方向电流保护

一、方向性电流保护的工作原理1、1、问题的提出2.解决办法d1点短路：保护1的短路功率由线路指向母线，保护6的短路功率由母线指向线路。

d2点短路：保护1的短路功率由母线指向线路，保护6的短路功率由线路指向母线。

利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动；凡是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负），保护就不起动。

d1点短路：保护2、3、6、7、起动，根据阶梯时限原则t2 ＜t3，t6 ＜t7 ,保护2和6动作，保护3、7返回，从而保证有选择地切除故障d2点短路：保护1、2、3、7起动，t1 ＜t2 ＜t3 ，故保护1和7起动，保护2、3返回，判断短路功率方向，一般采用功率方向继电器。

d1 点短路时：Pd1 =UId1 cos ϕ1 为正值，功率方向继电器动作。

d2 点短路时：Pd2 =UId2 cos ϕ 2 为负值，功率方向继电器不动作。

式中ϕ为电压U与电流I之间的夹角3.方向过电流保护方向过电流保护:增加了功率方向元件的过电流保护。

即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护装置，其原理接线图下图所示。

二. 整流型功率方向继电器 组成：电压形成回路、比较回路、执行元件1. 电压形成回路电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相位，经过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的电压，该电压经整流滤波后变成与变流量成正比的直流电压，然后送到比较回路进行比较，以确定继电器是否动作，最后由执行元件表示继电器的工作状态（动作或返回）。

（1）、电抗变换器（TX ）作用：将输入的一次侧较大电流量按比例地变换成二次侧的较低电压U2 。

k j j I e I K U ϕ..=2（2）电压变换器（TM ）作用：将一次侧的强电压成比例地变换成二次侧的弱电压。

式中 KU 为电压变换器的变换系数。

a.相位比较式：设以电网对地电压为基准且为正，电流由母线流向线路为电流的正方向。

当电压与电流之间的相位角小于90°时，对应的输出功率为正；电压与电流之间的相位差大于90°时，输出功率为负，正功率的条件就是：功率方向继电器是反应正功率动作，负功率不动作的继电器，也就是说，功率方向继电器反应加于继电器的电压及电流之间的相位差φ。

令动作条件变为： b.幅值比较式令(2)幅值比较回路即把和分别整流后进行幅值比较，分为均衡电压式和循环电流式。

....D C A +=︒⋅=902j j U e U K U ..︒≤≤︒-⋅⋅9090I U arg k j J I e I K C φ⋅⋅=..ο90j J U e U K D ⋅⋅=..︒≤≤︒-9090..arg C D ....D C B -=a.均衡电压式：其原理接线如下图所示。

整流后接于电阻R1，R1两端电压为U a，整流后接于电阻R2，R2两端电压为U b。

作为执行元件的继电器J接于两个电压之差上，反应于U a -U b =U ab而动作。

b.循环电流式执行元件反应于和整流后的电流之差I a -I b而动作。

3.执行元件极化继电器：由绕组,永久磁铁, 可动舌片,接点,铁芯等组成。

主要特点: 继电器的可动舌片处于两个磁通的作用之下，一个是由线圈的电流产生的工作磁通，另一个是由永久磁铁产生的极化磁通（它的方向是不变的）。

极化磁通φj自N 极流出后就分为两部分，φj1经过空气隙δ1而连通，φj2经过空气隙δ2而连通。

φ1 =φg +φj1φ2 = φj2 - φg当线圈没有电流时，δ2<δ1，φ2>φ1,舌片被吸引向右边，接点断开.当线圈中通以电流I j时，φ1 ＞φ2时，舌片被吸向左侧磁极，继电器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流。

继电器动作以后，逐渐减小工作电流，则φ1减小，φ2 增加，当φ2＞φ1时，则舌片又被吸向右侧磁极，继电器返回。

当继电器线圈通入相反方向的电流时，δ1的磁通加强，δ2的磁通减弱，继电器不动作。

结论：该继电器的动作具有方向性。

如果把极化继电器的工作线圈，接入幅值比较回路，且当U ab （或I a-I b）为正时，使继电器动作，那么，当U ab （或I a-I b）为负时，它就不动作，正好满足继电器具有方向性的要求。

整流型继电器：用极化继电器作为执行元件而构成的继电器。

4. 动作特性功率方向继电器的动作特性示于下图。

5.举一实例三、相间短路功率方向继电器的接线方式对方向继电器的要求：1、正方向任何形式的短路，继电器都能动作；反方向短路，继电器不动作。

2、故障以后，加入继电器能电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高。

反应相间短路的方向继电器广泛采用90º接线。

所谓90º接线是假设三相电压对称负载为纯电阻时，对任何一个方向继电器所施加的电流和电压相位相差90º的一种接线方式。

如下图所示。

过电流方向保护原理接线如下图所示。

对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性，极性接反了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动的后果。

1、三相对称短路一般而言，0º< ϕ d <90º,为使方向继电器在任何ϕ d 情况下均动作，必须使 -90º<θ<90º,即-90º< ϕ d -90º+α<90º， 所以 0º< ϕ d +α<180º当ϕ d =0º时，0º<α<180º当ϕ d =90º时，-90º<α<90º同时满足以上两个条件为：0º<α<90º2、正方向两相短路1）、短路点位于保护出口处设B 、C 两相短路，短路阻抗Z d ≈0，此时的相量图如下图所示。

短路点电压为A 相继电器：IA ≈0，故继电器不动作。

B 相继电器：A dA A E U U ...==...A dB B E U U 21-==A dC C E U U ...21-==B JBI I ..=θB =ϕd - ϕk =ϕ d -90º+α,C 相继电器：θc=ϕd - ϕk = ϕd -90º+α继电器动作条件：-90º< θ<90º若在0º< ϕd<90º的范围内，使继电器均能动作，选择内角α为0º<α<90º（2）、短路点远离保护安装地点Zd 》ZS ≈0 ，相量图如下图所示。

B 相继电器：θB =-(ΦK -(Φd -30°))=Φd -Φk-30°=Φd -120º+α继电器动作条件-90º<θB <90º,当0º＜ϕd ＜90º时则30º＜α＜120ºC 相继电器：θC =φd +30-φk =φd -60°+α继电器动作条件为:-90°<θc<90°,当0°<Φd <90°,则0°<α<60°结论：正方向两相短路时，B 相继电器能够动作的条件是30°<α<90°, C 相继电器为0°<α<60º。

最终结论：综合三相短路和各种两相短路分析得出：当0º<Φd <90º时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为：30°<α<60°用于相间短路的整流功率方向继电器提供了α=45º和α=30º两种内角，能够满足上述要求。

应指出：要使继电器动作最灵敏，须使α=90º-φd 。

90º接线方式的主要优点：(1).对各种两相短路没有死区。

(2)适当选择之后，对各种相间短路，都有能保证动作的方向性；且有较高能灵敏度 四、方向性电流保护的整定计算和三相原理接线图（一） 方向性电流保护的整定计算1、 1、 保护装置的动作电流方向过电流保护的动作电流按以下三个条件整定：（1） （1） 躲过最大负荷电流max.f h zq K dz I K K K I ⋅⋅= （2） （2） 躲过非故障相电流I dz =K K I fg CA JB U U ..=C JC I I ..=AB JC U U ..=（3） （3） 与相邻线路保护装置灵敏度的配合2.3.4.dz dz dz I I I >>6.7.8.dz dz dz I I I >> I dz ⋅7= K ph I dz ⋅62、 2、 保护装置的灵敏度校验近后备保护:灵敏系数要求K lm ≥1.25~1.5；远后备保护:其灵敏系数要求K lm ≥1.2。

方向过电流保护的方向元件（功率方向继电器）灵敏度较高。

故不需校验。

3、 3、 保护装置的动作时限方向过电流保护动作时限的整定，是将动作方向一致的保护，按逆向阶梯原则进行。

如图2-43中的保护2、3、4为同一方向动作的保护。

保护6、7、8也为同一方向动作的保护。

它们的动作时限应为432t t t <<876t t t <<图 2-43 方向过电流保护的时限特性注意:(1)电流速断保护来讲，若从整定值上躲开了反方向的短路，这时可以不用方向元件。

(2)若靠延时能保证动作的选择性时，就不需装设方向元件。

结论:加方向元件的原则是：对装在变电所同一母线上的各元件保护，其动作时限较长的可以不装方向元件，而时限较短的必须装设方向元件；如果保护的时限相等，那就都应该装设方向元件。

思考题：画出下图保护1—8的时限配合。

五、对方向性电流保护的评价优点：方向保护能保证单电源环形网和多电源网各段电流保护之间动作的选择性。

缺点：接线复杂，投资增加，且保护出口处三相短路时有死区。