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1、第四章 电网相间短路的方向电流维护n4.1方向性方向性问题问题的提出及的提出及处处理方法理方法n4.2 功率方向功率方向继电继电器器n4.3 功率方向功率方向继电继电器的接器的接线线方式方式n4.4 方向方向电电流流维护维护的整定原那么的整定原那么4.1方向性方向性问题问题的提出及的提出及处处理方法理方法 n为提高供提高供电可靠性可采用双可靠性可采用双电源或源或单电源源环形形电网供网供电更可靠，但却更可靠，但却带来新来新问题: :n(1)(1)、段灵敏度能段灵敏度能够下降下降n(2)(2)无法保无法保证段段动作作选择性性在两在两侧电源源辐射形射形电网及网及单电源源环形形电网，网，须思索思索维护
2、的方向性的方向性问题。(a) 两侧电源辐射形电网两侧电源辐射形电网 (b) 单侧电源环形电网单侧电源环形电网(1)、段灵敏度能段灵敏度能够够下降下降以以P3段段为例，整定例，整定电流流应躲过本本线路末端短路路末端短路时的最大短的最大短路路电流，除了流，除了躲过P母母线处短路短路时A侧电源提供的短路源提供的短路电流，流，还必需必需躲过N母母线背背侧短路短路时B侧电源提供的短路源提供的短路电流。当两流。当两侧电源相差源相差较大且大且B侧电源源强于于A侧电源源时，能，能够使整定使整定电流增大，流增大，缩短短段段维护区，区，严重重时丧失失维护区；区；电流流维护段段时也有也有类似的似的问题，除了与，除了
3、与P5的的段配合，段配合，还须与与P2的的段配合，能段配合，能够导致灵敏度下降。致灵敏度下降。(2)无法保无法保证证段段动动作作选择选择性性n 段动作时限采用“阶梯特性，维护P2、P3的段动作时限分别为t2、 t3，当k1缺点时，维护P2、P3的电流段同时启动，按选择性要求应该维护P3动作，即要求t3t2，显然无法同时满足两种情况下后备维护选择性。缘由分析由分析 n呵斥呵斥电流流维护在双在双电源源线路上运用困路上运用困难的的缘由是由是需求思索需求思索“反向缺点反向缺点 .n以上以上图中中维护P3为例例 .n从从维护安装安装处看出去，在看出去，在“母母线指向指向线路方向路方向上上发生的缺点称生的
4、缺点称为正向缺点，反之称正向缺点，反之称为反向缺点。反向缺点。处理方法理方法 n利用方向元件与利用方向元件与电流元件流元件结合就构成了方向合就构成了方向电流流维护。n正方向缺点正方向缺点时方向方向电流流维护才能才能够动作，按正方作，按正方向分向分组，图中中维护可以分可以分为两两组：P1、P3、P5为一一组，整定，整定动作作电流流时思索思索A侧电源提供的短源提供的短路路电流；流；P2、P4、P6为另一另一组，整定，整定时思索思索B侧电源提供的短路源提供的短路电流。流。双双侧电源源电网网线路方向路方向过流流维护时限特性限特性(a)网网络图；(b)维护时限特性限特性n加装了方向元件的加装了方向元件的
5、电流流维护叫做方向叫做方向电流流维护。n这样，当双，当双侧电源网源网络上的上的电流流维护加装了方向加装了方向元件后，就可以把它元件后，就可以把它们拆开看成两个拆开看成两个单侧电源网源网络的的维护，其中，其中维护13反响于反响于G1供供应的短路的短路电流而流而动作，作，维护26反响于反响于G2供供应的短路的短路电流而流而动作，作，这样前面所前面所讲的三段式的三段式电流流维护的任的任务原原理和整定理和整定计算就可运用了。算就可运用了。n维护1、3、5为一一组，维护2、4、6为另一另一组，各，各同方向同方向维护间的的时限配合仍按限配合仍按阶梯原那么来整定。梯原那么来整定。当当k1点短路点短路时，维护
6、1、3、4、6因短路功率由母因短路功率由母线流向流向线路，故都能起路，故都能起动，其中按，其中按动作方向作方向时限限最短的最短的维护3和和4动作，跳开作，跳开QF3、4，将，将wl2切除，切除，维护1、6前往，保前往，保证动作作选择性。性。方向方向过流流维护原理接原理接线图方向过电流维护主要由方向元件功率方向方向过电流维护主要由方向元件功率方向继电器、启动元件电流继电器、时间继电器、启动元件电流继电器、时间元件组成元件组成 。 两相式方向过电流维护接线图原理图及展开图 n阶阶段式方向段式方向电电流流维护维护主要用于双主要用于双电电源源辐辐射射形网形网络络和和单电单电源源环环形网形网络络，作，作
7、为输电线为输电线路路相相间间短路的主短路的主维护维护和后和后备维护备维护 。4.2 功率方向功率方向继电继电器器电压电流相量图电压电流相量图(a)正向缺点时；正向缺点时；(b)反向缺点时反向缺点时图中母中母线电压参考方向参考方向为“母母线指向大地，指向大地，电流参考方向流参考方向为“母母线指向指向线路。路。正向缺点正向缺点反向缺点反向缺点n利用判别短路功率的方向或电流与电压之间的相位关系，就可以判别缺点方向。n即用短路功率的正负来判别缺点的方向，依此原理构成的继电器称为功率方向继电器方向元件。nk1点短路时nk2点短路时 短路功率短路功率n所谓短路功率，普通指短路时某点电压所谓短路功率，普通指
8、短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不思索分布电容的线路上短路联电容也不思索分布电容的线路上短路时，以为短路功率从电源流向短路点。时，以为短路功率从电源流向短路点。n由此可由此可见，随着短路，随着短路电流的方向不同，功流的方向不同，功率方向率方向继电器感受的功率也不一器感受的功率也不一样。对于于正方向的缺点，其功率正方向的缺点，其功率为正正值，反方向缺，反方向缺点，其功率点，其功率为负值。因此，根据功率方向。因此，根据功率方向继电器的感受功率的正、器的感受功率的正、负来判来判别短路功短路功率方向即短路率方向即短路电流的方向，并决流的方向，并
9、决议维护能能否否动作于跳作于跳闸。这就是功率方向就是功率方向继电器之器之所以能判所以能判别短路短路电流方向的根本原理流方向的根本原理 。功率方向功率方向继电器的根本要求器的根本要求n 应应具有明确的方向性，即在正方向具有明确的方向性，即在正方向发发生各种生各种缺点缺点 包括缺点点有包括缺点点有过过渡渡电电阻阻 时时能可靠能可靠动动作，而作，而在反方向缺点在反方向缺点时时，可靠不，可靠不动动作。作。n缺点缺点时时功率方向功率方向继电继电器的器的动动作有足作有足够够的灵敏度。的灵敏度。n普通的功率方向普通的功率方向继电继电器当器当输输入入电压电压和和电电流的幅流的幅值值不不变时变时，其，其输输出出
10、 转转矩或矩或电压电压 随两者随两者间间相位差的相位差的大小而改大小而改动动，输输出出为为最大最大时时的相位差称的相位差称为为方向方向继继电电器的最大灵敏角。器的最大灵敏角。功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程未采用90接线方式:采用90接线方式:功率方向继电器比相式动作方程功率方向继电器比相式动作方程功率方向继电器比幅式动作方程功率方向继电器比幅式动作方程功率方向功率方向继电器的构成器的构成n相位比相位比较的两相量的两相量为: :n此此时，动作方程作方程为：n比比较两两电气量相位原理构成的功率方向气量相位原理构成的功率方向继电器，器，称称为
11、相位比相位比较式功率方向式功率方向继电器。器。n可按比可按比较两两电气量的相位原理来构成气量的相位原理来构成, ,也可按幅也可按幅值比比较原理来构成。原理来构成。(a)=90动动作作边边境境 (b) 90不不动动作作相位比较与幅值比较之间的转换关系相位比较与幅值比较之间的转换关系动作情况相位比较与幅值比较之间的关系相位比较与幅值比较之间的关系n相位比较与幅值比较之间具有互换性。相位比较与幅值比较之间具有互换性。n条件：条件： 均为正弦量。均为正弦量。n动作方程满足：动作方程满足：IC-11IC-11整流型功率方向整流型功率方向继电继电器接器接线图线图 幅幅值值比比较较 交流回路图电压构成交流回
12、路图电压构成直流回路图电压比较直流回路图电压比较幅值比较回路由整流和滤波、幅值比较、幅值比较回路由整流和滤波、幅值比较、执行元件三个单元组成。常用的有循环执行元件三个单元组成。常用的有循环电流比较式、均压比较式二种。电流比较式、均压比较式二种。幅值比较回路幅值比较回路循循环电流式比流式比较回路接回路接线图均均压式比式比较回路接回路接线图1-铁铁芯；芯；2-永久磁永久磁铁铁；3-衔铁衔铁；4-触点；触点；5-右止档；右止档；6-左止档左止档极化继电器原理构造图极化继电器原理构造图晶体管零指示器晶体管零指示器*集成集成电电路型功率方向路型功率方向继电继电器器n 构成方向构成方向继电继电器的框器的框
13、图图滤波波滤波波方方波波方方波波相位比相位比较回路用何种方法回路用何种方法实现相位差比相位差比较？ n目前广泛运用的相位比目前广泛运用的相位比较方法之一是丈量两个方法之一是丈量两个电压瞬瞬时值同同时为正或同正或同时为负的的继续时间来来进展的，例如当同相位展的，例如当同相位时，其瞬，其瞬时值同同时为正的正的时间等于工等于工频的半个周期，的半个周期，对50HZ而言，即而言，即为10ms，而当两个，而当两个电压的相位差增至的相位差增至90时，其，其瞬瞬时值同同时为正的正的时间减至减至5ms，因此，比，因此，比较的的相位差，可相位差，可经过一定的一定的逻辑关系，用丈量两个关系，用丈量两个电压量同量同时
14、为正的正的时间来来实现相位比相位比较，当两者之，当两者之间的相差的相差90时，其瞬，其瞬时值同同时为正的正的时间必必然然5ms，满足足这个关系个关系时，继电器器应该动作。作。n (a) 临界动作条件n (b) 动作最灵敏条件功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性4.3 4.3 功率方向功率方向继电继电器的接器的接线线方式方式n功率方向继电器的接线方式:继电器与电流互感器和电压互感器之间的衔接方式。n应满足如下要求：n(1)必需保证功率方向继电
15、器具有良好的方向性。即正向发生任何类型的缺点都能动作，而反向缺点时那么不动作。n(2)尽量使功率方向继电器在正向缺点时具有较高的灵敏度， k接近 sen 。 减小减小电压死区的措施死区的措施 为减小和消除死区，减小和消除死区，实践上广泛采用非缺践上广泛采用非缺点相的相点相的相间电压作作为参考量去判参考量去判别电流的流的相位，如相位，如对A A相的方向相的方向继电器参与器参与电流流 和和电压 。对于相于相间短路短路维护用的功率方向用的功率方向继电器器为满足上述要求，广泛采用足上述要求，广泛采用9090接接线，所，所谓9090接接线是指系是指系统三相三相对称且相称且相电流与相流与相电压又同相即当系
16、又同相即当系统为纯有功有功负荷荷时的的功率因数，每个功率方向功率因数，每个功率方向继电器的器的电流流之之间的相位角都的相位角都为9090，这个定个定义仅是是为了称了称谓，无特，无特别物理意物理意义。 功率方向功率方向继电继电器的器的90o接接线线 功率方向功率方向继电器器90接接线方式的相量方式的相量图和接和接线图(a)以以a相相为例的相量例的相量图；(b)接接线图功率方向继电器的功率方向继电器的90o90o接线接线n优点：n各种两相缺点均没有电压死区，由于继电器参与的是非缺点的两相电压，其值很高。n适中选择a角后，对线路上各种相间缺点都保证动作的方向性。n缺陷：n正方向出口三相短路时仍有死区
17、。非缺点相非缺点相电流的影响及按相起流的影响及按相起动接接线n不不对称缺点称缺点时非缺点相仍有非缺点相仍有电流，称流，称为非非缺点相缺点相电流。流。n小小电流接地系流接地系统中非缺点相中非缺点相电流流为负荷荷电流。流。n大大电流接地系流接地系统中中还应思索接地缺点思索接地缺点时由由于零序于零序电流分布系数与正流分布系数与正负序序电流分布系流分布系数不同呵斥的非缺点数不同呵斥的非缺点电流。流。两相短路两相短路对非缺点相非缺点相电流的影响流的影响F所所谓“按相启按相启动接接线是指接入同名相是指接入同名相电流的流的电流流丈量元件和方向元件的触点直接串丈量元件和方向元件的触点直接串联，而后再接入，而后
18、再接入时间继电器器线圈的接圈的接线方式。方式。可防止反方向不可防止反方向不对称短路称短路时仅非缺点相非缺点相电流丈量元流丈量元件件动作作导致的致的维护误动或或仅由于功率方向元件由于功率方向元件误动而而导致的致的维护误动。非按相启动非按相启动按相启动按相启动4.4 方向方向电电流流维护维护的整定原那么的整定原那么 n方向方向电流流维护的整定有两个方面的内容：的整定有两个方面的内容：n一是一是电流部分的整定，即流部分的整定，即动作作电流、流、动作作时间与灵敏度的校与灵敏度的校验；n二是方向元件能否需求装二是方向元件能否需求装设(投入投入)。1.1.方向方向电电流流维护电维护电流部分的整定流部分的整
19、定n对于其中于其中电流部分的整定，其原那么与前述流部分的整定，其原那么与前述的三段式的三段式电流流维护整定原那么根本一整定原那么根本一样。不。不同的是与相同的是与相邻维护的定的定值配合配合时，只需求与，只需求与相相邻的同方向的同方向维护的定的定值进展配合展配合 。n在两端供在两端供电或或单电源源环形网形网络中，中，段、段、段段电流部分的整定流部分的整定计算可按照普通的不算可按照普通的不带方方向的向的电流流段、段、段整定段整定计算原那么算原那么进展。展。第段整定原那么 n一、一、段段维护动作作电流流n 段段动作作电流需流需躲过被被维护线路的路的最大最大负荷荷电流，即流，即n其中其中IL.max为
20、思索缺点切除后思索缺点切除后电动机机自启自启动的最大的最大负荷荷电流。流。n段段动动作作电电流流还还需求需求躲过躲过非缺点相非缺点相的的电电流流Iunf。n在小接地在小接地电电流流电电网中，非缺点相网中，非缺点相电电流流为负为负荷荷电电流。流。n对对于大于大电电流接地系流接地系统统，非缺点相，非缺点相电电流流除了除了负负荷荷电电流外，流外，还还包括零序包括零序电电流流I0，那么按照下式整定，那么按照下式整定动动作作电电流流n式中式中K为为非缺点相中的零序非缺点相中的零序电电流与缺流与缺点相点相电电流的比例系数，流的比例系数，显显然，然，对对于于单单相接地缺点相接地缺点K为为1/3。n段段维护动
21、维护动作作时间时间 方向方向电电流流维护维护段段动动作作时间时间按照同方向按照同方向阶阶梯原那么整定，即前梯原那么整定，即前一段一段线线路路维护维护的的动动作作时间时间比同方向后一段比同方向后一段线线路路维护维护的的动动作作时间长时间长一个一个级级差。差。n维护维护的灵敏度配合的灵敏度配合 方向方向电电流流维护维护的灵的灵敏度，主要由敏度，主要由电电流元件决流元件决议议，其，其电电流元件流元件的灵敏度校的灵敏度校验验方法与不方法与不带带方向性的方向性的电电流流维维护护一一样样。对对于方向元件，普通由于方向元于方向元件，普通由于方向元件的灵敏度件的灵敏度较较高，故不需求校高，故不需求校验验灵敏度
22、。灵敏度。n图中标明了各个维护的动作方向，其中1、3、5、7为动作方向一样的一组维护，2、4、6、8为另一组同方向维护，于是它们的动作电流、动作时间的配合关系应为：方向方向电流流维护的的动作作时限限能否装设方向元件 n图中假中假设t4 t5 +t ,t4 t5 +t ,那么那么动作作时间较长的一的一侧( (维护4)4)可以不装方向元件可以不装方向元件, ,维护5 5必需必需加装方向元件加装方向元件. .n结论: :对装装设在同一母在同一母线上的上的维护来来说, ,动作作时间较长者者, ,可不装可不装设方向元件方向元件; ;动作作时间较短者短者, ,必需装必需装设方向元件方向元件; ;如两如两维
23、护动作作时间一一样, ,那么在两那么在两维护上都必需装上都必需装设方向元件方向元件. .单侧电源源环形网形网络同方向同方向维护的灵的灵敏系数配合敏系数配合问题双双侧电源网源网络中中电流流维护整定特点整定特点 在两个及两个以上电源的网络接线中，必需采用方向性维护才有能够保证各维护之间动作的选择性，这是方向维护的主要优点。但当添加方向元件后将使接线复杂、投资添加；同时方向元件还存在电压死区的问题。鉴于此，在继电维护中，应根据各个地点、各段电流维护的任务情况和详细的整定计算来确定能否有必要加设方向元件。 电流速断维护n图中中红色曲色曲线为电源源EI 供供应的的电流，紫色曲流，紫色曲线为电源源E供供应
24、的的电流，两端流，两端电源容量不同，因源容量不同，因此此电流大小也不同。流大小也不同。EI 的容量的容量E的容量。的容量。 n对维护1而言，假而言，假设反方向反方向线路出口路出口处K1点短路点短路时，由，由电源源EII供供应的最大短路的最大短路电流流IK1max小小于本于本维护安装的起安装的起动电流，那么反方向任何地点流，那么反方向任何地点短路短路时，由，由电流流EII供供应的短路的短路电流都不会引起流都不会引起维护1误动作。作。这时维护1的第的第I段已从定段已从定值上上躲开了反方向短路，因此可不开了反方向短路，因此可不设方向元件方向元件电源容源容量大的一量大的一侧的的维护可不可不设方向。但方
25、向。但维护2必需必需装装设方向元件。方向元件。这样维护1和和维护2的的电流流I段整段整定仍按前面引定仍按前面引见的的进展。展。n 限限时电流速断流速断维护n对用于双侧电源网络中的限时电流速断维护，其整定原那么根本同于单侧电源网络，仍应与下一级维护的电流速断相配合，但要思索维护安装地点与短路点之间有电源或有分支电路的影响。电网相网相间短路方向短路方向电流流维护的的总体体评价价 n选择性n电流速断维护是依托选择动作电流的方法来获得选择性；n限时电流维护那么同时依托选择动作电流和动作时限的方法获得选择性。而过电流维护依托选择动作时限的方法保证选择性。n当它们用于单侧电源电网组成三段式维护时，普通能满
26、足电力系统对选择性的要求；n当它们用于双侧电源网络或单电源环形网络时，借助于方向元件，普通也能满足电力系统对选择性的要求。n 快速性快速性n速段速段维护维护无无时间时间元件，只需元件，只需维护维护本身本身继电继电器固有器固有动动作作时间时间 0.060.1s0.060.1s ，所以，所以动动作迅速；作迅速；n限限时电时电流速断流速断维护维护的的动动作作时间时间普普通通为为 0.51s0.51s ，动动作作较较快。快。n过电过电流流维护动维护动作作时间较长时间较长，特，特别别是接近是接近电电源的源的维护维护，有，有时时可可长长达达数秒，所以只能作数秒，所以只能作为为后后备维护备维护。n灵敏性n电
27、流维护的灵敏性和维护范围直接受系统运转方式的影响，当系统运转方式变化时，灵敏性和维护范围往往不能满足要求。n对电流I段，当被维护线路阻抗与维护背后系统阻抗之比很小时，它的维护范围降到零；n对电流II段，当相邻线路阻抗很小时，灵敏度也往往达不到要求。n过电流维护的灵敏度普通很高，但用在重负荷的长线路时，灵敏度也不能满足要求，当线路阻抗很大时，作为远后备其灵敏度也达不到要求。n维护范围受运转方式影响大及灵敏度低，是电流维护的主要缺陷。 可靠性可靠性n电流流维护的的组成元件都是成元件都是简单的的继电器，且数量器，且数量不多，整定不多，整定计算和算和调试也也较简单，所以可靠性高，所以可靠性高，电流、流
28、、电压维护是是继电维护中最中最简单、最可靠的、最可靠的维护。n方向方向过电流流维护常用于常用于35KV35KV及以下两及以下两侧电源源辐射射型型电网和网和单电源源环网中作网中作为相相间短路主短路主维护，在，在35KV35KV及及110KV110KV辐射型射型电网，常与网，常与电流流I I段配合运用，段配合运用，构成三段方向构成三段方向电流流维护，作，作为线路相路相间短路的整短路的整套套维护。n电流、流、电压维护广泛用于广泛用于35KV35KV及以下及以下电网，在此网，在此电压等等级的的电网中，网中，维护的的“四性均能四性均能满足要足要求，而在超高求，而在超高压电网中，不再运用，替代它网中，不再运用，替代它们的的是是间隔隔维护、高、高频维护及零序及零序电流流维护。第四章作第四章作业n如以下如以下图所示，各断路器上定所示，各断路器上定时限限过电流流维护的的动作作时间为多少？哪些多少？哪些过电流流维护应装方向元件？提示：分装方向元件？提示：分别在断路器在断路器9QF和和12QF后取短路点后取短路点K1和和K2维护方向一样的维护有：一组维护1、2、4、6、12；另一组维护5、5、7、8.t1=3s、t2=2.5s、t3=1.5s、t4=1.5s、t5=2.5s、t6=1s、t7=3s、t8=3.5s、t13=2.5s维护3、4、6要装方向元件；维护2、5、7可不装方向元件。
