继电保护原理第二章-电流保护

第二节电网相间短路的方向性电流保护第三节中性点直接电网中接地短路的零序电流及方向保护第一节单侧电源网络相间短路的电流保护第二章电网的电流保护和方向性电流保护第四节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护定义：指电流保护中电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。2.1.7电流保护的接线方式主要有三种接线方式：三相三继电器的完全星形接线两相两继电器的不完全星形接线两相一继电器的两相电流差接线。接线系数：流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值。前两种应用较广泛。保护装置的起动电流与流过继电器的电流关系.dzdzJlIIn三相星形接线的特点：1、每相上均装有CT和LJ、均为Y形接线2、LJ的触点并联（或）3、接线系数为1；4、可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。两相星形接线的特点：1、仅在两相上装设CT和LJ、构成不完全Y形接线2、LJ的触点并联（相或）（通常为A、C相）3、接线系数为1；4、可以反应各种相间短路。和有电流互感器相的接地故障。两种接线方式在各种故障时的性能分析比较1、对中性点直接接地电网和非直接接地电网的各种相间短路两种接线方式都能正确反应，但完全星形接线动作可靠性较高。2、对中性点直接接地电网中的单相接地故障完全星形接线可以反应各种单相接地故障不完全星形接线不能反应全部的单相接地短路（如B相接地），所以不适用中性点直接接地电网。3、对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力在小接地电流电网中，发生单相接地故障时，流过接地点的仅为零序电容电流，相间电压仍然对称，允许小接地电流电网一点接地继续运行一短时间。在不同地点发生两点接地短路时，要求保护动作只切除一个接地故障点，以提高供电可靠性。1III23IIIIIIABC不完全星形接线：由于B相不装电流互感器和相应的电流继电器，当线路Ⅱ上发生B相接地，而线路I上发生A相或C相接地时，保护2不能动作，只能由保护1动作，即只能保证2/3机会切除后一条线（即1/3机会无选择性动作）。完全星形接线：由于两个保护在定值和时限上都按选择性要求而配合整定的，因此，能够保证100％地只切除线路Ⅱ。1）异地两点接地发生在相互串联的两条线路上1III2K3K23IIIIIIABC线路II故障相别AABBCC线路III故障相别BCACAB保护2动作情况++--++保护3动作情况-++++-1切除线路数121121“+”动作“-”不动作2）异地两点接地发生在相互并联的两条线路上三相星形接线：当两套保护的动作时间相同时，将同时动作，而切除两条线路。两相星形接线：能保证有2/3的机会只切除一条线路。注意：两LH必须装在同名的两相上，否则可能出现两套保护均不动作的情况。以Y／△－11接线降压变为例)2(ABd4、对Y，d接线变压器后两相短路的反应能力BAII..0.CIAcaIII...31AbII..32..YYACIIYAYBII..2结论：当在Y/△变压器的△侧发生两相短路时，滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位。当在Y/△变压器的Y侧发生两相短路时：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。当过电流保护接于降压变压器高压侧作为低压侧线路的后备保护时，若保护采用三相完全星形接线，则接于B相的电流继电器的电流是其他两相电流的两倍，故灵敏度最高。当采用两相不完全星形接线时，因B相上没有电流继电器，不能反应B相的最大电流，只依赖A、C相电流，故灵敏度只有三相完全星形接线时的一半。为克服这一缺点，可在不完全星形接线的中性线上接入一个电流继电器，流过这个继电器的电流大小与B相电流相等。称为二相三继电器接线。两种接线方式的应用三相星形接线：发电机、变压器的后备保护，采用电流保护作为大电流接地系统的保护（要求较高的可靠性和灵敏性）。两相星形接线：因该接线方式简单经济，中性点直接接地电网或非直接接地电网中，都广泛的用作相间短路。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。A、C相）第二节电网相间短路的方向性电流保护一、问题的提出为了提高供电可靠性，电力系统中多采用双侧电源供电的辐射形电网或单侧电源环形电网供电，此时简单的电流保护已不能满足要求。对电流速断保护：d1处短路，应要求，否则保护3误动，d2处短路，应要求，否则保护2误动。对过电流保护：d1处短路，要求;d2处短路，要求，显然是矛盾的。13IddzII＜22IddzII＜23tt＜32tt＜二、几个概念1、短路功率：指系统短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率。在无串联电容也不考虑分布电容的线路上发生短路时，认为短路功率从电源流向短路点。结论：采用阶段式电流保护将难以满足选择性要求，给动作值的整定和保护动作时限的整定造成困难。2、故障方向：指故障发生在保护安装处的哪一侧，通常有正向故障和反向故障之分，它实际上是根据短路功率的流向进行区分的。正方向故障：从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障。反方向故障：从保护安装处看出去，在“线路指向母线”方向上发生的故障。三、原因分析反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起保护误动。四、解决办法加装方向元件——功率方向继电器。当方向元件和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。•利用方向元件和电流元件结合就构成了方向电流保护。•由于元件动作有一定的方向，可在反方向故障时把保护闭锁。•正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组。ABCD135246这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。（一）构成•方向元件•电流元件•时间元件（二）工作原理方向元件和电流元件都必须动作后，才能去起动时间元件，再经过预定的时间后动作于跳闸。五、方向过流保护的原理接线图2.2.2功率方向继电器的工作原理功率方向继电器：用于判别短路功率方向或测定电压电流之间的夹角的继电器，简称方向元件。由于正、反向故障时短路功率方向不同，它将使保护的动作具有一定的方向性。一、工作原理电流本身无法判定方向，需要一个基准—母线电压。母线电压参考方向为“母线指向大地”，电流参考方向为“母线指向线路”利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。MNP1324d1d2d1短路（对保护2为正方向）d2短路（对保护2为反方向）111dNAdUIZl212dNAdUIZl11argdAdNAIU180arg21dAdNAIU9002701800cosAAIUP0cosAAIUP对继电保护中方向继电器的基本要求：应有明确的方向性，即在正方向发生各种故障时（包括故障点有过渡电阻的情况时），能可靠动作、而在反方向故障时，可靠不动作。故障时继电器的动作有足够的灵敏性。3、功率方向继电器的实现1、最大灵敏角：当功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间相位差的大小而改变，输出为最大时的相位差称为最大灵敏角。90lm90arg90JjJIeUlmlmJJlmIU90arg90,60,,1dAJAJIIUU601dlm2、动作范围：为了保证短路点有过度电阻，线路阻抗角在0°~90°变化时正方向故障继电器都能可靠动作，继电器动作角度通常为动作方程：或3、动作特性:当线路发生三相短路所以cos()0JJlmPUI1.死区：当正方向出口短路时，0AJUUGJ不动——电压死区。消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。2.2.3集成电路型功率方向继电器1、构成继电器的框图整流型方向继电器的基本环节包括：电压形成回路、移相、整流滤波回路、比较回路和执行元件等几部分。90arg90JjJIeUlm动作方程1、电压形成回路•变换成适合集成运算放大器所需的电压•并与电压、电流互感器的二次回路相隔离2、移相形成，以便于与IJ比较。3、整流滤波回路•滤去谐波分量•形成方波。（在输入信号正半周时，输出为高电平；输入信号为负半周时，输出为低电平）4、比较回路•由与门、或非门、延时5ms+展宽20ms组成•延时5ms+展宽20ms：5ms对应角度为90°，延时超过5ms表明电压与电流夹角小于90°。保护动作lmjJUe2、相位比较回路3、功率方向继电器的动作特性（1）角度特性：当IJ固定不变时，继电器的起动电压UDZ.J与φJ的关系曲线。在保护动作范围内，继电器的最小起动电压基本上与φJ无关。当加入继电器的电压小于最小起动电压时，继电器将不能起动，这就是出现“电压死区”的原因。（2）伏安特性：当φJ=φlm固定不变时，继电器的起动电压UDZ.J与IJ的关系曲线。•在理想情况下，该曲线平行于两个坐标轴。•只要加入该继电器的电流和电压分别大于最小起动电流和最小起动电压，继电器就可以动作。潜动：在只加入电流或只加入电压的情况下，继电器就能动作的现象。只加入电流-------电流潜动只加入电压-------电压潜动危害：在反方向出口处发生三相短路时，此时UJ≈0，而IJ很大，方向继电器本应该将保护装置闭锁，如果此时出现了潜动，就可能使保护装置失去方向性而误动。造成潜动的原因：形成方波的开环运算放大器的零点漂移措施：采用与门输出的方式，就能可靠的防止潜动的发生。4、功率方向继电器的接线方式继电器与电流互感器和电压互感器的之间的连接方式。对功率方向继电器接线方式的要求：（1）正方向任何形式的故障都能动作，而当反方向时不动作（2）故障以后加入继电器的电流IJ和电压UJ应尽可能的大一些，并尽可能使φJ接近于最灵敏角φlm，以便消除和减小方向继电器的死区。90º接线方式：指系统三相对称且cosφ=1时，的接线方式。arg90JJIU三相星形接线且按相起动（指接入同名相电流的测量元件和功率方向元件的结点串联，而后于其他元件相并联后启动逻辑元件。）90°接线时，三相式方向过流保护的原理图接线图注意：继电器电流线圈和电压线圈的极性ALJBLJBLJAGJBGJCGJKT5、90°接线方式时发生相间故障的行为分析（1）正方向三相短路：由于三相对称，三只继电器动作情况相同，故以A相为例分析：cos(90)19090dlmlmdlmd取内角=;;90JAAJAJJAdIIUU从图中可见，为使功率方向继电器动作最灵敏由图cos(90)0BCAdlmUIA相继电器的工作条件为：090d一般909090d900所以,在三相短路时,选择,可保证GJ动作。内角的选择为使PJA0cos(90)0909090JJddUI＞＜＜00180d（2）正方向两相短路以BC两相短路为例，且假设空载运行。有两种极限情况:出口和远处出口处BC相短路分析0.50.5dsAdAABdBACdCAZZUUEUUEUUE0AI900900d，故A相继电器不动作；对于B相继电器，;;90JBBJBCAJBdIIUU则动作条件为cos(90)0CABdUI＞对于C相继电器，;;90JCCJCABJCdIIUU则动作条件为cos(90)0ABCdUI＞同三相短路，应选，使得GJ能动作。CAUABU注：出口BC两相短路，、幅值很大，B、C相功率方向继电器动作。该接线方式可消除各种两相短路的死区。、远处BC相短路分析sdAABdBBdBCdBCdCZZUEUUIZEUUIZE0AI对A相继电器，,不动作；120dJB12030对B相继电器，,所以应选择，使得B相GJ能动作；