1、第二章电网的电流保护和方向性电流保护5 教学目的教学目的 掌握整流型功率方向继电器的原理 教学重点教学重点 继电器的原理特性 2.2.2功率方向继电器功率方向继电器 二、LG11型功率方向继电器（一）LG-11型功率方向继电器原理接线及其动作条件 反应相间短路的 LG11型功率方向继电器原理接线，如图所示。它是按幅值比较原理构成的整流式功率 方向继电器。继电器是由电压形成回路 按环流法构成的幅值比较回路两大部分组成。电压变换器 YB是一个铁芯带有气隙的谐振变压器。为使YB线圈W1的电抗接近常数，其铁芯带有气隙。一次线圈外串有电容C，其容抗与一次线圈总电抗构成工频串联谐振，故一次侧电流IU与UJ
2、同相位。若忽略铜损、铁损，则磁通 f 也与 IU和UJ同相位。则在二次侧产生的电压K U UJ超前电压出90 即KU的角度 j U90 。电抗变压器DKB的转移阻抗KI的幅角 j I，利用线圈W4上的电阻R j 1和R j 2 来调整。选R j 1时，j I45 ；选用 R j 2时，j I30 。根据电压形成回路的连接方式，其动作量 A和制动量B分别为 在忽略 U0的理想情况下 根据幅值比较和相位比较的互换关系有 （二）LG-11型功率方向继电器动作区和最大灵敏角 以I J 为参考相量，UJ超前IJ的相角 j J=90 -a 或 UJ滞后IJ的相角 j J=-（90 -a）范围内，是 UJ
3、的动作区。但功率方向继电器的动作区，习惯上常将电压UJ作为参考相量，相对UJ相位变化时，绘出IJ的动作范围如图所示。当电流IJ顺时针旋转落在AB直线上时，j J=90 -a 是继电器动作的下边界，而当 IJ逆时针旋转落在直线AB上时，j J=-（90 -a）是继电器动作的上边界。当 IJ落于阴影所示半平面时，则继电器动作，该区域称为功率方向继电器的动作区。当电流 IJ落在最大灵敏线上（即 j J=-a 时），相量如图所示。由图可知，K U UJ与K I IJ同相位，此时动作量AK U UJ+K I IJ最大，制动量BK U UJ K I IJ 最小，故方向继电器最灵敏。所以，称为-a 为功率方
4、向继电器最大灵敏角 j lm。当 j J=j lm时，继电器动作最灵敏，式（2-7）可写为 当 IJ足够大，即K I IJK U UJ，上式中的绝对值符号可去掉 由此式可看出，有一个使功率方向继电器动作的最小电压，称为方向继电器最小动作电压：由于功率方向继电器存在一最小动作电压Udz.min,所以在靠近母线的某一段线路上发生三相短路时，使母线残压小于Udz.min，在这段区域内方向继电器不动作，称这段区域为方向继电器的电压“死区”。由于LG11型方向继电器的电压变换器 YB采用的是谐振变压器，所以在靠近母线处发生三相短路时，UJ突然降为零，但由于谐振回路里还储藏有电场和磁场能量，故这个谐振回路
5、还要以固有频率继续振荡。直到能量耗尽为止，所以YB二次侧的电压还可保持一段时间，因此，这个串联谐振口路又称“记忆”回路，它有助于消除I段的电压“死区”。将电压输入端短接，只通入电流时IJ，或将DKB一次开路，只加入电压UJ时，极化继电器线圈上出现动作电压或动电压的现象，称为方向元件潜动。只加电压时有潜动，称为电压潜动，只加电流时有潜动，称为电流游动。JJ线圈上出现动作电压，称为正潜动；JJ线圈上出现制动电压，称为负游动。无论是电流潜动还是电压潜动，严重时都会造成误动、拒动或降低灵敏度。产生潜动的原因，主要是比较回路中参数不对称。为消除电流潜动可调整电阻R2，为消除电压潜动可调整电阻R1。最后还
6、有一点需提请注意的是，方向继电器中的DKB和YB的一次线圈同名端都标有“*”号，在将继电器分别接入电流互感器和电压互感器二次侧时，必须注意正确连接，否则不能正确判断功率方向。2.2.3 功率方向继电器的功率方向继电器的 90 接线接线方式方式（1）功率方向继电器的接线方式）功率方向继电器的接线方式 由于功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，因此对其接线方式提出如下要求。1）正方向任何形式的故障都能动作，而当反方向故障时则不动作。2）故障以后加入继电器的电流和电压 应尽可能地大一些。并尽可能使 接近于最大灵敏度角 ，以便消除和减小方向继电器的死区。为了满足以上要求，广泛采用的功率方向继电
7、器接线方式为 90 接线方式。所谓 90 接线方式是指在三相对称的情况下，当 cos =1 时，加入继电器的电流 和电压 相位相差90 。（2）方向过电流保护装置的接线）方向过电流保护装置的接线图图 1）接线图 如图 所示。电流继电器 1、3 是起动元件，功率方向继电器 2、4 是方向元件。各相的电流继电器和功率方向继电器的触点是串联的。时间继电器 5 使保护获得必要的动作时限，起触点闭合可以跳闸和发出信号 2）按相起动原则 按相起动原则是指接入同名相电流的电流继电器和方向元件的触点直接串联，而后再接入时间继电器线圈的接线，。3）动作特性 功率方向继电器采用 90 接线方式的保护装置，主要有两
8、个优点：第一，对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线电压，其值很高；第二，适当地选择继电器的内角 后，对线路上发生的各种故障都能保证动作的方向性，且有较高的灵敏性。方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件为，30 两相式接线适用于小接地电流系统，作为各种形式相间短路的保护，在大接地电流系统中，如果装有专门的接地保护，也以采用两相式接线作为相间短路的保护。2.2.4 方向性电流保护的整定举例方向性电流保护的整定举例（1）方向性电流保护的整定计算方向性电流保护的整定计算 1）动作电流的整定 方向过电流保护的动作电流按以下三个条件整定：躲过最大负荷电流。为防止保护装置在正常负荷电流
9、下和外部短路切除后因电动机的自起动而误作，而按躲过最大负荷电流 （考虑电动机自起动情况），即 式中各参数的意义和取值与定时限过电流保护相同。躲过非故障相电流。在中性点直接接地系统中，当相邻线路上发生白对称短路时，在非故障相中仍有电流通过，这个电流为非故障相电流 。方向过电流保护的动作电流 要躲过非故障相电流，即 在中性不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统中，非故障相电流就是负荷电流，可不必考虑非故障相电流。与相邻线路保护装置灵敏度的配合。方向过电流保护常用作下一相邻线路的后备保护，所以各相邻保护的灵敏度应加以配合，以保证动作的选择性。这就是使上一段线路保护的动作电流大于下一段线路保护装置的动作
10、电流。也就是沿着同一动作方向的保护装置，其动作电流应该距离电源最远处开始逐渐增大。这样可以防止无选择性地越级跳闸，因当 点发生短路时，由于电流按阻抗的反比分配，因此 可能很小。假如 ，而且又恰好 则保护 7 将先动作，造成越级跳闸。灵敏度的配合用配合系数 来表示，一般取 1.1 1.15。2）保护装置的灵敏度校验 方向过电流元件的灵敏度校验方法与不带方向的过电流保护相同。作为本线路的近后备保护时，其灵敏度系数 要求为 1.25 1.5；作为下一相邻线路的远后备保护，其灵敏度系数要求 =1.2。3）保护装置的动作时限 方向过电流保护动作时限的整定，是将动作方向一致的保护，按逆向阶梯原理进行，如图 2.28 中的保护 2、3、4 为同一方向动作的保护。保护 6、7、8 为同一方向动作的保护。它们的动作时限应为 2.2.5 对方向性电流保护的评价对方向性电流保护的评价 1）方向性电流保护的主要优点是在单电源环形网络和多电源辐射型电网中，都能保证动作的选择性。2）理论上当保护安装地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，保护装置拒动，出现“死区”。运行经验指出，三相短路的几率很小。3）由于保护中采用了方向元件使接线复杂，投资增加，可靠性降低。因此，在应用中如果保护装置在起动值、动作时限整定以后，能够满足选择性要求，就可以不用方向元件。
