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1、第1页/共65页第2页/共65页第3页/共65页ABDQF1QF3CQF5QF2QF4QF6k1k1IIset.2k1II若则保护2误动对电流速断保护:Iset.5k2II若则保护5误动k2I分析: 反方向短路时可能误动第4页/共65页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不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。4 3 2 11E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。K通过功率的方向来定义电流的方向：定义： 电压的正方向：相地电流的正方向：母线线路功率的正方向：母线线路cosUIP 的角度超前是，IU当
2、时，功率方向为正。0P当 时，功率方向为负。0P有功功率第5页/共65页解决办法：规定当短路功率方向由母线流向线路(正方向)时保护才能动作，而当短路功率方向由线路流向母线(反方向)时保护不能动作判别短路功率方向的元件功率方向继电器第6页/共65页二、功率方向继电器的工作原理第7页/共65页k11kINrUU1rkII 1k1.工作原理ok1rro90IUarg00cosIUPk1rrrI流过保护的电流短路电流第8页/共65页2kI1.工作原理rIorro270IUarg1800)cos(180IUPk2orrk2NrUU2kI2kk2180 o2rkII 第9页/共65页1.工作原理 利用判别
3、短路功率的方向或电流与电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。 用以判别功率方向或测定电流与电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。第10页/共65页2.2.功率方向继电器的动作方程功率方向继电器的动作方程以正方向三相短路时A相的功率方向继电器为例： 909000rrrrrcoscosIUPBUCUAUk1rk1IIA 60krBCUU 30第11页/共65页 四个角度：四个角度：ksen 90ksensen ，取取3030或或4545rrrrIUarg 为加入继电器的电压和电流的夹角即加入继电器的电压和电流的夹角即 为短路阻抗角；为短路阻抗角；为最大灵敏角；为最大灵敏角；：继电器内角；
4、继电器内角；第12页/共65页ArArIIUU,60AUBUCUAkI1AkI230BCUrrrIUarg60krA240180krAk1k21 21E2ErUrIA相功率方向继电器分析正方向（k1点）短路故障：反方向（k2点）短路故障：也可以说，当 时，认为故障发生在正方向。0cosrrrIU当 时，认为故障发生在反方向。0cosrrrIU第13页/共65页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。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sensenrrrrkrrrIUIUIU0cos
5、)cos(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，输出动作量最大，A A相功率方向继电器应接成最大灵敏角相功率方向继电器应接成最大灵敏角 。即当正方向（即当正方向（k1k1点）发生短路故障时，动作输出量点）发生短路故障时，动作输出量 应该最大。应该最大。sencosrrIU所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：的大小变化而变化。随着rrrrrIUPcos这里senk最大灵敏角 ：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
6、。senr)cos()cos(senrrrkrrrIUIU，有第14页/共65页相位动作区：(90 )(90 )senrsen是最大灵敏角，有 90arg9090arg90senrsensenrjrrUIU eI动作方程（2种形式）：rrrIUarg，ksen功率方向继电器的动作方程sen动作相位区间：90sen（以适应在 在090范围内的变化）)()cos(IUlmJJJ功率形式0（相角形式）k第15页/共65页(90)90arg90kjrrU eI 动作方程：0接线和90接线方式功率方向继电器的分析k11 21E2Ek2rUrI90接线方式功率方向继电器：第16页/共65页电压死区电压死区
7、: : 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。解决措施解决措施：采用90接线方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。0)cos(0)cos(290arg901rABCrrrrjrIUIUIeU）（）（3090ksen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：90arg90rrUI 动作方程：2种动作方程：第17页/共65页动作方程动作方程比相式比相式 动作方程：动作方程：9090rr IeUjarg 9090rrIUarg第18页/共65页比幅式比幅式 动作方程动作方程推导过程：9090rr
8、IeUjarg9090r90rk IeUj)(arg9090kr90r jjeIeUarg90arg90rIruIKUK第19页/共65页rIruIKDUKC 令9090 DCargrIrurIruIKUKDCBIKUKDCA 令第20页/共65页用四边形法则来分析它们之间的关系：用四边形法则来分析它们之间的关系：90argDC90argDC90argDCBABABA不动作不动作动动 作作动作边界动作边界DABCDABCDABC第21页/共65页时继电器动作BArIrurIru IKUKIKUKDCDC比幅式动作方程：比幅式动作方程：rIrurIruIKUKIKUK 第22页/共65页 3.
9、90 3. 90接线方式功率方向继电器的动作情况接线方式功率方向继电器的动作情况 （1 1）正方向三相短路正方向三相短路AUBUCUCIBId JA JABCUU JAAII 90krA时继电器最灵敏）（k90相继电器都能动作。正向三相短路时范围内怎么变化在，不论选择Ak,900900则范围内变化，为使在若, 0900rkP0)90cos(kABCrAIUP9090,9018000有当有，当kkA相方向继电器动作条件为：第23页/共65页（2 2）正方向两相短路（保护安装处、远处）正方向两相短路（保护安装处、远处） . 保护安装处故障，即近处故障保护安装处故障，即近处故障 0,kskZZZ可认
10、为有CU，应动作，应动作，不动90:90:0:krCCkrBBAAKWKWIKWACBAAEUUEU21, )90(9090)0(1800900，当kkk相继电器都能动作。、，选择CB9000)90cos(0)90cos(kCABrCkBCArBIUPIUP第24页/共65页. . 远离保护安装点远离保护安装点0,sskZZZ可认为CCBBAAEUEUEU ,，应动作，应动作，不动60:120:0:krCCkrBBAAKWKWIKWAAUE BBUE CAUABUBCECICCUE dCU3030BId dBU)90(12060)0(210309000)120cos(kkBCArBIUP相继电
11、器能动作时，B12030)90(60120)0(150309000)60cos(kkCABrCIUP相继电器能动作时，C6030第25页/共65页B相：相： 30 90 C相：相： 0 60 。，或实际继电器一般取：情况下都动作。方向继电器在一切故障路的分析得出：综合三相和各种相间短4530,6030.在正方向故障时在正方向故障时B B、C C相继电器的动作条件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。第26页/共65页4. 904. 90接线方式的优点（和接线方式的优点（
12、和0 0接线方式比较）接线方式比较）（1 1）对各种两相短路都没有死区对各种两相短路都没有死区 功率方向继电器的动作功率方向继电器的动作“死区死区”：当输入继电器的电压降：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。器拒动。 由于由于9090接线方式引入了非故障相电压，在各种两相短路时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。其值都很高，确保可靠动作。 IA - UBC IA - UA IB - UCA IB - UB IC - UAB IC - UC （2 2）适当选择内角）适
13、当选择内角 =90=90 - - k后，对各种故障都能保证方向性。后，对各种故障都能保证方向性。的选取范围： 30 60第27页/共65页3. LG-11整流型功率方向继电器第28页/共65页UIrIrUAIKUKU rIrUBIKUKU aibiAUBU（一）构成：rIrurIruIKUKIKUK 第29页/共65页rIrUrIrUIKUKIKUK90arg90rIrUIKUKIU（内角）9090rrIUarg)( 动作方程功率形式0rrr)cos(IU 第30页/共65页（三）功率方向继电器的动作特性在 中， 均为变数，0)cos(IUrrr rrr和、IU为了阐明继电器的动作特性，通常采
14、用固定其中一个变量来分析其它两个变量之间的关系。1. 角度特性：当 =常数时， 的关系曲线。2. 伏安特性：伏安特性是当 =常数时(一般取 )， 的关系曲线。)f(IUroprsenr rI)f(Urop第31页/共65页1. 角度特性：当 =常数时， 的关系曲线。rI)(ropfU继电器的动作范围是以 为中心的90区域内。sen)(oprUUr06030 120 min.opU第32页/共65页伏安特性是当 =常数时(一般取 )，rsenr 的关系曲线。)(ropIfU2. 伏安特性：opUrImin.opUmin.opI当加入继电器的电压min.oprUU 不管Ir多大，继电器都不会动作。
15、从而在保护安装处附近发生三相短路时，由于Ur太低，保护将拒绝动作，使保护装置出现死区。第33页/共65页死区（四）死区及其消除办法:k(3)GJ0Ul记忆作用，记忆时间不小于50msUI第34页/共65页（五）功率方向继电器的潜动问题功率方向继电器潜动是指继电器仅加入电压或电流一个电量就会动作的现象。只加电流不加电压时所产生的潜动称为电流潜动。只加电压不加电流时所产生的潜动称为电压潜动。产生潜动的原因：形成 的电路参数不平衡。BAUU和第35页/共65页消除潜动的办法：调整R1用于消除电流潜动；调整R2用于消除电压潜动潜动对继电保护的影响：可能导致继电保护装置误动作。例如：在保护的反方向断路器
16、附近金属性三相短路时，U0，Ir却很大，如果继电器潜动，则会使保护误跳闸，扩大事故。因此，要求功率方向继电器无潜动现象。第36页/共65页三、方向电流保护的应用特点第37页/共65页12MNkIlIset1IIset2IIEIIEk2k11.电流速断保护k2.maxIrelIset1IKIk1.maxIrelIset2IKI不带方向第38页/共65页12MNkIl)(Iset2带方向IIEIIEk2k11.电流速断保护第39页/共65页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基本整定与单侧电源网络电流段整定相同，保护范围不能段整定相同，保护范围不能超过下
17、一级线路的电流超过下一级线路的电流段的保护范围，仍与下一级线路的段的保护范围，仍与下一级线路的电流电流段配合。但要考虑保护安装地点与下一级线路短路点段配合。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之间有电源或线路支路（分支电路）（分支电路）的影响。的影响。（a） 电源支路对限时电流速断保护的影响电源支路对限时电流速断保护的影响（b） 线路支路对限时电流速断保护的影响线路支路对限时电流速断保护的影响ACABIB12ES2XS2ABIABABBCIIIES1XS1KKBCI AB12CBCBCABIII BCIES1XS1第40页/共65页（1）电源支路的影响（助增电流的影响）如
18、不考虑分支支路，保护2的电流段按上节的方法来整定：MBCsetrelsetIIKI.1 .2 .B12ES2XS2ABIABABBCIIIES1XS1MABIC，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：MABrII.因为：MABMABMBCIII.，所以MBCMABII.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。第41页/共65页 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；ABIBCI由于电源支路
19、 的电流起助增作用，导致BAABBCIIM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。ABI第42页/共65页 有分支支路时，限时电流速断保护的整定 起动电流整定值起动电流整定值 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。 动作时限动作时限1 .1 .2 .setbrelbsetrelsetIKKKIKI其中， 段可靠系数：分支系数：2 . 11 . 1relKMABMBCbIIK.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。ttt12秒5 . 02t， t0.5s 对于电源支路的情况（助增电流
20、）：对于负荷线路支路的情况（外汲电流）：0 . 1.MABMBCbIIK0 . 1.MABMBCbIIK第43页/共65页 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。ABIBCI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，按照以下方法来整定起动电流。1 .2 .setbrelsetIKKI其中，分支系数为0 . 1.MABMBCbIIK第44页/共65页12ABCABIBCIBIBCI 2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路
21、流故障线路流过的短路电K第45页/共65页ABIBCIBI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K12ABC当仅有助增时1KIIbABBC 第46页/共65页ABIBCIBCI 2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K当仅有外汲时1KIIbABBC 12ABC第47页/共65页ABIBCI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K12ABC当无分支时1KIIbABBC 第48页/共65页12ABCABIBCIBIBCI 2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护
22、线路流过的短路流故障线路流过的短路电K当既有助增又有外汲时， 可能大于1 1，也可能小于1 1bK第49页/共65页12ABCABIBCIBIBCI 2.限时电流速断保护kminb.Iset2IIrelIIset1KIKI第50页/共65页分支系数的计算CXs1XAB Xs2ABIABIBC21M分支系数 的计算必须基于系统的等值电路。bK（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。0 . 1bK221ssABsbXXXXXXXKCIABIBCMAABXX分支系数 的大小会随系统阻抗 和 的变化而变化bK1sX2sX最小分支系数 出现在系统阻抗 最小和
23、最大时。min. bK1sX2sX 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。A1 .2 .setbrelsetIKKI第51页/共65页分支系数的计算（2）有负荷线路支路的情况CB21MBMICMICMIA1sXABX分支系数 的计算也必须基于系统的等值电路。bK 分支系数与短路点位置有关。BCCMBMCMBCCMBMBMABBMbXXXXXIIIIIK0 . 1bKBMXCMXBCXABI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
24、小分支系数来整定。即：1 .2 .setbrelsetIKKI第52页/共65页12ABCABIBCIBIBCI 2.限时电流速断保护k1ZZZKB.minABA.maxb.max 最大分支系数：最小分支系数：1ZZZKB.maxABA.minb.min A.maxZA.minZB.minZB.maxZ第53页/共65页3.过电流保护ABDQF1QF3CQF5QF2QF4QF6k2k11.5s2.5s同一母线的各电源出线的保护，动作时限较长者可不装设方向元件；动作时限较短者必须装设方向元件；如果动作时限相同，则都必须装设方向元件。2s2s第54页/共65页i)i) 在双侧电源网络中，母线两侧的
25、过电流保护中在双侧电源网络中，母线两侧的过电流保护中时限短时限短者者加方向，长者不加。加方向，长者不加。时限相同则都加时限相同则都加方向元件。方向元件。 3. 3. 过电流保护装设方向元件的方法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。靠动作时限来避免误动，从而不装设方向元件。2E1Ek11625437当 时，过电流保护6可不用装设方向元件。ttt16ABCD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。第55页/共65页过电流保护过电流保护ii) ii) 电源引出线和负荷引出线接在同一个母线上时，电源引电源引出线和负荷引出线接在同一
26、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。或等于后者，前者加方向元件。iii)iii)负荷引出线的保护不需加方向。负荷引出线的保护不需加方向。1.5s2.5s2.5s（a）1.5s2.5s2s（b）过电流保护加装方向元件举例过电流保护加装方向元件举例第56页/共65页对同一变电站的电源出线，动作延时长的可不加方向元件，动作延时小的或相等时要加方向元件。 保护2和保护3要加方向元件3.过电流保护第57页/共65页 整定原则与单侧电源网络中过电流保护的整定原则相同，但校验远后备灵敏度时需考虑分支
27、系数的影响：IIIset.1b.maxdC.minIIIsenIKIK 远后备：3.过电流保护第58页/共65页4.对方向性电流保护的评价a) 在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；b) 快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；c) 接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资； d) 出口三相短路时，方向元件有死区，使保护有死区缺点。第59页/共65页 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。第60页/共65页下图网络为110kV系
28、统，线路AB、BC均装设三段式电流保护，已知试计算：线路保护1的电流速断保护和限时电流速断保护的动作电流和时间。15. 125. 1IIrelIrelKK习习 题题1 120ABIBCIBI10ZA.max 6ZA.min 4ZB.min8ZB.max12ABC18第61页/共65页习习 题题2 2根据 接线的功率方向继电器的动作方程，结合相量图分析保护远方向发生BC两相短路时各个继电器的动作情况。 9007,30k取取第62页/共65页本节学习重点本节学习重点 了解并认识在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性。 熟练掌握功率方向继电器的工作原理、构造及其动作特性。学习中首先要弄清楚电压电流的参考方向是如何规定的，以及参考方向与实际方向之间的关系。其次，要了解并认识电力系统正常运行及发生故障时电压电流之间的相位关系。并掌握有关功率方向继电器的最大灵敏角、内角和死区等基本概念。 第63页/共65页本节学习重点本节学习重点 熟练掌握相间短路的功率方向继电器的典型接线方式-90接线及其动作行为分析方法。学习中要弄清接线方式的含义，掌握采用90接线方式的功率方向继电器在各种相间短路时动作行为的分析方法。 掌握方向性电流保护的整定计算特点，以及装设方向元件的条件。 第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页