第四章 电网相间短路的方向电流保护

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1、第一节方向电流保护的工作原理第二节功率方向继电器第三节相间短路保护中功率继电器的接线方式第四节功率方向继电器的按相启动第五节功率方向继电器的整定计算第四章电网相间短路的方向电流保护1、掌握在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性，以及可以省略方向元件的条件。2、掌握方向元件（功率方向继电器）的工作原理，构造及动作特性。通过型功率方向继电器的研究，初步弄清反应两个电气量的继电器的基本构成原理—基于两个电气量相位比较的原理和基于两个电气量幅值比较的原理及其互换性。通过对整流型功率方向继电器研究，弄清中间电压变换器和电抗变换器的作用、构造及作原理。

2、3、掌握用于相间短路的功率方向继电器的典型接线方式—90°接线及其工作分析。4、了解对方向性电流保护的评价。本章基本要求第一节方向电流保护的工作原理一、引入方向性过电流保护的必要性如图所示，当在K1点发生短路时，要求保护3、4动作，断开3、4两个断路器；如在K2点发生短路，要求保护1、2动作，断开1、2两个断路器。对K1点短路，为实现选择性要求：对K2点短路，为实现选择性要求：可见，一般电流保护不能满足保护选择性要求。因此，要采用其他方法来解决这个问题。方向过流保护是在过流保护基础上加装方向元件的保护。在一般过流保护上加一个方向元件（功率方向继电器

3、），它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护动作，这样就解决了过流保护的选择性问题规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。例如，途中K1点发生了短路K1点短路时，保护1、2、4、6为正方向；保护3和5反方向，不应起动。WL2WL2上K1点短路时，保护1、3、4、6因短路功率由母线流向线路，故都能启动，而其中按动作方向时限最短的保护3和4动作，跳开断路器3、4，将故障线路WL2切除，保护1和6便返回，从而保证了动作选择性。二、方向过流保护原理接线图方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件（电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器）和时限

4、元件（时间继电器）。工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门，二者同时动作才能启动时间继电器KT。三、双侧电源电网线路方向过流保护时限特性四、特殊问题在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设功率方向元件。无时限电流速断保护在原理上用于双侧电源线路时，其动作电流要按同时躲过线路首端和末端短路的最大短路电流，才能保证动作的选择性。但是，由于线路两侧电源的容量和系统阻抗不同，当在线路发生短路时，两侧电源供给的短路电流大小并不相同，甚至数值相差很大，这时安装在小电源一侧的电流速断保

5、护范围就不能满足灵敏度的要求，甚至可能没有保护范围。在这种情况下，小电源一侧需要采用方向电流速断保护，当保护背后发生短路时，利用功率方向元件闭锁，使保护只根据小电源一侧的短路功率方向来动作。因此，这时小电源侧方向电流速断保护只需躲过线路末端短路时通过该保护处的短路电流来整定即可，从而大大提高了保护的灵敏性，满足保护范围的要求。第二节功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理1、功率方向继电器的任务——是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和半导体型按相位比较或幅值比较原理构成。整流

6、型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等。2、判断方向的实质方向元件（功率方向继电器）之所以能判别正、反向故障是因为正、反向故障时，保护安装处的母线残压与被保护线路上的电流之间的相位关系不同。方向元件正是根据这种不同来识别正、反向故障的。3、相位比较式功率方向继电器的工作原理以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流以母线流向线路为正。继电器内角α常取45°或30°。最大灵敏线与电压Ur之间夹角称为最大灵敏角，=-α，因为这时Ir超前Ur，所以，是负角度。这个角度α在功率方向继电器上是人为可调的，有专门的调节旋钮。其实质是人们与对短路

7、阻抗角的一种粗略估计值有关。一般来说，上面这个相位比较原理的实现是借助于电压互感器提供的信号和电流互感器提供的信号构造出其他的复合信号后再设计一个相位比较电路才间接实现的。例如，我们可以构造下面两个信号来实现相位比较：从而实现或近似实现功率方向继电器将有望产生最强转矩，提高功率方向甄别的可靠性。等效只要比较这两个向量的长短，就可以实现对角度的判别。（按相电压和相电流信号来理解）（按90°接线方式信号来理解）二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较的两个电气量和，可以通过相位比较的两个向量和经过线性变换得到：若以为动作量，为制动量

8、。则当UC与UD相位差θ=90°时，，动作量等于制动量，动作的临界状态；当θ＜90°时，＞动作量大于制动量，继电器处于动作