方向电流保护及功率方向继电器
第四章电网相间短路的方向电流保护
通过对整流型功率方向继电器研究，弄清中间电压变 换器和电抗变换器的作用、构造及作原理。
0.9U A Z1 R1
|
|
0.9U B Z2 R1
|
I op gr
当Z1=Z2，R1=R2，并满足Z1+R1=Z2+R2=Z，则极化继电
器动作条件等效为：
•
UA
•
UB
Iop.r Z 0.9
忽略Iop.r时,上式变为
U&A U&B 0
循环电流式比较回路接线简单，动作灵敏，构造可靠， 在实际中得到了广泛应用。 ③方案3—均压式比较回路
arg
U&r I&r
90o
继电器内角α常取45°或30°。
最大灵敏线与电压Ur之间夹角 m 称为最大灵敏角，
m =-α，因为这时Ir超前Ur，所以，m 是负角度。这个
角度α在功率方向继电器上是人为可调的，有专门的调节 旋钮。其实质是人们与对短路阻抗角的一种粗略估计值有 关。
g
90o
arg
Ur
e
g
j
Sop.min
U I op.min op.min
U
2 0
4KU KI
方向继电器的最小动作电流、电压和功率是衡量方
向继电器灵敏性的参数。执行元件越灵敏（U0越小）， 则KU、KI越大，方向功率继电器的Iop·min、Uop·min和
Sop·min就越小，方向继电器也就越灵敏。功率方向继电器 的动作特性：
方向电流保护和功率方向继电器
方向电流保护
判断短路故障是 否为正方向
判断线路 是否发生 短路故障
分组：保护1、3、5一组 t1>t3>t5 保护2、4、5一组 t6>t4>t2
结论：位于同一母线两侧旳保护，时限大旳一侧可
不装设方向元件。
电力系统继电保护
方向电流保护
ห้องสมุดไป่ตู้
电力系统继电保护
方向电流保护
作用：
补充——变换器
变换电量：将TA二次5A、TV二次100V转成弱电。 隔离电路：将交直流电流隔离，起屏蔽作用。 调整定值：变化线圈抽头，即变化继电器旳定值。
电力系统继电保护
方向电流保护
4.最小动作电压
KU U K K I I K KU U K K I I K U0
当K sen 时 , K U U K 和 K I I K 同相位
KUUK K I IK K I IK KUUK U0
5.死区
母线近处发生 k(3)，母线电压低
于最小动作电压，继电器不动。
U 2 KL I1 R
K L KTA
注意：U 2 与 I1 同相位
电力系统继电保护
方向电流保护
（3）电抗变换器TL 作用：按一次电流变换为与之成正比旳二次电压
U 2 KI I1
转移阻抗 或 模拟阻抗
注意：U 2 与 I1 相位不同（0~90）
变化线圈W3中电阻，可变化该角度。
电力系统继电保护
调R1消除电压潜动
电压是什么？ 电流是什么？
方向电流保护
第二节 功率方向继电器KW （directional relay）
一、工作原理
两种
幅值比较原理（比幅原理） 相位比较原理（比相原理）
方向电流保护接线方式
I c U ab
电力系统继电保护
按相起动
方向电流保护
电力系统继电保护
方向电流保护
2. 90°接线在相间短路情况下的性能分析 ° 向量图 分析法 U
c
Ua I = I Ka a ϕk ϕ Ka U Ka = U bc
0° ≤ ϕ k ≤ 90°
−90° ≤ ϕ Ka ≤ 0°
Uc
Ub
ϕ K = ϕ sen = −α
近处短路
30° ≤ α ≤ 60°
一般取30° 一般取 ° 或45° °
0° ≤ α ≤ 90°
KWb： ° ≤ α ： 30
两相短路 远处短路
≤ 120°
KWc： 30° ≤ α ： −
≤ 60°
电力系统继电保护
3. 90°接线的优点 ° 两相短路时无死区。 两相短路时无死区。
方向电流保护
适当选择继电器的内角， 适当选择继电器的内角，对于各种相间短路 都能正确判断。 都能正确判断。
0° ≤ α ≤ 90°
电力系统继电保护
（2）保护正方向 ）
方向电流保护
1）近处短路 ）
k
( BC )
U Kc = U ab
I Kc = I c
KWb
ϕ Kc
Ea = U a
0° ≤ ϕ k ≤ 90°
−90° ≤ ϕ Kb ≤ 0°
E bc
ϕk
ϕ Kb = ϕ sen = −α
Ec
Ub = U c
0° ≤ α ≤ 90°
KWc 0° ≤ α ≤ 90°
ϕ Kb
Eb
I Kb = I b
U Kb = U ca
电力系统继电保护
（2）保护正方向 ）
功率方向继电器的工作原理
功率方向继电器的工作原理
功率方向继电器，也叫PDR（Power Directional Relay），是一种
常用于电力系统中的保护设备，用于检测电源电流的方向，以确保电流在
特定方向上流动，而不是相反方向。
它起到了保护电力系统的作用，通常
用于防止电源电流的逆流，从而保护发电机和传输线路等关键设备。
首先，功率方向继电器中的运算电路会从发电机或电力系统中采集电
流的信号，并通过放大和滤波等处理，将其转换为有效的电压信号。
其次，比较电路将这个电流信号与设定的参考方向进行比较。
一般来说，比较电路使用的是一个放大器和一个相位补偿电路。
放大器对电流信
号进行放大处理，而相位补偿电路则对电流信号进行相位的调整，以便比
较的准确性。
然后，对于检测到的电流方向与参考方向相同的情况，继电器的输出
电路将保持关闭状态，不会触发任何动作。
因为电流是以期望的方向流动，不需要进行保护动作。
而对于电流逆向的情况，继电器的输出电路将触发
动作，进行相应的保护措施。
例如，通过触发断路器或切断电源，以防止
电流逆流对系统造成损害。
通常，功率方向继电器还会包含一些额外的功能，例如故障识别和报警。
当继电器检测到异常电流逆向或其他故障情况时，会触发相应的报警
信号，提醒操作员采取相应的措施。
需要注意的是，功率方向继电器的工作性能和准确性对电力系统的正
常运行至关重要。
因此，在选择和应用功率方向继电器时，需要根据实际
情况进行严格的设计和测试。
此外，定期的维护和校准也是确保功率方向
继电器正常工作的关键。
方向电流保护及功率方向继电器
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。
方向过电流保护
K1
当K1点短路,按选择性，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。
３).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。
对电流速断保护：
d1处短路，若
I d1
>
II op3
，则保护3误动．
d2处短路，若
当方向元件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的子系统。
二、方向过电流保护工作原理
在原有保护上增设一个功率方向判别元件, 反向故障时，闭锁保护。
K1
规定：短路功率的方向从母线指向线路 为正方向。
增设功率方向判别元件后,短路功率方向从母线指
向线路时，保护才会有选择性动作。
= k 2
+ 180
I k2
0 90
180 270
Pk1 = Ures Ik1 cosk1 ＞0
Pk2 = -UresIk2 cosk1 ＜ 0
2.功率方向继电器动作条件：
Pk ＞0 动作；
Pk＜0时不动作。
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。
Id2
>
II op2
则保护2误动
对于过电流保护而言，利用动作时间 是无法满足要求的。
K1
K2
当在K1点短路时，按选择性要求 t3 ＞ t2
当K2点短路时，要求 t2 ＞ t3 。 显然，这两个要求是相互矛盾。
原因分析：
反方向故障时对侧电源提供的短路 电流引起保护误动。
解决办法： 在可能误动的保护上加装方向元件 ——功率方向继电器。
电力系统继电保护——22电网相间短路的方向性电流保护
EC UC
U KC U KB
IB EB UB
B相继电器动作行为分析
EA UA IC
30 30
U CA
U AB EBC
k
EC UC
U KC U KB
IB EB UB
ImB IB ,UmB ECA ,mB k 1200
UCAIB cos(k 1200 a) 0 300 a 1200
反方向短路时电压电流相位关系
U
K2
EI
1
K1
Ir
2
EII
Ik1 Ik 2
U
k 2
mA
Ik2
arg UmA ImA
arg
UA Ik 2A
1800
k 2
Im Ik2
180 k 2
1800 1800 k2 2700
UmAImA cosmA U AIk 2A cos(1800 k 2 ) 0
a) 0度接线方式 b) 90度接线方式
功率方向继电器的基本要求
a) 具有明确的方向性，故障类型，故障点的位置都
不影响功率方向继电器的动作特性；
b) 故障时，继电器具有足够的灵敏度
90度接线方式
90°接线方式是指在三相对称且功率因数cos 1 的
情况下，Im 超前 Um90 的接线方式。
UA
AB C
KW
EA
EC
EB
IB
K
IC
ZS
ZS
ZK
Zd
正方向远处BC两相短路向量图
IB
IC
EB EC 2(Zk ZS
)
EA UA IC
方向电流保护及功率方向继电器
操作后应检查设备是否正常运行 ，如有异常应立即停机检查并联
系专业人员进行维修。
04
THANKS
感谢观看
功率方向继电器的定义与作用
定义
功率方向继电器是一种用于检测 和判断功率方向的继电器，它可 以根据电流的方向和大小来控制 电路的通断。
作用
在电力系统中，功率方向继电器 主要用于方向电流保护，防止因 电流反向而引起的设备损坏和安 全事故。
工作原理与结构
工作原理
功率方向继电器通过比较输入电流和电压之间的相位关系，判断功率方向，从而控制触 点的通断。当电流和电压同相时，继电器判定为正向功率；当电流和电压反相时，继电
03
CATALOGUE
方向电流保护的配置与整定
方向电流保护的配置原则
独立性
确保方向电流保护的独立性，避免与其他保 护装置相互干扰。
选择性
确保方向电流保护具有选择性，只切除故障 线路，避免误动作影响其他线路。
可靠性
选用高质量的继电器和设备，确保保护装置 在故障时能够可靠动作。
速动性
要求保护装置在故障发生时快速动作，减小 故障对系统的影响。
加强维护与保养
对保护装置进行定期维护和保养，确保其长期稳 定运行。
ABCD
注意系统的运行方式
在运行过程中，应密切关注系统的运行方式和负 荷变化，及时调整保护装置的定值。
配合其他保护装置使用
在复杂系统中，方向电流保护应与其他保护装置 配合使用，提高系统的安全性和可靠性。
04
CATALOGUE
功率方向继电器的应用与选型
检查接线端子
确保接线端子紧固，无松动或腐蚀现象。
测试功能
定期进行功能测试，确保继电器在正常工作状态下运行良好。
方向电流保护实验报告
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。
方向电流保护
900接线
QF
信号
I
KA 1
KW 1
I
KA 2
KW 2
I
KA 3
KW 3
t
KT
KS
a b TV 二次来 c
功率方向继电器动作行为分析
分析思路(从运行角度分析) 从运行角度分析)
根据短路类型,找出所要分析的某相KW 根据短路类型,找出所要分析的某相 某相 按照接线方式写出加入KW的电压和电流 的电压和电流的表达式 按照接线方式写出加入KW的电压和电流的表达式 画短路向量图,找出加入KW的电压向量,并以该 的电压向量, 画短路向量图,找出加入 的电压向量 电压为参考方向,画出KW的动作区 电压为参考方向,画出 的动作区 找出加入KW的电流向量,判断其是否落在动作区 的电流向量, 找出加入 的电流向量 从而说明KW的动作行为 的动作行为. 内,从而说明 的动作行为
I loa I ′ KB I ′ KC
1
I
P
I loa I ′′ KB I ′′ KC
N
L1
K
L2
图4 15两相短路时非故障相电流的影响
按相起动:
1KA 2KA 3KA
1KW 2KW 3KW
KT
�
第一节 方向问题的提出及方向电流保护
M
I
I
P
I
K1
I
Q
I
K2
I
N
1QF
2QF
3QF
4QF
5QF
6QF
I KM
I KN
解决方法
根据区内与区外短路, 根据区内与区外短路,靠近短路点的保护所流过的短 路功率方向不同, 路功率方向不同,引入方向元件来判别短路功率的方 从而区别区内或区外短路. 向,从而区别区内或区外短路. (以母线电压为参考方向 规定电流从母线流向线路为 以母线电压为参考方向,规定电流从母线流向线路为 以母线电压为参考方向 正)
功率方向继电器动作条件
功率方向继电器动作条件
功率方向继电器（PDR）是一种用于控制电力系统中电流方向的保护装置。
它通常用于保护电力系统中的发电机或变压器，以确保电流在预定方向流动。
PDR的动作条件取决于具体的应用和设定要求，以下是一些常见的PDR动作条件：
1. 电流方向逆变：PDR通常设置在电流方向逆变时动作。
当电流的方向与设定的保护方向相反时，PDR将动作并触发保护动作。
2. 电流大小：PDR通常设置了一个阈值电流。
当电流超过该阈值时，PDR将动作并触发保护动作。
3. 时间延迟：为了防止误动作，PDR通常具有一个时间延迟设置。
只有当电流方向逆变或电流超过阈值持续一段时间后，PDR才会动作。
4. 稳态条件：在某些应用中，PDR只有在电力系统达到稳态条件时才会动作。
这是因为在电力系统启动或停止的过程中，电流方向可能会发生多次逆变。
需要注意的是，具体的PDR动作条件可能会根据不同的电力系统和保护要求而有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体的系统要求进行设置和调试。
功率方向保护实验报告
一、实验名称功率方向保护实验二、实验目的1. 熟悉相间短路功率方向电流保护的基本工作原理；2. 进一步了解功率方向继电器的结构及工作原理；3. 掌握功率方向电流保护的基本特性和整定实验方法；4. 通过实验验证功率方向保护在实际应用中的有效性。
三、实验原理功率方向保护是一种利用电压和电流的乘积来判别电流流向（相位）的继电保护。
其主要元件是功率方向继电器，由电流互感器和电压互感器取得电流、电压信号，以判明短路故障位于保护装置处的正向或反向。
在多侧电源的系统中，功率方向保护可以有效地保证继电保护的选择性。
四、实验仪器设备1. 功率方向继电器2. 电流互感器3. 电压互感器4. 断路器5. 电源6. 测量仪表7. 实验线路五、实验步骤1. 搭建实验线路，包括电流互感器、电压互感器、断路器、测量仪表等。
2. 将电流互感器、电压互感器的二次侧接入功率方向继电器。
3. 设置功率方向继电器的动作参数，如动作电流、动作时间等。
4. 进行实验，观察功率方向继电器的动作情况。
六、实验内容1. 正方向故障实验- 设置故障点，使故障电流从母线流向线路；- 观察功率方向继电器的动作情况，记录动作电流和动作时间；- 分析实验结果，验证功率方向继电器在正方向故障时的保护效果。
2. 反方向故障实验- 设置故障点，使故障电流从线路流向母线；- 观察功率方向继电器的动作情况，记录动作电流和动作时间；- 分析实验结果，验证功率方向继电器在反方向故障时的保护效果。
3. 多侧电源系统实验- 设置多侧电源系统，包括母线、线路、断路器等；- 在不同侧电源下，分别进行正方向和反方向故障实验；- 观察功率方向继电器的动作情况，记录动作电流和动作时间；- 分析实验结果，验证功率方向保护在多侧电源系统中的保护效果。
七、实验结果与分析1. 正方向故障实验结果：- 功率方向继电器在正方向故障时能够可靠动作，动作电流和动作时间符合预期；- 实验结果表明，功率方向保护在正方向故障时具有较好的保护效果。
最新4方向电流保护汇总
幅值比较回路
幅值比较回路由整流和滤波、幅值比较、 执行元件三个单元组成。常用的有循环 电流比较式、均压比较式二种。
循环电流式比较回路接线图
均压式比较回路接线图
极化继电器原理结构图
1-铁芯；2-永久磁铁；3-衔铁；4-触点； 5-右止档；6-左止档
晶体管零指示器
*集成电路型功率方向继电器
构成方向继电器的框图
应满足如下要求： (1)必须保证功率方向继电器具有良好的方
向性。即正向发生任何类型的故障都能动 作，而反向故障时则不动作。 (2)尽量使功率方向继电器在正向故障时具
有较高的灵敏度，φ k接近φ sen 。
减小电压死区的措施
为减小和消除死区，实际上广泛采用非故
障相的相间电压作为参考量去判别电流的
(a) 临界动作条件
arg Ure j 90 Ir
(b) 动作最灵敏条件 arg U re j 0 Ir
功率方向继电器的动作特性
功率方向继电器的动作特性
功率方向继电器的动作特性
功率方向继电器的动作特性
4.3 功率方向继电器的接线方式
功率方向继电器的接线方式:继电器与电流 互感器和电压互感器之间的连接方式。
正方向出口三相短路时仍有死区。
非故障相电流的影响及按相起动接线
不对称故障时非故障相仍有电流，称为非 故障相电流。
小电流接地系统中非故障相电流为负荷电 流。
大电流接地系统中还应考虑接地故障时由 于零序电流分布系数与正负序电流分布系 数不同造成的非故障电流。
两相短路对非故障相电流的影响
非按相启动
幅 值 比 较 动 作 方 程 ： U AU B
将 U C 和 U D 代 入 ， 得 到 幅 值 比 较 的 两 电 气 量 U A 和 U B 。
方向过电流保护
Pk1 U res I k1 cos k1 ＞0
当反方向短路时，通过保护3的短路功率为
Pk 2 U res I k 2 cos k1 ＜ 0
功率方向继电器动作条件：
Pk ＞0 动作；
Pk＜0时不动作。
（1）相位比较式原理 实质是判断母线电压与电流之间 相位角是否在 90 ~ 90 范围内。
由上面分析可见，相位比较与幅值 比较相互间是可以转换的。
比幅关系
C D A B D C
比相关系
A B 2C 2 D B A
比幅式动作方程
U K uv r Kur I r
≥
I K U K ur r uv r
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。
教学 要求
通过学习要求掌握方向过电流保护的基 本工作原理；功率方向继电器工作原理 及动作区。功率方向继电器采用 90 接 线的目的，消除出口三相短路死区的方 法。 是为了提高输电线路
2、方向过电流保护工作原理
K1
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 t2
单相式方向过电流保护原理接线：
信号
接自母线TV
功率方向继电器
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。
功率方向继电器的工作原理
功率方向继电器的工作原理功率方向继电器（Power Directional Relay）是一种用于保护电力系统的继电器，它主要用于检测电力系统中的电流方向，并根据电流方向的变化来实现电力系统的保护控制。
功率方向继电器的工作原理是基于其内部的电流传感器来检测电流方向。
下面将详细介绍功率方向继电器的工作原理。
1.电流检测：功率方向继电器的电流检测是通过电流变流器（Current Transformer，CT）来实现的。
CT将电流信号变换为相应的低电压信号，然后传送给电流整流器进行整流。
电流整流器将交流信号转换为直流信号，以便进行后续的电流比较和判断。
2.电流方向判断：通过电流方向判断，功率方向继电器可以实现对电流方向的监测和保护。
一般来说，当传入电路的电流方向与设定的方向一致时，继电器的触点闭合，实现信号的传递；而当传入电路的电流方向与设定的方向相反时，继电器的触点断开，起到断电保护的作用。
在电流方向判断方面，功率方向继电器主要使用电流比较器来实现。
电流比较器将输入的电流信号与设定的方向进行比较，从而判断电流的方向。
电流比较器通常包含一个比较器和一个参考电流源。
比较器将输入电流信号与参考电流信号进行比较，并根据比较结果控制触点的状态。
当电流方向与参考电流方向一致时，比较器输出高电平信号，触点闭合；当电流方向与参考电流方向相反时，比较器输出低电平信号，触点断开。
除了电流检测和电流方向判断，功率方向继电器还需要传输电流方向报警信号，并对外界的干扰进行抑制。
传输电流方向报警信号一般通过触点实现，当电流方向发生变化时，继电器触点的状态也会相应发生变化，从而传输报警信号。
为了保证继电器的准确性和可靠性，功率方向继电器还需要进行一些抑制措施，如对温度、湿度等环境因素进行补偿。
总结起来，功率方向继电器的工作原理是通过电流传感器检测电流方向，并通过内部的电流比较器判断电流方向是否正确，从而实现对电力系统的保护控制。
方向电流保护
一、方向性电流保护的工作原理
为满足选择性，在电流保护中增加功率方 向元件用以判别短路功率方向。
方向电流保护的定义：附加判断短路功率 方向元件的电流保护。
功率方向元件作用：判别短路功率方向， 功率方向为正时动作，反之不动作。
等效
一、方向电流保护的原理接线图
一、方向电流保护的原理
组成：
一、方向性电流保护的工作原理
规定短路功率方向：母线流向线路为正，
反之为负.
一、方向性电流保护的工作原理
原因分析：反方向故障时对侧电源提供 的短路电流引起保护误动。 不同地点短路时，该动的近故障点保护功率
方向为正，不该动的保护功率方向为负。
解决办法：利用方向元件与电流元件结 合就构成了方向电流保护。
不同之处：按正方向下一级电流Ⅰ配合；
方向过电流保护：动作电流：按躲开线路最大负
荷电流整定；动作时限：同方向过电流按阶梯原
则确定。
方向过电流保护的动作时限配合
电流保护加装方向元件后，只要同方向的过电 流动作时限需按阶梯形原则配合。
方向过电流保护方向元件装设原则 同一母线两侧保护：
动作时限短者必须加方向元件；
引性要求保护3 跳闸，保护2不应动作，t2＞ t3；
保护4、5起动，选择性要求保护4跳闸，保护 5不应动作，t5＞ t4
引入：方向电流保护
K2短路：保护2、3均起动，选择性要求保护2 跳闸，保护3不应动作，t3＞ t2； 可见，不同地点短路，为满足选择性，对保护2 和保护3的动作时限要求不同，是矛盾的。如何 解决？
（1）电流继电器：起动元件，用以判
断线路是否短路；
（2）功率方向继电器：方向元件，用
以判断线路的短路功率方向。 起动条件：正方向范围内故障，即电流 继电器和功率方向继电器均动作。
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问题：背后故障时，电流保护可能误动。 问题：背后故障时，电流保护可能误动。
电力系统继电保护
方向电流保护
2.问题的解决 ——加装功率方向元件 问题的解决 M A1 k2 2 B 3 k1 4 C N
~
分析： 短路 保护2功率方向为线路 分析： k1短路 保护 功率方向为线路 保护3功率方向为母线 保护 功率方向为母线 k2短路 保护 功率方向为母线 短路 保护2功率方向为母线 保护3功率方向为线路 保护 功率方向为线路 母线 线路 线路 母线
i i i
≤ 90°
i
IK
用 实现 令 U C = K U U K —用TV实现
令 U D = K I I K —用TL实现 用 实现
i i
i
i
i
−90° ≤ arg
i
UC
i
≤ 90°
UD
−90° ≤ arg
KU U K
i i
≤ 90°
KI IK
i
α = arg
KU
i
= ϕU − ϕ I
KI
≤ 90° − α
i i i
K U U K + K I I K − K U U K − K I I K ≥ U0
电流潜动、电压潜动 电流潜动、 原因： 原因：比较回路中参数不对称 危害：误动、拒动、 危害：误动、拒动、灵敏度下降 措施： 措施：调R2消除电流潜动 消除电流潜动 调R1消除电压潜动 消除电压潜动 电压是什么？ 电压是什么？ 电流是什么？ 电流是什么？
继电器内角
−90° − α ≤ arg
UK
i
IK
电力系统继电保护
2.幅值比较原理 幅值比较原理
i i i i i i i
方向电流保护
动作量 令 U A = U C + U D = K U U K + K I I K ——动作量 i i i i i i i 制动量 令 U B = U C − U D = K U U K − K I I K ——制动量 动 作 条 件？
U 2 = K L I1
R KL = K TA
注意：U 2 与 I1 同相位
i i
i
i
电力系统继电保护
（3）电抗变换器 ）电抗变换器TL
方向电流保护
作用： 作用：按一次电流变换为与之成正比的二次电压
U 2 = K I I1
转移阻抗 或 模拟阻抗
i i
i
i
i
注意：U 2 与 I1 相位不同（0~ 90° ）
i
U
A
≥ UB
i
i
i U
K
U
K
+ K
i
I
IK ≥ K
i
i
i U
U
K
− K
i
i I
IK
电力系统继电保护
方向电流保护
差磁法 3.幅值比较回路 幅值比较回路 均压法 环流法
电力系统继电保护
方向电流保护
注意： 注意： 极化继电器存在动 作电压U 作电压 0，实际上 应为
U A − U B ≥ U0
i
i
电力系统继电保护
~
结论： 结论：正方向母线
线路,反方向线路 线路 反方向线路
母线
电力系统继电保护
3.工作原理 工作原理 电流元件+方向元件 电流元件 方向元件
判断线路 是否发生 短路故障
方向电流保护
判断短路故障是 否为正方向
方向电流保护
分组：保护 、 、 一组 分组：保护1、3、5一组 t1>t3>t5 保护2、 、 一组 保护 、4、5一组 t6>t4>t2
改变线圈W3中电阻，可改变该角度。 中电阻，可改变该角度。 改变线圈 中电阻
电力系统继电保护
方向电流保护
功率方向继电器KW 第二节 功率方向继电器 （directional relay） ）
一、工作原理 幅值比较原理（比幅原理） 幅值比较原理（比幅原理） 两种 相位比较原理（比相原理） 相位比较原理（比相原理） 1.相位比较原理 相位比较原理 电流为母线 线路 正方向 电压为母线高于大地 便于实 现
方向电流保护
电力系统继电保护
方向电流保护
电力系统继电保护
二、LG-11型功率 型功率 方向继电器 1.构成 构成
方向电流保护
电压形成回路 幅值比较回路 执行元件
电力系统继电保护
2.动作条件 动作条件
方向电流保护
U A = KU U K + K I I K
i
i
i
i
i
U A − U B ≥ U0
i
电力系统继电保护
（1）电压变换器 ）电压变换器TV 作用： 作用：按比例降低输入电压的幅值
方向电流保护
U 2 = KU U1
i
i
W2 KU = W1
注意：U 2 与 U 1 同相位
i
i
电力系统继电保护
（2）电流变换器 ）电流变换器TA
方向电流保护
作用： 作用：按一次电流变换为与之成正比的二次电压
电力系统继电保护
方向电流保护
第二章
1.问题的提出 问题的提出 M A1
电网相间短路的方向电流保护
第一节 方向电流保护工作原理
k2 2 B 3 k1 4 C N
~
只研究保护2和 的过电流保护 的过电流保护（ 只研究保护 和3的过电流保护（Ⅲ段）：
~
矛盾
：要求t3>t2 k1：要求t3<t2 k2：要求 ：要求
i
U B = KU U K − K I I K
3.动作区和最大灵敏角 动作区和最大灵敏角 i
i
i
i
i
i
−90° − α ≤ arg
UK
i
最大灵敏线
≤ 90° − α
IK
当 ϕ K = ϕ sen = −α 时
i i i i
− (90° + α )
ϕ sen =i −α
UK
90° − α
K U U K 和 K I I K 同相位
结论：位于同一母线两侧的保护， 结论：位于同一母线两侧的保护，时限大的一侧可
不装设方向元件。 不装设方向元件。
电力系统继电保护
方向电流保护
电力系统继电保护 补充——变换器 变换器 补充
作用： 作用：
方向电流保护
变换电量： 二次5A、 二次 二次100V转成弱电。 转成弱电。 变换电量：将TA二次 、TV二次 二次 转成弱电 隔离电路：将交直流电流隔离，起屏蔽作用。 隔离电路：将交直流电流隔离，起屏蔽作用。 调节定值：改变线圈抽头，即改变继电器的定值。 调节定值：改变线圈抽头，即改变继电器的定值。 种类： 种类： 电压变换器（ 、 ） 电压变换器（TV、YB） 电流变换器（ 、 ） 电流变换器（TA、LB） 电抗变换器（ 、 电抗变换器（TL、DKB） ）
电力系统继电保护
4.最小动作电压 最小动作电压
方向电流保护
K U U K + K I I K − K U U K − K I I K ≥ U0
当 ϕ K = ϕ sen = −α 时 , K U U K 和 K I I K 同相位
i i i i
i
i
i
i
i
i
i
i
( KU U K + K I I K ) − ( K I I K − KU U K ) ≥ U 0
5.死区 死区 母线近处发生 k ，母线电压低 于最小动作电压，继电器不动。 于最小动作电压，继电器不动。
( 3)
U op .min
U0 = 2 KU
措施： 一次侧串联电容 一次侧串联电容C1 措施：TV一次侧串联电容
电力系统继电保护
6.潜动 潜动
i i i i i
方向电流保护
只通入电流或电压一个量， 只通入电流或电压一个量， 电流 一个量 继电器能否动作？ 继电器能否动作？
便于 分析原理
电力系统继电保护
方向电流保护
KW的实质 的实质 判别母线电压和流入 线路电流间相位角是 否在-90° 否在 °~90°之间 °
如何实现？ 如何实现？
动作条件: 动作条件
i
−90° ≤ arg
UK
i
≤ 90°
IK
电力系统继电保护
i
方向电流保护
UK
i
KW的实现： −90° ≤ arg 的实现： 的实现