電力系統(tǒng)繼電保護

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1

雙電源及多電源系統(tǒng)供電更可靠。如下圖，即使斷路器1、2跳開（無論何原因），則變電站M、N、P、Q的供電情況受到的影響較小。2——找差異怎么辦？希望：保護3跳閘，保護2不跳閘。一、問題的提出如果保護1～6均按照第一節(jié)的方法進行整定，那么，在K1點發(fā)生短路時，如果短路電流IK大于保護2的定值，就會造成保護2的誤動，從而導(dǎo)致變電站N被停電（保護3應(yīng)當(dāng)動作跳閘）。3發(fā)現(xiàn)差異：保護2的方向與的方向相反；保護3的方向與的方向相同。

我們規(guī)定繼電保護工作的“正方向”：

由繼電保護安裝處指向被保護元件。（教材：由母線指向線路——僅針對線路）

為此，如果我們設(shè)計一個方法能夠區(qū)分“正方向”和“反方向”(差異)，那么，問題就迎刃而解了。4

區(qū)分方向的問題，必須采用至少2個電氣量的相量比較。經(jīng)過研究、分析，采用：以保護安裝處的電壓作為參考相量。于是，保護2和3有如下的相量關(guān)系：5可以設(shè)法僅讓正方向動作——對“地”電壓6

如果實現(xiàn)了短路方向的判別，那么，只要在方向相同的保護之間進行“配合”即可。如下圖，1、3、5為朝著同一個方向，右側(cè)電源相當(dāng)于不產(chǎn)生影響，這樣，就可以利用前述的單電源方法。類似地，2、4、6為另一個方向。雙電源問題歸結(jié)為：如何區(qū)分短路的方向？7二、方向性電流保護工作原理在原有電流保護基礎(chǔ)上增加方向判別元件，反方向故障時把保護閉鎖不致誤動。

無方向元件的電流保護（延時可以為0）有方向元件的電流保護(方向性電流保護)8無方向元件有方向元件繼電器連接方式的原理圖9三、方向元件的工作原理(以三相短路為例)

僅討論微機保護的實現(xiàn)方法希望的動作區(qū)域(電流變化范圍)10111213還有一種實現(xiàn)方法，稱為相位比較方程。14對（功率）方向元件的基本要求是：

1、應(yīng)具有明確的方向性。

2、正向故障時可靠動作，有足夠的靈敏性。（應(yīng)當(dāng)比電流元件的靈敏度更高，否則，會影響保護的靈敏度）15

因為1個電氣量無法進行比較（稱為出現(xiàn)死區(qū)），所以，2個電氣量都需要設(shè)定一個最小的門檻。此門檻要求：在電流保護第III段末端發(fā)生短路時，保護安裝處的測量電流、電壓要大于這個門檻值，即末端短路時，方向元件應(yīng)當(dāng)可靠動作，否則，會影響保護靈敏度。16四、方向元件的接線方式接線方式——

引入什么電壓與電流？對接線方式的要求：1）正方向任何短路都能動作，反方向不動。2）接入的電壓、電流盡可能大。經(jīng)過分析論證，目前，相間短路的方向元件較多地采用一種稱為90°的接線方式。1790°接線方式（稱呼方便）：三相對稱、且cosφ=1時，引入的電流與電壓的夾角。即:18A相極性連接示意圖注意：1）極性連接。2）按相連接。19三相連接示意圖（極性、按相）201、正方向發(fā)生三相短路設(shè)線路阻抗角為(只畫出A相電流)。電壓超前電流的角度：212、正方向發(fā)生兩相短路

1）近處BC兩相短路C相角度類似222）遠處BC兩相短路C相類似分析，但是，有：23

歸納上述分析，可以知道：在三相和兩相短路情況下，電壓超前電流的角度在下列角度之間：24

考慮到，小電流接地系統(tǒng)的線路阻抗角為（60～75）度之間，代入上述關(guān)系，可知：

兼顧上述各種相間短路的情況，于是，通常將最大靈敏角（電壓超前電流的角度）設(shè)計為：25

對應(yīng)于最早提到的動作區(qū)域(左下圖)，實際的動作區(qū)域應(yīng)當(dāng)如右下圖。2690o接線方式的優(yōu)點（1）對各種兩相短路都沒有死區(qū)

——因為引入了非故障相電壓。（2）適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對各種故障都能保證方向性。另外，出口三相短路時，沒有電壓，會出現(xiàn)“死區(qū)”(Um=0)，故采用短路前的“記憶電壓”進行比較。27

短路前的“記憶電壓”與“短路后的電流”進行方向比較（短路方向判別）。電壓約等于0，無法進行方向判別28五.雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中方向電流保護應(yīng)用特點在多端供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護可以保證各保護之間動作的選擇性。存在的問題：

1）接線復(fù)雜(非微機時，可靠性降低)、投資增加；

2）保護安裝處正方向出口發(fā)生三相短路，存在動作“死區(qū)”（II段、III段有延時，無記憶作用）。29

為此，方向元件的配置應(yīng)該按照“少而精”

的原則。1）電流整定值能保證選擇性時，不加方向元件；2）在線路一端加方向元件后滿足選擇性要求時，不必在線路兩端都加方向元件。30具體選擇的方法：（1）對于電流速斷（1段、2段）如果反方向的最大短路電流小于本保護的定值，可以不加方向元件(不會誤動)。（2）對于過電流保護（3段）一般按照躲最大負荷電流整定，故很難從電流定值上躲開，主要從時間上考慮，僅最長延時的那一個可以不裝方向元件。31

過電流保護一般通過比較延時的大小來決定是否裝設(shè)方向元件。僅比較正、反向都有電源的3段延時，僅延時最長的一個可以不裝方向元件。32六.雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的電流保護整定計算在整定計算中，由于雙電源的存在，使得短路電流的計算略微復(fù)雜一些。為此，引入了“助增”、“外汲”和“分支電流”、“分支系數(shù)”等概念。但是，原則都是一樣的：

1）按最大短路電流整定；

2）取最小短路電流校驗。（避免概念太多，留到距離保護中再介紹）33A）MN單回線運行時，B）MN雙回線運行時，34思考：1）保護1在何種情況下出現(xiàn)短路電流最大？最小呢？2）保護2呢？35

應(yīng)當(dāng)說明：在微機保護中，由計算機可以直接實現(xiàn)的比較（僅僅是2個相量的計算與比較）。

但是，在模擬量構(gòu)成的方向元件中，必須將電流、電壓都統(tǒng)一到一種電氣量后（或電流、或電壓），才能進行比較，否則，無法直接實現(xiàn)+、-計算。36整流型方向元件示意圖37故障前故障后

如何從波形中進行相位的分析？方向行為？38

如何從波形中進行相位的分析？方向行為？確定參考39

如何從波形中進行相位的分析？方向行為？確定參考40

如何從波形中進行相位的分析？方向行為？電流最靈敏的位置41

如何從波形中進行相位的分析？方向行為？電流最靈敏的位置邊界線動作區(qū)域42

根據(jù)短路后電壓、電流的相位關(guān)系，分析和判定繼電保護是否正確動作。43下圖中，分別接到什么保護中？

思考：在K1、K2、K3分別發(fā)生短路時，何處短路算出口短路？何處算正方向短路？何處算反方向（或區(qū)外）短路？44

圖2.29供了解，那是晶體管、集成電路的實現(xiàn)框圖。提前說明：在后續(xù)介紹的距離保護（阻抗保護）中，既可以實現(xiàn)短路范圍的判別（現(xiàn)在已學(xué)習(xí)的是：電流判別），還可以識別短路的方向（現(xiàn)在已學(xué)習(xí)的是：方向元件），另外，距離保護受系統(tǒng)運行方式的影響要小很多。45

在實際工程中，到目前為止，由一個地方電氣量構(gòu)成的輸電線路繼電保護（單端電氣量保護），還無法判別線路末端和相鄰線路的出口短路，因此，設(shè)計原則都是一樣的。即：

1）I段躲線路末端的短路；

2）II段保護線路全長（加延時）；

3）III段作為近后備、遠后備（再延時）。電流保護反