方向电流保护及功率方向继电器剖析

继电保护—方向过电流保护原理解析（四）一、方向过电流保护简述在电力系统中，两侧电源或单相环网的输电线路，在这样的电网中，为切除线路上的故障，线路两侧都装有断路器和相应的保护，如装设过流保护将不能保证动作的选择性。

为解决选择性的问题，在原来的电流保护的基础上装设了方向原件（功率方向继电器）。

规定：功率的方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。

由功率方向继电器加以判断，当功率方向为正时动作，反之不动。

二、方向过电流保护动作分析当K1点短路,保护1、2动作，断开QF1和QF2，接在A、B、C、D母线上的用户，仍然由A侧电源和D侧电源分别供电，提高了对用户供电可靠性。

阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。

以瞬时电流速断保护1为例，保护的动作电流为：对过电流保护，当在K1点短路时，要求：t2>t3当K2点短路时，要求:t3>t2显然，这两个要求是相互矛盾。

对于定时限过电流保护而言，利用动作时间是无法满足要求的。

结论：短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。

三、方向过电流保护工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。

K1点短路时，保护1、2、4、6为正方向；保护3和5反方向，不应起动。

为了满足选择性要求，保护1、3、5动作时间需进行配合；保护2、4、6动作时间需进行配合。

结论：相同动作方向保护的动作时间仍按阶梯原则进行配合t1>t3>t5，t6>t4>t23.1单相式方向过电流保护原理接线由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。

3.2功率方向继电器工作原理K1点发生短路故障时，加入保护3的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。

通过保护3的短路功率为：＞0当反方向短路时，通过保护3的短路功率为功率方向继电器动作条件：动作方程表达式事实上是间接比较保护安装处母线电压与流过保护安装处电流的相位。

当加入继电器电压为零时，无法进行比相。

继电保护——电⽹的电流保护和⽅向性电流保护⼀．电流继电器1．定义：电流继电器是实现电流保护最基本的元件，也是反应于⼀个电⽓量（单激励量）⽽动作的简单继电器的典型。

它的⼯作原理是⾮常简单的，就是电磁感应原理，因此不准备多讲，下⾯讲四个基本概念。

2 .四个基本概念：（1）起动电流—能使电流继电器动作的最⼩电流值，称为继电器的起动电流。

这⾥要特别关注最⼩两个字，因为电流继电器是反应电流增加⽽动作的，是增量动作的继电器。

如果是低电压继电器，是⽋量动作的继电器，应该是能使电压继电器动作的最⼤电压值，称为起动电压。

（2）返回电流—能使继电器返回原位的最⼤电流称为继电器的返回电流。

这⾥特要别关注最⼤两个字，理由同前。

如果是低电压继电器的返回电压，应该是继电器返回原位的最⼩电压值，称为返回电压。

（3）继电特性—⽆论起动和返回，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，这种特性我们称之为'继电特性'。

（4）返回系数—返回电流与起动电流的⽐值称为继电器的返回系数，可表⽰为 Kh=jdzjhII..。

增量动作的继电器其返回系数⼩于 1，⽋量动作的继电器其返回系数⼤于 1。

以上这四个基本概念不仅是适合于电流继电器和电压继电器，对所有的继电器或保护装置都是适⽤的，但⾸先要搞清楚是增量动作的还是⽋量动作的。

如果是增量动作的，就按照电流继电器的原则去套，如果是⽋量动作的，就按照低电压继电器的原则去套。

⼆．电流速断保护 A B C1．定义：反应于电流增⼤⽽瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

顾名思义 d1 d2电流速断保护应该侧重于速动性。

2．动作特性分析： İd以图 2-1 来分析电流速断保护的动作特性。

II Ⅰ假定在每条线路上均装有电流速断保护， I'dz.2则当线路 A—B 上发⽣故障时，希望保护 2能瞬时动作，⽽当 B—C 上发⽣故障时，希望保护 1 能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本线路全长的 100%。

四川大学电气信息学院实验课程：电力系统继电保护原理实验名称：电流继电器特性实验功率方向继电器特性实验专业班级：电力108班姓名：王飞鹏学号：1143031228王飞鹏108班1143031228实验一电流继电器特性实验一、实验目的1、了解继电器的結构及工作原理。

2、掌握继电器的调试方法。

二、构造原理及用途继电器由电磁铁、线圈、Z型舌片、弹簧、动触点、静触点、整定把手、刻度盘、轴承、限制螺杆等组成。

继电器动作的原理：当继电器线圈中的电流增加到一定值时，该电流产生的电磁力矩能够克服弹簧反作用力矩和摩擦力矩，使Z型舌片沿顺时针方向转动，动静接点接通，继电器动作。

当线圈的电流中断或减小到一定值时，弹簧的反作用力矩使继电器返回。

利用连接片可将继电器的线圈串联或并联，再加上改变调整把手的位置可使其动作值的调整范围变更四倍。

继电器的内部接线图如下：图一为动合触点，图二为动断触点，图三为一动合一动断触点。

电流继电器用于发电机、变压器、线路及电动机等的过负荷和短路保护装置。

三、实验内容1. 外部检查2. 内部及机械部分的检查3. 绝缘检查4. 刻度值检查5. 接点工作可靠性检查四、实验步骤1、外部检查检查外壳与底座间的接合应牢固、紧密；外罩应完好，继电器端子接线应牢固可靠。

1. 内部和机械部分的检查a. 检查转轴纵向和横向的活动范围，该范围不得大于0.15~0.2mm，检查舌片与极间的间隙，舌片动作时不应与磁极相碰，且上下间隙应尽量相同，舌片上下端部弯曲的程度亦相同，舌片的起始和终止位置应合适，舌片活动范围约为7度左右。

b. 检查刻度盘把手固定可靠性，当把手放在某一刻度值时，应不能自由活动。

c. 检查继电器的螺旋弹簧：弹簧的平面应与转轴严格垂直，弹簧由起始位置转至刻度最大位置时，其层间不应彼此接触且应保持相同的间隙。

d. 检查接点：动接点桥与静接点桥接触时所交的角度应为55~65度，且应在距静接点首端约1/3处开始接触，并在其中心线上以不大的摩擦阻力滑行，其终点距接点末端应小于1/3。

方向过电流保护的动作现象分析电力系统继电保护技术,是随着电力系统的发展而发展起来的一门专业技术。

电力系统的发展,致使电网容量不断增加,电压等级也不断升高,电网接线和结构越来越复杂。

为满足电力系统对继电保护提出的基本要求,继电保护也由简单的过电流保护开始,相继出现了方向过电流保护。

1方向问题的提出1)过电流保护:是指电流增大而带一定的动作时限的电流保护,也称电流第三段保护。

其动作电流按躲过最大负荷电流整定,一般动作电流较小,灵敏度较高。

它不仅能保护本线路全长,而且还可以保护相邻线路的全长,经常可以作为本线路的后备(近后备)和相邻线路的后备(远后备)。

2)问题的提出:为了提高电网的供电可靠性,由原来的单侧电源供电的辐射形电网,发展为多侧电源的辐射形电网或单电源的环形电网,在此类电网中,为切除故障元件,应在两侧装设断路器和保护装置。

例如:如图所示的双侧电源电网中,如果在D1点发生短路时,要求保护3和4动作,断开3DL、4DL两个断路器;当在D2点发生相间短路时,则要求保护1和2动作,断开1DL和2DL两个断路器,即可切除故障元件,保证非故障设备继续运行,这就提高了供电可靠性。

但是,如果我们还采用一般过电流保护作为相间短路保护时,根本满足不了电网对继电保护的选择性要求。

例如:当在图D2点短路时,则由电源N供给的短路电流,通过位于B母线两侧的保护3和2,为使其有选择地切除故障,要求保护2先动作而保护3不能动作,则要求保护2的动作时限t2小于保护3的动作t3的动作时限。

而当在如图示D1点短路时,则由电源M供给的短路电流,通过位于B母线两侧的保护3和2,为使其有选择地切除故障,要求保护3先动作而保护2不能动作,则要求保护3的动作时限t3小于保护2的动作t2的动作时限。

显然,这两种矛盾要求,保护2和3无法满足有选择切除故障线路的要求。

所以,为解决这一问题,需进一步分析在D1点和D2点短路时,流过保护2和3的功率方向来满足继电保护的选择性要求。

功率方向电流保护实验一、实验目的1．熟悉相间短路功率方向电流保护的电路结构和工作原理。

2．掌握功率方向电流保护的基本特性和整定试验方法。

二、预习与思考1．为什么在多电源形式电网或单电源环形电网中，功率方向电流保护才能确保切除故障网络动作的选择性和动作的可靠性。

2．功率方向电流保护在多电源网络中什么情况下称为正方向？什么情况下称为反方向？为什么它可以只按正方向保证选择性的条件选择动作电流？3．方向电流保护是否存在死区？死区可能在什么位置发生？如何从功率方向继电器特性实验的参数结合本实验进行分析？4．功率方向电流保护广泛应用在电压为35KV及以下的电网中和110KV ~220KV的电网中分别作为什么保护？三、原理说明1．为什么需要功率方向闭锁在单侧电源辐射形网络中，各断路器和保护装置都是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，按选择性的条件来协调配合工作的。

这里所讲的短路功率，一般指短路时某点电压与电流相乘所得到的感应功率，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。

随着电力系统的发展和用户对供电可靠性的提高，现代的电力系统实际上都是由多电源组成的复杂网络。

对此，上述简单保护方式，已不能满足系统运行的要求。

图5-1所示为双侧电源网络，图中“→”表示短路时电源流向短路点的短路电流及短路功率的方向。

在该网络中，由于两侧都有电源，因此在每条线路的两端均需装设断路器和保护装置。

假设电源E B 不存在，则发生短路时，保护1、2、3、4、A就是一个由电源E A 供电的单侧电源辐射式电网，它们之间的选择性是能够满足的。

其过电流保护按图中t = f( L )时限特性实线部分配合工作。

如电源E A不存在，保护5、6、7、8、B同样也能保证动作的选择性，此时它们由电源E B供电。

其过流保护按图中阶梯时限特性的虚线部分配合工作。

图5-1 两侧电源供电网络当两个电源同时存在，d-1点发生短路时，按照选择性的要求，应由距故障点最近的保护3和7动作切除故障。

方向电流保护及功率方向继电器前言在电路中，一些较大的电流很容易引起故障或损坏。

为了保护电路和设备的安全，我们需要使用电流保护来限制电流大小。

而功率方向继电器可以在电路中实现控制电流的方向，以及对反向电压的保护。

方向电流保护方向电流保护是通过检测电流方向来限制电流大小的一种方法。

当电流方向与允许的方向相同，电路可以正常工作。

但是，如果电流方向与不允许的方向相同，方向电流保护会自动切断电流，以降低电路中的电流大小，保护电路和设备的安全。

方向电流保护通常是通过两种方法实现的：基于磁场的检测和基于电位差的检测。

基于磁场的检测基于磁场的检测依靠一个稳定的磁场和一个铁芯来检测电流方向。

当电流流经铁芯时，会产生一个磁场，方向电流保护通过检测这个磁场的方向来判断电流方向。

如果电流方向与充许的方向相反，方向电流保护会切断电路。

由于基于磁场的检测需要一个铁芯，因此它对于高频电路不太适用，因为铁芯会对高频信号产生损耗。

基于电位差的检测基于电位差的检测依靠一个差动电容来检测电流方向。

当电流流经一个差动电容时，会产生一个电位差，方向电流保护通过检测这个电位差的方向来判断电流方向。

如果电流方向与允许的方向相反，方向电流保护会切断电路。

基于电位差的检测对于高频电路更加适合，因为它不需要铁芯。

功率方向继电器功率方向继电器常用于控制电源或负载的正反向控制，以及对反向电压的保护。

功率方向继电器可以实现控制电流的方向，使电流只流向正方向，同时阻止反向电压的传播。

功率方向继电器有两种主要类型：机械式和电子式。

机械式功率方向继电器机械式功率方向继电器使用一个机械可控开关来实现正反向控制。

当控制信号引脚的电压高于某个门槛电压时，机械可控开关会切换到正向模式，使电流只能流向正向；当控制信号引脚的电压低于某个门槛电压时，机械可控开关会切换到反向模式，使电流只能流向反向。

机械式功率方向继电器适用于一些大型负载电路，但是它有一些缺点：继电器内部的机械可控开关会产生电磁干扰和噪声，同时机械可控开关的寿命有限。

一、实验目的1. 理解方向电流保护的基本原理和工作机制。

2. 掌握功率方向继电器的结构和工作原理。

3. 熟悉方向电流保护在电力系统中的应用和整定方法。

4. 通过实验验证方向电流保护的实际效果。

二、实验原理方向电流保护是一种用于电力系统故障检测和切除的保护装置。

其主要原理是根据故障电流的方向来判断故障的位置，从而实现对故障的快速切除。

在电力系统中，故障电流的方向通常由故障点与保护装置之间的距离决定。

当故障发生在保护装置上游时，故障电流从母线流向线路；当故障发生在保护装置下游时，故障电流从线路流向母线。

方向电流保护的核心部件是功率方向继电器，它能够根据电压和电流的相位关系判断故障电流的方向。

当故障电流方向与设定的方向一致时，继电器动作，触发保护装置切除故障。

三、实验仪器与设备1. 电力系统仿真软件（如PSS/E、DIgSILENT PowerFactory等）。

2. 电流互感器（CT）。

3. 电压互感器（VT）。

4. 功率方向继电器。

5. 保护装置。

6. 故障模拟器。

四、实验步骤1. 搭建实验模型：使用电力系统仿真软件搭建实验模型，包括电力系统主接线图、保护装置参数等。

2. 设置保护参数：根据电力系统特性和保护装置要求，设置保护参数，如动作电流、动作时间、方向元件的设置等。

3. 模拟故障：使用故障模拟器模拟不同类型的故障，如单相接地故障、两相短路故障等。

4. 观察保护动作：观察保护装置的动作情况，记录保护动作时间、动作电流等参数。

5. 分析实验结果：分析实验数据，验证方向电流保护的实际效果。

五、实验结果与分析1. 故障电流方向判断：实验结果表明，方向电流保护能够准确判断故障电流的方向，从而实现对故障的快速切除。

2. 保护动作时间：实验结果表明，方向电流保护的动作时间符合预期，能够满足电力系统对保护响应速度的要求。

3. 保护装置的可靠性：实验结果表明，保护装置在故障发生时能够可靠动作，切除故障，保护电力系统的安全稳定运行。

第二节电网相间短路的方向性电流保护一. 问题的提出双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。

对电流速断保护：d1处短路，d2处短路，对过电流保护：d1处短路，d2处短路，有选择性，但是产生了矛盾。

上述矛盾的要求不可能同时满足。

原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。

解决办法：加装方向元件——功率方向继电器。

仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。

这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。

保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。

而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。

二、功率方向继电器的工作原理电流规定方向：从母电流向线路为正。

电流本身无法判定方向，需要一个基准——电压。

d1处短路 d2处短路因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。

实现：1、最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。

当输出为最大时的相位差称最大灵敏角。

2、动作范围：动作方程：或3、动作特性:当线路发生三相短路所以4、死区：当正方向出口短路时，，GJ不动——电压死区。

消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。

三、幅值比较原理和相位比较原理及其互换关系对于比较两个电气量的继电器，可按幅值比较原理或相位比较原理来实现。

幅值比较原理：相位比较原理：用四边形法则来分析它们之间的关系：或可见，幅值比较远路与相位比较原理之间具有互换性。

注： 1 必须是同一频率的正弦交流量2 相位比较原理的动作边界为四、LG－11整流型功率方向继电器它是按幅值比较原理来实现的：1、构成：①电压形成回路：由DKB、YB组成：R1、R2——消除潜动、调整平衡。

C1——与YB的励磁电抗形成谐振，使超前90o,其记忆作用用于消除死区，记忆时间为几十毫秒；②比较回路：由半导体整流桥BZ1,BZ2组成的环流是比较回路。