電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章ppt課件

1、 第二章 電網(wǎng)的電流保護(hù)仉志華仉志華中國(guó)石油大學(xué)華東信息與控制工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)華東信息與控制工程學(xué)院電氣工程系電氣工程系電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二節(jié)第二節(jié) 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)方向性電流保護(hù)（針對(duì)雙端或者多端供電網(wǎng)絡(luò)）（針對(duì)雙端或者多端供電網(wǎng)絡(luò)） 雙電源及多電源系統(tǒng)具有更高的供電可靠性。雙電源及多電源系統(tǒng)具有更高的供電可靠性。 如下圖，即使斷路器如下圖，即使斷路器1、2跳開無(wú)論何原因），則跳開無(wú)論何原因），則變電站變電站M、N、P、Q的供電情況受到的影響較小。的供電情況受到的影響較小。KI一、問(wèn)題的提出一、問(wèn)題的提出 若按照第一節(jié)提出的電流保

2、護(hù)整定原則，為保證若按照第一節(jié)提出的電流保護(hù)整定原則，為保證選擇性，選擇性，在在K1點(diǎn)與點(diǎn)與K2點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù)點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù)2和保護(hù)和保護(hù)3整定值矛盾；整定值矛盾；在在K1點(diǎn)與點(diǎn)與K2點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù)點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù)2和保護(hù)和保護(hù)3動(dòng)作時(shí)限矛動(dòng)作時(shí)限矛盾；盾；K2發(fā)現(xiàn)差異：保護(hù)發(fā)現(xiàn)差異：保護(hù)2的方向與的方向與 的方向相反；的方向相反； 保護(hù)保護(hù)3的方向與的方向與 的方向相同。的方向相同。規(guī)定繼電保護(hù)中的規(guī)定繼電保護(hù)中的“正方向正方向”： 由繼電保護(hù)安裝處指向被保護(hù)元件。由繼電保護(hù)安裝處指向被保護(hù)元件。 （教材：由母線指向線路（教材：由母線指向線路 僅針對(duì)線路）僅針對(duì)線路）KIKIKI誤動(dòng)作的保護(hù)都

3、是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障時(shí)，誤動(dòng)作的保護(hù)都是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障時(shí)，由對(duì)側(cè)電源供給的短路電流引起的。為此，如果設(shè)計(jì)一個(gè)方由對(duì)側(cè)電源供給的短路電流引起的。為此，如果設(shè)計(jì)一個(gè)方法能夠區(qū)分法能夠區(qū)分“正方向和正方向和“反方向反方向”(”(差別差別) )，問(wèn)題就迎刃而，問(wèn)題就迎刃而解了。解了。點(diǎn)故障1K雙電源問(wèn)題歸結(jié)為：如何區(qū)分短路的方向？雙電源問(wèn)題歸結(jié)為：如何區(qū)分短路的方向？二、方向性電流保護(hù)工作原理二、方向性電流保護(hù)工作原理 在原有電流保護(hù)基礎(chǔ)上增加方向判別在原有電流保護(hù)基礎(chǔ)上增加方向判別元件，反方向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖不致誤元件，反方向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖不致誤動(dòng)。動(dòng)。 無(wú)方向元件

4、的電流保護(hù)延時(shí)可以為無(wú)方向元件的電流保護(hù)延時(shí)可以為0 0）有方向元件的電流保護(hù)有方向元件的電流保護(hù)( (方向性電流保護(hù)方向性電流保護(hù)) )無(wú)方向元件無(wú)方向元件有方向元件有方向元件繼電器連接方式的原理圖繼電器連接方式的原理圖三、功率方向判別元件三、功率方向判別元件d1點(diǎn)短路向量圖d2點(diǎn)短路向量圖90011dd回路阻抗角），滿足：的阻抗角（或者短路保護(hù)安裝處之間線路本質(zhì)為短路點(diǎn)至，假設(shè)滯后角度為，該電流會(huì)滯后母線電壓與規(guī)定的正方向一致，故障時(shí)，故障電流點(diǎn)而言，對(duì)于保護(hù)1111ddUId270180180180EII122222ddddUId滿足：之間線路的阻抗角；為短路點(diǎn)至母線；度為的角滯后母線電

5、壓規(guī)定的正方向，提供，按照電源的電流由通過(guò)保護(hù)點(diǎn)短路時(shí)，反向度相差和，則為參考，假定若以1802121dddddIIU因此利用判別短路功率的方向或電流、電壓之因此利用判別短路功率的方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系，判別發(fā)生故障的方向。間的相位關(guān)系，判別發(fā)生故障的方向。 判別功率方向或測(cè)定電流電壓間相位角的繼電判別功率方向或測(cè)定電流電壓間相位角的繼電器稱為功率方向繼電器。主要反應(yīng)加入繼電器中電器稱為功率方向繼電器。主要反應(yīng)加入繼電器中電流和電壓之間的相位而工作，因此可用相位比較方流和電壓之間的相位而工作，因此可用相位比較方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)功率方向繼電器的基本要求對(duì)功率方向繼電器的基本要求 具

6、有明確的方向性具有明確的方向性 即在正方向發(fā)生各種故障即在正方向發(fā)生各種故障( (包括故障點(diǎn)有過(guò)渡電阻包括故障點(diǎn)有過(guò)渡電阻的情況的情況) )時(shí)，能可靠動(dòng)作，而在反方向故障時(shí)，可靠不時(shí)，能可靠動(dòng)作，而在反方向故障時(shí)，可靠不動(dòng)作。動(dòng)作。 正向故障時(shí)可靠動(dòng)作且有足夠的靈敏性。正向故障時(shí)可靠動(dòng)作且有足夠的靈敏性。 應(yīng)當(dāng)比電流元件的靈敏度更高，否則應(yīng)當(dāng)比電流元件的靈敏度更高，否則 會(huì)影響保護(hù)會(huì)影響保護(hù)的靈敏度的靈敏度間的夾角為該繼電器的電壓電流之則正方向短路時(shí)，接入；別為，接入的電壓和電流分相功率方向繼電器而言對(duì)于ArArIIUU,A11argdAdArAIU22180argdAdArAIU反向故障時(shí)，

7、電壓電流之間的夾角為： 功率方向繼電器接入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出隨兩者間相位差的大小而改變，輸出為最大時(shí)的相位差稱為繼電器的最大靈敏角。也可以按照有功功率表理解該繼電器工作原理及最大靈敏角！是一條直線。其動(dòng)作特性在復(fù)平面上為其動(dòng)作角度范圍通常取之間變化，在可靠動(dòng)作，考慮電器能夠?yàn)楸ＷC正向故障時(shí)，繼程為為制造方便，其動(dòng)作方理論上，動(dòng)作方程為9090-090arg9090arg90sendsenrrsenrjrIUIeUsensen 用 表示 超前于 角度，用功率的形式表示 當(dāng)余弦項(xiàng)和 、 越大時(shí)，其值越大，繼電器動(dòng)作靈敏度越高，任一項(xiàng)等于零或余弦項(xiàng)為負(fù)時(shí)，不能動(dòng)作。 采用這種特性和接線的

8、繼電器時(shí)，在其正方向出口附近發(fā)生三相短路，采用這種特性和接線的繼電器時(shí)，在其正方向出口附近發(fā)生三相短路，A-BA-B或或C-AC-A兩相接地兩相接地短路，以及短路，以及A A相接地短路時(shí)，由于相接地短路時(shí)，由于 或數(shù)值很小，使繼電器不能動(dòng)作，這稱為繼電器的或數(shù)值很小，使繼電器不能動(dòng)作，這稱為繼電器的“電壓死區(qū)電壓死區(qū)”。0AUrrUrI0)cos(senrrrIUrUrI 功率方向繼電器的主要任務(wù)：判斷短路功率的方向。 接線方式要求： 正方向任何型式的故障都能動(dòng)作，而反方向故障則不動(dòng)作。 故障后加入繼電器的電流 和電壓 應(yīng)盡可能地大一些，并盡可能使 接近于最靈敏角 ，以便消除和減小方向繼電器的

9、死區(qū)。因而，功率方向繼電器廣泛采用是900接線方式。 900接線方式：在三相對(duì)稱的情況下，當(dāng) 時(shí)，加入繼電器的電流如 和電壓 相位差900。 該接線方式下，線路上發(fā)生各種故障時(shí)動(dòng)作情況，討論：rIrUrsen1cosAIBCU三、相間短路功率方向繼電器的接線方式三、相間短路功率方向繼電器的接線方式 90 90接線方式稱謂接線方式稱謂方便）：三相對(duì)稱、且方便）：三相對(duì)稱、且cos= 1 cos= 1 時(shí)，引入的電時(shí)，引入的電流與電壓的夾角。流與電壓的夾角。 即即: :AIAUBICIBCU此時(shí)，繼電器的最大靈敏角應(yīng)設(shè)計(jì)為此時(shí)，繼電器的最大靈敏角應(yīng)設(shè)計(jì)為 3090ksen動(dòng)作方程為：動(dòng)作方程為：

10、90arg90)90(rjrIeUk上式可變?yōu)椋荷鲜娇勺優(yōu)椋?aIUarr90arg90稱為功率方向繼電器的內(nèi)角15018090309060krkrk反向短路時(shí)，正向短路時(shí)，假定k-90sen 用功率的形式表示為： 對(duì)A相的功率方向繼電器，表示為： 除正方向出口附近發(fā)生三相短路時(shí)， ，繼電器具有很小的電壓死區(qū)外，在其它任何包括A相的不對(duì)稱短路時(shí)，A相電流很大，BC線電壓很高，因此繼電器不僅沒有死區(qū)，而且動(dòng)作靈敏度很高。為了減小和消除三相短路時(shí)的死區(qū)，可以采用電壓記憶回路，并盡量提高繼電器動(dòng)作時(shí)的靈敏度。0)cos(rrrIU0)cos(aIUrABC0BCU幾個(gè)角度的含義幾個(gè)角度的含義kJJJ

11、IUargsenrrrIUarg輸入繼電器的電壓、電流之間的夾角輸入繼電器的電壓、電流之間的夾角被保護(hù)線路的阻抗角，架空線路一般為被保護(hù)線路的阻抗角，架空線路一般為60，電纜，電纜線路一般為線路一般為45最大靈敏角，對(duì)應(yīng)著功率方向繼電器動(dòng)作最為靈最大靈敏角，對(duì)應(yīng)著功率方向繼電器動(dòng)作最為靈敏的角度敏的角度功率方向繼電器的內(nèi)角功率方向繼電器的內(nèi)角A相極性連接示意圖相極性連接示意圖注意：注意：1 1極性連接。極性連接。2 2按相連接。按相連接。三相連接示意圖極性、按相）三相連接示意圖極性、按相）（1正向發(fā)生三相短路故障正向發(fā)生三相短路故障90AdrAArABCrAIIUU相分析取4545306090

12、1)90cos(0)90cos(dddddABCaaaIUA故有；即應(yīng)滿足：為靈敏為使得該繼電器動(dòng)作最相繼電器動(dòng)作的條件為 電力系統(tǒng)中任何電纜或架空線路的阻抗角(包括含有過(guò)渡電阻短路的情況)都位于 之間，為使方向繼電器在任何 的情況下均能動(dòng)作，就必須要求上式始終大于0，為此需要選擇一個(gè)合適的內(nèi)角才能滿足要求： 當(dāng) 時(shí)必須選擇 當(dāng) 時(shí)必須選擇900dd0d90要滿足，故正向發(fā)生三相短路時(shí) （2正方向發(fā)生兩相短路BC兩相短路 分兩種情況進(jìn)行討論分兩種情況進(jìn)行討論 短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝地點(diǎn)附近短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝地點(diǎn)附近 短路阻抗短路阻抗 （保護(hù)安裝處到電源間的系統(tǒng)阻（保護(hù)安裝

13、處到電源間的系統(tǒng)阻抗），極限時(shí)取抗），極限時(shí)取 ，短路電流，短路電流 由電勢(shì)由電勢(shì) 產(chǎn)生產(chǎn)生， 滯后滯后 的角度為的角度為 ，電流，電流 ，短路點(diǎn)電，短路點(diǎn)電壓為：壓為：sdZZ0dZBIBCEBIBCEdBCIIAdCCAdBBAdAAEUUEUUEUU21210AI使繼電器動(dòng)使繼電器動(dòng)作，選擇內(nèi)作，選擇內(nèi)角為角為BrBIICArBUU90drB0)90cos(dBCAIUCrCIIABrCUU90drC0)90cos(dCABIU對(duì)對(duì)A A相繼電器：相繼電器：繼電器不動(dòng)作。繼電器不動(dòng)作。對(duì)對(duì)B B相繼電器：相繼電器：動(dòng)作條件為：動(dòng)作條件為： 對(duì)對(duì)C C相繼電器：相繼電器：動(dòng)作條件為：動(dòng)作條

14、件為：900BCrAUUBC兩相短路短路點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝地點(diǎn)，且系統(tǒng)容量很大 ，極限時(shí)取 ，電流 仍由電勢(shì) 產(chǎn)生，并滯后 一個(gè)角度 ，保護(hù)安裝地點(diǎn)電壓為： sdZZ0sZBIBCEBCEdCdCdCCBdBdBBAAEZIUUEZIUUEUBC兩相短路BC兩相短路兩相短路900d相繼電器：相繼電器：CArAEU。120)3090(ddrB0AIA A相繼電器：相繼電器：不動(dòng)作。不動(dòng)作。0)120cos(dBCAIU900d12030C C相繼電器：相繼電器：ABrCEU60)3090(ddrC0)60cos(dCABIU6030動(dòng)作條件：動(dòng)作條件：動(dòng)作條件為：動(dòng)作條件為： 當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)EABd 綜合

15、以上兩種極限情況可得出，在正方向任何地點(diǎn)兩相短路時(shí)，綜合以上兩種極限情況可得出，在正方向任何地點(diǎn)兩相短路時(shí)，B B相繼電器能夠動(dòng)作的相繼電器能夠動(dòng)作的條件是條件是 ，C C相繼電器為相繼電器為 。 因而，當(dāng)因而，當(dāng) 時(shí)，方向繼電器在一切故障情況下都能動(dòng)作的條件為：時(shí)，方向繼電器在一切故障情況下都能動(dòng)作的條件為： 用于相間短路的功率方向繼電器提供用于相間短路的功率方向繼電器提供 和和 兩個(gè)內(nèi)角，滿足上述要求。兩個(gè)內(nèi)角，滿足上述要求。 以上討論只是繼電器在各種情況下可能動(dòng)作的條件，而不是動(dòng)作最靈敏的條件。為了以上討論只是繼電器在各種情況下可能動(dòng)作的條件，而不是動(dòng)作最靈敏的條件。為了減小死區(qū)電壓范圍

16、，繼電器動(dòng)作最靈敏的條件，應(yīng)根據(jù)三相短路時(shí)使減小死區(qū)電壓范圍，繼電器動(dòng)作最靈敏的條件，應(yīng)根據(jù)三相短路時(shí)使 來(lái)決定來(lái)決定，對(duì)某一確定了阻抗角的輸電線路，采用，對(duì)某一確定了阻抗角的輸電線路，采用 ，以便獲得最大的靈敏度。，以便獲得最大的靈敏度。9030600900d603045301)cos(rd90四、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定四、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定 短路電流分布曲線短路電流分布曲線為由電源為由電源E1E1供給的供給的電流；電流；為為E2E2供給的電流，供給的電流，兩端電源容量不同，兩端電源容量不同，電流大小不同。電流大小不同。電流速斷保護(hù) 當(dāng)任一側(cè)區(qū)外相鄰線路出口處短路時(shí)，如圖 和 ，

17、短路電流 和 同時(shí)流過(guò)兩側(cè)的保護(hù)1和2。按選擇性要求，兩個(gè)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，因此兩個(gè)保護(hù)起動(dòng)電流選得相同，并按較大一個(gè)整定，如當(dāng) ，取 使位于小電源側(cè)保護(hù)的范圍縮??；當(dāng)兩端電源容量差距越大，對(duì)保護(hù)2影響越大。1d2d1dI2dImax1max2ddIImax221dkdzdzIKII 為解決該問(wèn)題，需在保護(hù)2處裝設(shè)方向元件，使只當(dāng)電流從母線流向被保護(hù)線路時(shí)才動(dòng)作，保護(hù)2的起動(dòng)電流就可按躲開1d點(diǎn)短路來(lái)整定，選擇 max12dkdzIKI 保護(hù)范圍較前增加了很多。上述情況下，保護(hù)1無(wú)需裝設(shè)方向元件，從定值上已可靠躲開反向短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流max1dI限時(shí)電流速斷保護(hù) 與下一級(jí)保護(hù)的電流速斷相配

18、合，需考慮保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電源或線路通常稱為分支電路的影響。分為兩種情況：助增電流的影響助增電流的影響MABKsetsetMBCMABsetABABBCABBCIKIIIIIIIIII.2 .1 .1 .2),(,2M,1; 整定值為：因此保護(hù)小于電流為點(diǎn)。此時(shí)，流過(guò)保護(hù)保護(hù)范圍末端位于假設(shè)為鄰線路出口短路整定，電流速斷仍按照躲開相保護(hù)；助增現(xiàn)象稱為；使得故障電流增加的其值為故障電路中短路電流分支電路中存在電源，引入分支系數(shù)引入分支系數(shù)整定配合點(diǎn)整定配合點(diǎn)M的分支系數(shù)為的分支系數(shù)為 與單側(cè)電源線路公式相比，分母多一個(gè)大于的分支與單側(cè)電源線路公式相比，分母多一個(gè)大于的分支系數(shù)影響系數(shù)影

19、響 MABMABMBCfzIIIIK1set12 .set setfzkIKKI流過(guò)的短路電流前一級(jí)保護(hù)所在線路上流故障線路流過(guò)的短路電fzK外汲電流的影響外汲電流的影響 分支電路為一并聯(lián)的線路，此時(shí)故障線路中電流分支電路為一并聯(lián)的線路，此時(shí)故障線路中電流 小于小于 ，關(guān)系，關(guān)系 這種使故障線路中這種使故障線路中電流減小的現(xiàn)象電流減小的現(xiàn)象外汲，分支系數(shù)外汲，分支系數(shù) 。分析同。分析同于有助增電流的情況。于有助增電流的情況。 BCIABIBCBCABIII 1fzK 當(dāng)變電所B線上既有電源又有并聯(lián)的線路時(shí)，其分支系數(shù)可能大于也可能小于，此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能的運(yùn)行方式，選取分支系數(shù)的最小值進(jìn)行整定。 尤其是分布式電源接入后，此結(jié)構(gòu)更為普遍。過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù) 已經(jīng)介紹內(nèi)容的要點(diǎn)歸納：已經(jīng)介紹內(nèi)容的要點(diǎn)歸納：1 1、繼電保護(hù)的作用、繼電保護(hù)的作用2 2、繼電保護(hù)的基本要求、繼電保護(hù)的基本要求3 3、判別什么情況下屬于有選擇性？什么情況、判別什么情況下屬于有選擇性？什么情況下屬于誤動(dòng)？拒動(dòng)？下屬于誤動(dòng)？拒動(dòng)？4 4、繼電特性、繼電特性5 5、大電流接地系統(tǒng)？小電流接地系統(tǒng)？、大電流接地系統(tǒng)？小電流接地系統(tǒng)？6 6、最大運(yùn)行方式？最小運(yùn)行方式？、最大運(yùn)行方式？最小運(yùn)行方式？7 7、電流、電流1 1段的整定原則？最小保護(hù)范圍計(jì)算段的整定原則？最小保護(hù)范圍計(jì)算8