第二章 电网的电流保护,仉志华 中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系,电力系统继电保护,第二节 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护（针对双端或者多端供电网络）,双电源及多电源系统具有更高的供电可靠性。 如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因），则变电站M、N、P、Q的供电情况受到的影响较小。,发现差异：保护2的方向与 的方向相反； 保护3的方向与 的方向相同。,规定继电保护中的“正方向”： 由继电保护安装处指向被保护元件。 （教材：由母线指向线路 仅针对线路）,误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流引起的。为此，如果设计一个方法能够区分“正方向”和“反方向”(差异)，问题就迎刃而解了。,双电源问题归结为：如何区分短路的方向？,二、方向性电流保护工作原理 在原有电流保护基础上增加方向判别元件，反方向故障时把保护闭锁不致误动。,无方向元件的电流保护（延时可以为0）,有方向元件的电流保护,(方向性电流保护),无方向元件,有方向元件,继电器连接方式的原理图,三、功率方向判别元件,d1点短路向量图,d2点短路向量图,因此利用判别短路功率的方向或电流、电压之间的相位关系，判别发生故障的方向。 判别功率方向或测定电流电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。主要反应加入继电器中电流和电压之间的相位而工作，因此可用相位比较方式来实现。,对功率方向继电器的基本要求 具有明确的方向性 即在正方向发生各种故障(包括故障点有过渡电阻的情况)时，能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作。 正向故障时可靠动作且有足够的灵敏性。 应当比电流元件的灵敏度更高，否则 会影响保护的灵敏度,反向故障时，电压电流之间的夹角为：,功率方向继电器接入电压和电流的幅值不变时，其输出随两者间相位差的大小而改变，输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏角。,也可以按照有功功率表理解该继电器工作原理及最大灵敏角！,用 表示 超前于 角度，用功率的形式表示 当余弦项和 、 越大时，其值越大，继电器动作灵敏度越高，任一项等于零或余弦项为负时，不能动作。,采用这种特性和接线的继电器时，在其正方向出口附近发生三相短路，A-B或C-A两相接地短路，以及A相接地短路时，由于 或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电器的“电压死区”。,功率方向继电器的主要任务：判断短路功率的方向。 接线方式要求： 正方向任何型式的故障都能动作，而反方向故障则不动作。 故障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 接近于最灵敏角 ，以便消除和减小方向继电器的死区。因此，功率方向继电器广泛采用是900接线方式。 900接线方式：在三相对称的情况下，当 时，加入继电器的电流如 和电压 相位差900。 该接线方式下，线路上发生各种故障时动作情况，讨论：,三、相间短路功率方向继电器的接线方式,90接线方式（称呼 方便）：三相对称、且 cos= 1 时，引入的电 流与电压的夹角。 即:,此时，继电器的最大灵敏角应设计为,动作方程为：,上式可变为：,称为功率方向继电器的内角,用功率的形式表示为： 对A相的功率方向继电器，表示为： 除正方向出口附近发生三相短路时， ，继电器具有很小的电压死区外，在其它任何包括A相的不对称短路时，A相电流很大，BC线电压很高，因此继电器不仅没有死区，而且动作灵敏度很高。为了减小和消除三相短路时的死区，可以采用电压记忆回路，并尽量提高继电器动作时的灵敏度。,几个角度的含义,输入继电器的电压、电流之间的夹角,被保护线路的阻抗角，架空线路一般为60，电缆线路一般为45,最大灵敏角，对应着功率方向继电器动作最为灵敏的角度,功率方向继电器的内角,A相极性连接示意图,注意： 1）极性连接。 2）按相连接。,三相连接示意图（极性、按相）,（1）正向发生三相短路故障,电力系统中任何电缆或架空线路的阻抗角(包括含有过渡电阻短路的情况)都位于 之间，为使方向继电器在任何 的情况下均能动作，就必须要求上式始终大于0，为此需要选择一个合适的内角才能满足要求： 当 时必须选择 当 时必须选择,（2）正方向发生两相短路,BC两相短路,分两种情况进行讨论 短路点位于保护安装地点附近 短路阻抗 （保护安装处到电源间的系统阻抗），极限时取 ，短路电流 由电势 产生， 滞后 的角度为 ，电流 ，短路点电压为：,使继电器动作，选择内角为,对A相继电器：,继电器不动作。,对B相继电器：,动作条件为：,对C相继电器：,动作条件为：,BC两相短路,短路点远离保护安装地点，且系统容量很大 ，极限时取 ，电流 仍由电势 产生，并滞后 一个角度 ，保护安装地点电压为：,BC两相短路,BC两相短路,相继电器：,A相继电器：,不动作。,C相继电器：,动作条件：,动作条件为：,当,当,EAB,综合以上两种极限情况可得出，在正方向任何地点两相短路时，B相继电器能够动作的条件是 ，C相继电器为 。 因此，当 时，方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件为： 用于相间短路的功率方向继电器提供 和 两个内角，满足上述要求。 以上讨论只是继电器在各种情况下可能动作的条件，而不是动作最灵敏的条件。为了减小死区电压范围，继电器动作最灵敏的条件，应根据三相短路时使 来决定，对某一确定了阻抗角的输电线路，采用 ，以便获得最大的灵敏度。,四、双侧电源网络中电流保护整定,短路电流分布曲线 为由电源E1供给的电流； 为E2供给的电流，两端电源容量不同，电流大小不同。,电流速断保护,当任一侧区外相邻线路出口处短路时，如图 和 ，短路电流 和 同时流过两侧的保护1和2。按选择性要求，两个保护不应动作，因此两个保护起动电流选得相同，并按较大一个整定，如当 ，取 使位于小电源侧保护的范围缩小；当两端电源容量差距越大，对保护2影响越大。,为解决该问题，需在保护2处装设方向元件，使只当电流从母线流向被保护线路时才动作，保护2的起动电流就可按躲开,点短路来整定，选择,保护范围较前增加了很多。上述情况下，保护1无需装设方向元件，从定值上已可靠躲开反向短路时流过保护的最大电流,限时电流速断保护 与下一级保护的电流速断相配合，需考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路（通常称为分支电路）的影响。分为两种情况：,助增电流的影响,引入分支系数整定配合点M的分支系数为 与单侧电源线路公式相比，分母多一个大于的分支系数影响,外汲电流的影响 分支电路为一并联的线路，此时故障线路中电流 小于 ，关系 这种使故障线路中电流减小的现象外汲，分支系数 。分析同于有助增电流的情况。,当变电所B线上既有电源又有并联的线路时，其分支系数可能大于也可能小于，此时应根据实际可能的运行方式，选取分支系数的最小值进行整定。 尤其是分布式电源接入后，此结构更为普遍。,过电流保护,已经介绍内容的要点归纳： 1、继电保护的作用 2、继电保护的基本要求 3、判别什么情况下属于有选择性？什么情况下属于误动？拒动？ 4、继电特性 5、大电流接地系统？小电流接地系统？ 6、最大运行方式？最小运行方式？ 7、电流1段的整定原则？最小保护范围计算 8、可靠系数的考虑因素,9、2段、3段的整定原则？灵敏度校验的公式 10、延时的选择 11、近后备？远后备？ 12、TA接线方式 13、方向元件为什么能够判别短路方向？ 14、方向元件的接线方式 15、最大灵敏角 16、方向元件的动作特性（动作区域） 17、配置方向元件的原则 18、何谓方向元件的死区？,1）保护1在何种情况下出现短路电流最大？最小呢？,保护1短路电流最大：S系统为最大运行方式； MN为单回线； W系统为最小运行方式；,1）保护1在何种情况下出现短路电流最大？最小呢？,保护1短路电流最小：S系统为最小运行方式； MN为双回线； W系统为最大运行方式。,2）保护2在何种情况下出现短路电流最小？,W系统为最小运行方式； NP为双回线（分流作用）； S系统为最小运行方式。,The end,