华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-方向保护(2-2)

如何从波形中进行相位的分析？方向行为？
确定参考
ua
ub
U a
uc
ia
ib
Uc Ub
ic
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如何从波形中进行相位的分析？方向行为？
确定参考
ua
ub
U a
uc
Ic
ia
ib
Uc Ub
ic
Ib
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如何从波形中进行相位的分析？方向行为？
U a Ic
Uc Ub
Ib 电流最灵敏 的位置
U ca
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电抗 变换器
Im
K I Im ( 移相后，且K I具有阻抗性质)
制动量
Relay
U m
变压器
KU U m
动作量
U
' m
K I Im .3
U
' m
- K I Im .3
整流型方向元件示意图
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如何从波形中进行相位的分析？方向行为？
ua
ub
uc ia ib ic
故障前
故障后
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为参考相量。
于是，保护2和3有如下的相量关系：
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M 1
N
2
3
ZK
P 4
Im .2
Im .3
K1
U m
U m——对“地”电压
按照标定的方向，有：
Im .2
m
Im .3
正方向
U m ZK Im .3
ZK Im.2
可以设法仅让正方向动作
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如果实现了短路方向的判别，那么，只要在方向 相同的保护之间进行“配合”即可。如下图，1、3、 5为朝着同一个方向，右侧电源相当于不产生影响， 这样，就可以利用前述的单电源方法。
U A
IA U BC
即:
IC
IB
U mr U BC U CA U AB
IImr IA
IB IC
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A相极性连Leabharlann 示意图 A相A BCKKWWa
注意： 1）极性连接。 2）按相连接。
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三相连接示意图（极性、按相）
TV
KWa
KWb
KWc
TA
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1、正方向发生三相短路
设线路阻抗角为 K (只画出A相电流)。
短 短路后 路 的电流 时
刻
t
电压约等于0， 无法进行方向判别
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五.双侧电源网络中方向电流保护应用特点 在多端供电的网络中，方向性电流保护可以保
证各保护之间动作的选择性。 存在的问题：
1）接线复杂(非微机时，可靠性降低)、投资增 加；
2）保护安装处正方向出口发生三相短路，存在 动作“死区”（II段、III段有延时，无记忆作 用）。
K1
K2
K3
母线
TA1
TA2
保护
线路
保护
思考：在K1、K2、K3分别发生短路时，何处短路
算出口短路？何处算正方向短路？何处算反方向
（或区外）短路？
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图2.29供了解，那是晶体管、集成电路的实现 框图。
提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护） 中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的 是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在 已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系 统运行方式的影响要小很多。
第 2.2 节 双侧电源网络相间短路
的方向性电流保护
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双电源及多电源系统供电更可靠。 如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因）， 则变电站M、N、P、Q的供电情况受到的影响较小。
M 1
N
2
3
P 45
Q 6
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M 1
N
2
3
P 4
IK
K1
希望：保护3跳闸，保护2不跳闸。
一、问题的提出 如果保护1～6均按照第一节的方法进行整定，那
如何从波形中进行相位的分析？方向行为？
U a Ic
Uc Ub
边界线
动作区域 Ib 电流最灵敏
的位置 U ca
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根据短路后电压、电流的相位关系，分析和判定 继电保护是否正确动作。
固定电压相 量，电流变化 的动作区域
- 30 Im.3
U m
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下图中，TA1和TA2 分别接到什么保护中？
类似地，2、4、6为另一个方向。
M 1
N
2
3
P 45
Q 6
双电源问题归结为：如何区分短路的方向？
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二、方向性电流保护工作原理 在原有电流保护基础上增加方向判别元件，反
方向故障时把保护闭锁不致误动。
A相电流>定值
延时 跳闸
无方向元件的电流保护（延时可以为0）
A相电流>定值 A相方向为正
延时 跳闸
Q 6
2s
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六.双侧电源网络的电流保护整定计算 在整定计算中，由于双电源的存在，使得短路电
流的计算略微复杂一些。为此，引入了“助增”、 “外汲”和“分支电流”、“分支系数”等概念。
但是，原则都是一样的： 1）按最大短路电流整定； 2）取最小短路电流校验。
（避免概念太多，留到距离保护中再介绍）
M 1
N 2
电流保护范围 P
方向元件灵敏度 15/48
因为 1个电气量无法进行比较（称为出现死区）， 所以， 2个电气量都需要设定一个最小的门槛。
此门槛要求：在电流保护第III段末端发生短路时， 保护安装处的测量电流、电压要大于这个门槛值，即 末端短路时，方向元件应当可靠动作，否则，会影响 保护灵敏度。
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已经介绍内容的要点归纳： 1、继电保护的作用 2、继电保护的基本要求 3、判别什么情况下属于有选择性？什么情
况下属于误动？拒动？ 4、继电特性 5、大电流接地系统？小电流接地系统？ 6、最大运行方式？最小运行方式？ 7、电流1段的整定原则？最小保护范围计算 8、可靠系数的考虑因素
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' m
Im .3
U
' m
Im .3
Im .3 夹角＝900
U
' m
Im
.3
＝U
' m
-
Im .3
U
' m
Im .3
夹角 900
U
' m
Im .3
U
' m
- Im.3
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相量U
' m
U m m
可以这样计算：
U
' m
U m cosm
j sinm
其中，cosm j sinm 为已知的相量。
取何
P R
W
思考： 1）保护1在何种情况下出现短路电流最大？
最小呢？ 2）保护2呢？
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应当说明：在微机保护中，由计算机可以直接实
现
U
' m
Im .3
U
' m
-
Im .3
的比较（仅仅是2个相量
的计算与比较）。
但是，在模拟量构成的方向元件中，必须将电流、 电压都统一到一种电气量后（或电流、或电压）， 才能进行比较，否则，无法直接实现 +、- 计算。
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为此，方向元件的配置应该按照 “少而精” 的原则。 1）电流整定值能保证选择性时，不加方向元
件； 2）在线路一端加方向元件后满足选择性要求
时，不必在线路两端都加方向元件。
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具体选择的方法： （1）对于电流速断（1段、2段）
如果反方向的最大短路电流小于本保护的定值， 可以不加方向元件(不会误动)。 （2）对于过电流保护（3段）
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在实际工程中，到目前为止，由一个地方电气量 构成的输电线路继电保护（单端电气量保护），还 无法判别线路末端和相邻线路的出口短路，因此， 设计原则都是一样的。即：
1）I段躲线路末端的短路； 2）II段保护线路全长（加延时）； 3）III段作为近后备、远后备（再延时） 。 电流保护反应电流增大而动作，属于一种增量保 护。
取U'm U m m
得到：U 'm与Im .3同方向
根据动作区域，可以
列出这样的方程：
U
' m
Im .3
U 'm
-
Im .3
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对于方程U
' m
Im .3
U
' m
-
Im .3
，满足：U
'与
m
Im
的夹角
.3
小
于90度时动
作
；
大于90度
时
不动作。
U
' m
Im .3
U
' m
U
' m
Im .3
U
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考虑到，小电流接地系统的线路阻抗角为（60～ 75）度之间，代入上述关系，可知：
K 90 30 ~ 15 K 120 60 ~ 45 K 60 0 ~ 15
兼顾上述各种相间短路的情况，于是，通常将最 大灵敏角（电压超前电流的角度）设计为：
sen 30
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对应于最早提到的动作区域(左下图)， 实际的动作区域应当如右下图。
向性。 另外，出口三相短路时，没有电压，会出现 “死区”(Um=0)，故采用短路前的“记忆电压”进 行比较。
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短路前的“记忆电压”与“短路后的电流”进 行方向比较（短路方向判别）。
代替测 量电压 进行方 向判别