第2章

電網(wǎng)的電流保護(hù)

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第2章

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電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，輸電線路上流過(guò)正常的負(fù)荷電流，母線電壓約為額定電壓。當(dāng)輸電線路發(fā)生短路時(shí)，故障相電流增大。根據(jù)這一特征，可以構(gòu)成反應(yīng)故障時(shí)電流增大而動(dòng)作的電流保護(hù)。本章根據(jù)電網(wǎng)相間短路及單相接地故障的特征，主要介紹單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)的三段式電流保護(hù)和多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路保護(hù)的方向電流保護(hù)，以及電網(wǎng)單相接地故障的零序電流保護(hù)，重點(diǎn)介紹這些保護(hù)的工作原理、保護(hù)裝置的整定計(jì)算和接線方式。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，輸電線路上流過(guò)正常的負(fù)荷●2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)●2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)●2.3大電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù)●2.4小電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù)●思考題與習(xí)題本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)

對(duì)于單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)主要采用三段式電流保護(hù)，即第一段為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，第二段為限時(shí)電流速斷保護(hù)，第三段為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。其中第一段、第二段共同構(gòu)成線路的主保護(hù)，第三段作為后備保護(hù)。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)對(duì)于單側(cè)2.1.1反應(yīng)單一電氣量的繼電器1.繼電器的分類繼電器是根據(jù)某種輸入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換電路的自動(dòng)控制電器。當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計(jì)的狀態(tài)變化，如觸點(diǎn)打開(kāi)、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對(duì)被控制電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的作用，所以它“類似于開(kāi)關(guān)”。繼電器的基本原理是：當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定值或由某一定值突跳到零時(shí)，繼電器就動(dòng)作，使被控制電路通斷。它的功能是反應(yīng)輸入信號(hào)的變化以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)。所以，繼電器也可以這樣定義：能自動(dòng)地使被控制量發(fā)生跳躍變化的控制元件稱為繼電器。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)回路中，常用繼電器的實(shí)現(xiàn)原理隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而變化。目前仍在使用的繼電器按輸入信號(hào)的性質(zhì)可分為電氣繼電器(如電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器等)和非電氣繼電器(如2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.1.1反應(yīng)單一電氣量的繼電器1.繼電器的分類2.1溫度繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、瓦斯繼電器等)兩類；按工作原理可分為電磁式、感應(yīng)式、電動(dòng)式、電子式(如晶體管型)、整流式、熱式(利用電流熱效應(yīng)的原理)、數(shù)字式等；按輸出形式可分為有觸點(diǎn)式和無(wú)觸點(diǎn)式；按用途可分為控制繼電器(用于自動(dòng)控制電路中)和保護(hù)繼電器(用于繼電保護(hù)電路中)。保護(hù)繼電器按其在繼電保護(hù)裝置中的功能，可分為主繼電器(如電流繼電器、電壓繼電器、阻抗繼電器等)和輔助繼電器(如時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器、中間繼電器等)。2.繼電器的基本組成繼電器主要由反應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和中間機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。反應(yīng)機(jī)構(gòu)也稱輸入部分，其作用是能夠反應(yīng)外界一定的輸入信號(hào)，并將其變換成繼電器動(dòng)作的某種特定的物理量(也稱其為感受和變換功能)，如電磁式電流繼電器的電磁系統(tǒng)，它反應(yīng)輸入的電流信號(hào)并將其變換為電磁力。執(zhí)行機(jī)構(gòu)也稱輸出部分，其作用是對(duì)被控制電路實(shí)現(xiàn)通斷控制，它分為有觸點(diǎn)式的(如電磁式電流繼電器的觸頭系統(tǒng))和無(wú)觸點(diǎn)式的(如電子式繼電器，其中的晶體管、晶閘管具有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)通斷控制，所以是執(zhí)行機(jī)構(gòu))。比較機(jī)構(gòu)也稱中間部分，它處于反應(yīng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，其作用是將輸入部分2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)溫度繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、瓦斯繼電器等)兩類；按工反應(yīng)并變換的物理量與繼電器的動(dòng)作值進(jìn)行比較，以決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否動(dòng)作(簡(jiǎn)稱為比較功能)。為什么要進(jìn)行比較？因?yàn)槔^電器并不是在任意一個(gè)輸入量下都可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的，只有輸入量達(dá)到一定值時(shí)才動(dòng)作。如電磁式電流繼電器的復(fù)位彈簧，事先對(duì)其調(diào)整使其具有一定的彈簧力，只有當(dāng)電磁力的作用大于此彈簧力的作用時(shí)，才能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以復(fù)位彈簧就是比較機(jī)構(gòu)。3.繼電器的繼電特性繼電器的繼電特性(也稱控制特性)是指繼電器的輸入量和輸出量在整個(gè)變化過(guò)程中的相互關(guān)系。對(duì)于電磁式電流繼電器，其繼電特性如圖2.1所示。當(dāng)＜時(shí)，繼電器不動(dòng)作，而當(dāng)時(shí)，繼電器突然迅速動(dòng)作。動(dòng)作后，當(dāng)保持＞時(shí)，繼電器保持動(dòng)作后狀態(tài)。只有當(dāng)時(shí)，繼電器才突然返回到原位。無(wú)論是動(dòng)作還是返回，繼電器都是從起始位置到最終位置，它不可能停留在某一個(gè)中間位置上。這種特性就稱之為繼電器的“繼電特性”。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)反應(yīng)并變換的物理量與繼電器的動(dòng)作值進(jìn)行比較，以決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)是4.繼電器的返回系數(shù)繼電器的返回系數(shù)是指返回電流與動(dòng)作電流的比值，即是一個(gè)重要的參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中要求繼電器有較高的返回系數(shù)。對(duì)于電磁式電流繼電器來(lái)說(shuō)，可以采用堅(jiān)硬的軸承以減小摩擦轉(zhuǎn)矩，或改善磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)減小剩余轉(zhuǎn)矩等方法來(lái)提高返回系數(shù)。一般情況下，反應(yīng)電氣量增加而動(dòng)作的繼電器，稱過(guò)量繼電器。其返回系數(shù)小于1，但要求其不小于0.85。反應(yīng)電氣量降低而動(dòng)作的繼電器，稱欠量繼電器。其返回系數(shù)大于1，但要求其不大于1.2。5.對(duì)繼電器的基本要求對(duì)繼電器的基本要求是工作可靠，動(dòng)作過(guò)程具有“繼電特性”。繼電器的工作可靠是最重要的，主要是通過(guò)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、制造工藝先進(jìn)、經(jīng)過(guò)高質(zhì)量檢測(cè)等來(lái)圖2.1繼電器的繼電特性2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)4.繼電器的返回系數(shù)5.對(duì)繼電器的基本要求圖2.1保證。其次要求繼電器動(dòng)作值誤差小、功率損耗小、動(dòng)作迅速、動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好以及抗干擾能力強(qiáng)。另外，還要求繼電器安裝、整定方便，運(yùn)行維護(hù)少，價(jià)格便宜等。

2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)保證。其次要求繼電器動(dòng)作值誤差小、功率損耗小、動(dòng)作迅速、動(dòng)穩(wěn)

在保證選擇性和可靠性要求的前提下，根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)快速性的要求，原則上應(yīng)裝設(shè)快速動(dòng)作的保護(hù)裝置，使切除故障的時(shí)間盡可能短。反應(yīng)電流增加，且不帶時(shí)限(瞬時(shí))動(dòng)作的電流保護(hù)稱為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，簡(jiǎn)稱電流速斷保護(hù)。

1.工作原理

對(duì)于圖2.2所示的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)，為切除故障線路，需在每條線路的電源側(cè)裝設(shè)斷路器和相應(yīng)的保護(hù)裝置，即無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)分別裝設(shè)在線路L1、L2的電源側(cè)(也稱為線路的首端)。當(dāng)線路上任一點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，通過(guò)被保護(hù)元件(即線路)的電流為

(2-2)

式中——系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)，也可以是母線上的電壓；

—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗，即系統(tǒng)阻抗；

——線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗，單位為；

——短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離。

2.1.2電流速斷保護(hù)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)在保證選擇性和可靠性要求的前提下，根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)快速圖2.2單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)電流速斷保護(hù)工作原理圖2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)圖2.2單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)電流速斷保護(hù)工作原理圖2.1若和為常數(shù)，則短路電流將隨著的減小而增大，經(jīng)計(jì)算后可繪出其變化曲線，如圖2.2所示。若變化，即當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，短路電流都將隨著變化。當(dāng)系統(tǒng)阻抗最小時(shí)，流經(jīng)被保護(hù)元件短路電流最大的運(yùn)行方式稱為最大運(yùn)行方式。圖2.2中曲線1表示系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下短路點(diǎn)沿線路移動(dòng)時(shí)三相短路電流的變化曲線。短路時(shí)系統(tǒng)阻抗最大，流經(jīng)被保護(hù)元件短路電流最小的運(yùn)行方式稱為最小運(yùn)行方式。在最小運(yùn)行方式下，發(fā)生兩相短路時(shí)通過(guò)被保護(hù)元件的電流最小，即最小短路電流為

(2-3)

2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)若和為常數(shù)，則短路電流將隨著的減小而增大，動(dòng)作電流整定后是不變的，如圖2.2中的直線3，它與曲線1、2各有一個(gè)交點(diǎn)M和N。在交點(diǎn)以前的線路上發(fā)生短路故障時(shí)，由于＞，保護(hù)1的電流速斷保護(hù)能夠動(dòng)作；在交點(diǎn)以后的線路上短路時(shí)，由于＜，保護(hù)不能動(dòng)作。因此電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，而且保護(hù)的范圍隨運(yùn)行方式和故障類型的變化而變化。2.保護(hù)范圍校驗(yàn)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)通常用保護(hù)范圍來(lái)衡量，保護(hù)范圍越長(zhǎng)，表明保護(hù)越靈敏。由圖2.2可見(jiàn)，最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)，保護(hù)范圍最大為；最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍最小為。保護(hù)范圍通常用線路全長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)表示，一般要求最大保護(hù)范圍≥50%，最小保護(hù)范圍≥15%。電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍可通過(guò)下面的方法求得：在最大運(yùn)行方式下()，保護(hù)范圍末端()發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流與動(dòng)作電流相等，即解之，得

(2-5)(2-4b)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)動(dòng)作電流整定后是不變的，如圖2.2中的直線3，它與曲線1、2解之，得在最小運(yùn)行方式下()，保護(hù)范圍末端()發(fā)生兩相短路時(shí)，短路電流與動(dòng)作電流相等，即解之，得

(2-6)(2-5)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)解之，得(2-5)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)3.電流速斷保護(hù)的構(gòu)成電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖2.3所示。電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，當(dāng)流過(guò)它的電流大于它的動(dòng)作電流后，電流繼電器KA動(dòng)作，啟動(dòng)中間繼電器KM，圖2.3電流速斷保護(hù)原理接線KM觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)信號(hào)繼電器KS線圈、斷路器輔助觸點(diǎn)

QF接通跳閘線圈YR，使斷路器跳閘。接入中間繼電器KM的作用：2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)3.電流速斷保護(hù)的構(gòu)成圖2.3電流速斷保護(hù)原理接線2.(1)增大觸點(diǎn)容量，防止由KA觸點(diǎn)直接接通跳閘回路時(shí)因容量過(guò)小而被破壞；(2)當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用中間繼電器來(lái)增大保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，以防止管型避雷器放電時(shí)引起電流速斷保護(hù)誤動(dòng)作。信號(hào)繼電器KS的作用是，在整套保護(hù)裝置動(dòng)作后，指示并記錄該保護(hù)的動(dòng)作，供運(yùn)行人員查找和分析故障。跳閘回路中接入斷路器QF的輔助觸點(diǎn)QF，在斷路器跳閘時(shí)，其輔助觸點(diǎn)隨之打開(kāi)，切斷跳閘回路電流。否則，由中間繼電器的觸點(diǎn)切斷跳閘回路，將會(huì)燒壞中間繼電器的觸點(diǎn)。電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、簡(jiǎn)單可靠。缺點(diǎn)是不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式和線路結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大或被保護(hù)線路很短時(shí)，甚至沒(méi)有保護(hù)范圍。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)(1)增大觸點(diǎn)容量，防止由KA觸點(diǎn)直接接通跳閘回路時(shí)因容量

由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，為快速切除本線路其余部分的短路，應(yīng)增設(shè)第二套保護(hù)。為保證選擇性和快速性，該保護(hù)應(yīng)與下一線路的電流速斷保護(hù)在保護(hù)范圍和動(dòng)作時(shí)限上相配合，即保護(hù)范圍不超過(guò)下一線路電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，動(dòng)作時(shí)限比下一線路電流速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)限級(jí)差,這種帶有一定延時(shí)的電流速斷保護(hù)稱為限時(shí)電流速斷保護(hù)。1.工作原理與動(dòng)作電流現(xiàn)以圖2.4中的保護(hù)1為例，來(lái)說(shuō)明限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算。假設(shè)保護(hù)2裝有電流速斷保護(hù)，其動(dòng)作電流整定為，它與最大短路電流變化曲線1的交點(diǎn)為P，這就是它的保護(hù)范圍。而保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍不能超過(guò)保護(hù)2電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，即P點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的短路點(diǎn)k2之前，所以在單側(cè)電源供電的情況下，保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)在k1點(diǎn)和k2點(diǎn)2.1.3限時(shí)電流速斷保護(hù)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，為快速之間。為什么？因?yàn)椋喝粼趉1點(diǎn)之前，則不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)；若在k2點(diǎn)之后，則失去與保護(hù)2電流速斷保護(hù)的選擇性。所以保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)整定為＞，考慮到各種誤差的影響，則有(2-7)

式中——限時(shí)電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，取1.1～1.2。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)之間。為什么？因?yàn)椋喝粼趉1點(diǎn)之前，則不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)；2.動(dòng)作時(shí)限的整定由圖2.4可知，保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍已延伸至下一線路電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，為保證選擇性，要求限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限要高于下一線路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限一個(gè)時(shí)限級(jí)差，即

(2-8)對(duì)于時(shí)限級(jí)差，從盡快切除故障出發(fā)，應(yīng)越小越好，但為了保證兩套保護(hù)動(dòng)作的選擇性，又不能選擇過(guò)小。影響的主要因素有：(1)前一級(jí)保護(hù)動(dòng)作的負(fù)偏差(即保護(hù)可能提前動(dòng)作)。(2)后一級(jí)保護(hù)動(dòng)作的正偏差(即保護(hù)可能延后動(dòng)作)。(3)保護(hù)裝置的慣性誤差(即斷路器跳閘時(shí)間：從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄滅的時(shí)間)。(4)為保證有選擇性，再加一個(gè)時(shí)間裕度～，則時(shí)限級(jí)差為

(2-9)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.動(dòng)作時(shí)限的整定2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)由此確定的一般為0.35s～0.5s，實(shí)際應(yīng)用中取=0.5s。保護(hù)1與保護(hù)2的配合關(guān)系，即保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間距離的關(guān)系，用來(lái)描述，如圖2.4所示。在保護(hù)2電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)的短路，將以的時(shí)間切除，此時(shí)保護(hù)1的限時(shí)電流速斷雖然可以啟動(dòng)，但因較大一個(gè)，而在QF2跳閘后，保護(hù)1將返回，所以從時(shí)間上保證了選擇性。若短路發(fā)生在保護(hù)1電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，保護(hù)1將以時(shí)間切除，而在該線路其他點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1將以時(shí)間切除。所以，當(dāng)線路裝設(shè)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)后，它們的聯(lián)合工作就可以保證在全線路范圍內(nèi)的短路故障都能在0.5s時(shí)間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能滿足速動(dòng)性的要求。它們的共同作用，構(gòu)成了線路的主保護(hù)，即以最短的時(shí)間切除全線路任一點(diǎn)發(fā)生的短路。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)由此確定的一般為0.35s～0.5s，實(shí)際應(yīng)用中取圖2.4限時(shí)電流速度保護(hù)工作原理及時(shí)限特性2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)圖2.4限時(shí)電流速度保護(hù)工作原理及時(shí)限特性2.1單側(cè)3.靈敏系數(shù)校驗(yàn)為了能夠保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，限時(shí)電流速斷保護(hù)在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，應(yīng)具有足夠的靈敏性，一般用靈敏系數(shù)來(lái)校驗(yàn)，即規(guī)程規(guī)定～1.5(2-10)式中——最小運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)，流過(guò)本線路保護(hù)的電流；

——本線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。必須進(jìn)行靈敏系數(shù)校驗(yàn)的原因，主要是考慮下列因素：(1)故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻，使實(shí)際短路電流比計(jì)算電流小，不利于保護(hù)動(dòng)作。(2)實(shí)際的短路電流由于計(jì)算誤差或其他原因而小于計(jì)算值。(3)由于電流互感器的負(fù)誤差，使實(shí)際流入保護(hù)裝置的電流小于計(jì)算值。(4)繼電器實(shí)際動(dòng)作電流比整定電流值高，即存在正誤差等。(5)考慮一定的裕度。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)3.靈敏系數(shù)校驗(yàn)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，在上述不利因素的影響下，將導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)，達(dá)不到保護(hù)線路全長(zhǎng)的目的。這時(shí)可采用降低保護(hù)動(dòng)作值的辦法來(lái)提高靈敏系數(shù)，即使之與下級(jí)線路的限時(shí)電流速斷相配合。如保護(hù)1的動(dòng)作電流與下一條線路保護(hù)2的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電配合，則

(2-11)此時(shí)

(2-12)可見(jiàn)，保護(hù)范圍的伸長(zhǎng)(即靈敏性提的高)，必然導(dǎo)致動(dòng)作時(shí)限的升高。4.原理接線圖限時(shí)電流速斷保護(hù)的單線原理接線如圖2.5所示。其動(dòng)作過(guò)程與圖2.3所示的電流速斷保護(hù)基本相同，不同的是用時(shí)間繼電器KT代替了中間繼電器KM。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，在上述不利

當(dāng)電流繼電器KA動(dòng)作后，需經(jīng)KT建立延時(shí)后才能動(dòng)作于跳閘。若在之前故障已被切除，則已經(jīng)啟動(dòng)的KA返回，使KT立即返回，整套保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作。

圖2.5限時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理接線2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)當(dāng)電流繼電器KA動(dòng)作后，需經(jīng)KT建立延時(shí)后才能動(dòng)作于2.1.4定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)通常是指其動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的保護(hù)，它分為兩種類型：一種是保護(hù)啟動(dòng)后出口的動(dòng)作時(shí)間是固定的整定時(shí)間，稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)；另一種是出口動(dòng)作時(shí)間與過(guò)電流的倍數(shù)有關(guān)，電流越大，出口動(dòng)作越快，稱為反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。本節(jié)只介紹定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)(也可簡(jiǎn)稱為過(guò)電流保護(hù))在正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作。由于短路電流一般比最大負(fù)荷電流大得多，所以保護(hù)的靈敏性較高，不僅能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，作本線路的近后備保護(hù)，而且還能保護(hù)相鄰線路全長(zhǎng)，作相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.1.4定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)通常是指其動(dòng)作電流按1.工作原理和動(dòng)作電流為保證在正常情況下各條線路上的過(guò)電流保護(hù)絕對(duì)不動(dòng)作，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于該線路上可能出現(xiàn)且通過(guò)保護(hù)裝置的最大負(fù)荷電流，即＞；同時(shí)還必須考慮在外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)負(fù)荷自啟動(dòng)電流作用下保護(hù)裝置必須能夠可靠返回，即返回電流應(yīng)大于負(fù)荷自啟動(dòng)電流。如圖2.6所示，當(dāng)k點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1和保護(hù)2的過(guò)電流保護(hù)將同時(shí)啟動(dòng)，但根據(jù)選擇性要求，應(yīng)由保護(hù)2動(dòng)作切除故障，此時(shí)保護(hù)1由于電流已減小應(yīng)立即返回。而這時(shí)通過(guò)保護(hù)1的可能的最大電流不再是正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)電流了，這是因?yàn)槎搪窌r(shí)，變電所B母線電壓降低，接在該母線上的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)降低或停轉(zhuǎn)，在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將自啟動(dòng)，而電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流要大于它正常工作時(shí)的電流。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)1.工作原理和動(dòng)作電流2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流電動(dòng)機(jī)最大自啟動(dòng)電流與正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流的關(guān)系為

式中——自啟動(dòng)系數(shù)，其數(shù)值由負(fù)載的性質(zhì)及電網(wǎng)的具體接線決定，一般取1.5～3。為使保護(hù)1在此電流下能可靠返回，其返回電流應(yīng)滿足關(guān)系式＞，引入可靠系數(shù)則有

(2-14)式中——定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的可靠系數(shù)，一般取1.15～1.25；由電流繼電器動(dòng)作電流與返回電流的關(guān)系，可得過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流為

(2-15)由式(2-15)可知，當(dāng)返回系數(shù)越小時(shí)，則過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流越大，則保護(hù)的靈敏性就越差，所以要求繼電器的返回系數(shù)應(yīng)盡可能大。(2-13)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)電動(dòng)機(jī)最大自啟動(dòng)電流與正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流2.動(dòng)作時(shí)限的整定如圖2.7所示的網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)各條線路都裝有過(guò)電流保護(hù)，且均按躲過(guò)各自的最大負(fù)荷電流來(lái)整定動(dòng)作電流。當(dāng)k點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1～4在短路電流的作用下，都可能啟動(dòng)，為滿足選擇性要求，應(yīng)該只有保護(hù)4動(dòng)作切除故障，而保護(hù)1～3在故障切除后應(yīng)立即返回。如何來(lái)滿足這個(gè)要求呢？只能依靠選擇不同的動(dòng)作時(shí)限來(lái)保證。過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限是按階梯原則來(lái)選擇的。從離電源最遠(yuǎn)的保護(hù)開(kāi)始，如圖2.7中保護(hù)4處于電網(wǎng)的末端，只要發(fā)生故障，它不需要任何選擇性方面的配合，可以瞬時(shí)動(dòng)作切除故障，所以只是保護(hù)裝置本身的固有動(dòng)作時(shí)間，即為保證選擇性，保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比高一個(gè)時(shí)間級(jí)差，即

(2-16)依次類推，可以得到、。可以看出，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間向電源側(cè)逐級(jí)增加至少一個(gè)，只有這樣才能充分保證動(dòng)作的選擇性。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.動(dòng)作時(shí)限的整定2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)但必須注意，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限在按上述階梯原則整定的同時(shí)，還需要與各線路末端變電所母線上所有出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限最長(zhǎng)者配合。如圖2.7中，若保護(hù)5的動(dòng)作時(shí)間大于保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)間，則保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)按來(lái)整定。圖2.7單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限選擇說(shuō)明圖2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)但必須注意，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限在按上述階梯原則整定的同時(shí)，3.靈敏系數(shù)校驗(yàn)過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)校驗(yàn)類似于限時(shí)電流速斷保護(hù)，即

(2-17)當(dāng)過(guò)電流保護(hù)作本線路近后備保護(hù)時(shí)，取最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相金屬性短路電流來(lái)校驗(yàn)，要求～；當(dāng)過(guò)電流保護(hù)作相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)取最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相金屬性短路電流來(lái)校驗(yàn)，要求。此外應(yīng)注意，各過(guò)電流保護(hù)之間還應(yīng)在靈敏系數(shù)上進(jìn)行配合，即對(duì)同一故障點(diǎn)來(lái)說(shuō)，要求靠故障點(diǎn)近的保護(hù)，靈敏系數(shù)應(yīng)越高，否則將失去選擇性。如圖2.7中的過(guò)電流保護(hù)1和2，由于通過(guò)同一最大負(fù)荷電流，所以動(dòng)作電流相同，假定為100A。實(shí)際上若保護(hù)2的電流繼電器動(dòng)作值有正誤差，如105A(一次值)，而保護(hù)1剛好有負(fù)誤差，如95A，那么，當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)流過(guò)保護(hù)1、2的短路電流為102A，保護(hù)2不動(dòng)作，而保護(hù)1卻要?jiǎng)幼鳎瑢⑹ミx擇性。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)3.靈敏系數(shù)校驗(yàn)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)對(duì)于圖2.7中的k點(diǎn)短路時(shí)，要求各過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)應(yīng)滿足如下關(guān)系，即＞＞＞(2-18)在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)接線中，由于越靠近電源端時(shí)，負(fù)荷電流越大，從而保護(hù)裝置的整定值越大，而發(fā)生故障后，各保護(hù)裝置均流過(guò)同一個(gè)短路電流，因此上述靈敏系數(shù)應(yīng)相互配合的要求是能夠滿足的。所以，對(duì)于過(guò)電流保護(hù)，只有在靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都能相互配合時(shí)，才能保證選擇性。當(dāng)過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，可采用電壓?jiǎn)?dòng)的電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)或距離保護(hù)等。過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線與圖2.5相同。

2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)對(duì)于圖2.7中的k點(diǎn)短路時(shí)，要求各過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)應(yīng)滿足2.1.5階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

1.階段式電流保護(hù)的構(gòu)成無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流增大而動(dòng)作的保護(hù)，它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來(lái)整定動(dòng)作電流。電流速斷保護(hù)是按照躲開(kāi)本線路末端的最大短路電流來(lái)整定，它雖能無(wú)延時(shí)動(dòng)作，但卻不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)；限時(shí)電流速斷保護(hù)是按照躲開(kāi)下級(jí)線路各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來(lái)整定，它雖能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，卻不能作為相鄰線路的后備保護(hù)；而定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)則是按照躲開(kāi)本線路最大負(fù)荷電流來(lái)整定，可作為本線路及相鄰線路的后備保護(hù)，但動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。為保證迅速、可靠而有選擇性地切除故障，可將這三種電流保護(hù)，根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù)，稱為階段式電流保護(hù)。具體應(yīng)用時(shí)，可以采用電流速斷保護(hù)加定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，或限時(shí)電流速斷保護(hù)加定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，也可以三者同時(shí)采用。應(yīng)用較多的就是三段式電流2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.1.5階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)1.階段式電流保保護(hù)，其各段的動(dòng)作電流、保護(hù)范圍和動(dòng)作時(shí)限的配合情況如圖2.8所示。當(dāng)被保護(hù)線路始端短路時(shí)，由第I段瞬時(shí)切除；該線路末端附近的短路，由第II段經(jīng)0.5s延時(shí)切除；而第III段只起后備作用，所以裝有三段式電流保護(hù)的線路，一般可在0.5s左右時(shí)限內(nèi)切除故障。圖2.8階段式電流保護(hù)的配合說(shuō)明圖2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)保護(hù)，其各段的動(dòng)作電流、保護(hù)范圍和動(dòng)作時(shí)限的配合情況如圖2.2.階段式電流保護(hù)的配合現(xiàn)以圖2.8為例來(lái)說(shuō)明階段式電流保護(hù)的配合。在電網(wǎng)最末端的線路上，保護(hù)4采用瞬時(shí)動(dòng)作的過(guò)電流保護(hù)即可滿足要求，其動(dòng)作電流按躲過(guò)本線路最大負(fù)荷電流來(lái)整定，與電網(wǎng)中其他保護(hù)的定值和時(shí)限上都沒(méi)有配合關(guān)系。在電網(wǎng)的倒數(shù)第二級(jí)線路上，保護(hù)3應(yīng)首先考慮采用0.5s動(dòng)作的過(guò)電流保護(hù)；如果在電網(wǎng)中線路CD上的故障沒(méi)有提出瞬時(shí)切除的要求，則保護(hù)3只裝設(shè)一個(gè)0.5s動(dòng)作的過(guò)電流保護(hù)也是完全允許的；但如果要求線路CD上的故障必須快速切除，則可增設(shè)一個(gè)電流速斷保護(hù)，此時(shí)保護(hù)3就是一個(gè)速斷保護(hù)加過(guò)電流保護(hù)的兩段式保護(hù)。而對(duì)于保護(hù)2和1，都需要裝設(shè)三段式電流保護(hù)，其過(guò)電流保護(hù)要和下一級(jí)線路的保護(hù)進(jìn)行配合，因此動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比下一級(jí)線路中動(dòng)作時(shí)限最長(zhǎng)的再長(zhǎng)一個(gè)時(shí)限級(jí)差，一般要整定為1s～1.5s。所以，越靠近電源端，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越長(zhǎng)。因此必須裝設(shè)三段式電流保護(hù)。3.三段式電流保護(hù)整定計(jì)算舉例【例2.1】如圖2.9所示的網(wǎng)絡(luò)，試對(duì)保護(hù)1進(jìn)行三段式電流保護(hù)整定計(jì)算，并計(jì)算繼電器的動(dòng)作電流。已知，，，2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.階段式電流保護(hù)的配合2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電圖2.9例2.1的網(wǎng)絡(luò)圖解：(1)保護(hù)1電流Ⅰ段整定計(jì)算：①求動(dòng)作電流。按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下本線路末端(即k1點(diǎn))三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大短路電流來(lái)整定，即注意：計(jì)算時(shí)，母線電壓應(yīng)考慮的裕量。采用兩相不完全星形接線方式時(shí)，流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)圖2.9例2.1的網(wǎng)絡(luò)圖解：(1)保護(hù)1電流Ⅰ段整定計(jì)②動(dòng)作時(shí)限。第Ⅰ段為電流速斷，動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，即。③靈敏系數(shù)校驗(yàn)，即求保護(hù)范圍。在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)的保護(hù)范圍為則＞，滿足要求。在最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍為則＞，滿足要求。(2)保護(hù)1電流Ⅱ段整定計(jì)算：①求動(dòng)作電流。按與相鄰線路保護(hù)I段動(dòng)作電流相配合的原則來(lái)整定，即2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)②動(dòng)作時(shí)限。第Ⅰ段為電流速斷，動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為②動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)I段動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差，即

③靈敏系數(shù)校驗(yàn)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端(即k1點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即

，滿足要求。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為2.1(3)保護(hù)1電流Ⅲ段整定計(jì)算：①求動(dòng)作電流。按躲過(guò)本線路可能流過(guò)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定，即

采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為

②動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差，即

③靈敏系數(shù)校驗(yàn)。作近后備保護(hù)時(shí)，利用最小運(yùn)行方式下本線路末端(即k1點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即＞1.5，滿足要求。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)(3)保護(hù)1電流Ⅲ段整定計(jì)算：2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，利用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端(即k2點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即＞1.2，滿足要求。4.三段式電流保護(hù)的評(píng)價(jià)對(duì)繼電保護(hù)的評(píng)價(jià)，主要是從選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)方面出發(fā)，看其是否滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求，是否符合有關(guān)規(guī)程的規(guī)定。1)選擇性在三段式電流保護(hù)中，電流速斷保護(hù)的選擇性是靠動(dòng)作電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的；限時(shí)電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)則是靠動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它們?cè)?5kV及以下的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中具有明顯的選擇性，但在多電源網(wǎng)絡(luò)或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，利用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端(即k2點(diǎn))發(fā)2)速動(dòng)性電流速斷保護(hù)以保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作于跳閘；限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)限一般在0.5s以內(nèi)，因而動(dòng)作迅速是這兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，特別是靠近電源側(cè)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限可能長(zhǎng)達(dá)幾秒，這是過(guò)電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)。3)靈敏性電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較大；限時(shí)電流速斷保護(hù)雖能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，但靈敏性依然要受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響；過(guò)電流保護(hù)因按最大負(fù)荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長(zhǎng)距離重負(fù)荷線路上，由于負(fù)荷電流幾乎與短路電流相當(dāng)，則往往難以滿足要求。受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響大、靈敏性差是三段式電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)。4)可靠性由于三段式電流保護(hù)中繼電器簡(jiǎn)單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計(jì)算都較簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)，因此可靠性較高。總之，使用一段、二段或三段而組成的階段式電流保護(hù)，其最主要的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單、可靠，并且在一般情況下能滿足快速切除故障的要求，因此在電網(wǎng)中特別是在35kV及以下的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，使其靈敏性和保護(hù)范圍不能滿足要求。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2)速動(dòng)性2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.1.6電流保護(hù)的接線方式1.電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次繞組之間的連接方式。對(duì)于相間短路的電流保護(hù)，主要有三種接線方式：三相三繼電器的完全星形接線，兩相兩繼電器的不完全星形接線，兩相一繼電器的兩相電流差接線。1)三相三繼電器的完全星形接線三相三繼電器的完全星形接線如圖2.10所示。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)圖2.10三相三繼電器完全星形接線2.1.6電流保護(hù)的接線方式2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短它是將三個(gè)電流互感器與三個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起，互感器和繼電器均接成星形。三個(gè)繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)連接，繼電器線圈中的電流就是互感器的二次電流。在中線上流回的電流為

(2-19)正常時(shí)，三相平衡，。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生非對(duì)稱接地故障時(shí)或發(fā)生相間短路時(shí)，三相電流不對(duì)稱，大幅增加，使繼電器動(dòng)作。因繼電器的觸點(diǎn)是并聯(lián)的，其中任何一個(gè)觸點(diǎn)動(dòng)作均可動(dòng)作于跳閘或使時(shí)間繼電器啟動(dòng)，所以可靠性和靈敏性較高；又由于在每相上均裝有電流繼電器，所以它可以反應(yīng)各種相間短路和中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的單相接地短路。所以它主要用于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中進(jìn)行各種相間短路保護(hù)和單相接地短路保護(hù)。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)它是將三個(gè)電流互感器與三個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起，互感2)兩相兩繼電器的不完全星形接線兩相兩繼電器的不完全星形接線(也稱V形接線或兩相星形接線)如圖2.11所示，與完全星形接線相比，就是在B相上不裝設(shè)電流互感器和電流繼電器(設(shè)備相對(duì)少了)，所以不能反應(yīng)B相中流過(guò)的電流(不能完全反應(yīng)系統(tǒng)的單相接地故障)。這種接線方式中，中性線中流回的電流為，所以可以反應(yīng)各種類型的相間短路(其觸點(diǎn)也是并聯(lián))。由于這種接線方式較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所以在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，廣泛作為相間短路保護(hù)的接線方式。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2)兩相兩繼電器的不完全星形接線2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相3)兩相一繼電器的兩相電流差接線兩相一繼電器的兩相電流差接線如圖2.12所示，流過(guò)電流繼電器的電流為即兩相電流之差。它有三種情況：在對(duì)稱運(yùn)行和三相短路時(shí)，；在A、C兩相短路時(shí)，；在AB或BC兩相短路時(shí)，或。所以在不同類型的短路情況下，流過(guò)繼電器中的電流與互感器的二次電流之比是不同的，為了表征二者的關(guān)系，在保護(hù)裝置整定計(jì)算中引入一個(gè)接線系數(shù)，其定義為流過(guò)電流繼電器的電流與電流互感器二次電流之比，即

(2-20)由此式可知，在完全星形接線和不完全星形接線中，，而在兩相電流差接線中，對(duì)于不同的故障，其數(shù)值不同，三相短路時(shí)，，A、C兩相短路時(shí)，AB或BC兩相短路時(shí)，。因?yàn)榻泳€系數(shù)在不同的故障時(shí)不同，所以保護(hù)裝置的靈敏度也不相同，但所用設(shè)備少，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所以主要用于低壓線路保護(hù)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)中靈敏度較易滿足的場(chǎng)合。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)3)兩相一繼電器的兩相電流差接線2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間圖2.11兩相兩繼電器不完全星形接線圖2.12兩相一繼電器的兩相電流差接線2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)圖2.11兩相兩繼電器不完全星形接線圖22.三段式電流保護(hù)裝置接線圖電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的接線圖一般有框圖、原理圖和安裝圖三種。對(duì)于采用機(jī)電型繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置，用得最多的是原理圖。原理圖又分為歸總式原理圖(簡(jiǎn)稱原理圖)和展開(kāi)式原理圖(簡(jiǎn)稱展開(kāi)圖)。原理圖能展示出保護(hù)裝置的全部組成元件及其他們之間的聯(lián)系和動(dòng)作原理。在原理圖上所有元件都以完整的圖形符號(hào)表示，所以能對(duì)整套保護(hù)裝置的構(gòu)成和工作原理給出直觀、完整的概念，易于閱讀。三段式電流保護(hù)的原理接線圖如圖2.13(a)所示。圖中的保護(hù)采用不完全星形接線方式(因?yàn)槭窍嚅g短路保護(hù))，可實(shí)現(xiàn)各種類型的相間短路保護(hù)。第I段電流保護(hù)由電流繼電器KA1、KA2、中間繼電器KM和信號(hào)繼電器KS1組成。第II段電流保護(hù)由電流繼電器KA3、KA4、時(shí)間繼電器KT1及信號(hào)繼電器KS2組成。第III段電流保護(hù)由電流繼電器KA5、KA6、KA7、時(shí)間繼電器KT2及信號(hào)繼電器KS3組成。其中，電流繼電器KA7接于A、C兩相電流之和的中性線上，相當(dāng)于B相繼電器，則第III段電流保護(hù)組成了三相式保護(hù)。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.三段式電流保護(hù)裝置接線圖2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路為什么要組成三相式保護(hù)？因?yàn)榈贗II段電流保護(hù)要作為相鄰變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)。由于變壓器電抗較大，使后備保護(hù)靈敏度常常不能滿足要求，而第III段電流保護(hù)采用三相式保護(hù)能提高保護(hù)的靈敏度。由于三段式電流保護(hù)的各段均設(shè)有信號(hào)繼電器，因此任一段保護(hù)動(dòng)作于斷路器跳閘的同時(shí)，均有相應(yīng)的信號(hào)繼電器掉牌，并發(fā)出信號(hào)，以便了解是哪一段動(dòng)作，宜于進(jìn)行分析。各段保護(hù)均獨(dú)立工作，且可通過(guò)連接片XB投入或停用。由圖2.13(a)可知，原理圖只給出保護(hù)裝置的主要元件的工作原理，但元件的內(nèi)部接線、回路標(biāo)號(hào)、引出端子等均未表示出來(lái)。特別是元件較多、接線復(fù)雜時(shí)，原理圖的繪制和閱讀都比較困難，且不便于查線和調(diào)試、分析等工作，所以現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用展開(kāi)圖。展開(kāi)圖是將交流回路和直流回路分開(kāi)畫(huà)出的。各繼電器的線圈和觸點(diǎn)分別畫(huà)在各自所屬的回路中，并用相同的文字符號(hào)標(biāo)注，以便閱讀和查對(duì)。在連接上按照保護(hù)的動(dòng)作順序，自上而下、從左到右依次排列線圈和觸點(diǎn)。閱讀展開(kāi)圖時(shí)，一般應(yīng)按先交流后直流，由上而下、從左至右的順序閱讀。展開(kāi)圖的接線簡(jiǎn)單，層次清楚，繪制和閱讀都比較方便，且便于查線和調(diào)試，特別是對(duì)于復(fù)雜的保護(hù)，其優(yōu)越性更加顯著，所以在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖中繼電器觸點(diǎn)的位置，對(duì)應(yīng)于被保護(hù)線路的正常工作狀態(tài)。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)為什么要組成三相式保護(hù)？因?yàn)榈贗II段電流保護(hù)要作為相鄰變壓三段式電流保護(hù)的展開(kāi)圖如圖2.13(b)、圖2.13(c)所示。2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)(b)展開(kāi)圖(c)展開(kāi)圖圖2.13三段式電流保護(hù)原理接線圖三段式電流保護(hù)的展開(kāi)圖如圖2.13(b)、圖2.13(c)所對(duì)于單電源輻射形供電的網(wǎng)絡(luò)，每條線路上只在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)裝置就可以了。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，只要相應(yīng)的保護(hù)裝置動(dòng)作于斷路器跳閘，便可以將故障元件與其他元件斷開(kāi)，但卻要造成一部分變電所停電。為了提高電網(wǎng)供電的可靠性，在電力系統(tǒng)中多采用雙側(cè)電源供電的輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)形電網(wǎng)供電。此時(shí)，采用階段式電流保護(hù)將難以滿足選擇性要求，應(yīng)采用方向性電流保護(hù)。本節(jié)主要介紹方向性電流保護(hù)的工作原理、整定計(jì)算、方向繼電器及其接線方式等內(nèi)容。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)對(duì)于單電源輻射形供電的網(wǎng)絡(luò)，每條線路上只在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)裝置2.2.1方向性電流保護(hù)的工作原理1.方向電流保護(hù)的基本原理對(duì)于如圖2.14所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)，由于兩側(cè)都有電源，所以在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。當(dāng)線路上發(fā)生相間短路時(shí)，應(yīng)跳開(kāi)故障線路兩側(cè)的斷路器，而非故障線路仍能繼續(xù)運(yùn)行。例如，當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)由保護(hù)3、4動(dòng)作跳開(kāi)斷路器切除故障，而其他線路不會(huì)造成停電，這正是雙側(cè)電源供電的優(yōu)點(diǎn)。但是單靠電流的幅值大小能否保證保護(hù)2、5不誤動(dòng)作呢？

圖2.14雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)由圖2.14可知，當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)，由左側(cè)電源提供的短路電流同時(shí)流過(guò)保護(hù)2和保護(hù)3，使保護(hù)3的電流速斷保護(hù)啟動(dòng)，跳開(kāi)QF3。如果此短路電流也大于保護(hù)2的電流速斷保護(hù)的整定值，則保護(hù)2可能在保護(hù)3跳開(kāi)QF3之前或同時(shí)跳開(kāi)QF2，這樣保護(hù)2的動(dòng)作將失去選擇性。同時(shí)給動(dòng)作值的整定帶來(lái)麻煩。又如對(duì)于定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，為滿足選擇性要求，在k1點(diǎn)短路時(shí)，要求保護(hù)2大于保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)限；在k2點(diǎn)短路時(shí)，又要求保護(hù)2小于保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)限，給保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定造成困難。同理，對(duì)于單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.2.1方向性電流保護(hù)的工作原理那么，如何解決在雙側(cè)電源供電的電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中相間短路電流保護(hù)失去選擇性和動(dòng)作時(shí)限難以整定的問(wèn)題呢？由此引入短路功率方向的概念：短路電流方向由母線流向線路稱為正方向故障，允許保護(hù)動(dòng)作；短路電流方向由線路流向母線稱為反方向故障，不允許保護(hù)動(dòng)作。如當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)3的短路功率方向由母線流向線路，保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作；而流過(guò)保護(hù)2的短路功率方向則由線路流向母線，保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作。同樣對(duì)于k2點(diǎn)短路，流過(guò)保護(hù)2的短路功率方向由母線流向線路，保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作；而流過(guò)保護(hù)3的則由線路流向母線，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。所以，只要在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)能判斷短路功率流向的方向元件，即功率方向繼電器，并且只有當(dāng)短路功率由母線流向線路時(shí)才允許動(dòng)作，而由線路流向母線時(shí)則不允許動(dòng)作，從而使保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性。這樣就可以解決反方向短路保護(hù)誤動(dòng)作的問(wèn)題。這種在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝方向元件的保護(hù)稱為方向電流保護(hù)。方向電流保護(hù)既利用了電流的幅值特征，又利用了短路功率的方向特征。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)那么，如何解決在雙側(cè)電源供電的電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中相間短路電在圖2.15所示的電網(wǎng)中，各電流保護(hù)均加裝了方向元件構(gòu)成了方向電流保護(hù)，圖中箭頭方向?yàn)楦鞅Ｗo(hù)的動(dòng)作方向。把同一方向的保護(hù)如1、3、5作為一組，保護(hù)2、4、6為另一組，這樣就可將兩個(gè)方向上的保護(hù)拆開(kāi)成兩個(gè)單電源輻射形電網(wǎng)的保護(hù)。當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)1、3、5的短路功率方向均由母線流向線路，與保護(hù)的動(dòng)作方向相同，此時(shí)只需考慮保護(hù)1、3、5之間的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限的配合即可，方法與上一節(jié)所述的單電源輻射形電網(wǎng)的階段式保護(hù)相同。而流經(jīng)保護(hù)2、4的短路功率方向均由線路流向母線，與保護(hù)的動(dòng)作方向相反，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，也就不需要考慮與保護(hù)1、3、5之間的整定配合。同理，其他各點(diǎn)短路時(shí)，動(dòng)作方向相反的保護(hù)均不會(huì)誤動(dòng)作。

圖2.15雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的方向性電流保護(hù)原理說(shuō)明圖2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)在圖2.15所示的電網(wǎng)中，各電流保護(hù)均加裝了方向元件構(gòu)成了方2.方向電流保護(hù)的單相原理接線具有方向性的過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線如圖2.16所示，與圖2.5所示的限時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理接線圖相比，只是多了一個(gè)用作判斷短路功率方向(即故障方向)的功率方向繼電器。由圖可知，電流元件和方向元件的觸點(diǎn)是串聯(lián)的，它們必須都啟動(dòng)后，才能去啟動(dòng)時(shí)間元件，經(jīng)預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。需要說(shuō)明的是，對(duì)于雙側(cè)電源輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中的電流保護(hù)，在某些情況下不需要方向元件同樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的選擇性，但必須通過(guò)比較保護(hù)之間的整定值和動(dòng)作時(shí)限的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣有利于簡(jiǎn)化保護(hù)的接線，提高動(dòng)作的可靠性。圖2.16方向電流保護(hù)單相原理接線圖2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.方向電流保護(hù)的單相原理接線圖2.16方向電流保護(hù)單對(duì)于電流速斷保護(hù)，如圖2.14中保護(hù)3，當(dāng)其背后k2點(diǎn)發(fā)生相間短路時(shí)，流過(guò)它的最大短路電流小于其動(dòng)作電流時(shí)，即＜，則保護(hù)3的電流速斷不會(huì)誤動(dòng)作，這樣保護(hù)3就可以不裝方向元件。采用同樣方法可確定其他電流速斷保護(hù)是否應(yīng)設(shè)方向元件。對(duì)于過(guò)電流保護(hù)，可通過(guò)比較同一母線兩側(cè)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限來(lái)決定是否采用方向元件。如圖2.14中保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)限若小于保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)限，即＜，當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)2先于保護(hù)3動(dòng)作跳閘，因此保護(hù)3可不裝方向元件，而保護(hù)2則必須裝設(shè)方向元件。對(duì)于限時(shí)電流速斷保護(hù)，則必須綜合考慮以上兩種因素。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)對(duì)于電流速斷保護(hù)，如圖2.14中保護(hù)3，當(dāng)其背后k2點(diǎn)發(fā)生相2.2.2功率方向繼電器功率方向繼電器是用來(lái)判斷短路功率方向的，是方向電流保護(hù)中的主要元件。所以它必須具有足夠的靈敏性和明確的方向性，即發(fā)生正方向故障(短路功率由母線流向線路)時(shí)，能可靠動(dòng)作，而在發(fā)生反方向故障(短路功率由線路流向母線)時(shí)，可靠不動(dòng)作。1.功率方向繼電器的工作原理功率方向繼電器是通過(guò)測(cè)量保護(hù)安裝處的電壓和電流之間的相位關(guān)系來(lái)判斷短路功率方向的。以圖2.14所示網(wǎng)絡(luò)為例，規(guī)定電流由母線流向線路為正，電壓以母線高于大地為正。當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)3的電流為正向電流，它與母線B上的電壓之間的夾角為線路的阻抗角，其值的變化范圍為°＜＜°，且電壓超前電流(因?yàn)榫€路主要以感性為主)，則短路功率為＞0。而當(dāng)k2點(diǎn)三相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)3的電流為反向電流，它滯后母線電壓的角度為線路阻抗角，則滯后的相位角為°180，此時(shí)短路功率為°＜0。其電壓、電流的相位關(guān)系如圖2.17所示。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.2.2功率方向繼電器2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電由圖2.17可知，正方向短路時(shí)，超前的角度為銳角，反方向短路時(shí)，超前的角度為鈍角。因此，功率方向繼電器的工作原理實(shí)際上就是通過(guò)測(cè)量和之間的相位角來(lái)判別正、反方向短路的，正方向短路時(shí)，功率方向繼電器動(dòng)作，反方向短路時(shí)，功率方向繼電器不動(dòng)作。(a)正方向故障(b)反方向故障圖2.17正反向故障時(shí)電壓與電流的相位關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)由圖2.17可知，正方向短路時(shí)，超前的角度為銳角2.整流型功率方向繼電器目前廣泛應(yīng)用的功率方向繼電器有感應(yīng)型、整流型和半導(dǎo)體型。盡管形式多樣，但都是按相位比較或幅值比較原理構(gòu)成的，其動(dòng)作特性極為相似。下面以整流型功率方向繼電器為例，來(lái)說(shuō)明整流型功率方向繼電器的作用原理和主要特性。1)整流型功率方向繼電器的構(gòu)成原理整流型功率方向繼電器是根據(jù)幅值比較原理來(lái)構(gòu)成的，其原理接線如圖2.18所示。電壓形成回路由電抗變壓器UX和電壓變換器UV構(gòu)成，幅值比較回路由半導(dǎo)體整流橋U1、U2組成，極化繼電器KP(單方向電流動(dòng)作的繼電器)為執(zhí)行元件。圖2.18整流型功率方向繼電器原理圖2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.整流型功率方向繼電器圖2.18整流型功率方向繼電器電抗變壓器UX原邊的匝數(shù)為N1，輸入電流(即來(lái)自TA的二次側(cè))，UX鐵芯具有氣隙，使的變化范圍較大。UX的副邊有三個(gè)繞組、、，在、上可得到感應(yīng)電壓，是UX的電流—電壓變換系數(shù)，為一復(fù)數(shù)，其相角為(即副邊與原邊之間的相位差)，它可通過(guò)上的移相電阻和來(lái)調(diào)節(jié)，當(dāng)選時(shí)，°，選時(shí)，°。的作用是使、輸出的電壓均為(通過(guò)調(diào)節(jié)中間抽頭位置實(shí)現(xiàn))。電壓變換器的原邊電壓(來(lái)自于TV的二次側(cè))通過(guò)加到上，使副邊有感應(yīng)電壓輸出。副邊和的匝數(shù)相等，所以其輸出電壓都為，u是的電壓變換系數(shù)，為復(fù)數(shù)，其相角為°(即副邊電壓超前原邊電壓°)2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)電抗變壓器UX原邊的匝數(shù)為N1，輸入電流(即來(lái)自TA將的與的異極性相接，形成工作回路，其回路電壓為

(2-21)

通過(guò)整流橋整流后，得直流電流，從的*號(hào)側(cè)流入其線圈中，稱為工作量。將的和的同極性端相連，形成制動(dòng)回路，其回路電壓為

(2-22)

通過(guò)整流橋整流后，得直流電流，從的非*號(hào)側(cè)流入其線圈中，稱為制動(dòng)量。所以，極化繼電器即功率方向繼電器的動(dòng)作條件為

(2-23)式中——極化繼電器的動(dòng)作電流。設(shè)工作回路和制動(dòng)回路的阻抗分別為、，則有

(2-24)

(2-25)式中0.9——為整流系數(shù)。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)將的與的異極性相接，形成工作回路，假設(shè)，將上兩式代入式(2-23)中，則有

(2-26)式中——執(zhí)行元件最小動(dòng)作電壓。在忽略的理想情況下，功率方向繼電器的動(dòng)作條件可改寫(xiě)為

(2-27)即

(2-28)設(shè)，，則，，其各量之間的關(guān)系如圖2.19所示。圖2.19比相式與比幅式的對(duì)應(yīng)關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)圖2.19比相式與比幅式的對(duì)應(yīng)關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路由圖中可以看出，當(dāng)°時(shí)，；當(dāng)＜°時(shí)，；當(dāng)°時(shí)，。結(jié)合式(2-28)，則功率方向繼電器的動(dòng)作條件可寫(xiě)成°，即

(2-29)(2-30)又因?yàn)閡的相角為，1的相角為，所以上式又可以寫(xiě)成

(2-31)該式反應(yīng)了電壓與電流之間的相位關(guān)系，也就是功率方向繼電器的動(dòng)作條件。若滿足此條件，則繼電器動(dòng)作，否則繼電器不動(dòng)作。由此可知，圖2.18構(gòu)成了反應(yīng)電壓與電流之間相位關(guān)系而動(dòng)作的功率方向繼電器。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)由圖中可以看出，當(dāng)°時(shí)，2)功率方向繼電器的動(dòng)作區(qū)域設(shè)，稱為功率方向繼電器的測(cè)量角度，即超前的角度(若為負(fù)角，則超前)。設(shè)，稱為功率方向繼電器的內(nèi)角，它與結(jié)構(gòu)有關(guān)，則有

(2-32)稱為功率方向繼電器的最小動(dòng)作角；

(2-33)稱為功率方向繼電器的最大動(dòng)作角。 所以，功率方向繼電器的動(dòng)作條件又可表示為

(2-34)即測(cè)量角在動(dòng)作角范圍內(nèi)，繼電器動(dòng)作，否則不動(dòng)作。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2)功率方向繼電器的動(dòng)作區(qū)域2.2電網(wǎng)相間短路的方向性以為參考相量，畫(huà)出其相位關(guān)系(以為參考相量，畫(huà)法一樣，將轉(zhuǎn)到位置即可)。先畫(huà)出(角度逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，為最小動(dòng)作角，其一個(gè)邊構(gòu)成動(dòng)作的下邊界；為最大動(dòng)作角，其一個(gè)邊構(gòu)成動(dòng)作的上邊界。而動(dòng)作范圍為所以，上、下邊界在一條直線上，稱這條直線為動(dòng)作分界線，將整個(gè)區(qū)域分為動(dòng)作區(qū)和非動(dòng)作區(qū)。當(dāng)位于該分界線的右下側(cè)時(shí)，繼電器動(dòng)作，位于左上側(cè)時(shí)繼電器不動(dòng)作，如圖2.20所示。圖2.20功率方向繼電器的動(dòng)作區(qū)域圖2.21時(shí)各電壓相量間的關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)以為參考相量，畫(huà)出其相位關(guān)系(以為參考相量，3)功率方向繼電器的最大靈敏角當(dāng)或或，而是超前的相位角，是超前的相位角，所以，與此時(shí)同相位，如圖2.21所示，此時(shí)工作量最大，而制動(dòng)量最小，功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏。所以，將稱為功率方向繼電器的最大靈敏角，用表示將時(shí)的相量繪入圖2.20中，則與重疊的射線稱為最大靈敏線，該靈敏線就是垂直于動(dòng)作邊界的射線，其意義：以電流(或電壓)為參考相量的情況下，當(dāng)()落到最大靈敏線上時(shí)，功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏，如果遠(yuǎn)離，則靈敏度下降。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)3)功率方向繼電器的最大靈敏角2.2電網(wǎng)相間短路的方向4)靈敏角與動(dòng)作角的關(guān)系將式(2-32)與式(2-33)相加得

(2-35)將代入上式，并整理后，可得

(2-36)將代入式(2-31)和式(2-32)中并整理后，可得

(2-37)

(2-38)2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)4)靈敏角與動(dòng)作角的關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流2.2.3相間短路功率方向繼電器的接線方式功率方向繼電器是通過(guò)測(cè)量保護(hù)安裝處的電壓和電流之間的相位關(guān)系來(lái)判別短路功率方向的，所以它必須同時(shí)輸入母線電壓和線路電流。而功率方向繼電器的接線方式就是指它與電壓互感器和電流互感器之間的連接方式。在考慮接線方式時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：(1)必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性，即正方向發(fā)生任何類型的相間短路故障都能動(dòng)作，而反方向短路時(shí)則不動(dòng)作。(2)盡量使功率方向繼電器在正向短路時(shí)具有較高的靈敏性，即短路時(shí)加入繼電器的電壓和電流的數(shù)值足夠大，并使盡可能接近于最大靈敏角。1.功率方向繼電器的90°接線方式為滿足功率方向繼電器接線方式的要求，目前功率方向繼電器廣泛采用的是90°接線方式。所謂90°接線方式是指在三相對(duì)稱且功率因數(shù)的情況下，各功率方向繼電器所加電流和電壓的相位剛好相差90°，也稱非故障相相間電壓的接線方式。如當(dāng)取，時(shí)，其相位關(guān)系如圖2.22所示。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.2.3相間短路功率方向繼電器的接線方式2.2電網(wǎng)為什么要采用90°接線方式？因?yàn)樵谥行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)中，中性點(diǎn)對(duì)地電位是不固定的，則各相對(duì)地電壓(相電壓)難以確切地反應(yīng)相間短路情況，而線電壓卻能直接反應(yīng)相間短路。所以，相間短路保護(hù)的功率方向繼電器輸入的是線電壓。當(dāng)輸入線電壓時(shí)，在保護(hù)安裝處附近發(fā)生兩相短路時(shí)，故障相的相間電壓(線電壓)接近于，則功率方向繼電器將拒動(dòng)。對(duì)于可能出現(xiàn)這種情況的區(qū)域，稱為方向繼電器的電壓死區(qū)。所以，為了盡可能避免兩相短路時(shí)的電壓死區(qū)，則采用非故障相相間電壓的接線方法。輸入三相功率方向繼電器的電流和電壓的關(guān)系如表2-1所示圖2.2290°接線方式中電流、電壓相位關(guān)系2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)為什么要采用90°接線方式？因?yàn)樵谥行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)中，中性點(diǎn)在短路時(shí)，這些值都很大，可使方向繼電器正確靈敏地動(dòng)作，它保證了兩相短路時(shí)無(wú)電壓死區(qū)。但當(dāng)母線附近發(fā)生了三相短路時(shí)，三個(gè)線電壓均接近于，則存在電壓死區(qū)。所以，應(yīng)該最大限度地減小三相短路時(shí)的電壓死區(qū)。相別表2-190°接線方式各功率方向繼電器輸入電流和電壓2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)在短路時(shí)，這些值都很大，可使方向繼電器正確靈敏地動(dòng)作，它保證2.方向過(guò)電流保護(hù)的原理接線方向過(guò)電流保護(hù)的原理接線和展開(kāi)圖如圖2.23所示，其中三個(gè)功率方向繼電器的接線即為90°接線方式。在接入電流、電壓時(shí)要特別注意電流線圈和電壓線圖的極性端。在實(shí)際應(yīng)用中，如果有一個(gè)線圈極性接錯(cuò)，則會(huì)出現(xiàn)正方向短路時(shí)拒動(dòng)，而反方向短路時(shí)誤動(dòng)的嚴(yán)重后果。所以，90°接線方式的接線不僅要考慮繼電器的電流、電壓應(yīng)如何接入，還需要注意怎么樣接的問(wèn)題。3.按相啟動(dòng)接線按相啟動(dòng)接線是指同名相(如A相)的電流元件觸點(diǎn)與功率方向繼電器的觸點(diǎn)直接串聯(lián)，構(gòu)成“與”門后再三相并聯(lián)，然后再接入時(shí)間元件KT的線圈，如圖2.24(a)所示。這種按相啟動(dòng)接線方式能夠保證在反方向發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，因非故障相電流元件不會(huì)動(dòng)作，所以保護(hù)不會(huì)誤啟動(dòng)。若不采用按相啟動(dòng)接線，如圖2.24(b)所示，則故障相電流將通過(guò)非故障相的功率方向繼電器啟動(dòng)時(shí)間繼電器，造成保護(hù)的誤動(dòng)作。所以，要采用按相啟動(dòng)接線，否則會(huì)使保護(hù)誤動(dòng)作。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.方向過(guò)電流保護(hù)的原理接線2.2電網(wǎng)相間短路的方向性圖2.23方向過(guò)電流保護(hù)原理接線圖2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)圖2.23方向過(guò)電流保護(hù)原理接線圖2.2電網(wǎng)相間短路(a)按相啟動(dòng)(b)不按相啟動(dòng)圖2.24方向電流保護(hù)的啟動(dòng)方式2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)(a)按相4.功率方向繼電器測(cè)量角度的變化范圍下面分析采用90°接線方式時(shí)功率方向繼電器在各種相間短路時(shí)測(cè)量角度的變化范圍，進(jìn)而得出此種接線方式下功率方向繼電器的最大靈敏角的取值。1)三相對(duì)稱短路當(dāng)發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)，三只方向繼電器的工作情況是相同的，所以只分析一相即可。當(dāng)采用90°接線方式時(shí)，輸入的電流是，輸入的電壓是。當(dāng)發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)，各量的關(guān)系如圖2.25所示，三個(gè)相電壓仍然對(duì)稱，根據(jù)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的線路阻抗角來(lái)確定。由圖可知：°，(負(fù)號(hào)表示電流超前電壓)。當(dāng)故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處很近時(shí)，°，當(dāng)故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處很遠(yuǎn)時(shí)，°，即，所以，的變化范圍為

(2-39)因?yàn)闀r(shí)，功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏，所以能使其動(dòng)作的內(nèi)角的取值范圍為

(2-40)即在正向三相短路時(shí)，只要選擇的功率方向繼電器均可以動(dòng)作。圖2.18所示的功率方向繼電器的內(nèi)角為30°或45°，所以能夠滿足上述要求。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)4.功率方向繼電器測(cè)量角度的變化范圍2.2為了使功率方向繼電器具有較高的靈敏性，希望繼電器在三相短路時(shí)盡可能工作在最靈敏的狀態(tài)，即，因此，繼電器動(dòng)作最靈敏的條件是。圖2.25三相短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓、電流相量圖2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)為了使功率方向繼電器具有較高的靈敏性，希望繼電器在三相短路時(shí)例如，當(dāng)