元件的基本要求基本要求 具有明确的方向性。具有明确的方向性。正方向故障有足够的灵敏性。正方向故障有足够的灵敏性。2.2.功率方向继电器功率方向继电器2)2)、基本原理基本原理11E2EU2rIk1k2利用短路功率的方向或电压、电流之间的相利用短路功率的方向或电压、电流之间的相位关系，来区分故障的方向。位关系，来区分故障的方向
5、。2)2)、基本原理、基本原理2.2.功率方向继电器功率方向继电器k1k211E2EU2rI1kI2kI.Uk1k2180+ k2k1k1点短路向量图点短路向量图0k1 90 180 k2 +180 270.Uk2k2点短路向量图点短路向量图rkII1rkII22kI用以判别功率用以判别功率方向或测定电方向或测定电流与电压间相流与电压间相位角的继电器位角的继电器称为功率方向称为功率方向继电器。继电器。2.2.功率方向继电器功率方向继电器输入为相电压、相电流（输入为相电压、相电流（0 0接线）接线）ArArIIUU,对对A相继电器：相继电器：60,k反方向短路：反方向短路：60arg11kAkA
6、rAIU正方向短路：正方向短路：240180arg22kAkArAIU60BUCUAkI1AkI2AU0cosrrIUk1k211E2EU2rI1kI2kI有功功率：有功功率：最大灵敏角：最大灵敏角：输入电压、电流幅值不变，有功输出最大时输入电压、电流幅值不变，有功输出最大时所对应的电压、电流相位角。所对应的电压、电流相位角。60ksen 功率方向继电器在功率方向继电器在正方向故障时正方向故障时，动作的角度应该，动作的角度应该 是一个范围。是一个范围。 过渡电阻、线路阻抗角会变化，过渡电阻、线路阻抗角会变化， 900k考虑实现的方便性，这个角度通常取为：考虑实现的方便性，这个角度通常取为：90
7、senk1k211E2EU2rI1kI2kI60BUCUAkI1AkI2AU90arg90rjrIeUsen90arg90senrrsenIU+1+ j动动 作作 区区)(0)cos(功率形式senrrrIU三相短路三相短路ABAB或或CACA两相接地短路两相接地短路A A相接地短路相接地短路对正方向出口对正方向出口A相功率方向元件拒动相功率方向元件拒动, , 有有 “电压死区电压死区”3)3)、功率方向元件的动作特性功率方向元件的动作特性动作方程：动作方程：sen0rAUksen903090ksen最大灵敏角最大灵敏角：动作方程：动作方程：消除死区消除死区：引入非故障相电压。引入非故障相电压
8、。ABCCABBCAUIUIUI;sen+1+ j动动 作作 区区90arg90)90(rjrIeUk0)cos(rrrIU90arg90rjrIeU内角：内角：输入为线电压、相电流（输入为线电压、相电流（9090接线）接线）90arg90rrIUAUBUCU60AkI1AkI230BCU（1）对接线方式的要求）对接线方式的要求 正方向正方向任何类型的短路故障任何类型的短路故障都能动作都能动作，而，而反方反方向向故障时故障时不动作；不动作； 故障后加入继电器的电流和电压应故障后加入继电器的电流和电压应尽可能大尽可能大，并使短路阻抗角并使短路阻抗角接近于最大灵敏角接近于最大灵敏角，以便，以便消除
9、消除和减小方向元件的和减小方向元件的死区死区。3. 3. 相间短路功率方向继电器的接线方式相间短路功率方向继电器的接线方式指系统三相对称且指系统三相对称且 时，时， 的接线方式。的接线方式。KWCKWBKWA继电器rIrUAIBICIBCUCAUABUAUBUCUAIBICI)I (r)U(UrBC（2 2）9090接线方式接线方式3. 3. 相间短路功率方向继电器的接线方式相间短路功率方向继电器的接线方式1cos90argrrUI功率方向继电器功率方向继电器9090接线，三相式方向过电流保护原理接线图接线，三相式方向过电流保护原理接线图注意：极性连接。注意：极性连接。分析正方向发生三相短路分
10、析正方向发生三相短路AIkCUAUBU)(mBCUU90k)(mI0)90cos(KABCIU1)90cos(K90K900K909090K1800,0K9090,90K三相短路：三相短路：900分析正方向分析正方向BCBC出口两相短路出口两相短路AEBECEBICI)EE(21EZ2ZEEEZIEUUCBBssCBBskBCB AAEUBCEBIkCIAAUEBECEBUCU分析正方向分析正方向BCBC出口两相短路出口两相短路AEBECEBICI0)90cos(KBCAIU0)90cos(KCABIU900K900AAUEBECEBUCUBCEBIkCI)I (rrCAUU rB)(rI)U
11、(UrABrC分析正方向分析正方向BCBC出口两相短路出口两相短路AEBECEBICIBCEBIkCIAAUEBECEBUCU60,30k取取:动作方程：动作方程：60IUarg12090IUarg90rrrrKWAKWA：AAUEBECEBUCUBCEBIkCI)I (rrCAUU rBAEBECEBICI)(rI)U(UrABrC0 0,BCrArUUII不动作不动作KWBKWB：30arg,rBBCACArBrIUUUII动作动作KWCKWC：动作动作分析正方向分析正方向BCBC出口两相短路出口两相短路30arg,rCCABABrCrIUUUII分析正方向分析正方向BCBC远方两相短路远
12、方两相短路AEBECEBICI0)120cos(KBCAIU0)60cos(KCABIU900K12030900K6030AAUEBBUE CCUE BCEBIkCI)(rI)U(UrCArB)I (r)U(UrABrC分析正方向分析正方向BCBC远方两相短路远方两相短路AEBECEBICI60,30k取取:动作方程：动作方程：60IUarg12090IUarg90rrrrAAUEBBUE CCUE BCEBIkCI)(rI)U(UrCArB)I (r)U(UrABrCAEBECEBICI动作动作AAUEBBUE CCUE BCEBIkCI)(rI)U(UrCArB)I (r)U(UrABrC
13、分析正方向分析正方向BCBC远方两相短路远方两相短路KWAKWA：BCrArUUII 0,不动作不动作60arg,rBBCACArBrIUUUIIKWCKWC：动作动作0arg,rCCABABrCrIUUUIIKWBKWB：继电器内角设计范围的选择：继电器内角设计范围的选择： 综合考虑线路阻抗角、故障位置、故障类型，综合考虑线路阻抗角、故障位置、故障类型，使其在任何情况下都可以准确动作。使其在任何情况下都可以准确动作。909090kr考虑：900k内角取值范围是：60309090, 0)cos(rr采用采用9090接线方式的优缺点：接线方式的优缺点：优点：优点： 对各种两相短路都没有死区，因为
14、继电器加入的对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相间电压，其值很高；是非故障的相间电压，其值很高； 适当选择内角适当选择内角后，对线路上各种相间故障都能后，对线路上各种相间故障都能保证动作的方向性。保证动作的方向性。缺点：缺点： 正方向出口三相短路时仍有死区。正方向出口三相短路时仍有死区。 3. 3. 相间短路功率方向继电器的接线方式相间短路功率方向继电器的接线方式(1)(1)电流速断保护的整定计算电流速断保护的整定计算dIlIset1IIset2I )(IIset2带方向IEIIEk1.maxIKIset1IKIk1.maxIKIset2IKI不带方向不带方向带方向带方向k2
15、.maxIKIset2IKI4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算 同一线路两侧，定值小者加方向元件，定值大同一线路两侧，定值小者加方向元件，定值大者可不加方向元件。者可不加方向元件。IEIIEIset2Iset1II保护1可不加方向元件电流速断保护电流速断保护方向元件的方向元件的装设原则装设原则4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算外汲：使故障线路电流减少的现象。外汲：使故障线路电流减少的现象。 (2) (2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 仍然是与下一级保护的第一段配合，但需考虑保护安装点仍然是与下一级保护的第一段配合，但需考虑保护
16、安装点与短路点之间有分支电路的影响。与短路点之间有分支电路的影响。ABIBCIBIBCI 助增：使故障线路电流增大的现象。助增：使故障线路电流增大的现象。助增电源助增电源助增电流助增电流外汲电流外汲电流4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算ABIBCIBI引入分支系数引入分支系数当仅有助增时当仅有助增时1KIIbABBCABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 ABIBCIBI4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2
17、)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 1ZZZKB.minABA.maxb.max最大分支系数：最小分支系数：1ZZZKB.maxABA.minb.minABIBCIBCI 引入分支系数引入分支系数当仅有外汲时当仅有外汲时1KIIbABBCABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 ABIBCI4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 引入分支系数引入分
18、支系数当无分支时当无分支时1KIIbABBCABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电KABIBCIBIBCI 当既有助增又有外汲时，当既有助增又有外汲时， 可能大于可能大于1 1，也可能小于，也可能小于1 1bK4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 引入分支系数引入分支系数ABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电KABIBCIBIBCI 4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(2)(2)限时电流速断保护的整定计算限时电流速断保护的整定计算 引入分支系数引
19、入分支系数b.minIset2IIrelIIset1KIKI4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(3)(3)过电流保护方向元件的装设原则过电流保护方向元件的装设原则整定原则与单侧电源网络中过电流保护的整定原则相同，但校验远后备灵敏度时需考虑分支系数的影响：IIIset.1b.maxdC.minIIIsenIKIK远后备：4. 4. 方向性电流保护整定计算方向性电流保护整定计算(3)(3)过电流保护方向元件的装设原则过电流保护方向元件的装设原则 对同一变电站的电源出线，动作延时长的可不加方向元件，动作延时小的或相等时要加方向元件。保护2和保护3要加方向元件5. 5. 对方向性
20、电流保护的评价对方向性电流保护的评价在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资；接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资； 出口三相短路时，功率方向继电器有死区；出口三相短路时，功率方向继电器有死区；LG-11整流型功率方向继电器整流型功率方向继电器UIrIrUAIKUKU rIrUBIKUKU aibiAUBU（一）构成：（一）构成：（二）动作方程（二）动作方程90arg90rIrUIKUKrIrUrIrUIKUKIKUK)(内角IU90a
21、rg90rIrUIKUK0)cos(rrrIU功率形式：当当 =常数时，常数时， 的关系曲线。的关系曲线。rI)f(Urdz继电器的动作范围是以继电器的动作范围是以 为中心的为中心的90区域内。区域内。sen)(UUdzrr06030 120 min.dzU（三）功率方向继电器的角度特性（三）功率方向继电器的角度特性死区死区死区及其消除办法死区及其消除办法:GJ0Ul记忆作用，记忆时间不小于记忆作用，记忆时间不小于50msUI（四）功率方向继电器的潜动问题（四）功率方向继电器的潜动问题功率方向继电器潜动是指继电器仅加入电压或功率方向继电器潜动是指继电器仅加入电压或电流一个电量就会动作的现象。电
22、流一个电量就会动作的现象。电流潜动电流潜动: 只加电流不加电压时所产生的潜动。只加电流不加电压时所产生的潜动。电压潜动电压潜动: 只加电压不加电流时所产生的潜动。只加电压不加电流时所产生的潜动。（四）功率方向继电器的潜动问题（四）功率方向继电器的潜动问题产生潜动的原因：产生潜动的原因：形成形成 的电路参数不平衡。的电路参数不平衡。BAUU和潜动对继电保护的影响：潜动对继电保护的影响：可能导致继电保护装置误动作。例如：在保护的反方可能导致继电保护装置误动作。例如：在保护的反方向出口金属性三相短路时，向出口金属性三相短路时，U0，Ir却很大，如果继却很大，如果继电器潜动，则会使保护误跳闸，扩大事故
23、。电器潜动，则会使保护误跳闸，扩大事故。因此，要求功率方向继电器无潜动现象。因此，要求功率方向继电器无潜动现象。消除潜动的办法：消除潜动的办法：调整调整R1用于消除电流潜动；调整用于消除电流潜动；调整R2用于消除电压潜动用于消除电压潜动本节学习重点本节学习重点 了解并认识在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性。 熟练掌握功率方向继电器的工作原理、构造及其动作特性。学习中首先要弄清楚电压电流的参考方向是如何规定的，以及参考方向与实际方向之间的关系。其次，要了解并认识电力系统正常运行及发生故障时电压电流之间的相位关系。并掌握有关功率方向继电器的最大灵敏角、内角和死区等基本概念。 熟练掌握相间短路的功率方向继电器的典型接线方式-90接线及其动作行为分析方法。学习中要弄清接线方式的含义，掌握采用90接线方式的功率方向继电器在各种相间短路时动作行为的分析方法。 掌握方向性电流保护的整定计算特点，以及装设方向元件的条件。 本节学习重点本节学习重点下图网络为110KV系统，线路AB、BC均装设三段式电流保护，已知试计算：线路保护1的电流速断保护和限时电流速断保护的动作电流和时间。15. 125. 1IIrelIrelKK习题1习题2根据 接线的功率方向继电器的动作方程，结合相量图分析保护远远方向发生BC两相短路时各个继电器的动作情况。 9007,30k取取The End
