第六节 方向性电流保护

第六节方向性电流保护

本节主要讲方向性电流保护工作原理以及中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护。

一、方向性电流保护工作原理

前面所讲的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，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，按照选择性的条件和灵敏性的配合来协调工作的。

短路功率：一般指短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路功率从电源流向短路点。

目前双侧电源供电较为普遍。

在下图的双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源，则在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。假设断路器8断开，电源不存在，则发生短路时，保护1、2、3、4的动作情况和由电源单独供电是一样的，它们之间的选择性是能够保证的。

如果电源不存在，则保护5、6、7、8由电源单独供电，此时它们之间也同能够保证动作的选择性。

图2-29 双侧电源网络接线

如果两个电源同时存在，当点短路时，按照选择性的要求，应该由距故障点最近的保护2、

6动作切除故障。但由电源供给的短路电流也将通过保护1，如果保护1采用电流速断且

大于保护装置的起动电流，则保护1的电流速断就要误动作；如果保护1采用过电流保护且其动作时限，则保护1的过电流保护也将误动作。

（b）中k2点短路时，本应由保护1和7动作切除故障，但是由电源供给的短路电流将通

过保护6，如果，则保护6的电源速断要误动作；如果过电流保护的动作时限，则保护6的过电流保护也要误动作。其他亦如此。

图2-30 方向过电流保护的原理接线图

方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判别元件，以在反方向故障时保证保护不致误动作。

原理图如上图所示，主要由方向元件、电流元件和时间元件组成，方向元件和电流元件必须都动作之后，才能去起动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。

二、中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

图2-31

当中性点直接接地的电网（或称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，而在正常运行情况下它们是不存在的，因此利用零序电流来构成接地短路的保护，具有显著优点。

在电力系统中发生接地短路时（图a），可以利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量，并利用复合序网来表示它们之间的关系。

短路计算的零序等效网络如图b所示，零序电流可以看成是在故障点出现一个零序电压而产生的，它必须经过变压器接地的中性点构成回路。

零序电流的方向仍然采用母线流向故障点为正，而对零序电压的方向，是线路高于大地的电压为正，如图b中的“↑”所示。

零序分量的参数特点：

（1）故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低，零序电压的分布如图c所示。

（2）当忽略回路的电阻时，按照规定的正方向画出零序电流和电压的矢量图。而当计算回路电阻时，如取零序阻抗角为80度。

（3）对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。

（4）在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络是不变的。

零序电压过滤器：

为了取得零序电压，通常采用图a所示的三个单相式电压互感器或图b所示的三相五柱式电压互感器，其一次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形，这样从m、n端子上得到的输出电压。

而对正序或负序分量的电压，因三相相加后等于零，没有输出。所以这种接线实际上就是零序电压过滤器。

另外，当发电机的中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，图c给出从它的二次绕组中取得的零序电压。

在集成电路和微机保护中，由电压形成回路取得三个相电压后，利用加法器将三个相电压相加，也可以从内部合成零序电压。