《双侧电源电网相间短路的方向性电流保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双侧电源电网相间短路的方向性电流保护（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.2 双侧电源电网相间短路的方向性电流保护2.2.1 方向性电流保护的基本原理2.2.1.1 方向性电流保护的必要性(a) 点短路时的电流分布；(b) 点短路时的电流分布； (c)各保护动作方向的规定1k2k(d)方向过流保护的动作时限特性（图 2.15 双侧电源网络接线及保护动作方向的规定）2.2.1.2 方向性电流保护的基本原理方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判别元件，以在反方向故障时保证保护不致误动作。总之，利用短路功率流动方向构成的方向性电流保护的动作原则是：（1）当短路功率自母线经由电流保护装置流入线路时，相应的保护应该动作，如2.15 (b)中 点短
2、路时，保护1、2 、3、7动作。k（2）当短路功率自线路经由电流保护装置流入母线时，相应的保护不应该动作，如2.15 (b)中 点短路时，保护 4、5、6、8不应该动作。2.2.1.3 方向性电流保护的组成方向元件、电流元件和时间元件组成，方向元件和电流元件必须都动作以后，才能去启动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。对继电保护中方向继电器的基本要求是：（1）应具有明确的方向性，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。（2）故障时继电器的动作有足够的灵敏度。（图 2.16 方向过电流保护原理接线图）2.2.2 功率方向继电器的工作原
3、理2.2.2.1 功率方向继电器的原理（a）网络接线；(b) 点短路矢量图；(c) 点短路矢量图1k2k（图 2.17 方向继电器工作原理分析）因此，利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。用以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 。2.2.2.2 利用鉴别电流、电压间相位的功率方向继电器原理鉴别电流、电压间相位的功率方向继电器，其主要反应加入继电器电流和电压之间的相位而工作，因此用相位比较方式来实现最为简单。如果按电工技术中测量功率的概念，对A 相的功率方向继电器，加入电压（ ）和电流 （ ）, 则当正方向短路时，A相继电器中电压
4、、电流之间的KUKI相角如图2.17 (b) 所示，即为(2.18)Ak1KargI&反方向短路时，如图2.17 (c)所示，为(2.19)Ak2K2ar80UIo式（2.19）中符号arg表示矢量 的幅角，亦即分子的矢量超前于分母矢量的角度，AK2/I&如取 ，可画出矢量关系如图2.18所示。k60o（图2.18 三相短路时 时的矢量图）k60o2.2.2.3 动作灵敏角与动作特性一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出(转矩或电压) 值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 。为了maxsen在最常见的短路情况下使继电器动作最灵敏，采用上述接
5、线的功率方向继电器应做成最大灵敏角 。又为了保证正方向故障，而 范围内变化时，继电senmaxk60o k0o9器都能可靠动作，继电器动作的角度范围通常取为(电压超前电流) 。此动作senmax0o特性在复数平面上是条直线，如图2.19 (a) 所示， 阴影部分为动作区。其动作方程可表示为：(a)按式 (2.18)构成，(b)按式(2.19)构成（图2.19功率方向继电器的动作特性） (2.20)senmaxjK90arg90UIoo&或 (2.21) rmaxmaxsenKsenI式（2.21）表明，当选取 时，以继电器电流 为参考矢量（ 与横轴senax60oKI&KI一致） ，在继电器中
6、电压 超前其 至滞后其 的范围内，继电器均能动作。如用KU&153o表示 超前于 的角度，并用功率的形式表示动作条件，则式(2.21)则可写成：KI(2.22)senmaxco()0当余弦项和 、 越大时，其值也越大，继电器动作的灵敏度越高，而任一项等于零或KUI余弦项为零时，继电器将不能动作。采用这种接线和特性的继电器时，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 0或数值很小，使继电器不能动作，这段因电AU压过低使继电器不能正确动作的线路称为继电器的“电压死区” 。当上述故障发生在死区范围以内时，整套保护将要拒动，这是一个很大的缺点，因此实际上这
7、种结线方式很少采用。为了减小和消除死区，在实际上广泛采用非故障的相间电压作为参考量去判别电流的相位。例如对A相的方向继电器加入电流 和电压 ，此时， ,当正方AI&BCBCAarg/UI&向短路时， ,反方向短路时, ,矢量关系亦示于图K903o 301850oo2.18中。在这种情况下，继电器的最大灵敏角应设计为 ，动作特senmaxK93o性如图2.19（b）所示，动作方程为：(2.23)kj(90)Ke90argUIooo&习惯上采用 ， 称为功率方向继电器的内角，则上式可变为(2.24)K90arg90Ioo&如用功率的形式表示，则为(2.25)Kcs()UI对A相的功率方向继电器而言
8、，可具体表示为(2.26)BCo()0I除正方向出口附近发生三相短路时， 0，继电器具有很小的电压死区以外，在BCU&其他任何包含A相的不对称短路时， 的电流很大， 的电压很高，因此继电器不仅AIBC没有电压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。2.2.4 功率方向继电器的接线方式2.2.4.1 定义功率方向继电器的接线方式 是指作为方向性电流保护中的方向性元件，在实际应用中接入电压互感器TV和电流互感器 TA的方式。不同的接线方式，决定了引入继电器中电流和 的相位关系，也是决定继电器是否能够正常而灵敏动作的关键。KIU2
9、.2.4.2 接线要求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，对其接线方式应提出如下要求：（1）正方向任何形式的故障都能动作，而当反方向故障时则可靠不动作。（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KI&U接近于最灵敏角 ，以便消除和减小方向继电器的死区。Ksenmax2.2.4.3 接线方式90o为了满足以上要求，功率方向继电器广泛采用的是 接线方式，所谓 接线方式是90o90o指在三相对称的情况下，当 时，如图2.33所示，加入继电器的电流 和电压cos1AI&相位相差 。这个定义仅仅是为了称呼的方便，没有什么物理意义。BCU&90o（图2.33
10、 时的矢量图）cos1图2.34为采用 接线方式时的三相继电器接入方式，将三个继电器KP1、KP2、KP390o分别接入 、 、 、 、 、 而构成的三相式方向过电流保护中的方向性元AI&BCUICAI&BU件的原理接线图。在此顺便指出，对功率方向继电器KP的接线，必须十分注意继电器电流线圈和电压线圈的极性问题，如果有一个线圈的极性接错时，就会出现正方向短路时拒绝动作，而反方向短路时误动作的现象，从而造成严重事故。（图2.34 采用 接线时三相功率方向继电器的接线）90o2.2.5 对方向性电流保护的评价由以上分析可见，在具有两个以上电源的网络接线中，必须采用方向性保护才有可能保护各保护之间动
11、作的选择性，这是方向保护的主要优点。但当继电保护中应用方向元件以后将使接线复杂，投资增大。 同时保护装设地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，方向元件将失去判别相位的依据，从而不能动作，其结果是导致整套保护装置拒动，出现方向保护的“死区” 。（图2.35 双侧电源线路上电流速断保护的整定）鉴于上述缺点的存在，在继电保护中应力求不用方向元件。实际上是否能够取消方向元件而同时又不失掉动作的选择性，将根据电流保护的工作情况和具体的整定计算来确定。例如，对于电流速断保护，如果反方向线路出口处 点短路时，由电源 供给的最1kE大短路电流小于本保护装置的起动电流 ，则反方向任何地点短路时由电
12、源 供给的1actI短路电流都不会引起保护1误动作，这实际上是已经从整定值上避开了反方向的短路，因此，就可以不用方向元件。对于过电流保护，一般都很难从电流的整定值躲开，而主要决定于动作时限的大小。以图 2.15 中保护 6 为例，如果其过电流保护的动作时限 ，式中 为保护 1 过电61tt1t流保妒的时限，则保护 6 就可以不用方向元件，因为当反方向线路 C-D 上短路时，它能以较长的时限来保证动作的选择性。 但在这种情况下，保护 1 必须有方向元件，否则，当在线路 B-C 上短路时，由于 ，它将先于保护 6 而误动作，自以上分析还可以看出，当16t时，保护 1 和 6 都需要装设方向元件。16t
