继电保护课件PPT第2章2节

正半周比相
负半周比相
U J e j 临界动作条件： arg 90 IJ
U J e j 最灵敏动作条件： arg 0 IJ
2. 相位比较回路 比相原理： 测量两个电压瞬时值同时为正（负）的持续时 间。若两者之间的相差小于90°,则瞬时值同时为正（负）的 持续时间必然大于5ms，此时功率方向继电器动作。 措施：将同时为高电平（和低电平）的方波延时5ms，判 断方波是否依然存在。 动作时间：最快15ms（最灵敏条件下），最慢20 ms。
U J I J cos( J d ) U J I J cos 0 U J I J 这里 d lm ，有U J I J cos( J d ) U J I J cos( J lm )
最大灵敏角 lm ：功率方向继电器输入电压、电流幅值不变， 其输出动作量随两者间相位差的大小而改变，输出最大时的 相位差称为最大灵敏角。即 J lm 时，输出动作量最大。
I A 0，不动
JC d 60，应动作 PJB U CA I B cos( d 120 ) 0
GJ A : GJ B : GJ C :
JB d 120，应动作
EA U A
30° 30°
30 210 ( 0 ) 0 d 90 60 120 ( 90 ) 30 120时，B相继电器能动作
90 d
0º 接线方式功率方向继电器的电压死区：
电压死区: 正方向出口三相短路、AB或CA两相接地短路、 A相接地短路时,功率方向继电器拒动。
解决措施：采用90°接线方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。
90º 接线方式功率方向继电器的分析：

UJ 动作方程： 90 arg 90 IJ
（1）正方向三相短路
JA d 90

UA IC
wk.baidu.com
A相方向继电器动作条件为：
d
I A I JA
JA
U BC U JA
PJA U BC I A cos(d 90 ) 0

（ 90 d 时继电器最灵敏）
当 d 0， 有0 180 当 d 90 , 有 90 90
UJ J arg IJ
正方向（d1点）短路故障：
UC Id 2 A
60
30
I d1A U BC UB
JA d 60
反方向（d2点）短路故障：
也可以说， 当 U J I J cos J 0 时，认 为故障发生在正方向。 当 U J I J cos J 0 时，认 为故障发生在反方向。
措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。 跳闸条件：①短路电流大于整定值；②短路功率方向为正。
当增设方向元件后，可以把线路上方向性电流保护拆开看成
两个单侧电源网络的保护，即1～4，5～8两组，分别按单侧
电源系统来整定。两组方向性保护之间不需配合。
E1
4 3 5 2 6 1 7 8
E2
t
JA 180 d 240
A相功率方向继电器的最大灵敏角 lm 若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变，输出动作量 随电压和电流之间的相角变化。
PJ U J I J cos J 随着 J的大小变化而变化。
为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，即让 输出动作量最大，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角 lm。 即当正方向（d1点）发生短路故障时，动作输出量 U I cos J J 应该最大。 所以当正方向（点d1）短路故障时，应满足：
2
E2
U
d1点短路向量图
.
U
.
.
d1
Id1
d 2
Id 2
d2点短路向量图
.
Id2
180 d 2
U
.
U
.
d1
d 2
Id 2
Id1
.
Id2
d1点短路相量图
180 d 2
d2点短路相量图
正方向（d1点）短路故障时：
0 d1 90,
UId1 cos d1 0 UId 2 cos(180 d 2 ) 0
1 U A E A , U B UC E A 2 0，不动 GJ A : I A GJ B : JB d 90 ，应动作 GJ C : JC d 90，应动作 U
C
EA U A
IC

U AB
EBC
U CA
EC
U CU B
d
IB
EB
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
ⅱ. 远离保护安装点
Z d Z s , 可认为Z s 0 U A E A , U B E B , UC EC
1. 继电器硬件结构框图
UJ
电压 形成 移 相
U J e j
滤 波
1
方 波
3
＆
5
5 20 ms
7 ＆ 9
输出
IJ
电压 I J R 形成
滤 波
2
方 波
≥1
6
5 20 ms
8
4
动作方程：
U J e j 90 arg 90 IJ
, 90 d

t4
t3
t2
t1
l
l
t5
t6
t7
t8
t
方向性电流保护的原理接线图
原理：在原有电流保护基础上加装功率方向判别元件， 反方向故障时把保护闭锁不致误动。 动作条件： 功率方向为正。
功率方向元件，或 功率方向继电器 方向性电流保护的动作条件： （必须同时满足） （1）电流大于起动电流整定值；（2）功率方向为正； （3）短路电流持续时间超过动作时限。
arg 0 的接线方式。 0º 接线: 指系统三相对称且cosφ=1时， UJ 90º 接线:指系统三相对称且cosφ=1时， IJ 90 的接线方式。 arg UJ IJ
功率方向继电器90°接线，三相方向过电流保护原理接线图
！注意：极性连接。
3. 90º 接线方式功率方向继电器的动作情况
功率方向继电器的动作方程 相位动作区：

UJ (lm 90 ) J (lm 90 ) ， J arg IJ lm 是最大灵敏角，有 lm d
动作相位区间： lm 90 （以适应在 d 在0°～90°范围内的变化）
UJ lm＋ 90 arg lm－90 IJ U J e jlm 90 arg －90（相角形式） I
，是U超前I的角度
功率的正方向：母线→线路 当 P 0 时，功率方向为正。 当 P 0 时，功率方向为负。
E1 E1
4
3
5
2
' I d1
d1
' I d' 1
6
1
7
8
E2 E2
4
3
5
2
6
1
d2
7
8
双侧电源线路：保护－安装于线路两侧； 母线 → 线路 功率方向可能 － 线路 → 母线
二、功率方向继电器的工作原理
对功率方向继电器的基本要求是： 1．具有明确的方向性。即正方向发生任何故障（d1点）
都能够动作，而反方向故障（d2点）时不动作。 2．足够的灵敏性。 通过分析电压、电流相量之间相角差的不同来满足基本要求。 保 护 1
E1 d2
U 1
d1
I d1 Id 2
第二章之第二节 相间短路的方向性电流保护
主讲人：肖仕武 电力工程系四方研究所
Office: 教五B309
North China Electric Power University
一、方向性电流保护的工作原理
不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。
E1
4 3 2 1
K
单侧电源线路中K点发生短路故障时，短路电流的实际方 向都是从电源指向短路点，即从母线指向线路。 ～ 通过功率的方向来定义电流的方向： 定义： P UI cos 电压的正方向：相→地 电流的正方向：母线→线路
UC
IB
UB
若d 在0 ～90 范围内变化，为使PJ 0, 则
选择0 90，不论 d 在0～90范围内怎么变化, 正向三相短路时A相继电器都能动作。
（2）正方向两相短路（保护安装处、远处） ⅰ. 保护安装处故障，即近处故障
有Z d Z s , 可认为Z d 0
J
动作方程（2种形式）：
U J I J cos(J lm ) 0 (功率形式 )
0º 接线和90º 接线方式功率方向继电器的分析
E1 d2
UJ 1
IJ
d1
2
E2
90º 接线方式功率方向继电器：
功率方向继电器内角

UJ 动作方程： 90 arg 90 IJ
PJB U CA I B cos( d 90 ) 0 PJC U AB I C cos( d 90 ) 0
0 180 ( d＝0 ) 当0 d 90 ， 90 90 ( d＝90 )
反方向（d2点）短路故障时：
180 180 d 2 270,
其中有d 1 d 2 d ,是线路的阻抗角，在0～90范围内。
∴ 判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。
A相功率方向继电器分析
E1 d2
UJ 1
IJ
d1
2
E2
UA
U J U A , IJ IA

IC
U CA
U AB
EBC
d
EC U C
30 60时，C相继电器能动作
E1
5
2
' I d1
d1
6
' I d' 1
1
' I d' 1 实际方向
E2
克服方法：
功率正方向 正方向 负方向 功率实际方向
在d1点短路时，闭锁电流保护1，同时保证电流保护6正 确动作的措施是找出d1点短路时，电流保护1和6之间的 差别。 在d1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。 实际短路功率的方向等于实际电流的方向。 假设短路功率的正方向：母线→线路。 在d1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向； 在d1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。
加速方法：正负半周比相，或门输出（原为与门输出）。
3. 动作特性
U J I J cos( J ) 0
UJ、IJ和φJ 任何一个发生变化，启动条件都会改变。
（1）角度特性
Udz.J＝f ( φJ ) －IJ 不变 最小启动电压Udz.J.min：开环运算放大器形成方 Udz.J＝f ( IJ )
' ' I d 2 I d' 2
d1短路 d2短路
' ' I d' 1 I dz .1 , 1电流速断保护误动
t1 t6 , 1 过电流保护误动 ' ' I d 2 I dz .6 , 6 电流速断保护误动
t6 t1 , 6 过电流保护误动 在d1点和d2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。 问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动， 同时保证电流保护6正确动作。
最大灵敏角： lm d 90 30
2种动作方程： U J e j （） 1 90 arg 90 IJ
（2）
U J I J cos( J ) 0 U BC I A cos( J ) 0
三.集成电路型功率方向继电器
- φJ=φlm
波时的最小输入电压。
（2）伏安特性
最小启动电流Idz.J.min：电流回路中形成方波时 所需加入的最小电流。
四.相间短路功率方向继电器的接线方式
1. 对接线方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向动，反向不动。 （2）较高的灵敏性：UJ 、IJ 尽可能大，并接近Φlm , 以减小或消除死区。 2. 0º和90º 接线方式