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 +φj1

φ2 = 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<90º

2、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 d

B B E U U 21-==A d

C C E U U .

..21-==B JB

I I ..=