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)解析

第 2.2 节

双侧电源网络相间短路的方向性电流保护

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 N P 12

Q 5

36

4

M N P 1234

K 1K

I ——找差异怎么办？希望：保护3跳闸，保护2不跳闸。

一、问题的提出

如果保护1～4均按照第一节的方法进行整定，那么，在K 1点发生短路时，如果短路电流I K 大于保护2 的定值，就会造成保护2的误动，从而导致变电站N 被停电（保护3应当动作跳闸）。

发现差异：保护2的方向与的方向相反；保护3的方向与的方向相同。我们规定继电保护工作的“正方向”：

由继电保护安装处指向被保护元件。

（教材：由母线指向线路——仅针对线路）

K I

K

I M N P 1234

K 1K I

为此，如果我们设计一个方法能够区分“正方向”和“反方向”(差异)，那么，问题就迎刃而解了。

区分方向的问题，必须采用至少 2 个电气量的相量比较。

经过研究、分析，采用：以保护安装处的电压作为参考相量。

于是，保护2和3有如下的相量关系：

M N P 1

234

K 1K I

M N P 1234K 13.m I 2.m I

m U

m U 3.m I 2.m I m

ϕ正方向可以设法仅让正方向动作

3.m K m I Z U =按照标定的方向，有：

2.m K I

Z -=K

Z ——对“地”电压

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。

M N P 12

Q 5

36

4

类似地，2、4、6为另一个方向。

双电源问题归结为：如何区分短路的方向？

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

延时跳闸

A 相方向为正

有方向元件的电流保护(方向性电流保护)

KW KA KT TA TQ

KW KA KT ++-

TV

KA KT KS TQ

TA KA KT KS 无方向元件有方向元件

继电器连接方式的原理图

三、方向元件的工作原理(以三相短路为例)

仅讨论微机保护的实现方法

m U 3.m I 2.m I m

ϕ正方向()m m 'm U

U ϕ-∠= 取3.m 'm 3.m 'm I

-U I U >+列出这样的方程：

根据动作区域，可以

'm U 希望的动作区域(电流变化范围)同方向与得到：3.m 'm I U

度时不动作。度时动作；大于的夹角小于与

，满足：对于方程9090-3.'3.'3.'m m m m m m I

U I U I U >+0

90

夹角＝'m U 3.m I

3.m 'm I U

-3

.m 'm I U +3.'3.'-m m m m I U I U ＝+'m

U 3.m I

3.m 'm I U +3.m 'm I

U -0

90

<夹角3.'3.'-m m m m I

U I U >+

()()m m m m m m m j U

U U U ϕϕϕsin cos ''-=-∠= 可以这样计算：相量()取何值，后面再说明。

为已知的相量。

其中，m m m j ϕϕϕsin cos -()方向元件。

功率故，称为类似于判别：－3.m 'm 3.m 'm I

U I U >+0P 9090><<-时，

ϕ()

的夹角与为注：m 'm I

U ϕ？

0cos

I U P

3.m '

m >=ϕ

。

称为最大灵敏角此时的出现最大值，

时，的夹角为与当sen m 3.m '

m m 3.m m cos

I U I U

ϕϕϕϕ m U

3.m I

2.m I

m

ϕ正方向

正方向

还有一种实现方法，称为相位比较方程。

较动作方程。的大小，故称为幅值比个构成电气量属于比较－2I

U I U 3.m 'm 3.m 'm >+

90

903≤≤-.m 'm I

U arg m U

3.m I

2.m I

m

ϕ'm

U

M

N

P

1

2

对（功率）方向元件的基本要求是：1、应具有明确的方向性。

2、正向故障时可靠动作，有足够的灵敏性。

（应当比电流元件的灵敏度更高，否则，

会影响保护的灵敏度）

电流保护范围

方向元件灵敏度