第22章双侧电源相间短路的方向性电流保护-90接线

2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护一、问题的提出及解决办法二、功率方向继电器的工作原理三、功率方向继电器的90˚接线方式四、方向电流保护的应用特点上节课重点知识回顾1、问题的提出及解决办法；2、功率方向继电器的工作原理。一、问题的提出及解决办法ABDQF1QF3CQF5QF2QF4QF6123456+ABDQF1QF3CQF5ABDCQF2QF4QF6135246电流保护方向性电流保护功率方向判断元件+二、功率方向继电器的工作原理12MNP34k11kINrUU1rkII1k1.工作原理ok1rro90IUarg00cosIUPk1rrrI流过保护的电流短路电流12MNP342kI1.工作原理rIorro270IUarg1800)cos(180IUPk2orrk2NrUU2kI2kk2180o2rkII1.工作原理利用判别短路功率的方向或电流与电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。用以判别功率方向或测定电流与电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。2.功率方向继电器的动作方程以正方向三相短路时A相的功率方向继电器为例：909000rrrrrcoscosIUPBUCUAU12MNP34k1rk1IIA60krBCUU30①四个角度：ksen90ksensen，取30°或45°rrrrIUarg为加入继电器的电压和电流的夹角即为短路阻抗角；为最大灵敏角；：继电器内角；②动作方程•比相式动作方程：9090rrIeUjαarg9090rrIUarg比幅式动作方程推导过程：9090rrIeUjarg9090r90rkIeUj)(arg9090kr90rjjeIeUarg90arg90rIruIKUKrIruIKDUKC令9090DCargrIrurIruIKUKDCBIKUKDCA令用四边形法则来分析它们之间的关系：90argDC90argDC90argDCBABABA不动作动作动作边界DABCDABCDABC时继电器动作BArIrurIruIKUKIKUKDCDC比幅式动作方程：rIrurIruIKUKIKUK3.LG-11整流型功率方向继电器******5678N1rIN2N3N4R1R2rIIKrIIKrUC1YBrUUKrUUKAUBUR4R345°60°DKB910BZ1BZ2+-+-*JR5R6C2C3AUBUUIrIrUAIKUKUrIrUBIKUKUaibiAUBU（一）构成：rIrurIruIKUKIKUKrIrUrIrUIKUKIKUK90arg90rIrUIKUKIU（内角）9090rrIUarg)(动作方程功率形式0rrr)cos(IUrU90rIrIIKIrUUKAUBU动作最灵敏rIrIIKIrUUKAUBU临界动作（二）功率方向继电器的动作区：设3060IUI即60IUarg120rr那么senrI30sen最大灵敏角（三）功率方向继电器的动作特性在中，均为变数，0α)cos(IUrrrrrr和、IU为了阐明继电器的动作特性，通常采用固定其中一个变量来分析其它两个变量之间的关系。1.角度特性：当=常数时，的关系曲线。2.伏安特性：伏安特性是当=常数时(一般取)，的关系曲线。)f(IUroprαsenrrI)f(Urop1.角度特性：当=常数时，的关系曲线。rI)(ropfU继电器的动作范围是以为中心的±90°区域内。sen)(oprUUr06030120min.opU伏安特性是当=常数时(一般取)，rsenr的关系曲线。)(ropIfU2.伏安特性：opUrImin.opUmin.opI当加入继电器的电压min.oprUU不管Ir多大，继电器都不会动作。从而在保护安装处附近发生三相短路时，由于Ur太低，保护将拒绝动作，使保护装置出现死区。******5678N1JIN2N3N4R1R2JIIKJIIKJUC1YBJUUKJUUKAUBUR4R345°60°DKB死区（四）死区及其消除办法:5612ABCD34SASBk(3)GJ0Ul记忆作用，记忆时间不小于50msUI（五）功率方向继电器的潜动问题功率方向继电器潜动是指继电器仅加入电压或电流一个电量就会动作的现象。只加电流不加电压时所产生的潜动称为电流潜动。只加电压不加电流时所产生的潜动称为电压潜动。产生潜动的原因：形成的电路参数不平衡。BAUU和消除潜动的办法：调整R1用于消除电流潜动；调整R2用于消除电压潜动潜动对继电保护的影响：可能导致继电保护装置误动作。例如：在保护的反方向断路器附近金属性三相短路时，U≈0，Ir却很大，如果继电器潜动，则会使保护误跳闸，扩大事故。因此，要求功率方向继电器无潜动现象。三、功率方向继电器的90˚接线方式要求：保证选择性和较高的灵敏性。广泛采用：90°接线方式9090rrIUarg)(1r)cos(满足选择性为了有较高的灵敏性，应即满足0r三相短路时01jksenAICUAUBU)(rI)(rUk60k问题:有电压死区功率方向继电器的动作特性三相短路时01j60kAICUAUBUk)(rBCUU90k90ksen)(rI功率方向继电器的动作特性k90功率方向继电器的内角9090rrIUarg90˚接线方式是指在三相对称且功率因数的情况下，超前90˚的接线方式。1cosrIrUKWCKWBKWA继电器rIrUAIBICIBCUCAUABUAUBUCUAIBICI)(rI)(rBCUU这个定义仅仅是为了称呼方便，没有什么物理意义。采用按相起动接线。所谓按相启动接线是指接入同名相电流的测量元件和功率方向元件的接点串联，而后于其他元件相并联后启动逻辑元件。三相式方向过电流保护的原理接线图三相式方向过电流保护的原理接线图对功率方向继电器的接线，必须十分注意继电器电流线圈和电压线圈的极性。为使此时KW动作最灵敏190k)cos(k90在各种相间短路时的工作情况分析：（1）正方向三相对称短路AUBUCUAIBICIk以KWA为例)(rI)(rBCUUrA90krA)cos(90kABCrAIUP900应选择为使PrA0在各种相间短路时的工作情况分析：（1）正方向三相对称短路AUBUCUAIBICIk以KWA为例)(rI)(rBCUUrA90krA)cos(90kABCrAIUP（2）正方向出口BC两相短路SkZZAEBECEBICIKWACBkZSZk)EE(21EZ2ZEEEZIEUUCBBssCBBskBCBAAEUAAUEBECEBUCUBCEBIkCI（2）正方向出口BC两相短路AAUEBECEBUCUBCEBIkCISkZZAEBECEBICIKWACBkZSZk对KWA：当忽略负荷电流时继电器不动作0AIAAUEBECEBUCUBCEBIkCI（2）正方向出口BC两相短路AAUEBECEBUCUBCEBIkCI)(rI（2）正方向出口BC两相短路)(rCAUUrB对KWB：90krB)cos(90kBCArBIUP900内角的选择范围：AAUEBECEBUCUBCEBIkCI)(rI（2）正方向出口BC两相短路)(rABUUrC对KWC：90krC)cos(90kCABrCIUP900内角的选择范围：（3）正方向远处BC两相短路AAUEBUEBCUECkBUkCUBCEBIkCISkZZAEBECEBICIKWACBkZSZk（3）正方向远处BC两相短路AAUEBUEBCUECkBUkCUBCEBIkCI对KWA：当忽略负荷电流时继电器不动作0AIAAUEBUEBCUECkBUkCUBCEBIkCI)(rI（3）正方向远处BC两相短路对KWB：120krB)cos(120kBCArBIUP12030内角的选择范围：)(rCAUUkBAAUEBUEBCUECkBUkCUBCEBIkCI)(rI（3）正方向远处BC两相短路对KWC：60krC)cos(60kBCArBIUP6030内角的选择范围：)(rABUUkC故障类型继电器三相AB两相BC两相CA两相KWA——KWB——KWC——900900900900360090036006009003正方向各种短路时，方向继电器能够正确动作的内角α的范围使方向继电器在正方向任何相间短路情况下能够正确动作的条件：6003为了减少死区范围，三相短路时应使1)cos(rk90优点：(1)各种两相短路故障都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相间电压，其值很高。(2)适当选择内角α后，对线路上各种相间故障都保证动作的方向性。缺点：正方向出口三相短路时有死区。三、方向电流保护的应用特点12MNkIl①②Iset1IIset2IIEIIEk2k11.电流速断保护k2.maxIrelIset1IKIk1.maxIrelIset2IKI不带方向12MNkIl①②)(Iset2带方向IIEIIEk2k11.电流速断保护助增：使故障线路电流增大的现象12ABCABIBCIBIBCI2.限时电流速断保护k助增电源助增电流12ABCABIBCIBIBCI2.限时电流速断保护外汲：使故障线路电流减少的现象k外汲电流12ABCABIBCIBIBCI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电KABIBCIBI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K12ABC当仅有助增时1KIIbABBCABIBCIBCI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K当仅有外汲时1KIIbABBC12ABCABIBCI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K12ABC当无分支时1KIIbABBC12ABCABIBCIBIBCI2.限时电流速断保护kABBCbII电流被保护线路流过的短路流故障线路流过的短路电K当既有助增又有外汲时