第二章(2)方向电流保护

电力系统继电保护辅导资料二主题：课件第二章电网的电流保护第1-2节——单侧电源网络相间短路的电流保护、电网相间短路的方向性电流保护学习时间：2013年10月7日－10月13日内容：我们这周主要学习第二章的第1-2节，单侧电源网络相间短路的电流保护和电网相间短路的方向性电流保护的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深电网电流保护相关知识的理解。

一、学习要求1．掌握三段式电流保护的配合原则、整定计算，会阅读三段式电流保护的原理图；2．理解方向性电流保护中方向元件的作用，能正确按动作方向分组配合、整定计算。

二、主要内容（一）单侧电源网络相间短路的电流保护1．继电器（1）基本原理能自动地使被控制量发生跳跃变化的控制元件称为继电器。

当输入信号达到某一定值或由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制电路通断。

它的功能是反应输入信号的变化以实现自动控制和保护。

继电器的继电特性：(也称控制特性)继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关系。

图1 继电特性继电器的返回系数r K ：返回值r X 与动作值op X 的比值。

即r r opX K X 过量继电器：反应电气量增加而动作的继电器。

其返回系数小于1，不小于0.85。

欠量继电器：反应电气量降低而动作的继电器。

其返回系数大于1，不大于1.2。

（2）继电保护装置的基本分类● 按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。

● 按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。

● 按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。

Y Y min 0（3）过电流继电器动作电流(I op )：使继电器动作的最小电流。

返回电流(I re )：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。

2.单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行：负荷电流短路：三相短路、两相短路k k s E I K Z Z ϕϕ=+式中，E ϕ——系统等效电源的相电动势；s Z ——保护安装处至系统等效电源之间的阻抗；k Z ——短路点至保护安装处之间的阻抗；K ϕ——短路类型系数（三相短路取１，两相短路取2）。

2电流的电网保护2.1在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况？答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如图2-1所示。

当加入继电器的动作电量（图中的k I ）大于其设定的动作值（图中的op I ）时，继电器能够突然动作；继电器一旦动作以后，即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的re I ）以后它才突然返回。

无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。

为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动作和返回两个状态之间切换，出现“抖动“现象，后续的电路将无法正常工作。

126534op I kI reI 1E 0E2.2 请列举说明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路性、数字型继电器常分别采用那些技术？答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利落。

继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。

当电磁力矩减小到启动返回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。

所以返回值一定小于动作值，继电器有一个小于1 的返回系数。

这样就获得了“继电特性”。

第 2.2节双侧电源网络相间短路的方向性电流保护双电源及多电源系统供电更可靠。

如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因），则变电站M 、N 、P 的供电情况受到的影响较小。

变电站M 、P 背后的电源可能是多个电源，但是，经戴维南原理等效后，突出了所要研究的M ~ P 之间的线路情况。

M N P1234K I→找差异保护2不满足“选择性”要求，怎么办？对于上图的故障情况，按选择性要求，希望：保护3、4跳闸，保护1、2不跳闸。

一、问题的提出如果保护1～4均按照第一节的方法进行整定，那么，在K 1 点发生短路时，如果短路电流I K 大于保护2 和3 的定值，则保护3属于应当动作跳闸，但，保护2 的动作属于误动，从而导致变电站N 被停电。

M N P1234K 1'KIM N P1234K 1发现差异：保护2的规定正方向与的方向相反；保护3的规定正方向与的方向相同。

我们规定继电保护工作的“正方向”：由继电保护安装处指向被保护元件。

{教材中，正方向规定为：由母线指向线路（仅适用于线路）}K I K IK I电压正方向：电压升（目的：便于相量的加减）。

a U b U ab UM N P 1234K 1区分方向的问题，必须采用至少 2 个电气量的相量比较。

经过研究、分析，较多地采用：以保护安装处的电压作为参考相量。

于是，保护2和3的电气量有如下的相量关系：K I为此，我们试图设计一种方法，如果能够区分是“正方向”还是“反方向”（差异），并且，只让对应为“正方向”的保护动作，那么，问题就迎刃而解了。

K IM N P 1234K 13.m I 2.m Im U m U 3.m I 2.m I kϕ可以设法仅满足“正方向”时才动3.m K m I Z U =由电路原理可得：按照标定的方向，2.m K IZ -=KZ 分界线保护3的正向为线路阻抗角k ϕ如果实现了上述的“短路方向”判别，那么，只要在方向相同的保护之间进行“配合”即可。

电力系统继电保护课后习题答案1 绪论1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。

1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。

测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。

逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。

执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。

单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。

所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。

1.6 如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器？答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。

第⼆章的第⼆节多侧电源⽹络相间短路的⽅向性电流保护第⼆节多侧电源⽹络相间短路的⽅向性电流保护⼀、⽅向性电流保护的⼯作原理实际的电⼒系统是由很多电源组成的复杂⽹络，此时，采⽤第⼀节中介绍的三段式电流保护不能满⾜选择性的要求。

图2－13 双侧电源⽹络接线及保护动作⽅向的规定（a ）1d 点短路时的电流分布；（b ）2d 点短路时的电流分布；（c ）各保护动作⽅向的规定；例如在图2—13所⽰的双侧电源⽹络接线中，每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。

因为当线路上发⽣短路故障时，线路两侧分别流过各侧电源提供的短路电流，如果只在线路的⼀侧装设断路器和保护装置，实际上并不能真正切除故障。

假设保护1、2、3、4的电流速断仍按第⼀节中的整定原则，其起动电流依据电源1E 单独存在情况下整定；保护5、6、7、8的电流速断依据电源∏E 单独存在情况下整定。

在图2-13（a ）中1d 点发⽣短路时，按照选择性的要求应该由距故障点最近的保护2和6动作切除故障。

然⽽，由电源∏E 供给的短路电流1d I ''也将通过保护1，如果1d I ''⼤于保护1电流速断的起动电流1.dz I '，则保护1的电流速断就要误动作。

因此，可以得出这样的结论：在双侧或多侧电源的复杂⽹络中，采⽤电流速断不能满⾜选择性的要求。

那么，此类⽹络中能否采⽤定时限过电流保护呢？结论也是否定的。

因为当1d 点短路时，要求25t t >；但是，当2d 点短路时，⼜要求52t t >。

这两个要求是不可能同时得到满⾜的。

对误动作的保护进⾏分析可知，误动作的原因是由对侧电源供给的短路电流引起的；此时误动作保护的实际短路功率⽅向是由线路流向母线的。

因此，为了消除双侧电源或多侧电源中三段式电流保护的⽆选择动作，需要在可能误动作的保护上增设⼀个功率⽅向闭锁元件。

该元件当短路功率⽅向由母线流向线路时动作，开放电流保护；⽽当短路功率⽅向由线路流向母线时不动作，闭锁电流保护。