雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù).ppt

主講人：徐振宇 電氣與電子工程學(xué)院四方研究所 Office: 教五B309,North China Electric Power University,第2.2節(jié) 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的 方向性電流保護(hù),2.2.1 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)的功率方向,不帶方向的三段式電流保護(hù)一般只應(yīng)用于單側(cè)電源線路。,單側(cè)電源線路中K點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的實(shí)際方向都是從電源指向短路點(diǎn)，即從母線指向線路。,通過功率的方向來定義電流的方向：,定義： 電壓的正方向：相地 電流的正方向：母線線路,功率的正方向：母線線路,當(dāng) 時(shí)，功率方向?yàn)檎?當(dāng) 時(shí)，功率方向?yàn)樨?fù)。,有功功率,雙側(cè)電源線路：保護(hù)安裝于線路兩側(cè)； 功率方向可能,母線 線路 線路 母線,k1短路,問題：在d1點(diǎn)故障時(shí)，必須閉鎖電流保護(hù)1，以防止其誤動(dòng)，同時(shí)保證電流保護(hù)6正確動(dòng)作。,在k1點(diǎn)和k2點(diǎn)短路時(shí)，電流保護(hù)1和電流保護(hù)6可能誤動(dòng)。,k2短路,k1,在k1點(diǎn)短路時(shí)，閉鎖電流保護(hù)1，同時(shí)保證電流保護(hù)6正確動(dòng)作的措施是找出k1點(diǎn)短路時(shí)，電流保護(hù)1和6之間的差別。 在k1點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)1和6之間的差別：短路功率方向不同。,假設(shè)短路功率的正方向：母線線路。 在k1點(diǎn)短路時(shí)，電流保護(hù)1的實(shí)際功率方向?yàn)樨?fù)方向； 在k1點(diǎn)短路時(shí)，電流保護(hù)6的實(shí)際功率方向?yàn)檎较颉?實(shí)際短路功率的方向等于實(shí)際電流的方向。,功率正方向,實(shí)際方向,功率實(shí)際方向,正方向,負(fù)方向,克服方法：,措施：增設(shè)功率方向元件，構(gòu)成方向性電流保護(hù)。 跳閘條件：短路電流大于整定值；短路功率方向?yàn)檎?當(dāng)增設(shè)方向元件后，可以把線路上方向性電流保護(hù)拆開看成兩個(gè)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，即14，58兩組，分別按單側(cè)電源系統(tǒng)來整定。兩組方向性保護(hù)之間不需配合。,2.2.2 方向性電流保護(hù)的基本原理,原理：在原有電流保護(hù)基礎(chǔ)上加裝功率方向判別元件， 反方向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖不致誤動(dòng)。,方向性電流保護(hù)的動(dòng)作條件： （必須同時(shí)滿足） （1）電流大于起動(dòng)電流整定值；（2）功率方向?yàn)檎?（3）短路電流持續(xù)時(shí)間超過動(dòng)作時(shí)限。,2.2.3 功率方向判別元件（功率方向繼電器）,對(duì)功率方向繼電器的基本要求是： 1具有明確的方向性。即正方向發(fā)生任何故障（k1點(diǎn)）都能夠動(dòng)作，而反方向故障（k2點(diǎn)）時(shí)不動(dòng)作。 2足夠的靈敏性。 通過分析電壓、電流相量之間相角差的不同來滿足基本要求。,保護(hù)1,Ik2,.,k1點(diǎn)短路向量圖,k2點(diǎn)短路向量圖, 判別電壓、電流之間的相角差，即可判別故障的方向。,是線路的阻抗角，在090范圍內(nèi)。,Ik2,.,k1點(diǎn)短路相量圖,k2點(diǎn)短路相量圖,正方向（k1點(diǎn)）短路故障時(shí)：,反方向（k2點(diǎn)）短路故障時(shí)：,A相功率方向繼電器分析,正方向（k1點(diǎn)）短路故障：,反方向（k2點(diǎn)）短路故障：,也可以說，,當(dāng) 時(shí)，認(rèn)為故障發(fā)生在正方向。,當(dāng) 時(shí)，認(rèn)為故障發(fā)生在反方向。,若功率方向繼電器的輸入電壓和電流幅值不變，輸出動(dòng)作量 隨電壓和電流之間的相角變化。,A相功率方向繼電器的最大靈敏角,為了在最常見正方向短路情況下使繼電器動(dòng)作最靈敏，即讓輸出動(dòng)作量最大，A相功率方向繼電器應(yīng)接成最大靈敏角 。即當(dāng)正方向（k1點(diǎn)）發(fā)生短路故障時(shí)，動(dòng)作輸出量 應(yīng)該最大。,所以當(dāng)正方向（點(diǎn)k1）短路故障時(shí)，應(yīng)滿足：,這里,最大靈敏角 ：功率方向繼電器輸入電壓、電流幅值不變，其輸出動(dòng)作量隨兩者間相位差的大小而改變，輸出最大時(shí)的相位差稱為最大靈敏角。即 時(shí)，輸出動(dòng)作量最大。,相位動(dòng)作區(qū)：,是最大靈敏角，有,動(dòng)作方程（2種形式）：,功率方向繼電器的動(dòng)作方程,動(dòng)作相位區(qū)間：,（以適應(yīng)在 在090范圍內(nèi)的變化）,（相角形式）,動(dòng)作方程：,0接線和90接線方式功率方向繼電器的分析,90接線方式功率方向繼電器：,電壓死區(qū): 正方向出口三相短路、AB或CA兩相接地短路、 A相接地短路時(shí),功率方向繼電器拒動(dòng)。 解決措施：采用90接線方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。,最大靈敏角：,0接線方式功率方向繼電器的電壓死區(qū)：,90接線方式功率方向繼電器的分析：,動(dòng)作方程：,2種動(dòng)作方程：,功率方向判別元件的構(gòu)成框圖,1. 原理框圖,輸出,動(dòng)作方程：,正半周比相,負(fù)半周比相,2.2.4 相間短路功率方向判別元件的接線方式,1. 對(duì)接線方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向動(dòng)，反向不動(dòng)。 （2）較高的靈敏性：Ur 、Ir 盡可能大，并接近sen , 以減小或消除死區(qū)。 2. 0 和90接線方式 0接線: 指系統(tǒng)三相對(duì)稱且cos=1時(shí)， 的接線方式。 90接線:指系統(tǒng)三相對(duì)稱且cos=1時(shí)， 的接線方式。,功率方向繼電器90接線，三相方向過電流保護(hù)原理接線圖,！注意：極性連接。,3. 90接線方式功率方向繼電器的動(dòng)作情況 （1）正方向三相短路,A相方向繼電器動(dòng)作條件為：,（2）正方向兩相短路（保護(hù)安裝處、遠(yuǎn)處） . 保護(hù)安裝處故障，即近處故障,. 遠(yuǎn)離保護(hù)安裝點(diǎn),B相： 30 90 C相： 0 60 ,.在正方向故障時(shí)B、C相繼電器的動(dòng)作條件 綜合以上兩種極限情況可以得出，在正方向任何地點(diǎn)兩相短路時(shí)，B相、C相方向繼電器能夠動(dòng)作的條件是：,同理，對(duì)AB、CA相間短路進(jìn)行分析的結(jié)果如下表。,4. 90接線方式的優(yōu)點(diǎn)（和0接線方式比較）,（1）對(duì)各種兩相短路都沒有死區(qū) 功率方向繼電器的動(dòng)作“死區(qū)”：當(dāng)輸入繼電器的電壓降為零時(shí)，方向繼電器將失去判別的依據(jù)，從而導(dǎo)致方向繼電器拒動(dòng)。 由于90接線方式引入了非故障相電壓，在各種兩相短路時(shí)其值都很高，確?？煽縿?dòng)作。 IA - UBC IA - UA IB - UCA IB - UB IC - UAB IC - UC （2）適當(dāng)選擇內(nèi)角=90-k后，對(duì)各種故障都能保證方向性。,的選取范圍： 30 60,2.2.5 方向性電流保護(hù)的應(yīng)用特點(diǎn),1.電流速斷保護(hù),當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)， 因?yàn)?所以不帶方向的電流速斷保護(hù)1不會(huì)誤動(dòng)，不用裝設(shè)方向元件。,當(dāng)k2點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)， ，速斷保護(hù)2必須裝設(shè)方向元件。,2. 限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流段）整定時(shí)分支電路的影響,基本整定與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)電流段整定相同，保護(hù)范圍不能超過下一級(jí)線路的電流段的保護(hù)范圍，仍與下一級(jí)線路的電流段配合。但要考慮保護(hù)安裝地點(diǎn)與下一級(jí)線路短路點(diǎn)之間有電源或線路支路（分支電路）的影響。,（a） 電源支路對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的影響,（b） 線路支路對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的影響,（1）電源支路的影響（助增電流的影響）,如不考慮分支支路，保護(hù)2的電流段按上節(jié)的方法來整定：,，即M點(diǎn)是保護(hù)2的電流段的 保護(hù)范圍的最末端。,當(dāng)M點(diǎn)短路時(shí)，流過保護(hù)2的實(shí)際電流為：,因?yàn)椋?，所以,經(jīng)過上述分析，M點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)2的電流段不能動(dòng)作。 所以如果不考慮電源支路的影響會(huì)使電流段的保護(hù)范圍縮小。,電源支路的影響（助增電流的影響）,曲線 是線路上不同地點(diǎn)短路時(shí)，流過線路AB的電流曲線； 曲線 是線路上不同地點(diǎn)短路時(shí)，流過線路BC的電流曲線；,由于電源支路 的電流起助增作用，導(dǎo)致,M點(diǎn)是保護(hù)2的電流段保護(hù)范圍的最末端。,所以必須按照流過線路AB段的電流 來整定，這樣才能滿足電流段的保護(hù)范圍要求。,有電源支路時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定（起動(dòng)電流整定）,C,電流段保護(hù)范圍不變：本線路全長，延伸到下一級(jí)線路出口（首端）。但不能超過下一級(jí)線路電流段的保護(hù)范圍。,設(shè)保護(hù)2的電流段保護(hù)范圍最末端是M點(diǎn)。M點(diǎn)必然位于下一級(jí)線路BC段上。,保護(hù)2的電流段起動(dòng)電流整定值應(yīng)按照M點(diǎn)短路實(shí)際流過線路AB段（即保護(hù)2）的電流來整定：,所以，,稱為分支系數(shù),有分支支路時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定, 起動(dòng)電流整定值 限時(shí)電流速斷保護(hù)2的保護(hù)范圍不應(yīng)超過下一級(jí)線路保護(hù)1的段保護(hù)范圍。, 動(dòng)作時(shí)限,其中， 段可靠系數(shù)：,分支系數(shù)：,以上起動(dòng)電流整定公式適用于電源和負(fù)荷線路支路的情況。,， t0.5s,對(duì)于電源支路的情況（助增電流）： 對(duì)于負(fù)荷線路支路的情況（外汲電流）：,有負(fù)荷線路支路時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)整定（外汲電流影響）,曲線 是線路上不同地點(diǎn)短路時(shí)，流過線路AB的電流曲線； 曲線 是線路上不同地點(diǎn)短路時(shí)，流過線路BC(上)的電流曲線。,為了保證電流段保護(hù)2的保護(hù)范圍穩(wěn)定，必須考慮負(fù)荷線路分支的外汲作用，按照以下方法來整定起動(dòng)電流。,其中，分支系數(shù)為,分支系數(shù)的計(jì)算,C,Xs1,XAB,Xs2,A,B,IAB,IBC,2,1,M,分支系數(shù) 的計(jì)算必須基于系統(tǒng)的等值電路。,（1）有電源支路的情況, 分支系數(shù)與短路點(diǎn)位置無關(guān)。, 分支系數(shù)隨運(yùn)行方式的變化而變化。,C,IAB,IBC,M,分支系數(shù) 的大小會(huì)隨系統(tǒng)阻抗 和 的變化而變化,最小分支系數(shù) 出現(xiàn)在系統(tǒng)阻抗 最小和 最大時(shí)。, 限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流段）的整定。,起動(dòng)電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。,分支系數(shù)的計(jì)算,（2）有負(fù)荷線路支路的情況,C,B,2,1,M,分支系數(shù) 的計(jì)算也必須基于系統(tǒng)的等值電路。, 分支系數(shù)與短路點(diǎn)位置有關(guān)。,短路點(diǎn)越靠近線路末端，分支系數(shù)越?。?故簡化計(jì)算是可取故障位置為1/2，再校驗(yàn)靈敏度是否滿足。, 分支系數(shù)與運(yùn)行方式無關(guān)。, 限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流段）的整定。,起動(dòng)電流整定值按照最小分支系數(shù)來整定。,即：,i) 在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，母線兩側(cè)的過電流保護(hù)中時(shí)限短者加方向，長者不加。時(shí)限相同則都加方向元件。,3. 過電流保護(hù)裝設(shè)方向元件的方法 靠動(dòng)作時(shí)限來避免誤動(dòng)，從而不裝設(shè)方向元件。,當(dāng) 時(shí)，過電流保護(hù)6可不用裝設(shè)方向元件。,因?yàn)楫?dāng)反方向上線路CD短路時(shí)，過電流保護(hù)6能夠以較長的動(dòng)作時(shí)限來保證選擇性。,過電流保護(hù),ii) 電源引出線和負(fù)荷引出線接在同一個(gè)母線上時(shí)，電源引出線的保護(hù)與負(fù)荷引出線的保護(hù)比較，前者動(dòng)作時(shí)限小于或等于后者，前者加方向