双侧电源网络相间短路保护

3.3 双侧电源网络相间短路保护 一、双侧电源网络相间短路的功率方向 三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进 行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近 电源的一侧，或者说线路的始端。 仅利用相 间 短路后 电流幅值增大的特征 来区分故障与 正常运行状态的，以 动作电流的大小 和 动作 时限的长短配合 来保 证有选择 的切除故障。 1.问题的提出 在发生故障时，它们都是在 短路功率从母线流向 被保护线路 的情况下，按选择性的条件来协调配 合工作的。 我们有时讲 电流的流向通常是指功率的流向 ,电 流的方向是不定的 ,而规定 功率从母线流向线路 称为正方向 。 现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。 例如： 在双侧电源网络接线中 ,由于两侧均有电 源 ,因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保 护装置。 当某条线路发生短路时，应由线路两侧保护动 作跳开断路器以切除故障，这时不会造成停电， 这正是 双端供电的优点 。 A C B sE sE1 2 k2 2kI 2kI 2kI 对电流速断保护的影响 当 k1点短路时 ,按照选择性的要求 ,应由 保护 2和 保护 6动作切除故障 .但由于 供给的短路电流 也将通 过 保护 1.若 保护 1采用电流速断且 大于保护装置 1 的起动电流 ,则 保护 1的电流速断就要误动 (母线 上可能挂有其它分支线路 )。造成 C变电所全部停电。 同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能 得出相应的结论。 E 1kI 1kI 1setI E E7 8 6 5 4 3 2 1 k1 . 1kI 1IkI A B C D (2)对过电流保护的影响 E E7 8 6 5 4 3 2 1 k1 I k1 设 保护 1-8均装设有 过电流保护 ，当线路 k1点 短路时，由电源 提供的短路电流 I k1将流过 保护 8， 7， 1， 6等，这些地方装设 的过电流保护均要启动，为保证动作的选择性，需满足： t4 t3 t5 t2 t6 t1 t7 t8 E 2kI k2 E 当线路 k2点 短路时，由电源 提供的短路电流 将流过保护 4， 3， 5， 2等，这些地方装设的过电流保护均要启动，为保证 动作的选择性，需满足： t8 t7 t1 t6 t2 t5 t3 t4 k1点 短路时要求 t7 t8， k2点 短路时要求 t8 t7 ， 显然矛盾！ 分析双侧电源供电情况下所出现的这一新 矛盾 ,可以发现 ,误动的保护均是在自己所 保护的线路背后发生故障时 ,由对侧电源供 给的短路电流所引起的。对误动的保护而 言 ,实际短路功率的方向都是由线路流向母 线 (或者说功率的方向为负 )。 2.措施 为了消除这种无选择的动作需要在可能产 生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件 . I + + I 或 该元件只当短路功率方向由母线流向线路 时动作，相反则不动作 . 3.方向元件的要求 4.定义 在 正前方 发生短路时 : 计算出的功率为正 ,方向元件能够动作 . 在 背后 发生短路时 : 计算出的功率为负 ,方向元件能够可靠不动作 . 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 . 方向性电流保护 = 电流保护 +功率方向继电器 为方向继电器固有内角 JA BCU AI 90o接线方式 ) 0 (arg 1 cos A A I U 时 当 在三相对称的情况下， 加入继电器的电流和 电压之间的相位角为 90o 3.采用 90接线的动作分析 AU BUCU BCU AI BI CI d JA 由于三相对称，三个方向继电器 工作情况完全一样，故可只取 A 相继电器来分析由图可见 : JA AII JA BCUU 090J A d 因为电流超前于电压 正方向发生三相短路时的向量图如图所示 ， 、 、 表示保护 安装地点的母线电压 ， 、 、 为三相的短路电流 ， 电流滞后 对应相电压的角度为线路阻抗角 。 CUBU AU CI BI AI d 1) 正方向发生 三相 短路 A相继电器的动作条件应为 : 要求 : 00 90o d 当 要求 000 1 8 0 00d 当 要求 009 0 9 0 090 d 0c o s( 9 0 ) 0B C A dUI 继电器均能够动作 2)正方向发生 两相 短路 设 B C两相短路 d(2)BC， 此时可以有两种极限情况 a） 短路点位于保护安装地点附近 ， 短路阻抗 Zk Zs， 极限时取 Zs =0， 电流 仍由电势 产生 ， 并滞后一个角度 ， 保护安装地点的电压为 : BI d AAUE B BBdB kU U I Z E AAUE dBUdCU B BEU BCE BI CI d CAU ABU CCdCCkU U I Z E BCE C CEU 2 ( ) BC BC kS EEII ZZ JB BII JB CAUU 0120J B d AAUE dBUdCU B BEU BCE BI CI d CAU ABU C CEU 对于 B相继电器 : 则动作条件应为 : 0c os( 120 ) 0CA B dUI JB 0120 JC CII JC ABUU 00 0 ( 1 8 0 1 2 0 ) 60 J C d d . AAUE dBUdCU . B BEU . BCE BI CI d CAU ABU . C CEU 对于 C相继电器 : 则动作条件应为 : 0c os( 60 ) 0A B C kUI 0180 0120 JC 综合三相和各种两相短路的分析得出 : 30 60oo 0 90ood 当 时 ， 使故障相方向继电器在 一切故障情况下都能动作的条件应为 : 接线方式的主要优点是： 第一 ， 对各种两相短路都没有死区 ， 因为继电 器加入的是非故障的相间电压 ， 其值很高； 第二 ， 适当地选择继电器的内角 后 ， 对线路 上发生的各种故障 ， 都能保证动作的方向性 。 o90 五、双侧电源网络中电流保护整定的特点 d1 d2 A B 1 2 E E 当任一侧区外相邻线路出口处短路时 (如 d1或 d2点 ),短路 电流 Id1或 Id2要同时流过两侧的保护 1和 2,但按选择性要求 , 两保护均不应动作 .因此为了防止保护误动 . m a x21 dr e ls e t IKI m a x12 dr e ls e t IKI 1.电流速断保护 曲线 由电源 E 供给的电流 . 曲线 由电源 E 供给的电流 . 功率大提 供短路电流 也大 E Id2 I d1 2setI Id 1setI 从图中可以看出，保护 1 从定值上就能躲开背后 d1 点短路时的短路电流 1) 两个保护的起动电流应选得相同 ,并按较大的一个短 路电流进行整定 . 例如 : : m a x.1m a x.2 时dd II 则应取 : m a x.22.1. dr e ls e ts e t IKII 这样 ,整定的结果 ,将使位于小电源侧保护 2的保护范 围缩小 ,灵敏度下降 . 2) 为解决这一问题 ,就需要在保护 2处装设方向元件 ,使 其只当电流从母线流向被保护线路时才动作 .这样 ,保 护 2的起动电流就可按躲开 d1点短路来整定 . 选择 : m a x.12. dr e ls e t IKI 这样就增加了保护范围 ,同时保证了选择性。 3) 保护 1处无需装设方向元件 ,因为它已从定值上可靠地 躲开了反向短路时流过保护 1的最大电流 Id1.max dI l )(s e t .2 带方向I d1 d2 A B 1 2 E E 2.限时电流速断保护 对于双侧电源网络中的限时电流速断保 护 ,其整定原则仍应与下一级的电流速断 保护相配合。但要考虑保护安装地点与短 路点之间有 电源或分支线路 的影响。 由于分支电路 中有电源 ,故障 线路中的短路电 流 IBC将大于 IAB,其值 :IBC=IAB+IAB IAB IBC .1setI .1setI M IAB.M set.2I Id 这种使故障线路电流增大的现象称为 助增 . d A B 1 2 C IBC IAB I AB 1) 助增电流的影响 E E set.2I M点是保护 2电流速 断的保护范围末端 B C A B A BI I I 保护 2电流速断的整定值仍按躲开相邻线路出口短路整 定为 .其保护范围末端位于 M点这时流过保护 1的电 流为 IAB.M,其值小于 IBC.M(= ).因此 ,保护 1的限时速 断的整定值应为 引入分支系数 kfz Kfz= 故障线路流过的短路电流 前一级保护所在线路上流过的短路电流 则整定配合点 M处 的分支系数为 : Kfz= = IBC.M IAB.M Iset.2 IAB.M IAB.M= = IBC.M K fz Kfz 1 I set.2 于是 I”set.1= K ”rel Kfz I set.2 (比单侧电源线路 ,在分 母上多了一个大于 1的分支系数影响 ) I”set.1变小 ,增大了保护范围 ,以与 Iset.2配合 . set.2I set.2I se t. 1 .I re l A B MKI 2) 外汲电流的影响 A 2 B 1 C ABI BCI BCI BCI 由于分支电路为一并联 线路 ,故障线路中的电流 IBC将小于 IAB.其关系式为 : 这种使故障线路中电流减 少的现象 ,称为外汲 . Ik IBC 2setI IAB 1setI 2setI I AB I ABM M 这时分支系数 K fz1 3) 当变电所 B母线上既有电源又有并联的线路时 ,分支系数 Kfz可能大于 1也可能小于 1.应以配合点 Kfz最小值 计算 . .2 .1 re l se t se t fz KII K E A B B C B CI I I 3.过电流保护 A B 1 2 I E C E 1 d 3 4 5 6 7 8 C D 1 d I 1 d I 当 d1点短路时流过各保护的短路电流 A B 1 2 I E C E 2 d 3 4 5 6 7 8 C D 2 d I 2 d I 当 d2点短路时流过各保护的短路电流 l 5 t 6 t 7 t 8 t t t 1 t 2 t 3 t 4 t l A B 1 2 I E C E 3 4 5 6 7 8 C D 假设断路器 8 断开，电源 E 不存在， 则发生短路 时，保护 1， 2， 3， 4的动 作情况和由 电源 E 单独 供电时一样， 它们之间的 选择性是能 够保证的。 如果电源 E 不存在，则保护 5， 6， 7， 8 由电源 E 单独供电，此时它们之间也同 样能够保证动作的选择性 若每个 保护均 装设方 向元件 则与单 侧电源 相同 过电流保护中，反方向短路一般都是很难从电流整 定值躲开，而主要决定于动作时限的大小。当一条 母线上有多条电源线路时，除动作时限最长的一个 过电流保护不需要装方向元件外，其余都要装方向 元件。 A B 1 2 I E C E 3 4 5 6 7 8 C D 能不用方向元件的地方就尽量不用 ! a.电流速断 ,从整定值上躲开反方向的短路 ,可 以不用 . b.限时电流速断要考虑电流助增和汲取的影响 . c.过电流保护 ,从定值上难以躲开 ,选择合适的 动作时限保证选择性可以不用 . 只有那些在反方向短路时 ,靠时限不 能保证选择性的过电流保护 ,才需装设 方向元件 .