双侧电源电网相间短路的方向性电流保护.doc

2.2 双侧电源电网相间短路的方向性电流保护 2.2.1 方向性电流保护的基本原理 2.2.1.1 方向性电流保护的必要性 (a) 点短路时的电流分布；(b) 点短路时的电流分布；(c)各保护动作方向的规定 (d)方向过流保护的动作时限特性 （图2.15 双侧电源网络接线及保护动作方向的规定） 2.2.1.2 方向性电流保护的基本原理 方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判别元件，以在反方向故障时保证保护不致误动作。 总之，利用短路功率流动方向构成的方向性电流保护的动作原则是： （1）当短路功率自母线经由电流保护装置流入线路时，相应的保护应该动作，如2.15 (b)中点短路时，保护1、2、3、7动作。 （2）当短路功率自线路经由电流保护装置流入母线时，相应的保护不应该动作，如2.15 (b)中点短路时，保护4、5、6、8不应该动作。 2.2.1.3 方向性电流保护的组成 方向元件、电流元件和时间元件组成，方向元件和电流元件必须都动作以后，才能去启动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。 对继电保护中方向继电器的基本要求是： （1）应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障(包括故障点有过渡电阻的情况)时，能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作。 （2）故障时继电器的动作有足够的灵敏度。 （图2.16方向过电流保护原理接线图） 2.2.2 功率方向继电器的工作原理 2.2.2.1 功率方向继电器的原理 （a）网络接线；(b) 点短路矢量图；(c) 点短路矢量图 （图2.17 方向继电器工作原理分析） 因此，利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。 2.2.2.2 利用鉴别电流、电压间相位的功率方向继电器原理 鉴别电流、电压间相位的功率方向继电器，其主要反应加入继电器电流和电压之间的相位而工作，因此用相位比较方式来实现最为简单。 如果按电工技术中测量功率的概念，对A相的功率方向继电器，加入电压（＝）和电流（＝）, 则当正方向短路时，A相继电器中电压、电流之间的相角如图2.17 (b) 所示，即为 (2.18) 反方向短路时，如图2.17 (c)所示，为 (2.19) 式（2.19）中符号arg表示矢量的幅角，亦即分子的矢量超前于分母矢量的角度，如取，可画出矢量关系如图2.18所示。 （图2.18 三相短路时时的矢量图） 2.2.2.3 动作灵敏角与动作特性 一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出(转矩或电压)值随两者间相位差的大小而改变，输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏角。为了在最常见的短路情况下使继电器动作最灵敏，采用上述接线的功率方向继电器应做成最大灵敏角。又为了保证正方向故障，而～范围内变化时，继电器都能可靠动作，继电器动作的角度范围通常取为(电压超前电流) 。此动作特性在复数平面上是条直线，如图2.19 (a) 所示， 阴影部分为动作区。其动作方程可表示为： (a)按式(2.18)构成，(b)按式(2.19)构成 （图2.19功率方向继电器的动作特性） (2.20) 或 (2.21) 式（2.21）表明，当选取时，以继电器电流为参考矢量（与横轴一致），在继电器中电压超前其至滞后其的范围内，继电器均能动作。如用表示超前于的角度，并用功率的形式表示动作条件，则式(2.21)则可写成： (2.22) 当余弦项和、越大时，其值也越大，继电器动作的灵敏度越高，而任一项等于零或余弦项为零时，继电器将不能动作。 采用这种接线和特性的继电器时，在其正方向出口附近发生三相短路、A-B或C-A两相接地短路，以及A相接地短路时，由于≈0或数值很小，使继电器不能动作，这段因电压过低使继电器不能正确动作的线路称为继电器的“电压死区”。当上述故障发生在死区范围以内时，整套保护将要拒动，这是一个很大的缺点，因此实际上这种结线方式很少采用。 为了减小和消除死区，在实际上广泛采用非故障的相间电压作为参考量去判别电流的相位。例如对A相的方向继电器加入电流和电压，此时，,当正方向短路时，,反方向短路时, ,矢量关系亦示于图2.18中。在这种情况下，继电器的最大灵敏角应设计为，动作特性如图2.19（b）所示，动作方程为：