第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)第二節(jié)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

方向性電流保護(hù)都洪基雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)的功率方向

三段式電流保護(hù)是以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的，各保護(hù)都安裝在被保護(hù)線路靠近電源的一側(cè)，或者說線路的始端。僅利用相間短路后電流幅值增大的特征來區(qū)分故障與正常運(yùn)行狀態(tài)的，以動作電流的大小和動作時(shí)限的長短配合來保證有選擇的切除故障。

問題的提出在發(fā)生故障時(shí)，它們都是在短路功率從母線流向被保護(hù)線路的情況下，按選擇性的條件來協(xié)調(diào)配合工作的。我們有時(shí)講電流的流向通常是指功率的流向,電流的方向是不定的,而規(guī)定功率從母線流向線路稱為正方向?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)都是由許多電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。例如：在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線中,由于兩側(cè)均有電源,因此在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。當(dāng)某條線路發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)由線路兩側(cè)保護(hù)動作跳開斷路器以切除故障，這時(shí)不會造成停電，這正是雙端供電的優(yōu)點(diǎn)。ACB~~12k2⑴對電流速斷保護(hù)的影響當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí),按照選擇性的要求,應(yīng)由保護(hù)2和保護(hù)6動作切除故障.但由于供給的短路電流也將通過保護(hù)1.若保護(hù)1采用電流速斷且大于保護(hù)裝置1的起動電流,則保護(hù)1的電流速斷就要誤動(母線上可能掛有其它分支線路)。造成C變電所全部停電。同樣的分析其它短路點(diǎn)時(shí)，對有關(guān)的保護(hù)裝置也能得出相應(yīng)的結(jié)論。~~78654321k1ABCD(2)對過電流保護(hù)的影響~~78654321k1IⅠk1設(shè)保護(hù)1-8均裝設(shè)有過電流保護(hù)，當(dāng)線路k1點(diǎn)短路時(shí)，由電源提供的短路電流IⅠk1將流過保護(hù)8，7，1，6等，這些地方裝設(shè)的過電流保護(hù)均要啟動，為保證動作的選擇性，需滿足：

t4>t3>t5>t2>t6>t1>t7>t8k2當(dāng)線路k2點(diǎn)短路時(shí)，由電源提供的短路電流將流過保護(hù)4，3，5，2等，這些地方裝設(shè)的過電流保護(hù)均要啟動，為保證動作的選擇性，需滿足：

t8>t7>t1>t6>t2>t5>t3>t4k1點(diǎn)短路時(shí)要求t7>t8，k2點(diǎn)短路時(shí)要求t8>t7

，顯然矛盾！分析雙側(cè)電源供電情況下所出現(xiàn)的這一新矛盾,可以發(fā)現(xiàn),誤動的保護(hù)均是在自己所保護(hù)的線路背后發(fā)生故障時(shí),由對側(cè)電源供給的短路電流所引起的.對誤動的保護(hù)而言,實(shí)際短路功率的方向都是由線路流向母線(或者說功率的方向?yàn)樨?fù))措施為了消除這種無選擇的動作需要在可能產(chǎn)生誤動的保護(hù)上裝設(shè)一個(gè)功率方向閉鎖元件。I++I或該元件只當(dāng)短路功率方向由母線流向線路時(shí)動作，相反則不動作。當(dāng)兩個(gè)電源同時(shí)存在時(shí)，在每個(gè)保護(hù)上加裝功率方向元件，該元件只當(dāng)功率方向由母線流向線路時(shí)動作，而當(dāng)短路功率方向由線路流向母線時(shí)不動作，從而使保護(hù)的動作具有一定的方向性。

方向過電流保護(hù)的原理接線圖+-+TATQ+TV-KWKAKTKS主要由方向元件電流元件時(shí)間元件組成方向元件和電流元件必須都動作以后，才能去起動時(shí)間元件，再經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動作于跳閘。方向元件電流元件時(shí)間元件時(shí)間到！！當(dāng)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上的電流保護(hù)裝設(shè)方向元件以后，就可以把它們拆開看成兩個(gè)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)。保護(hù)1～4反應(yīng)于電源EⅠ供給的短路電流而動作。保護(hù)5～8反應(yīng)于電源EⅡ供給的短路電流而動作。兩組方向保護(hù)之間不要求有配合關(guān)系，這樣單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的三段式電流保護(hù)的工作原理和整定計(jì)算原則就可以直接應(yīng)用了。

其中1.對功率方向元件的要求2.定義在正前方發(fā)生短路時(shí):

它計(jì)算出的功率為正,方向元件能夠動作.在背后發(fā)生短路時(shí):

它計(jì)算出的功率為負(fù),方向元件能夠可靠不動作.用以判別功率方向或測定電流、電壓間相位角的繼電器稱為功率方向元件（繼電器）。功率方向判別元件

對保護(hù)1而言,當(dāng)正方向k1點(diǎn)三相短路時(shí),若短路電流給定正方向是從保護(hù)安裝處母線流向線路,則它滯后于該母線電壓一個(gè)相角(為從母線至k1點(diǎn)間的線路阻抗角)其值為3.功率方向繼電器的工作原理~U~21k1Ik1..線路阻抗呈感性，中低壓線路阻抗角500-600。超高壓線路阻抗角750當(dāng)反方向k2點(diǎn)短路時(shí),流經(jīng)1的短路電流是供給的.若仍按規(guī)定的正方向觀察,則滯后于母線電壓的相角將是,其值為如以母線電壓為參考向量,并設(shè)

,則和相差

.

~~21k2U.Ik2.-Ik2.故利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系便可判別發(fā)生故障的方向.4.要求繼電保護(hù)中對方向元件（繼電器）的基本要求:應(yīng)具有明確的方向性即正前方發(fā)生各種故障時(shí)，能可靠動作,而在反方向故障時(shí)，可靠不動作。故障時(shí)繼電器的動作有足夠的靈敏度。如果按電工技術(shù)中測量功率的概念，對A相的功率方向繼電器，加入電壓(=)和電流(=)，則當(dāng)正方向k1短路時(shí)，繼電器中電壓、電流之間的相角為:反方向k2短路時(shí):如果取，可畫出相量關(guān)系

5.功率方向繼電器的動作特性

一般的功率方向繼電器當(dāng)輸入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出(轉(zhuǎn)矩或電壓)值隨兩者相位差φ的大小而改變。

為了在最常見的短路情況下使方向元件動作最靈敏，采用上述接線的功率方向繼電器應(yīng)做成最大靈敏角。又為了保證短路點(diǎn)有過渡電阻、線路阻抗角在范圍內(nèi)變化時(shí)正方向故障，繼電器都能可靠動作，繼電器動作的角度應(yīng)該是一個(gè)范圍，考慮繼電器實(shí)現(xiàn)的方便性，這個(gè)范圍通常取為。其動作特性在復(fù)數(shù)平面上是一條直線。其動作方程可表示為：+1+j最大靈敏線或：不動作區(qū)+1+j最大靈敏線不動作區(qū)以電壓為參考量，則當(dāng)電流超前電壓300或滯后電壓1500

繼電器均動作以電壓為參考量，則當(dāng)電壓超前電流時(shí)繼電器動作最靈敏由當(dāng)余弦項(xiàng)和UK，IK越大時(shí)，其值P也越大，繼電器動作的靈敏度越高，而任一項(xiàng)等于零或余弦項(xiàng)為負(fù)時(shí)，繼電器均不能動作。因此，在其正方向出口附近短路接地時(shí)，故障相對地的電壓很低，使繼電器不能動作，這稱為方向繼電器的“電壓死區(qū)”。

可知：為了減小和消除死區(qū)，在實(shí)際上廣泛采用非故障的相間電壓作為接入功率繼電器的電壓參考量，判別電流的相位。例如對A相的方向繼電器加入電流和電壓。此時(shí)，，當(dāng)正方向短路時(shí)，反方向短路時(shí)，在這種情況下繼電器的最大靈敏角設(shè)計(jì)為：

習(xí)慣上采用，稱為功率方向繼電器的內(nèi)角。

電流超前電壓電流滯后電壓正方向短路時(shí)，能靈敏動作。除正方向出口附近發(fā)生三相短路時(shí)，繼電器具有很小的電壓死區(qū)以外,其他故障繼電器均無死區(qū)。動作方程為:+1+j最大靈敏線以電壓為參考，電流超前電壓300最靈敏

不動作區(qū)㈢集成電路型功率方向繼電器原理框圖電壓形成濾波移相方波電壓形成濾波方波20ms20ms輸出同時(shí)為正同時(shí)為負(fù)鑒寬展寬電路tt10ms與相位相差900時(shí)，同時(shí)為正的時(shí)間剛好等于5ms經(jīng)50Hz帶通濾波器濾除短路暫態(tài)過程中的非周期分量和各次諧波分量的影響由過零觸發(fā)器形成方波,便于相位比較.把移相角加入繼電器的電壓和電流經(jīng)電壓形成回路,產(chǎn)生所需電壓信號并與二次回路隔離.相位比較回路,比較兩個(gè)電壓瞬時(shí)值,同時(shí)為正(或同時(shí)為負(fù))的持續(xù)時(shí)間當(dāng)與同相位時(shí),其瞬時(shí)值同時(shí)為正的時(shí)間等于工頻的半個(gè)周期,若為50Hz,則為10ms.當(dāng)兩者相位差90°時(shí),其瞬時(shí)值為正的時(shí)間減至1/4周波,即5ms.故通過比較兩個(gè)電壓瞬時(shí)值同時(shí)為正的時(shí)間,即可比較相位差.當(dāng)兩者相位差為≤90°即同時(shí)為正的時(shí)間≥5ms,則繼電器應(yīng)動作,將其信號展寬到20ms,即一個(gè)周波,即為方向繼電器的輸出.動作特性當(dāng)任何一個(gè)變化時(shí),繼電器的起動條件均要隨之改變,電子器件對電壓信號有一定的門坎值.角度特性:表示當(dāng)IK固定不變時(shí),繼電器起動電壓

的關(guān)系曲線

其動作范圍位于以為中心的±90°以內(nèi),在此范圍內(nèi),繼電器的最小起動電壓基本上與無關(guān),只取決于器件門坎值.當(dāng)UK<Uop.K.min時(shí),繼電器將不起動,稱為“電壓死區(qū)”.0°90°伏安特性:表示固定不變時(shí),繼電器起動電壓

的關(guān)系曲線。

IJ動作區(qū)只要加入繼電器的電壓和電流分別大于和繼電器就可以動作。潛動：指只加入電流或只加入電壓的情況下，繼電器就能夠動作的現(xiàn)象。發(fā)生潛動的最大危害就是在反方向出口處三相短路時(shí)，方向繼電器本應(yīng)不動作將保護(hù)閉鎖，而此時(shí)出現(xiàn)潛動，可能使保護(hù)誤動。造成潛動的主要原因：形成方波的開環(huán)運(yùn)放的零點(diǎn)漂移在時(shí),由于零點(diǎn)漂移使開環(huán)放大器輸出正信號,引起正半周比相的誤動作.2.2.4相間短路功率方向繼電器的接線方式對接線方式的要求正方向任何型式的故障均能動作，而反方向故障則不動作。故障后加入繼電器的電流和電壓應(yīng)盡可能地大些,并盡可能使接近于最大靈敏角,以便清除和減少方向繼電器的死區(qū).接線方式PA:IAUBCPB:IBUCAPC:ICUAB其中:為超前的角度;為方向繼電器固有內(nèi)角90o接線方式)0(arg1cos==AAIU&&時(shí)當(dāng)j在三相對稱的情況下，加入繼電器的電流和電壓之間的相位角為90o采用90°接線的動作分析1)

正方向發(fā)生三相短路正方向發(fā)生三相短路時(shí)的向量圖如圖所示，、、表示保護(hù)安裝地點(diǎn)的母線電壓，、、為三相的短路電流，電流滯后對應(yīng)相電壓的角度為線路阻抗角。由于三相對稱，三個(gè)方向繼電器工作情況完全一樣，故可只取A相繼電器來分析由圖可見:

因?yàn)殡娏鞒坝陔妷篈相繼電器的動作條件應(yīng)為:

要求:繼電器均能夠動作當(dāng)要求

當(dāng)要求為使方向繼電器在任何的情況下均能動作在三相短路時(shí)，應(yīng)選擇滿足：

2)正方向發(fā)生兩相短路設(shè)B－C兩相短路K(2)BC，此時(shí)可以有兩種極限情況

a）短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝地點(diǎn)附近，短路阻抗Zk<<Zs（保護(hù)安裝處到電源間的系統(tǒng)阻抗），極限時(shí)取Zk=0。.