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1、继电保护原理继电保护原理 中国电力出版社教材配套电子教案第四章 电网相间短路的方向电流保护中国电力出版社本次课内容及学习要点l讲课内容讲课内容讲课内容讲课内容1 1 1 1、4-34-34-34-3相间短路保护中的相间短路保护中的相间短路保护中的相间短路保护中的功率方向继电器的接功率方向继电器的接线方式线方式；2、4-4非故障相电流的影响和按相起动：非故障相电流的影响和按相起动：3、4-5方向过流保护的整定计算。方向过流保护的整定计算。l学习要点学习要点1、重点掌握功率继电器的、重点掌握功率继电器的90度接线方式，理解度接线方式，理解继电器内角的确定；继电器内角的确定；2、理解故障相电流带来的
2、影响及按相启动；、理解故障相电流带来的影响及按相启动；3、掌握方向过流保护的整定计算。、掌握方向过流保护的整定计算。中国电力出版社第三节第三节 功率方向继电器的接线功率方向继电器的接线方式方式一、功率方向继电器的一、功率方向继电器的一、功率方向继电器的一、功率方向继电器的90909090接线方式接线方式接线方式接线方式l l对方向继电器的要求：对方向继电器的要求：对方向继电器的要求：对方向继电器的要求：1 1 1 1、正正正正方方方方向向向向任任任任何何何何形形形形式式式式的的的的短短短短路路路路，继继继继电电电电器器器器都都都都能能能能动动动动作作作作；反反反反方方方方向向向向短短短短路路路
3、路，继继继继电电电电器器器器不动作。不动作。不动作。不动作。2 2 2 2、故障以后，加入继电器的电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高，、故障以后，加入继电器的电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高，、故障以后，加入继电器的电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高，、故障以后，加入继电器的电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高，并使并使并使并使 尽可能接近于最大灵敏角。尽可能接近于最大灵敏角。尽可能接近于最大灵敏角。尽可能接近于最大灵敏角。l l反应相间短路的方向继电器广泛采用反应相间短路的方向继电器广泛采用反应相间短路的方向继电器广泛采用反应相间短路的方向继电器广泛采用90909090接线。所谓接线。所谓接
4、线。所谓接线。所谓90909090接线是假设三接线是假设三接线是假设三接线是假设三相电压对称且功率因数相电压对称且功率因数相电压对称且功率因数相电压对称且功率因数coscoscoscos =1=1=1=1时，加入方向继电器的电流和电压相位时，加入方向继电器的电流和电压相位时，加入方向继电器的电流和电压相位时，加入方向继电器的电流和电压相位相差为相差为相差为相差为90909090的一种接线方式的一种接线方式的一种接线方式的一种接线方式中国电力出版社功率方向继电器的接线方式1KW1KW2KW2KW3KW3KW图图4-114-11功率继电器功率继电器9090度接线方式的接线图和相量图度接线方式的接线
5、图和相量图功率继电器功率继电器9090度接线方式的接线图和相量图度接线方式的接线图和相量图中国电力出版社功率方向继电器的接线方式表表4-14-1 90接线方式电流接线方式电流电压的组合电压的组合输入电流功率方向 继电器序号 输入电压1KW2KW3KW中国电力出版社二、各种相间短路时二、各种相间短路时 的变化范围的变化范围（一）三相短路（一）三相短路n三相对称短路时，流入继电器电流三相对称短路时，流入继电器电流IgIg=IaIa，加入继电器的电压，加入继电器的电压UgUg=U UbcbcnUgUg超前超前IgIg的相角为的相角为，在一般情况下在一般情况下，图图4-13 4-13 三相短路时三相短
6、路时KWKW的电的电 流、电压向量图流、电压向量图以A相为例：中国电力出版社（一）三相短路（一）三相短路三相短路时能使继电器动作的内角的取值范围三相短路时能使继电器动作的内角的取值范围反向三相短路故障时，流经保护的短路电流方向相反，反向三相短路故障时，流经保护的短路电流方向相反，IaIa落在动作区外，方向继电器不动作。落在动作区外，方向继电器不动作。中国电力出版社(二）两相短路二）两相短路(1 1 1 1）近处两相短路）近处两相短路）近处两相短路）近处两相短路中国电力出版社当短路故障点靠近保护安装处时，短路阻抗当短路故障点靠近保护安装处时，短路阻抗Z ZK K远小于系统阻抗远小于系统阻抗Z Z
7、S S，在极限情况下，取，在极限情况下，取Z ZK K=0=0，短路电流，短路电流I Ib b由电动势由电动势E Ebcbc产生，产生，I Ib b滞滞后于后于E Ebcbc的相角为的相角为 ，取决于短路回路的阻抗。电流取决于短路回路的阻抗。电流 ，IaIa=0,=0,保护安装处母线电压为：保护安装处母线电压为：接入各相继电器的接入各相继电器的电压分别为电压分别为:中国电力出版社相 BC两相短路时保护安装处电流电压相量图（a）近处故障时相量图（b）远处故障时相量图中国电力出版社（二）两相短路二）两相短路1.1.近处两相短路：正方向近处两相短路：正方向BCBC两相短路两相短路设内角为设内角为30
8、300 0以B相KW为例：Ib、Ic分别落在最大灵敏线的附近，继电器接近最灵敏状态中国电力出版社1 1、近处两相短路、近处两相短路1KW：，A相继电器不动作2KW：则Ug超前Ig相角为3KW：则Ug超前Ig相角为 以上两式同三相短路，故可以得出同三相短路的相同结论。推导如下：中国电力出版社2 2、远处两相短路、远处两相短路当短路点远离保护安装处，且系统容量很大时，当短路点远离保护安装处，且系统容量很大时，Z ZKZ ZS，极限情，极限情况取况取Z ZS=0，短路电流，短路电流 滞后滞后 的相角为的相角为 ，。B B相短路点对地电压为相短路点对地电压为，C C相短路点对地电压为相短路点对地电压为
9、 ，保护安装处母线电压为：保护安装处母线电压为：中国电力出版社2 2、远处两相短路、远处两相短路接入继电器的电压分别为：接入继电器的电压分别为：1KW：1KW不动作。不动作。2KW：中国电力出版社2 2、远处两相短路、远处两相短路3KW：，为了满足以上两种极限情况下发生两相短路时，使为了满足以上两种极限情况下发生两相短路时，使功率方向继电器均能动作的条件是功率方向继电器均能动作的条件是 30a6060 综上所述：综上所述：LG功率方向继电器提供了内角取功率方向继电器提供了内角取3030和和4545两种内角，可见能满足上述要求。两种内角，可见能满足上述要求。二、最大灵敏角二、最大灵敏角中国电力出
10、版社第三节、第三节、功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性，极性接反对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性，极性接反了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动的后果。了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动的后果。9090接线方式的主要优点：接线方式的主要优点：适当适当选择选择最大灵敏角，最大灵敏角，对对于于线线路上各种相路上各种相间间短路都能正确短路都能正确动动作，而且作，而且对对于各两于各两相短路都有相短路都有较较高高继电继电器器输输入入电压电压，保，保证证了有了有较较高的灵敏性。所以高的灵敏性。所以继电继电器器发发生生两相
11、短路故障两相短路故障时时没有死区，没有死区，当当0 0 K K9090时，使方向继电器在一切故障情况下都能动时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为：作的条件应为：3060 3060 中国电力出版社第四节第四节 非故障相电流的影响和按相启动非故障相电流的影响和按相启动一、非故障相电流的影响一、非故障相电流的影响BC1 1 1 1、在电网中发生不对称短路时在电网中发生不对称短路时在电网中发生不对称短路时在电网中发生不对称短路时，非故障相仍有电流，非故障相仍有电流，非故障相仍有电流，非故障相仍有电流流过，此电流称为非故障相电流。当线路流过，此电流称为非故障相电流。当线路流过，此电流称为非
12、故障相电流。当线路流过，此电流称为非故障相电流。当线路L2L2L2L2上发生上发生上发生上发生B B B B、C C C C两相短路两相短路两相短路两相短路时，时，时，时，BCBCBCBC两相中有短路电流流向故障点两相中有短路电流流向故障点两相中有短路电流流向故障点两相中有短路电流流向故障点K K K K，而非故障相，而非故障相，而非故障相，而非故障相A A A A相仍有负荷相仍有负荷相仍有负荷相仍有负荷电流电流电流电流I I I Iloaloaloaloa通过保护通过保护通过保护通过保护1 1 1 1，则保护，则保护，则保护，则保护1 1 1 1中中中中A A A A相功率元件可能发生误动作
13、。相功率元件可能发生误动作。相功率元件可能发生误动作。相功率元件可能发生误动作。中国电力出版社2.2.大电流接地电网中发生单相接地时大电流接地电网中发生单相接地时，非故障相中不非故障相中不仅有负荷电流，还有一部分故障电流，故影响更严重。仅有负荷电流，还有一部分故障电流，故影响更严重。2 2、大接地电流电网中、大接地电流电网中发生单相接地时发生单相接地时，非非故障相中不仅有负荷电流，故障相中不仅有负荷电流，还有一部分故障电流，故影还有一部分故障电流，故影响更严重响更严重。通过通过通过通过 故障点的故障点的故障点的故障点的短路电流短路电流短路电流短路电流中国电力出版社大接地电流电网中发生单相接地大
14、接地电流电网中发生单相接地时非故障相电流向量图时非故障相电流向量图中国电力出版社保护保护1 1和和2 2各相功率方向继电器所各相功率方向继电器所加电压、电流及相角差加电压、电流及相角差保保护护功率方向功率方向继电器继电器输入电输入电流流IgIg输入电输入电压压UgUg输入角输入角“”“”动作情动作情况况保护动保护动作行为作行为1 11KW1KWI I0 00 0动作动作能动作能动作2KW2KWI I0 0210210不动作不动作3KW3KWI I0 0150150不动作不动作2 21KW1KW-I-I0 0180180不动作不动作 可能误可能误动作动作2KW2KW-I-I0 03030动作动作
15、3KW3KW-I-I0 0-30-30动作动作中国电力出版社 防止非故障相功率方向继电器不正确动作的措施防止非故障相功率方向继电器不正确动作的措施：提高提高电流测量元件电流测量元件的动作值，元件的启动电流使之大于非故障的动作值，元件的启动电流使之大于非故障相电流相电流。电流继电器和功率方向继电器触点采用按相起动接线电流继电器和功率方向继电器触点采用按相起动接线方向过流保护的整定计算方向过流保护的整定计算中国电力出版社二、按相启动二、按相启动 按按按按相相相相起起起起动动动动：同同同同名名名名相相相相电电电电流流流流元元元元件件件件与与与与功功功功率率率率方方方方向向向向元元元元件件件件的的的的
16、常常常常开开开开触触触触点点点点串串串串联后再与其他相别回路并联。联后再与其他相别回路并联。联后再与其他相别回路并联。联后再与其他相别回路并联。图图4-16 4-16 方向电流保护的直流回路启动接线（方向电流保护的直流回路启动接线（a a）按相启动）按相启动（b b）非按相启动）非按相启动中国电力出版社第五节第五节 方向电流保护的整定计算方向电流保护的整定计算一、一、方向电流速断保护的整定计算方向电流速断保护的整定计算在在在在两两两两端端端端供供供供电电电电或或或或单单单单电电电电源源源源环环环环形形形形网网网网络络络络中中中中，同同同同样样样样可可可可构构构构成成成成瞬瞬瞬瞬时时时时方方方方
17、向向向向电电电电流流流流速速速速断断断断保保保保护护护护和和和和限限限限时时时时方方方方向向向向电电电电流流流流速速速速断断断断保保保保护护护护。它它它它们们们们的的的的整整整整定定定定计计计计算算算算可可可可按按按按一一一一般般般般不不不不带带带带方方方方向向向向的的的的电电电电流流流流速速速速断断断断保护整定计算原则进行。保护整定计算原则进行。保护整定计算原则进行。保护整定计算原则进行。中国电力出版社二、方向定时限过电流保护整定二、方向定时限过电流保护整定计算计算1 1、躲开被保护线路中最大负荷电流、躲开被保护线路中最大负荷电流I ILmaxLmax，即，即 （4-284-28）式中式中
18、I ILmaxLmaxLmaxLmax考虑电动机自启动最大负荷电流。考虑电动机自启动最大负荷电流。2 2、躲过非故障相电流整定、躲过非故障相电流整定（1)1)在小电流接地电网中，非故障相电流为负荷电流，保护装置的动作电流只在小电流接地电网中，非故障相电流为负荷电流，保护装置的动作电流只需按式（需按式（4-284-28）整定即可。）整定即可。(2)(2)在大电流接地电网中，由于非故障相功率方向继电器不能判故障的方向，在大电流接地电网中，由于非故障相功率方向继电器不能判故障的方向，为了保证保护装置不误动作，电流元件的动作电流必须大于非故障相电流，为了保证保护装置不误动作，电流元件的动作电流必须大于
19、非故障相电流，即：即：中国电力出版社第五节方向过流保护的整定计算第五节方向过流保护的整定计算3.3.同同方方向向的的保保护护，它它们们的的灵灵敏敏度度应应互互相相配配合合。方方向向过过流流保保护护通通常常做做下下一一段段线线路路的的后后备备保保护护，应应使使前前一一段段线线路路保保护护的的动动作作电电流流大大于于后后一一段段线线路路保保护护的的动动作作电电流流。即即沿沿着着同同一一保保护护方方向向，（1 1）保保护护的的动动作作电电流流从从远远离离电电源源最最远远处处开开始始逐逐渐渐增增大大。即即。中国电力出版社（2 2）保护装置的动作时限）保护装置的动作时限l 方方方方向向向向过过过过流流流
20、流保保保保护护护护的的的的动动动动作作作作时时时时限限限限是是是是按按按按逆逆逆逆向向向向阶阶阶阶梯梯梯梯原原原原则则则则整整整整定定定定的的的的，即即即即同同同同一一一一动动动动作作作作方方方方向向向向的的的的保保保保护护护护装置，其动作时限按阶梯原则来整定装置，其动作时限按阶梯原则来整定装置，其动作时限按阶梯原则来整定装置，其动作时限按阶梯原则来整定。t t1 1t t3 3t t5 5t t2 2t t4 4t t6 6中国电力出版社三、保护的相继动作和灵敏度较验三、保护的相继动作和灵敏度较验n n1.1.1.1.相继动作：相继动作：相继动作：相继动作：当短路点靠近当短路点靠近当短路点靠
21、近当短路点靠近A A A A母线时，几乎全部短路电流经过母线时，几乎全部短路电流经过母线时，几乎全部短路电流经过母线时，几乎全部短路电流经过1QF1QF1QF1QF，流向故障点，经，流向故障点，经，流向故障点，经，流向故障点，经过过过过2 2 2 2、3 3 3 3、4 4 4 4、5 5 5 5、6QF6QF6QF6QF流向短路点的电流可忽略不计。故保护流向短路点的电流可忽略不计。故保护流向短路点的电流可忽略不计。故保护流向短路点的电流可忽略不计。故保护2 2 2 2只有在保护只有在保护只有在保护只有在保护1 1 1 1动作断开动作断开动作断开动作断开1QF1QF1QF1QF后，后，后，后，
22、2QF2QF2QF2QF才能动作。保护的这种动作称为相继动作，能产生相继动作的某段区域才能动作。保护的这种动作称为相继动作，能产生相继动作的某段区域才能动作。保护的这种动作称为相继动作，能产生相继动作的某段区域才能动作。保护的这种动作称为相继动作，能产生相继动作的某段区域称为相继动作区。称为相继动作区。称为相继动作区。称为相继动作区。n n2.2.2.2.方向电流保护灵敏度方向电流保护灵敏度方向电流保护灵敏度方向电流保护灵敏度，主要取决于电流元件的灵敏度，其校验方法与不带方向，主要取决于电流元件的灵敏度，其校验方法与不带方向，主要取决于电流元件的灵敏度，其校验方法与不带方向，主要取决于电流元件
23、的灵敏度，其校验方法与不带方向的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元件的最小灵敏度不应小于件的最小灵敏度不应小于件的最小灵敏度不应小于件的最小灵敏度不应小于1.51.51.51.5，作相邻线路后备保护时，在相邻线路末端短路时最小，作相邻线路后备保护时，在相邻线路末端短路时最小，作相邻线路后备保护时，在相邻线路末端短路时最小，作相邻线路后备保护时，在
24、相邻线路末端短路时最小灵敏度为灵敏度为灵敏度为灵敏度为1.21.21.21.2。中国电力出版社例例4-14-1例4-1 求图示网络方向过电流保护动作时间，时限级差取0.5s。并说明哪些保护需要装设方向元件。解解（1 1）计算各保算各保护动作作时限限保保护1 1、2 2、4 4、6 6为同方向，其同方向，其动作作时限限为：中国电力出版社保护保护3 3、5 5、7 7、8 8为同方向，其动作为同方向，其动作时限为：时限为：中国电力出版社例例4-14-12 2、确定应装设方向元件、确定应装设方向元件观察母线观察母线A A由于由于t2t2t1t1，故保护，故保护2 2需要装设方向元件；观察需要装设方向
25、元件；观察B B母母线，线，t3=t4,t3=t4,故保护故保护3 3和保护和保护4 4均应装设方向元件均应装设方向元件t11t11t9,t9,故保护故保护1111应装设方向元件应装设方向元件；观察母线；观察母线C C，t6t6t5,t5,故保护故保护6 6应装设方向应装设方向元件；观察母线元件；观察母线D D，t7t7t8t8，故保护，故保护7 7应装设方向元件。应装设方向元件。中国电力出版社布置作业 1、99页习题4-4，4-5；2、99页习题4-8，4-9 3、补充书外习题:如图输电网络，在各断路器上装有过流保护，已知时限级差为0.5s，为保证动作选择性，要求1）试确定各过流保护的动作时限 2 2）问哪些保护需要装设方向元件）问哪些保护需要装设方向元件G1G1G2G223 31 14 45 57 79 91010111112129 9131314141s1s1.5s1.5s0.5s0.5s1s1s0.5s0.5s0.5s0.5s本章内容结束