电网相间短路的方向性电流保护.ppt
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1、第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 和方向性电流保护和方向性电流保护第二节第二节 方向性电流保护方向性电流保护都都洪洪基基双侧电源网络相间短路时的功率方向双侧电源网络相间短路时的功率方向 l三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进行分析的,各保护都安装在被保护线路靠近行分析的,各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧,或者说线路的始端。电源的一侧,或者说线路的始端。仅利用相仅利用相间间短路后短路后电流幅值增大的特征电流幅值增大的特征来区分故障与来区分故障与正常运行状态的,以正常运行状态的,以动作电流的大小动作电流的大小和和动作动作时限的长短配合时限的长
2、短配合来保来保证有选择证有选择的切除故障。的切除故障。1.问题的提出问题的提出l在发生故障时,它们都是在在发生故障时,它们都是在短路功率从母线流向短路功率从母线流向被保护线路被保护线路的情况下,按选择性的条件来协调配的情况下,按选择性的条件来协调配合工作的。合工作的。l我们有时讲我们有时讲电流的流向通常是指功率的流向电流的流向通常是指功率的流向,电电流的方向是不定的流的方向是不定的,而规定而规定功率从母线流向线路功率从母线流向线路称为正方向称为正方向。l现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。l例如:例如:在双侧电源网络接线中在双侧电源网络接线中,由
3、于两侧均有电由于两侧均有电源源,因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。护装置。当某条线路发生短路时,应由线路两侧保护当某条线路发生短路时,应由线路两侧保护动作跳开断路器以切除故障,这时不会造成动作跳开断路器以切除故障,这时不会造成停电,这正是停电,这正是双端供电的优点双端供电的优点。A AC CB B12k2对电流速断保护的影响对电流速断保护的影响q当当k1点短路时点短路时,按照选择性的要求按照选择性的要求,应由应由保护保护2和和保护保护6动作切除故障动作切除故障.但由于但由于供给的短路电流供给的短路电流也将通也将通过过保护保护1.若若保护保护1采
4、用电流速断且采用电流速断且大于保护装置大于保护装置1的的起动电流起动电流,则则保护保护1的电流速断就要误动的电流速断就要误动(母线上可母线上可能挂有其它分支线路能挂有其它分支线路)。造成。造成C变电所全部停电。变电所全部停电。q同样的分析其它短路点时,对有关的保护装置也能同样的分析其它短路点时,对有关的保护装置也能得出相应的结论。得出相应的结论。78654321k1ABCD(2)对过电流保护的影响对过电流保护的影响78654321k1Ik1设设保护保护1-8均装设有均装设有过电流保护过电流保护,当线路,当线路k1点点短路时,由电源短路时,由电源提供的短路电流提供的短路电流Ik1将流过将流过保护
5、保护8,7,1,6等,这些地方装设等,这些地方装设的过电流保护均要启动,为保证动作的选择性,需满足:的过电流保护均要启动,为保证动作的选择性,需满足:t4 t3 t5 t2 t6 t1 t7 t8k2当线路当线路k2点点短路时,由电源短路时,由电源提供的短路电流提供的短路电流将流过保护将流过保护4,3,5,2等,这些地方装设的过电流保护均要启动,为保证等,这些地方装设的过电流保护均要启动,为保证动作的选择性,需满足:动作的选择性,需满足:t8 t7 t1 t6 t2 t5 t3 t4k1点点短路时要求短路时要求t7 t8,k2点点短路时要求短路时要求t8 t7,显然矛盾!显然矛盾!q分析双侧电
6、源供电情况下所出现分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾的这一新矛盾,可以发现可以发现,误动的保误动的保护均是在自己所保护的线路背后发护均是在自己所保护的线路背后发生故障时生故障时,由对侧电源供给的短路由对侧电源供给的短路电流所引起的电流所引起的.对误动的保护而言对误动的保护而言,实际短路功率的方向都是由线路流实际短路功率的方向都是由线路流向母线向母线(或者说功率的方向为负或者说功率的方向为负)2.措施措施q为了消除这种无选择的动作需要在可能产为了消除这种无选择的动作需要在可能产生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件.I+I或或q该元件只当短路功率方向由
7、母线流向线路该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作,相反则不动作时动作,相反则不动作.3.方向元件的要求方向元件的要求4.定义定义v在在正前方正前方发生短路时发生短路时:它计算出的功率为正它计算出的功率为正,方向元件能够动作方向元件能够动作.v在在背后背后发生短路时发生短路时:它计算出的功率为负它计算出的功率为负,方向元件能够可靠不动作方向元件能够可靠不动作.用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角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的继电器称为功率方向继电器功率方向继电器.q对保护对保护1而言而言,当正方向当正方向d1点三相短路时点三相短路时,若短路若短路电流电流 给定正
8、方向是从保护安装处母线流向线路给定正方向是从保护安装处母线流向线路,则它滞后于该母线电压则它滞后于该母线电压 一个相一个相角角 (为从母线至为从母线至d1点间的线点间的线路阻抗角路阻抗角)其值为其值为 功率方向继电器的工作原理功率方向继电器的工作原理1.原理原理U21d1.Id1.线路阻抗呈感性,中低压线路阻抗角 。超高压线路阻抗角q当反方向当反方向d2点短路时点短路时,流经流经1的短路电流是的短路电流是 供给供给的的.若仍按规定的正方向观察若仍按规定的正方向观察,则则 滞后于母线电滞后于母线电压压 的相角将是的相角将是 ,其值为其值为如以母线电压如以母线电压 为参考向量为参考向量,并设并设
9、,则则 和和 相差相差 .2 21 1d2U.Id2.Id2.故利用判别短路功率方向或电流故利用判别短路功率方向或电流,电压电压之间的相位关系便可判别发生故障的方向之间的相位关系便可判别发生故障的方向.4.要求要求q继电保护中对方向元件(继电器)的基本要求继电保护中对方向元件(继电器)的基本要求:1)1)应具有明确的方向性应具有明确的方向性2)2)即正前方发生各种故障时,能可靠动即正前方发生各种故障时,能可靠动作作,而在反方向故障时,可靠不动作。而在反方向故障时,可靠不动作。2)2)故障时继电器的动作有足够的灵敏度。故障时继电器的动作有足够的灵敏度。如果按电工技术中测量功率的概念,对如果按电工
10、技术中测量功率的概念,对A A相的功率方向继电器,相的功率方向继电器,加入电压加入电压 (=)(=)和电流和电流 (=)(=),则当正方向,则当正方向d d1 1短路时短路时,继电器中电压、电流之间的相角为继电器中电压、电流之间的相角为:反方向反方向d d2 2短路时短路时:如果取如果取 ,可画出相量关系,可画出相量关系 功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性 一般的功率方向继电器当输入电压和电流的一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时,其输出幅值不变时,其输出(转矩或电压转矩或电压)值随两者值随两者相位差相位差的大小而改变。的大小而改变。为了在最常见的短路情况下使方向元件
11、动为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏作最灵敏,采用上述接线的功率方向继电器应,采用上述接线的功率方向继电器应做成最大灵敏角做成最大灵敏角 。又为了保证短路点。又为了保证短路点有过渡电阻、线路阻抗角有过渡电阻、线路阻抗角 在在 范围内范围内变化时正方向故障,继电器都能可靠动作,继变化时正方向故障,继电器都能可靠动作,继电器动作的角度应该是一个范围,考虑继电器电器动作的角度应该是一个范围,考虑继电器实现的方便性,这个范围通常取为实现的方便性,这个范围通常取为 。其动作特性在复数平面上是一条直线。其动作特性在复数平面上是一条直线。其动作方程可表示为:其动作方程可表示为:+1+j最大灵敏线最
12、大灵敏线最大灵敏线最大灵敏线或:或:不动作区不动作区+1+j最大灵敏线最大灵敏线最大灵敏线最大灵敏线不动作区不动作区以电压为参考量,则当电流超以电压为参考量,则当电流超前电压前电压 或滞后电压或滞后电压 继继电器均动作电器均动作以电压为参考量,则当电压超前以电压为参考量,则当电压超前电流电流 时,继电器动作最灵敏时,继电器动作最灵敏由由当余弦项和当余弦项和UJ、IJ越大时,其值越大时,其值P P也越大,也越大,继电器动作的灵敏度越高,而任一项等于继电器动作的灵敏度越高,而任一项等于零或余弦项为负时,继电器均不能动作零或余弦项为负时,继电器均不能动作。因此,在其正方向出口附近短路接地时,因此,在
13、其正方向出口附近短路接地时,故障相对地的电压很低,使继电器不能动故障相对地的电压很低,使继电器不能动作,这称为方向继电器的作,这称为方向继电器的“电压死区电压死区”。可知:可知:为了减小和消除死区,在实际上广泛采用非故障的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相间电压作为作为接入功率继电器的电压参考量,判别电流的相位。例如对接入功率继电器的电压参考量,判别电流的相位。例如对A A相的相的方向继电器加入电流方向继电器加入电流 和电压和电压 。此时,。此时,当正,当正方向短路时,方向短路时,反方向短路时,反方向短路时,在这种情况下继电器在这种情况下继电器的最大灵敏角设计为:的最大灵敏
14、角设计为:习惯上采用 ,称为功率方向继电器的内角 电流超前电压电流超前电压电流滞后电压电流滞后电压正方向短路时,能灵敏动作。正方向短路时,能灵敏动作。除正方向出口附近发生三相短路时,继电器除正方向出口附近发生三相短路时,继电器具有很小的电压死区以外具有很小的电压死区以外,其他故障继电器其他故障继电器均无死区。均无死区。动作方程为动作方程为:+1+j最大灵敏线最大灵敏线最大灵敏线最大灵敏线以电压为参考,电流以电压为参考,电流超前超前3030度最灵敏度最灵敏 不动作区不动作区集成电路型功率方向继电器集成电路型功率方向继电器1.原理框图原理框图电电压压形形成成滤滤波波移移相相方方波波电电压压形形成成
15、滤滤波波方方波波5206ms5206ms输出同时为正同时为正同时为负同时为负tt10ms10ms55msms相位差为相位差为90903)3)经经5050Hz带通滤波器滤除短路暂态过程中的带通滤波器滤除短路暂态过程中的非周期分量和各次谐波分量的影响非周期分量和各次谐波分量的影响4)4)由过零触发器形成方波由过零触发器形成方波,便于相位比较便于相位比较.2)2)把把移相移相角角1)1)加入继电器的电压加入继电器的电压和电流和电流经电压形经电压形成回路成回路,产生所需电压信号并与二次回路产生所需电压信号并与二次回路隔离隔离.5)5)相位比较回路相位比较回路,比较两个电压瞬时值比较两个电压瞬时值,同时
16、为同时为正正(或同时为负或同时为负)的持续时间当的持续时间当与与同同相位时相位时,其瞬时值同时为正的时间等于工频其瞬时值同时为正的时间等于工频的半个周期的半个周期,若为若为5050Hz,则为则为1010ms.当两者相当两者相位差位差9090时时,其瞬时值为正的时间减至其瞬时值为正的时间减至1/41/4周波周波,即即5 5ms.故通过比较两个电压瞬时值同故通过比较两个电压瞬时值同时为正的时间时为正的时间,即可比较相位差即可比较相位差.当两者相位当两者相位差为差为9090即同时为正的时间即同时为正的时间55ms,则继电器则继电器应动作应动作,将其信号展宽到将其信号展宽到2020ms,即一个周波即一
17、个周波,即为方向继电器的输出即为方向继电器的输出.2.动作特性动作特性当任何一个变化时当任何一个变化时,继电器的起动条件均要随之继电器的起动条件均要随之改变改变,电子器件对电压信号有一定的门坎值电子器件对电压信号有一定的门坎值.1)1)角度特性角度特性:表示当表示当IJ固定不变时固定不变时,继电继电器起动电压器起动电压 的关系曲线的关系曲线 其动作范围位于以其动作范围位于以为中心的为中心的9090以内以内,在此范围内在此范围内,继电器继电器的最小起动电压的最小起动电压基本上与基本上与无无关关,只取决于器件门坎值只取决于器件门坎值.当当UJUdz.J.min时时,继电器将不起动继电器将不起动,称
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- 电网 相间 短路 方向性 电流 保护
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