第3章电网相间短路的方向电流保护..doc

第三章 电网相间短路的方向电流保护 第一节 方向电流保护的工作原理 如图3-1所示，系统采用双电源辐射形电网或单电源环形电网供电，可以提高供电的可靠性。当电网中线路发生故障时，保护动作于故障线路两侧的断路器跳闸，将故障切除，可以保证母线不停电。为此，在线路两侧均应装设断路器和保护装置。 1. 对于过电流保护来说，在图3-1中，当K1点发生短路，由M侧电源提供的短路电流流过母线两侧的保护2和3，为了保证选择性，要求保护的动作时限t2t3；而当K2点短路时，由N侧电源提供的短路电流流过母线两侧的保护3和2，为了保证选择性，又要求保护的动作时限t3 t2，过电流保护不能满足矛盾的要求，必然会造成某些保护误动作，失去选择性。 显然，以相同的方法对C母线两侧的保护以及单电源环网中各母线两侧的保护进行分析，可以得出同样的结论。 为了使过电流保护具有选择性，可将母线两侧的保护加装方向闭锁元件，其正方向规定为母线指向线路，如图3-2（a）短箭头所示。当K1点发生短路时，短路功率PKM的方向与保 护2、4方向元件的正方向不同，将保护2、4闭锁；而短路功率PKM的方向与保护保护1、3、5方向元件的正方向相同，将保护1、3、5开放，为了保证选择性，保护1、3、5的动作时限按阶梯形原则确定，即t1t3t5。同理，K2点短路时，短路功率PKN的方向与保护5、3方向元件的正方向不同，保护5、3应闭锁，保护6、4、2的动作时限只要满足t6t4t2，即可具有选择性，如图3-2（b）所示。因此，过电流保护加装方向元件就构成了方向过电流保护。方向闭锁元件即功率方向继电器，用符号KPD表示。母线出口保护1、3、5和6、4、2为两组同方向保护，分别反应保护背后电源M及N提供的短路功率。 由图3-2可知：当K1点短路时，短路功率PKM通过同一母线两侧的保护4、5，若动作时限t4t5，保护4将误动作，应加装方向元件闭锁；若t4=t5，保护4也会误动作，也应加装方向元件闭锁；若t4t5，保护4动作时限大，在保护5动作切除故障后，保护4将返回而不会误动作，因此可以不加装方向闭锁元件。 35KV及以下双电源辐射形电网和单电源环形电网中，过电流保护加装方向闭锁元件的原则是：同一母线两侧的保护，其动作时限小的应加装方向闭锁元件；动作时限相同的保护也应加装方向闭锁元件；只有动作时限最大的保护可以不装方向闭锁元件。 方向过电流保护原理接线如图3-3所示，通过功率方向继电器的常开接点与过电流保护测量电流继电器的常开接点串连，达到闭锁保护跳闸操作回路的目的。 2. 对于无时限电流速断保护（或限时电流速断保护）而言，首先应考虑通过确定动作值整定来保证选择性，经校验，如果保护范围不能满足灵敏性要求，也可以加装方向闭锁元件来保证选择性。 如图3-4所示为双电源辐射形（或单电源环形）电网，其中M侧为小电源侧，N侧为无限大系统，最大运行方式下三相短路电流曲线如图3-3曲线①和②所示，保护1的动作值为；保护2的动作值为,显然。当最大运行方式下，A母线出口发生三相短路时，对侧N电源提供的短路电流，保护1将误动作，失去选择性。因此，无时限电流速断保护应按躲开最大运行方式下，线路两侧母线发生三相短路时的短路电流整定，取较大值作为动作值，当由于动作值的提高而使保护范围不满足灵敏性的要求时，可取较小值作为动作值以提高灵敏性，通过加装方向闭锁元件来保证选择性。如图3-4所示，保护1装设方向闭锁元件。 第二节 功率方向继电器 功率方向继电器的工作原理 如图3-5（a）所示，互感器采用减极性标注，同名端用符号“*”表示，电压以母线高于大地为正方向，电流以母线流向线路为正方向，二次电压与二次电流加入功率方向继电器KPD。当保护正方向K1点发生三相短路时，以母线故障相电压作为参考量，短路电流落后于电压的角度为线路阻抗角，，如图3-5（b）所示，其短路功率；当保护反方向K2点发生三相短路时，以电压作为参考量，短路电流落后于电压的角度为，如图3-5（c）所示，其短路功率。可见，功率方向继电器是根据短路时电压与电流之间的角度判别短路功率方向,进而判别短路故障是处于保护的正方向还是反方向。 比相原理够成的功率方向继电器 当正方向短路时，短路功率，即 ，用幅角表示为 即功率方向继电器的动作边界为，动作方程为 依此构成相位比较式功率方向继电器。 为了提高功率方向继电器的灵敏度，通常加入继电器的电压是较高的非故障相电压，要保持继电器动作的相位条件与故障相相同，必须在继电器内部进行相位调整，即 以电压作参考量，动作方程为 式中称为功率方向继电器的内角，其作用是修正采用非故障相电压后相对于故障相电压的相位偏移。 比幅原理够成的功率方向继电器 取向量 ，由动作方程 可得 当处于动