电力系统继电保护原理 第二章第二节 相间短路的方向性电流保护

电力系统继电保护原理 华北电力大学 课件 考研复试科目

第二章之第二节 相间短路的方向性电流保护主讲人：肖仕武 主讲人： 电力工程系四方研究所Office: 教五B309

North China Electric Power University

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一、方向性电流保护的工作原理不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。& E14 3 2 1

K

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。 ~ 通过功率的方向来定义电流的方向： 定义： P = UI cos 电压的正方向：相→地 电流的正方向：母线→线路

& , 是U超前&的角度 I功率的正方向：母线→线路 当 P > 0 时，功率方向为正。 当 P < 0 时，功率方向为负。

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& E1

4

3

5

2' Id1

d1

6

1

7

8

& E2

& E1

' Id'1

4

3

5

2

6

1

d2

7

8

& E2

双侧电源线路：保护-安装于线路两侧； 双侧电源线路 母线 → 线路 功率方向可能 - 线路 → 母线 d1短路 d2短路

' ' Id 2 Id' 2

' ' Id'1 > Idz.1, 1电 速 保 误 流 断 护 动

t1 ≤ t6 , 1过 流 护 动 电 保 误 ' ' Id 2 > Idz.6 , 6电 速 保 误 流 断 护 动

t6 ≤ t1 , 6 过 流 护 动 电 保 误 在d1点和d2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。 问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1,以防止其误动， 同时保证电流保护6正确动作。

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& E1

5

2' Id1

d1

6' Id'1

1' Id'1 实际方向

& E2

克服方法：

功率正方向 正方向 负方向 功率实际方向

在d1点短路时，闭锁电流保护1,同时保证电流保护6正 确动作的措施是找出d1点短路时，电流保护1和6之间的 差别。 在d1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。 实际短路功率的方向等于实际电流的方向。 假设短路功率的正方向：母线→线路。 在d1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向； 在d1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。

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措施： 措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。 跳闸条件：①短路电流大于整定值；②短路功率方向为正。 跳闸条件： 当增设方向元件后，可以把线路上方向性电流保护拆开看成 两个单侧电源网络的保护，即1~4,5~8两组，分别按单侧 电源系统来整定。两组方向性保护之间不需配合。& E14 3 t3 5 2 t2 t1 6 1 7 8

& E2

t

t4

l

l

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t

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方向性电流保护的原理接线图原理： 原理：在原有电流保护基础上加装功率方向判别元件， 反方向故障时把保护闭锁不致误动。 动作条件： 功率方向为正。

功率方向元件，或 功率方向继电器 方向性电流保护的动作条件： (必须同时满足) (1)电流大于起动电流整定值；(2)功率方向为正； (3)短路电流持续时间超过动作时限。

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二、功率方向继电器的工作原理对功率方向继电器的基本要

求是： 对功率方向继电器的基本要求是： 1.具有明确的方向性。即正方向发生任何故障(d1点) 点 都能够动作，而反方向故障(d2点)时不动作。 点 2.足够的灵敏性。 通过分析电压、电流相量之间相角差的不同来满足基本要求。 保 护 1& E1 d2

& U1

d1& Id1 & Id 2

2

& E2

Ud1点短路向量图 点短路向量图

.

U

.

. d1

Id1

d 2

& Id 2d2点短路向量图 点短路向量图

.

Id2

180° + d 2

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U

.

& U

. d1

d 2

& Id 2

Id1

.

Id2d1点短路相量图 点短路相量图

180° + d 2d2点短路相量图 点短路相量图

正方向(d1点)短路故障时：

0° ≤ d1 ≤ 90°,

UId1 cos d1 > 0UId 2 cos(180° + d 2 ) < 0

反方向(d2点)短路故障时：

180° ≤180° + d 2 ≤ 270°,

其中有 d1 = d 2 = d ,是线路的阻抗角，在0°~90°范围内。∴ 判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。 判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。

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A相功率方向继电器分析& E1 d2

& UJ 1

& IJ

d1

2

& E2

& UA

& & & & UJ =UA, IJ = I A& UJ J = arg & IJ正方向(d1点)短路故障：& UC

60o

30o

& Id1A & UBC & UB

& Id 2 A

JA = d = 60°反方向(d2点)短路故障：

也可以说， 当 UJ I J cos J > 0 时，认 为故障发生在正方向。 当 UJ I J cos J < 0 时，认 为故障发生在反方向。

JA =180° + d = 240°

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A相功率方向继电器的最大灵敏角 lm 若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变， 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。

P =UJ I J cos J随着 J的大小变化而变化。 J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， 输出动作量最大， 输出动作量最大，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角 lm。 即当正方向(d1点 发生短路故障时， 即当正方向(d1点)发生短路故障时，动作输出量 UJ I J cos 应该最大。 应该最大。 所以当正方向(点d1)短路故障时，应满足：

UJ I J cos( J d ) =UJ I J cos 0° =UJ I J U 这里 d = lm ,有 J I J cos( J d ) = UJ I J cos( J lm)最大灵敏角 lm: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 J = lm时，输出动作量最大。

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功率方向继电器的动作方程 相位动作区：& UJ ( lm 90 ) ≤ J ≤ ( lm + 90 ) , J = arg & IJ lm 是最大灵敏角，有 lm = do o

动作相位区间： lm ± 90o (以适应在 d在0°~90°范围内的变化)

& UJ lm+90 ≥ arg & ≥ lm- o 90 IJ & UJ e j lm o 90 ≥ arg

≥- o 90(相角形式) & Io J

动作方程(2种形式): 2

UJ I J cos( J lm ) > 0 (功 形 ) 率 式

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