电网的电流保护2

基本要求
1、掌握方向电流保护原理、主要组成元件及其评价
2、掌握功率方向继电器的90º接线方式、动作特 性及在各种工作状态的分析 3、了解功率方向继电器工作原理及构成
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学习内容
➢方向电流保护的工作原理 ➢整流型功率方向继电器 ➢相间短路功率方向继电器的接线方式 ➢方向电流保护的整定计算 ➢对方向电流保护的评价
整流型继电器：用极化继电器 作为执行元件而构成的继电器。
4. 动作特性
KUUJ
-IJ'
.
.
由 I ' j和 I '构j 成的直线代表
这种功率方向继电器的动作特
性线。此直线的右侧半个. 平面
为继.电器的动作范围。当 I J 位
-KIIJ'
KIIJ''
ψK
α
ψK
I'J'
UJ KIIJ'
于 I"J 的位置，即垂直于动作
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一、方向电流保护的工作原理
1、问题的提出
（1）短路点： d1：要求 t6 ＜t1 无法满足要求 d2：要求 t1 ＜t6
（2） d1点短路：若Id＞ I′dzbh1 ，保护1误动。
2.解决办法
d1点短路：保护1的短路功率由线路指向母线，保护6的 短路功率由母线指向线路 。
d2点短路：保护1的短路功率由母线指向线路，保护6的 短路功率由线路指向母线。
第二章 电网的电流保护
第一节 单侧电源电网相间短路的电流保护 第二节 电网相间短路的方向性电流保护 第三节 中性点直接接地电网中接地短路的
零序电流及方向保护 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
第二节 电网相间短路的方向性电流保护
基本要求 学习内容 习题与思考题
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流入继电器，执行元件不应该动作。因此，就必须要求执
行元件具有方向性。
3.执行元件
极化继电器：由绕组,永久磁铁, 可动舌片,接点,铁芯等组成。
主要特点: 继电器的可动 舌片处于两个磁通的作用 之下，一个是由线圈的电 流产生的工作磁通，另一 个是由永久磁铁产生的极 化磁通（它的方向是不变 的）。
3.执行元件
方向过电流保护的方向元件（功率方向继电器）灵 敏度较高。故不需校验。
3、保护装置的动作时限
方向过电流保护动作时限的整定，是将动作方向一致的 保护，按逆向阶梯原则进行。装设方向元件以后，可把双电 源网络分解为两个单电源辐射网，时限配合仍按阶梯原则。 如下图中的保护1、2、3为同一方向动作的保护。保护5、6、 7也为同一方向动作的保护。它们的动作时限应为
EB IB
继电器动作条件： -90º< <90º
若在0º< d<90º的范围内，使继电器均能动作，选择内角α为 0º<α<90º
（2）短路点远离保护安装地点
设B、C两相短路， Zd》ZS ≈0
保护安装地点的电压为：
.
.
UA EA
.
.
UB EB
.
.
UC EC
(KIIJ) C (KUU J) C
IC UC A
E A =UA
30○ 30○
UA B
ψK θC
ψd ψKθB
(KIIJ) B EB C
E C =U C
E B=U B
IB
(KUUJ) B
B相继电器： θB=-(30°+(k- d))= d- k-30° = d-120º+α
继电器动作条件-90º<θB<90º,当0º＜d＜90º时
a.均衡电压式： 作为执行元件的继电器J反应于Ua -Ub =Uab 而动作。
b.循环电流式
.
.
执行元件反应于 A 和 B 整流后的电流之差Ia -Ib 而动作。
.
.
在上述两种接线中，当|A |>|B |时，Uab （或Ia -Ib ）
为正，应. 使电流. 从正方向流入继电器，执行元件应该动作；
当| |<A| |时B， Uab （或Ia -Ib ）为负，应使电流从反方向
d2点短路：保护1、2、3、7起动，t1 ＜t2 ＜t3 ， 故保护1和7起动，保护2、3返回
2.解决办法
判断短路功率方向，一般采用功率方向继电器。 d1 点短路时： Pd1 =UId1 cos1 为正值，功率方向继电器动作。 d2 点短路时： Pd2 =UId2 cos 2 为负值 ，功率方向继电器不动作。
短路点电压为
IC
.
.
.
U A U dA E A
.
.
.
UB
U dB
1 2
EA
.
.
1.
U C U dC E A
2
(KUUJ)C (KIIJ)C
EC
UCA ψK
θC
E A=UA
UAB
(KIIJ)B
ψK θB
ψd
EBC
(KUUJ )B
UC UB
EB IB
A相继电器：IA≈0， 故继电器不动作。
继电器动作以后: 逐渐减小工作电流，则φ1 减小，φ2 增加， 当φ2＞φ1 时，则舌片又被吸向右侧磁极，继电器返回。
3.执行元件
当继电器线圈通入相反方 向的电流时，1 的磁通更减小， 2的磁通更增加，继电器不动 作。
结论：该继电器的动作具有方向性。
3.执行元件
如果把极化继电器的工 作线圈，接入幅值比较回路， 且当Uab （或Ia-Ib ）为正时， 使继电器动作，那么，当Uab （或Ia-Ib ）为负时，它就不 动作，正好满足继电器具有 方向性的要求。
（3）与相邻线路保护装置灵敏度的配合
I dz.3 I dz.2 I dz.1
I dz.7 I dz.6 I dz.5
Idz7= KphIdz6
2、保护装置的灵敏度校验
方向过电流保护电流元件的灵敏度校验方法与不带方向的 过电流保护相同。
作为本线路的近后备保护时，其灵敏系数要求Klm≥1.25~1.5； 作为下一相邻线路的远后备保护，其灵敏系数要求Klm≥1.2。
θ= d- k= d-90º+α
KI IJA
Ic
KU UJA
UA θ Ψk
ψ d
o
IA = IJA
U U =
BC
JA
UC
UB
lt;90º,为使方向继电器在任何 d情况 下均动作，即使 -90º<θ<90º,必须满足
-90º< d-90º+α<90º，
所以 0º< d+α<180º
2.解决办法
利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流 过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动； 凡是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负），保护 就不起动。
2.解决办法
d1点短路：保护2、3、6、7、起动，根据阶梯时限原则t2 ＜t3 ，t6 ＜t7 , 保护2和6动作，保护3、7返回， 从而保证有选择地切除故障
（1）电抗变换器（TX）
作用：将输入的一次侧较大电流量按比例地变换成二次侧的
较低电压U2 。
.
.
U 2 K I I j e jk
式中： KI——电抗变换器的变换系数。
.
.
Фk为 U 2与 I j 的相位差角。
（2）电压变换器（TM）
作用：将一次侧的强电压成比例地变换成二次侧的弱电压。
.
.
U 2 KU U j e j90
90º接线方式的主要优点：
(1) 对各种两相短路没有死区。 （2）适当选择之后，对各种相间短路，都有能保证动 作的方向性；且有较高灵敏度。
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四、方向性电流保护的整定计算
1、保护装置的动作电流
（1）躲过最大负荷电流
I dz
K K K zq Kh
I f .max
（2）躲过非故障相电流
Idz=KKIfg
EB=UB
EC=U C
IB
(KUU J)B
结论：正方向两相短路时，继电器能够动作的条件是
30°<α<60º。
最终结论： 综合三相短路和各种两相短路分析得出：当 0º< d<90º时，使方向继电器在一切故障情况下 都能动作的条件应为：30°<α<60°
用于相间短路的整流功率方向继电器提供了α=45º和 α=30º两种内角，能够满足上述要求。 应指出：要使继电器动作最灵敏，须使α=90º- d。
当
.
C
.
D
90
时,││A. =││B. ，即φ=90°，继电器动作的边界条件。
当
.
C
.
D
90
时,│A.│>│B.│，即φ<90°，继电器动作。
当
..
C D 90
时,│A │. <│B.│，即φ>90°，继电器不动作。
(2)幅值比较回路
即把
.
A
和
.
B
分别整流后进行幅值比较，
分为均衡电压式和循环电流式。
KI IJA
当 d=0º时， 0º<α<180º
当 d=90º时， -90º<α<90º Ic 同时满足以上两个条件为：
0º<α<90º
UC
KU UJA UA
θ Ψk ψd
o
IB
IA = IJA UB
U U =
BC
JA
2、正方向两相短路 1）短路点位于保护出口处
设B、C两相短路，
短路阻抗Zd≈0，此时
对方向继电器的要求： 1、正方向任何形式的短路，继电器都能动作；反方
向短路，继电器不动作。 2、故障以后，加入继电器的电流 和电压 尽可能大，
灵敏度尽可能高。
反应相间短路的方向继电器 广泛采用90º接线。所谓90º接线 是假设三相电压对称负载为纯电 阻时，对任何一个方向继电器所 施 加 的 电 流 和 电 压 相 位 相 差 90º 的一种接线方式。 如右图所示。
B相继电器：
.
.
I JB I B
.
.
U JB U CA
θB=d- k= d-90º+α,
C相继电器：
.
I
.
JC
.
I
.
C
U JC U AB
θc=d- k= d-90º+α
IC
(KUUJ)C (KIIJ)C
EC
UCA ψK
θC
E A=UA
UAB
(KIIJ)B
ψK θB
ψd
EBC
(KUUJ )B
UC UB
特性线时，
IJ'
.
I
J 超前于
.
U
的角度为
J
继电器动作α最=灵90敏°,-故KI.
"
代表的直
J
线称为继电器的最大灵敏
线.α为继电器的内角.
lm=-α
称 .
为
继电器的最
大灵敏角
,它
代 表 继 电 器 最 灵 敏 时 ,I.
J
落后于 U J 的角度.
5.举一实例
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三、相间短路功率方向继电器的接线方式
三个继电器分别接
I.A、U
.
BC，
I
. B
、U
.
CA和
.
IC
、U
.。
AB
过电流方向保护原理接线如下图所示。
对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性， 极性接反了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动 的后果。
1、三相对称短路
A相继电器：
.
I JA
.
IA
.
.
U JA U BC
..
..
K I I J 落后于 KU U J的角度为：
式中 KU为电压变换器的变换系数。
2. 比较回路
相位比较式 (1)构成原理
幅值比较式
a.相位比较式：
设以电网对地电压为基准且为正，电流由母线流向线 路为电流的正方向。当电压与电流之间的相位角小于90° 时，对应的输出功率为正；电压与电流之间的相位差大于 90°时，输出功率为负，正功率的条件就是：
90 arg U 90 I
a.相位比较式：
功率方向继电器是反应正功率动作，负功率不动作 的继电器，也就是说，功率方向继电器反应加于继电器 的电压及电流之间的相位差φ。令
.
.
C K I I J e jk
.
D
KU
.
U
J
e
j
90
动作条件变为：
.
D 90 arg 90
.
C
b. 幅值比较式 令 A C D
B C D
KPR起动，其触点闭合 KA起动，其触点闭合 →KT起动→发出跳闸脉冲 →切除故障
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二. 整流型功率方向继电器
组成：电压形成回路、比较回路、执行元件
1. 电压形成回路 电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相
位，经过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的 电压，该电压经整流滤波后变成与变流量成正比的直流电 压，然后送到比较回路进行比较，以确定继电器是否动作， 最后由执行元件表示继电器的工作状态（动作或返回）。
极化磁通φj自N 极流出后就分 为两部分，φj1经过空气隙 1而连 通，φj2 经过空气隙 2而连通。
φ1 =φg +φj1 φ2 = φj2 - φg 当线圈没有电流时: 2<1 ，2>1,舌片被吸引向右边，接点断开.
当线圈中通以电流Ij 时: φ1 ＞φ2 时，舌片被吸向左侧磁极，继电 器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流。
则30º＜α＜120º C相继电器： θC=30-（ k- d） = d-60°+α 继电器动作条件为:
-90°<θc<90°, 当0°< d<90°,则 -30°<α<60°
(KIIJ) C (KUU J)C
EA=UA
IC UC A
30○ 30○
UA B
ψK θC
ψd ψKθB
(KIIJ)B EB C
3.方向过电流保护
方向过电流保护:增加了功率方向元件的过电流保护。 即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护 装置，其原理接线图下图所示。
其起动有两个条件： （1）电流超过整定值(动作电流) （2）功率方向符合规定的正方向
3.方向过电流保护
正常运行时：KA不起动，其触点打开→KT不起动→不发跳闸脉冲 区外故障时：KPR不起动，KA起动→KT不起动→不发跳闸脉冲 区内故障时：