方向电流保护

1、,电气工程与自动化学院 School of Electrical Engineering & Automation,电力系统继电保护,主讲人：刘雪莉,2.2.1 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。,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： 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,当 时，功率方向为正。,当 时，功率方向为负。,有功功率,双侧电源线路：保护安装于线路两侧； 功率方向可能,母线 线路 线路 母线,k1短路,k2短

2、路,规定流出母线功率为正，流入为负,k1,在k1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k1点短路时，电流保护1和6之间的差别。 在k1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。,假设短路功率的正方向：母线线路。 在k1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向； 在k1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。,实际短路功率的方向等于实际电流的方向。,功率正方向,实际方向,功率实际方向,正方向,负方向,克服方法：,措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。 跳闸条件：短路电流大于整定值；短路功率方向为正。 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

3、两个单侧电源网络的保护，即14，58两组，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。,2.2.2 方向性电流保护的基本原理,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。,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。,2.2.3 功率方向判别元件（功率方向继电器）,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（k1点）都能够动作，而反方向故障（k2点）时不动作。 2足够的灵敏性。,几个基本概念,A相功率方向继电器分析,正方向（k1

4、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。,当 时，认为故障发生在反方向。,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。,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，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角 。即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 应该最大。,所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：,这里,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。,是最大灵敏角，有,动作方程（2

5、种形式）：,考虑最大灵敏角的功率方向继电器的动作方程,动作相位区间：,（以适应在 在090范围内的变化）,（相角形式）,电压死区: 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,A相功率方向继电器拒动。 解决措施：采用90接线方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。,内角：,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：,动作方程：,2种动作方程：,3.功率方向判别元件的构成框图,功率方向元件判别框图,相位比较法的原理,测量两个电压瞬时值同时为正的持续时间来进行的。 存在电压死区：短路时电流很大而电压很小，当短路点越靠近母线时，电压可

6、能小于最小动作电压（形成方波所需电压） 存在“潜动”问题：是指只加入电流信号或只加入电压信号就能动作。造成的原因主要是方波的开环运算放大器存在零点漂移。,！注意：极性连接。,图有错误。能发现吗？,3. 90接线方式功率方向继电器的动作情况 （1）正方向三相短路,A相方向继电器动作条件为：,（2）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,. 远离保护安装点,B相： 30 90 C相： 0 60 ,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：,同理，对AB、CA相间短路进行分析的结果如下表。,电流速断保护可以取消方向元件的

7、情况,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段整定相同，保护范围不能超过下一级线路的电流段的保护范围，仍与下一级线路的电流段配合。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（分支电路）的影响。,（a） 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,（1）电源支路的影响（助增电流的影响）,如不考虑分支支路，保护2的电流段按上节的方法来整定：,设：M点是保护2的电流段的保护范围的最末端。,考虑分支电路，M点短路流过2的实际电流为：,因为电源支路的助增电流作用,，所以,对保护2的电流段进行整定计算时必须考虑电源支

8、路的影响。,B,1,2,XS2,XS1,C,A,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；,由于电源支路 的电流起助增作用，导致,M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。,有电源支路时，限时电流速断保护的整定（起动电流整定）,电流段保护范围不变：本线路全长，延伸到下一级线路出口（首端）。但不能超过下一级线路电流段的保护范围。,设保护2的电流段保护范围最末端是M点。M点必然位于下一级线路BC段上。,保护2的电流段起动电流整定值应按照M点短路实际流过线路AB段（即保护2）的电流来整定：,所以，,称为分支系数,有分支支路时，限时电流速断保护的整定, 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,其中， 段可靠系数：,分支系数：,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。,， t0.5s,对于电源支路的情况（助增电流）： 对于负荷线路支路的情况（外汲电流）：,过电流保护装设方向元件的一般方法,方向性电流保护