電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù)原理分析1.1方向電流保護(hù)的作用原理下面是一個(gè)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的概念圖。在上面的圖片里所有線路兩側(cè)都配有電源,因此為了防止去除那些產(chǎn)生故障的線路,所以就必須要在線路兩側(cè)各自安裝一個(gè)斷路器和一個(gè)保護(hù)單元。假如k1點(diǎn)出現(xiàn)短路時(shí),只應(yīng)該由保護(hù)3和保護(hù)4跳閘,以此方式切除線路bc,此時(shí)在母線b、c上的兩個(gè)負(fù)荷依舊能夠分別從電源g1、g2得到一個(gè)點(diǎn)供電;同理,當(dāng)k2短路時(shí),只需要由保護(hù)1與另一個(gè)保護(hù)2進(jìn)行跳閘,以此方式切除電纜線路ab。由此可見,該系統(tǒng)的供電可靠度有很大幅度地增強(qiáng)。然而在這種情況下的電網(wǎng)中,一般的電流保護(hù)方式并沒有完全滿足任何一種選擇性的要求。在保護(hù)2和保護(hù)3上再加功率方向閉鎖元件之后，可以解決電流保護(hù)的選擇性問(wèn)題。例如下圖中,1~6都是對(duì)于方向性過(guò)電流的保護(hù),其規(guī)定動(dòng)作方向如圖3-9中箭頭所示。在圖中所有都是相同的方向和保護(hù)之間的時(shí)限相互配合還是依據(jù)階梯式的原則進(jìn)行整定,兩組相同的方向和保護(hù)之間不需要求具備相互配合的關(guān)系。圖3-9雙側(cè)電源方向性過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限特性具有電流方向性過(guò)載和電流短路保護(hù)性和單相電路原則的開關(guān)接線電路結(jié)構(gòu)如下表圖3-10所示。圖3-10具有一個(gè)方向性過(guò)載和電流補(bǔ)償保護(hù)的符合單相供電原則的連接線1.2功率方向元件的工作原理1.對(duì)功率方向元件的基本要求在這如圖3-11所示的短路系統(tǒng)中,設(shè)置一條參考母線內(nèi)部電壓流向u為一條參考線的相量,要求一條母線內(nèi)部短路降壓電流的一個(gè)正方向值也就是一條母線內(nèi)部短路電壓流向的計(jì)算方式。對(duì)于方向保護(hù)1,當(dāng)正反反方向k和k1點(diǎn)之間發(fā)生直流短路時(shí),故障過(guò)程中的直流短路穩(wěn)壓電流對(duì)角相量大致滯后于保護(hù)母線的短路電壓相角0°<<90°,相量方程圖顯示如下圖右表所示,當(dāng)一個(gè)受到短路保護(hù)的電源逆變器在電源反饋正方向k和k2點(diǎn)之間發(fā)生了直流短路時(shí),電源2供給一個(gè)通過(guò)方向保護(hù)1的直流短路穩(wěn)壓電流,此時(shí)短路電壓相量滯后于保護(hù)母線的相角將可能會(huì)大致是180°+(為從保護(hù)母線至方向k2點(diǎn)之間的保護(hù)線路提供電壓阻抗角)它的值為180°<180°+<270°,相量圖如圖所示。設(shè)==,所以當(dāng)在上述兩種情況下短路時(shí)和的相位溫度之間的相差為180°。圖3-11功率方向元件工作原理分析繼電保護(hù)中對(duì)功率方向元件的基本要求如下:要求系統(tǒng)具有很清楚的的方向性,系統(tǒng)的正方向上當(dāng)發(fā)生了各種事故它都能快速地可靠進(jìn)行動(dòng)作,但是當(dāng)相對(duì)于逆方向發(fā)生故障時(shí)就無(wú)法進(jìn)行這些動(dòng)作。正方向故障時(shí)有足夠的靈敏度。2.功率方向元件(一種功率方向的繼電器)在工況下的動(dòng)作性質(zhì)按照在機(jī)械和電工技術(shù)中用來(lái)測(cè)量a相功率的概念,在a相的各個(gè)功率方向上元件都加入了電壓QUOTEUrUr(如QUOTEUAUA)和電流QUOTEIrIr(如QUOTEIAIA)，正方向短路的情況如圖3-11b所示。功率短路方向是指元件電路中的輸入電流和輸出電壓它們的的相角分別也就是φ當(dāng)指向相反的功率方向時(shí)會(huì)發(fā)生功率短路,，如圖3-11c所示時(shí)，為φ式中，符號(hào)arg表示相量QUOTEUAIkAUA如果取QUOTEφkφk=QUOTE60°60°,可畫出相量關(guān)系如圖3-12所示。圖3-12三相短路QUOTEφkφk=QUOTE60°60°時(shí)的相量關(guān)系如果電路發(fā)生了正或負(fù)方向的漏電故障,要使所有的功率繼電器均能可靠地正常進(jìn)行正確動(dòng)作,功率在正方向上的繼電元件組在進(jìn)行正確動(dòng)作時(shí)的角度控制范圍通常應(yīng)采取±90°。如圖3-13a所示。它的動(dòng)作方程式可以用下列表示：90φ當(dāng)選取QUOTEφsen=φkφsen=φk=QUOTE60°60°時(shí)，如圖3-13a所示。用QUOTEφrφr表示QUOTEUrUr超前于QUOTEIrIrφ中的公式可以簡(jiǎn)單地寫成U減少和消除致命死區(qū)可以選擇這種特性及其接線功率導(dǎo)致的方向元件。圖3-13功率方向元件的動(dòng)作特性1.3雙側(cè)供電系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中采用了電流保護(hù)調(diào)節(jié)整定時(shí)間的技術(shù)特點(diǎn)在對(duì)雙側(cè)直流電源輸入網(wǎng)絡(luò)中電路進(jìn)行電流整定電源線路的輸出電流電壓保護(hù)同時(shí)應(yīng)該還需要特別注意一些幾個(gè)方面。1.瞬時(shí)電流速斷保護(hù)雙側(cè)電源線路以及線路短路電流隨距離QUOTEll變化的曲線如圖3-14所示。圖中，電源QUOTEE1E1與QUOTEE2E2的容量不同，曲線①為由電源QUOTEE1E1供給的電流QUOTEIk?E1Ik?E1，曲線②為由QUOTEE2E2供給的電流QUOTEIk?E2Ik?E2。但是有個(gè)問(wèn)題就是，如果在保護(hù)區(qū)外kl點(diǎn)短路的話，右側(cè)電源會(huì)產(chǎn)生短路電流并且流過(guò)兩端，但是按照選擇性的要求保護(hù)1、2都不能動(dòng)作。與它相似在k2點(diǎn)短路時(shí)也是上述的情況，就是兩端保護(hù)都不能動(dòng)作。所以想要達(dá)到這一要求必須讓兩個(gè)保護(hù)動(dòng)作的電流是相同的。當(dāng)QUOTEIk2?maxIk2?max>QUOTEIk1?maxc=在保護(hù)2處安裝方向元件的話，公式是：I如圖3-14中虛線所示，其保護(hù)范圍較前增加了很多。圖3-14雙側(cè)電源線路以及線路短路電流隨距離QUOTEll變化的曲線2.過(guò)電流保護(hù)對(duì)于電流的保護(hù),大多數(shù)都很難從電流的完全整定值來(lái)避免,它主要取決于動(dòng)作持續(xù)時(shí)限。以1.1圖中保護(hù)4、5為例，如果我們?cè)O(shè)置它兩的動(dòng)作時(shí)間一樣，那它兩都必須要加裝方向元件，不然可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)保護(hù)都動(dòng)作。但是假如4的動(dòng)作電流大于5加Δt之和的話4就可以不用方向元件。1.4對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)通過(guò)上述各種情況分析，在多源的網(wǎng)絡(luò)接線中我們得加裝方向性保護(hù)才能滿足電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中所有保護(hù)裝置他們動(dòng)作的選擇性[9]。這種保護(hù)的產(chǎn)生大大提高了電網(wǎng)的運(yùn)行安全質(zhì)量，因?yàn)橛弥芭f的保護(hù)方法無(wú)法滿足我們?nèi)康囊?，一旦電網(wǎng)過(guò)于復(fù)雜，之前的保護(hù)方法就不能使用了，這樣的話就會(huì)大大限制我們的