方向元件(1)

在两相运行中 时计算出来， 正确动作，不 维持时间较短。 受负载和系统 振荡影响等
三、方向纵联保护逻辑图
& & & U 12 U 1 M U 2 I& I& M I& 12 1 2


式中ΔU12和ΔI12正序、负序电压和电流综合分量；M为转换 因子，可根据不同的短路类型选择。 通常我们会采用补偿阻抗ZCOM,适当选取其值的大小，使其阻 抗角和系统阻抗相同，利用电流故障分量在补偿阻抗上产生 虚拟压降，即补偿电压来间接参与比相。
2.1、零序方向元件原理
纵联保护中的零序方向元件也设有正反方向两
个元件。零序方向元件由零序过流元件2L0和零 序正方向元件F0+相与输出，而反方向元件由零 序启动过流元件3L0和零序反方向元件F0-相与 输出。 已知零序阻抗角为ψ0，当正方向接地故障时， 3I0超前3U0为180°-源自文库ψ0，零序功率为负， F0+ 元件动作；当反方向接地故障时，3U0超前3I0 的角度为ψ0，零序功率为正， F0-动作。

1.1 工频变化量方向元件原理

实际上的方向元件是比较故障分量电压和故障分量 电流在模拟阻抗Zr上得电压间相位关系，设Zr、ZS 、 Z’S的阻抗角相等，在正向故障时，功率方向为正， & 即 ZS U o
arg arg 180 & Z r I Zr

考虑各种因素的影响动作区应是±90°，所以方向 元件的判据是： & U
90 arg
o
270 & Z r I
o

同理，反方向故障时方向元件的判据是：
& U o 90 arg 90 Z I&
o r
1.2 综合工频变化量方向元件

在大电源侧灵敏度不足时， 如图所示，M侧为一大电源， 线路MN较长，当线路末端N 侧附近发生故障时，M侧保 护所测得到的电压突变量为

1.1 工频变化量方向元件原理

在MN线路上，对于M侧保护， 当正方向k1点故障时，相当于 故障附加状态的等效网络中在 k1点接入一个新电源，变化量 由k1点的新电源产生，继电器 的电压变化（故障分量）是：
& U A ( I& 1 S I&Z 2 S I&Z 0 S ) Z 1 2 0 2 & U B ( a I& 1 S aI&Z 2 S I&Z 0 S ) Z 1 2 0 2 & U C ( aI& 1 S a I&Z 2 S I&Z 0 S ) Z 1 2 0 & & U 0 I 0 Z 0 S
工频变化量方向元件与零序方向元件的对比
优点 缺点 适用场合
零序方向元 反应接地故障 仅能反应接地 可实现快速主 的正确率很高， 故障，不能适 保护，也可作 件
受过渡电阻影 响较小，灵敏 度高等 应系统的两相 运行 为延时的后备 保护 瞬时动作的主 保护
工频变化量 可反应各种故 工频变化量只 障无死区，可 能在故障后短 元件
1.1 工频变化量方向元件原理
则从保护安装处故障分量中减去零序分量所得到的方 & & & 向元件只反应正、负序分量，即： U U U 0 称之为“工频变化量”。 & & 经过数学代换，可得在正向故障时，有 U IZ S & & 同理，反方向故障时有： U IZ S ZS——保护安装处母线上等效电源的阻抗； Z’S——线路阻抗和对侧母线上等效电源阻抗之和。
输电线路纵联保护
方向元件原理（1）
方向元件原理基本简介
为了区分区内还是区外故障，每侧的保护会利用通 道将保护装置对故障方向判别的结果传送到对侧， 在该过程中传送的是逻辑信号，以间接比较两侧的 电气量。 不同线路保护装置采用的方向元件原理各不相同， 如工频变化量方向元件和零序方向元件构成的方向 纵联保护；以阻抗方向元件和零序方向元件构成的 距离纵联保护；能量积分方向元件构成的方向纵联 保护。

一、工频变化量方向元件

RCS-901型装置包括以工频变化量方向元件和零序方 向元件构成的方向纵联保护。而工频变化量方向元 件就是利用故障时电压、电流故障分量中的工频正 序和负序分量判断故障方向的一种方向元件。

由于这种分量不只是在故障时产生，在系统操作或 其他状态突变时也会产生，故称之为工频变化量。
1.2 综合工频变化量方向元件

此时，正、反方向的故障的方向元件分别表示为：
正 方 向 元 件 F 反 方 向 元 件 F & U 12 I& Z com 12 arg &Z I 12 r & U 12 arg I& Z r 12

方向元件原理基本简介
在纵联保护中，方向元件或功率元件是其中的关键 元件，其需要的一些要求如下所示： （1）明确的方向性； （2）正方向元件要确保在本线路全长范围内发生各 种故障都能可靠动作； （3）反方向元件要闭锁正方向元件； （4）线路本侧的反方向元件比正方向元件更灵敏、 动作更快； （5）要求线路本侧的反方向元件比对侧的正方向元 件更灵敏、动作更快。
基于该元件的微机高频保护应用很广，动作迅速， 介于模拟保护和行波方向保护之间（<10ms）。

一、工频变化量方向元件

该种方向元件应该满足如下的几个要求：
（1）正确反映所有类型故障时故障点的方向且无 死区； （2）不受负载的影响，在正常负载下不启动； （3）不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动； （4）在两相运行中，又发生短路时仍能正确判定 故障点的方向。
其中，U,I均表示电压、 电流的故障分量
1.1 工频变化量方向元件原理

同理，当故障点在反方 向k2时，相当于在k2接 入一个电源，故障分量 由此电源产生，得到：
& U A I& 1S I&Z 2 S I&Z 0 S Z 1 2 0 2 & & & & U B a I 1 Z 1S aI 2 Z 2 S I 0 Z 0 S 2 & U C aI& 1S a I&Z 2 S I&Z 0 S Z 1 2 0 & & U 0 I 0 Z 0 S
式中，当ZS/ZL>0.5时，补偿阻抗取0，否则Zcom取 Zset/2,（ZL为被保护线路阻抗， Zcom =为工频变 化量阻抗元件的整定阻抗）。 两种方向元件的工作条件均为180°。

二、零序方向元件
我国电力系统中，超高压线路发生接地故障
占总故障次数的90%，零序方向保护是高压线 路保护中正确动作率最高的一种。 微机零序方向保护与传统的零序电流方向保 护基本原理一致，除了输入量的采集外，所 有的零序电流大小计算、故障方向判断均由 软件完成，满足动作要求即发出跳闸出口命 令。受故障过渡电阻的影响较小，具有较高 的灵敏度。
& & U m U k1 Zm Zm ZL

当M为大电源，Zm会很小， 导致上式的值约为0，此时 则无法用公式判别方向，即 所谓的大电源侧方向判据的 灵敏度不足问题。
1.2 综合工频变化量方向元件

此时可采用综合的故障分量来提高灵敏度。即工频变化量方 向元件利用故障分量ΔU12和ΔI12实现相位比较，则