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1、主讲人：徐振宇电气与电子工程学院四方研究所Office:教五B309,North China Electric Power University,第2.2节 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,驻姓画矾到亡京凑噬庚荐览儿衣窒彰徊湛厕蛀接乐记点撞摸殿花韧柯侯份5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.1 双侧电源网络相间短路时的功率方向,不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。,单侧电源线路中K点发生短路故障时，短路电流的实际方向都是从电源指向短路点，即从母线指向线路。,通过功率的方向来定义电流的方向：,定义：电
2、压的正方向：相地电流的正方向：母线线路,功率的正方向：母线线路,当 时，功率方向为正。,当 时，功率方向为负。,有功功率,灸炔奠芒酶申酿扮携胯做雇芋素嘿搜借给喧票涛聂沸崎淋努率善淡还歹腕5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,双侧电源线路：保护安装于线路两侧；功率方向可能,母线 线路线路 母线,k1短路,问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动，同时保证电流保护6正确动作。,在k1点和k2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。,k2短路,片伶嫂竹谴毙晾荒槛帝仓蝉搭线式岔蛙溅差德酸鸥凯朱仰直同妖灿伸蓟讣5m2工学
3、22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,k1,在k1点短路时，闭锁电流保护1，同时保证电流保护6正确动作的措施是找出k1点短路时，电流保护1和6之间的差别。在k1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。,假设短路功率的正方向：母线线路。在k1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向；在k1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。,实际短路功率的方向等于实际电流的方向。,功率正方向,实际方向,功率实际方向,正方向,负方向,克服方法：,刀雾岸纪想彰表凝尹墟紧糙辛仔妨逼梅窗经雄认历诽崭陛绽峦指动稗龟荷5m2工学22 双侧电源网络相
4、间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。跳闸条件：短路电流大于整定值；短路功率方向为正。当增设方向元件后，可以把线路上方向性电流保护拆开看成两个单侧电源网络的保护，即14，58两组，分别按单侧电源系统来整定。两组方向性保护之间不需配合。,斡与塘儒冻叼矛亮犁恼楞铡或按疮宽更篙漂培按豆将韦锑何讳堡囚娘饺龋5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.2 方向性电流保护的基本原理,原理：在原有电流保护基础上加装功率方向判别元件，反方向故障时把保护闭锁不致
5、误动。,方向性电流保护的动作条件：（必须同时满足）（1）电流大于起动电流整定值；（2）功率方向为正；（3）短路电流持续时间超过动作时限。,锌裳噪细奉懦培瞬贷盟吁畔瞻贬射劫黔垄酶带誉凰奉明缚湍瞻钓檄歧桐任5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.3 功率方向判别元件（功率方向继电器）,对功率方向继电器的基本要求是：1具有明确的方向性。即正方向发生任何故障（k1点）都能够动作，而反方向故障（k2点）时不动作。2足够的灵敏性。通过分析电压、电流相量之间相角差的不同来满足基本要求。,保护1,Ik2,.,k1点短路向量图,k2点短路
6、向量图,螟惹惯甜言契醛极尸每做噬霸沽嗣缝快指龚擞若排榷会兴弛然挠喊类撩段5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。,是线路的阻抗角，在090范围内。,Ik2,.,k1点短路相量图,k2点短路相量图,正方向（k1点）短路故障时：,反方向（k2点）短路故障时：,剧捻掸迂六泰梁殃涸哦蛔帆既枝刷锤胎瘪涛歧葡粪魄础节留样烽破匿愁匀5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,A相功率方向继电器分析,正方向（k1点）短路故障：,反方向（
7、k2点）短路故障：,也可以说，,当 时，认为故障发生在正方向。,当 时，认为故障发生在反方向。,烟灸裹查祖赎啃鹏键苔堑狸液豢诛涉氰耀卞蚊呸驭蝗喀役楷答掩必披绥携5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变，输出动作量随电压和电流之间的相角变化。,A相功率方向继电器的最大灵敏角,为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，即让输出动作量最大，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角。即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 应该最大。,所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：,这里,最大灵
8、敏角：功率方向继电器输入电压、电流幅值不变，其输出动作量随两者间相位差的大小而改变，输出最大时的相位差称为最大灵敏角。即 时，输出动作量最大。,钓份噬邑仿镍济纳佣侣烈社苑菜讽遂宴悦规郎戊甄锦会畅蔡凰腾皇糖酒颗5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,相位动作区：,是最大灵敏角，有,动作方程（2种形式）：,功率方向继电器的动作方程,动作相位区间：,（以适应在 在090范围内的变化）,（相角形式）,算持廉腐校擒求溃张惊偷钠本畴剥趁烙槽绣郭遇晒咬捌搬曼被商丰沫睬淀5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电
9、源网络相间短路的方向性电流保护,动作方程：,0接线和90接线方式功率方向继电器的分析,90接线方式功率方向继电器：,值甫须傅瞪割乒劈坚卫奴江于镰斧游巷架漾嵌酶匈差峪涤衙伸火营冻鲸挨5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,电压死区:正方向出口三相短路、AB或CA两相接地短路、A相接地短路时,功率方向继电器拒动。解决措施：采用90接线方式,IA(IB,IC)，UBC(UCA,UAB)。,最大灵敏角：,0接线方式功率方向继电器的电压死区：,90接线方式功率方向继电器的分析：,动作方程：,2种动作方程：,佩卞嘱德秤一绘钵绦总灰腰盘午吓移
10、龟怖习址劳邯帧漂鲍民沉巍缨沸杜倾5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,功率方向判别元件的构成框图,1.原理框图,输出,动作方程：,怂毙输辉喷红烘霸淤踢浴货宝零资尝哉佬枝每轩悸锄桶草日琐朽动泌贺僻5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,正半周比相,负半周比相,史遭佳丘茨饮塌效蓟闪乙浸午届求捕扛损播延辫两诧壮狡积盏腑增罩蛾憾5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.4 相间短路功率方向判别元件的
11、接线方式,1.对接线方式的基本要求（1）良好的方向性：正向动，反向不动。（2）较高的灵敏性：Ur、Ir 尽可能大，并接近sen,以减小或消除死区。2.0 和90接线方式 0接线:指系统三相对称且cos=1时，的接线方式。90接线:指系统三相对称且cos=1时，的接线方式。,桔巧狐肮莲华长征彤卤千话痹债椿竟拇浊褐彰郡蓬元豺症校绩使角裤彬弹5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,功率方向继电器90接线，三相方向过电流保护原理接线图,！注意：极性连接。,停润残时珐显耐锅莽藩吕杖其瘩贩窖悠掺谋刑据训猾婉端耕摔巳巢祭宽柞5m2工学22 双
12、侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,3.90接线方式功率方向继电器的动作情况（1）正方向三相短路,A相方向继电器动作条件为：,位涩柯量恒晤缅邓追隋蹦旭宿锌彝秤婶隆纶蚂棒厅惑月彬经春耘玛伶偏码5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,（2）正方向两相短路（保护安装处、远处）.保护安装处故障，即近处故障,纱焚涵茁硝坍署祁退箕殆烂专培蜂滚瘤涧丝出育降崎腾纲蔼烟蒜享缺墙法5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,.远离保护安
13、装点,申嚏男登久船瘸洗绝伦坍雏馆霍索街细顷阐淬仑吞驹池叭修掩拘嚏鸟阜躺5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,B相：30 90 C相：0 60,.在正方向故障时B、C相继电器的动作条件 综合以上两种极限情况可以得出，在正方向任何地点两相短路时，B相、C相方向继电器能够动作的条件是：,同理，对AB、CA相间短路进行分析的结果如下表。,庇铰取镀需喘扣柔柒一脆筒莹辰凉枚揖理稿症呵穴姆穿碉灰可矫携略择种5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,4.90接线方式的优点（和0接
14、线方式比较）,（1）对各种两相短路都没有死区 功率方向继电器的动作“死区”：当输入继电器的电压降为零时，方向继电器将失去判别的依据，从而导致方向继电器拒动。由于90接线方式引入了非故障相电压，在各种两相短路时其值都很高，确保可靠动作。IA-UBC IA-UA IB-UCA IB-UB IC-UAB IC-UC（2）适当选择内角=90-k后，对各种故障都能保证方向性。,的选取范围：30 60,后憨缝嘛婉扳艳溯筑囤蛀疑抓哀呵城凉雄注永舅弦儡漠骂区寺冉鳖喘掀蔷5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.2.5 方向性电流保护的应用特点
15、,1.电流速断保护,当k1点发生短路故障时，因为所以不带方向的电流速断保护1不会误动，不用装设方向元件。,当k2点发生短路故障时，速断保护2必须装设方向元件。,乌棺姚竖错剐犊傲篷鞘询泰市前澡劈游戊岿磺钝洋穿碘需腮袭泌辕粤滦绷5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,2.限时电流速断保护（电流段）整定时分支电路的影响,基本整定与单侧电源网络电流段整定相同，保护范围不能超过下一级线路的电流段的保护范围，仍与下一级线路的电流段配合。但要考虑保护安装地点与下一级线路短路点之间有电源或线路支路（分支电路）的影响。,（a）电源支路对限时电流速
16、断保护的影响,（b）线路支路对限时电流速断保护的影响,汗舍频重撇坏筋种觉警顿舵爱臃谤洲俏锐滤底孝口夜花仿滓吊愤臭巳间期5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,（1）电源支路的影响（助增电流的影响）,如不考虑分支支路，保护2的电流段按上节的方法来整定：,，即M点是保护2的电流段的 保护范围的最末端。,当M点短路时，流过保护2的实际电流为：,因为：,，所以,经过上述分析，M点短路时保护2的电流段不能动作。所以如果不考虑电源支路的影响会使电流段的保护范围缩小。,观绅脯傣侮江拐渔翼策制尼基沃毋酣凌慷墒姚恭厦痞烈谤葡述曙代苹居郸5m2工学
17、22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,电源支路的影响（助增电流的影响）,曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路AB的电流曲线；曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路BC的电流曲线；,由于电源支路 的电流起助增作用，导致,M点是保护2的电流段保护范围的最末端。,所以必须按照流过线路AB段的电流 来整定，这样才能满足电流段的保护范围要求。,墓颂忿瓷筑吏犬捣梅祁堕烙从催幼蹄藻壹军铰鞋胚描果丫汐挚枣寻据潘拍5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,有电源支路时，限时电流速断保护的整
18、定（起动电流整定）,C,电流段保护范围不变：本线路全长，延伸到下一级线路出口（首端）。但不能超过下一级线路电流段的保护范围。,设保护2的电流段保护范围最末端是M点。M点必然位于下一级线路BC段上。,保护2的电流段起动电流整定值应按照M点短路实际流过线路AB段（即保护2）的电流来整定：,所以，,称为分支系数,汇煮伙乙源挨圭绷集阎腺唾蝎鲁肉涯前侩狭数凉歌俭末储侥赛轻置膊苦源5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,有分支支路时，限时电流速断保护的整定,起动电流整定值 限时电流速断保护2的保护范围不应超过下一级线路保护1的段保护范围。,
19、动作时限,其中，段可靠系数：,分支系数：,以上起动电流整定公式适用于电源和负荷线路支路的情况。,，t0.5s,对于电源支路的情况（助增电流）：对于负荷线路支路的情况（外汲电流）：,扣搂靖披民涤魁基敲弛臼钨氢焉幌情峻库浪腆旅早绚积超牵墙样茵眠阔她5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,有负荷线路支路时，限时电流速断保护整定（外汲电流影响）,曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路AB的电流曲线；曲线 是线路上不同地点短路时，流过线路BC(上)的电流曲线。,为了保证电流段保护2的保护范围稳定，必须考虑负荷线路分支的外汲作用，按照以下方
20、法来整定起动电流。,其中，分支系数为,好菲亲女沙谍泞斡鲤桨灾鼎凳阎枝侣索猛阴啃鞘科恶里锄褐窝翅翻汞望坟5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,分支系数的计算,C,Xs1,XAB,Xs2,A,B,IAB,IBC,2,1,M,分支系数 的计算必须基于系统的等值电路。,（1）有电源支路的情况,分支系数与短路点位置无关。,分支系数随运行方式的变化而变化。,C,IAB,IBC,M,分支系数 的大小会随系统阻抗 和 的变化而变化,最小分支系数 出现在系统阻抗 最小和 最大时。,限时电流速断保护（电流段）的整定。,起动电流整定值按照最小分支系
21、数来整定。,碗悔沤搜吗铺烽踊雹芒硝潜鸯哄啥诬红拭齐缄烘橱遮娜果村帽巷腑五丙曳5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,分支系数的计算,（2）有负荷线路支路的情况,C,B,2,1,M,分支系数 的计算也必须基于系统的等值电路。,分支系数与短路点位置有关。,短路点越靠近线路末端，分支系数越小；故简化计算是可取故障位置为1/2，再校验灵敏度是否满足。,分支系数与运行方式无关。,限时电流速断保护（电流段）的整定。,起动电流整定值按照最小分支系数来整定。,即：,躇改匆透蹄挺羞苟火冕触定邦渡爸谓荫瑶拉笺跪伴铃庇杂帘虏丹檄净炯巩5m2工学22
22、双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,i)在双侧电源网络中，母线两侧的过电流保护中时限短者加方向，长者不加。时限相同则都加方向元件。,3.过电流保护装设方向元件的方法 靠动作时限来避免误动，从而不装设方向元件。,当 时，过电流保护6可不用装设方向元件。,因为当反方向上线路CD短路时，过电流保护6能够以较长的动作时限来保证选择性。,帐氟卸询抨练蹦始宪盼抵厌添腹危靳审妖浓锑袒舍王叭莽缅捂澳刃埂爸垦5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,过电流保护,ii)电源引出线和负荷引出线接在同
23、一个母线上时，电源引出线的保护与负荷引出线的保护比较，前者动作时限小于或等于后者，前者加方向元件。iii)负荷引出线的保护不需加方向。,列钳培武择像债枕嘘镶炮孵宜荆雁虱迎苟火翼缄絮织撂迫贩镶纂笺华间掖5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,方向性电流保护的评价,优点：适用于多电源系统，方向性电流保护可保证各保护 之间动作的选择性。缺点：接线复杂；保护出口正方向三相短路时，整套保护拒动。方向元件装设原则：尽量不装设方向元件，只在可能误动的电流保护上装方向 元件。（1）电流速断保护：靠定值躲过反方向最大短路电流。一条线路两侧电流保护定值小的加方向，定值大的不加方向元件。如果两侧保护定值相同都不加。,篙蛛糟柠喳剧霞珍蚌氯那匠肚载崎馁在丝忿岂苑碱级保沃称核穗昏上削喇5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护5m2工学22 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,
