电网相间短路的方向性电流保护
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2) 故障时继电器的动作有足够的灵敏度。
功率方向继电器的动作特性
如果按电工技术中测量功率的概念，对A相的功率方向继电器， 加继入电电器压中电压(=U、A电)流U和&之J 电间流的相(角= I为A :) ，I&J 则当正方向d1短路时，
JA
arg
U&A I&d1A
d1
反方向d2短路时 :
JA
arg
dd11
路阻抗角)其值为
0 d1
90o
线路阻抗呈感性，中低压线路阻抗角50 o ~ 60 o 。 超高压线路阻抗角 75 o
当反方向d2点短路时,流经1的短路电流是EⅡ 供给 的.若仍按规定的正方向观察,则 Id 2滞后于母线电压
U的相角将是180o
d 2,其值为
180o
(180o
) d2
270o
U
.
J
lm 90o
IJ
+j
最大灵敏线
不动作区
.
U
lm
.
I
+1
+j
最大灵敏线
.
I
.
1500
I
lm
.
U
+1
不动作区
300 . I
以电压为参考量，则当电流超
前电压 30o或滞后电压150o
继电器均动作
以电压为参考量，则当电压超前
电流 lm 时，继电器动作最灵敏
由 P UJ IJ cos(J lm ) 0
2. 措施
为了消除这种无选择的动作需要在可能产 生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件.
+
I
或
+
I
该元件只当短路功率方向由母线流向线路 时动作，相反则不动作.
3. 方向元件的要求
❖在正前方发生短路时: 它计算出的功率为正,方向元件能够动作.
❖在背后发生短路时: 它计算出的功率为负,方向元件能够可靠不动作.
U&A I&d 2 A
1800 d 2
如果取d 600 ，可画出相量关系 UC
UA
60o I&d1A 30o
U&BC
I&d 2 A 2400 UB
一般的功率方向继电器当输入电压和电流的 幅值不变时，其输出 ( 转矩或电压 ) 值随两者 相位差φ的大小而改变。
为了在最常见的短路情况下使方向元件动 作最灵敏，采用上述接线的功率方向继电器应 做成最大灵敏角lm d 60。0 又为了保证短路点
动电流 ,则I 保set护1 1的电流速断就要误动(母线上可能挂 有其它分支线路)。造成C变电所全部停电。
同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能 得出相应的结论。
(2)对过电流保护的影响
EⅠ k2
43
~
52
k1 EⅡ
61 78
~
I k2
IⅠk1
设保护1-8均装设有过电流保护，当线路k1点短路时，由电源EⅠ 提供的短路电流IⅠk1将流过保护8，7，1，6等，这些地方装设
我们有时讲电流的流向通常是指功率的流向,电 流的方向是不定的,而规定功率从母线流向线路 称为正方向。
现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。
例如：在双侧电源网络接线中,由于两侧均有电 源,因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保 护装置。
E&s
A I&k2
B I&k2
k2
~
1
2
I&k2 C
E&s
~
当某条线路发生短路时，应由线路两侧保护 动作跳开断路器以切除故障，这时不会造成 停电，这正是双端供电的优点。
⑴对电流速断保护的影响
E&
A 43
~
B
k1 C
52
61
7D 8
E&
~
I I k1
.
I k1
当k1点短路时,按照选择性的要求,应由保护2和保护 6动作切除故障.但由于 EⅡ供给的短路电流 也Ik1将通过 保护1.若保护1采用电流速断且 大Ik于1 保护装置1的起
的过电流保护均要启动，为保证动作的选择性，需满足：
t4 > t3 > t5 > t2 > t6 > t1 > t7 > t8
当线路k2点短路时，由电源 EⅡ提供的短路电流 I将k 2流过保护4， 3，5，2等，这些地方装设的过电流保护均要启动，为保证动 作的选择性，需满足：
t8 > t7 > t1 > t6 > t2 > t5 > t3 > t4
如以母线电压 U为参考向量,并设 U&
I&d 2
d1 d2,则. Id1和 Id 2相差180o .
EⅠ d2 U 1
2
EⅡ
~
.
.
~
Id2
I’d2
d 2 180o d2
故利用判别短路功率方向或电流,电压
之间的相位关系便可判别发生故障的方向.
I&d 2
4. 要求
继电保护中对方向元件（继电器）的基本要求: 1) 应具有明确的方向性 即正前方发生各种故障时，能可靠动作, 而在反方向故障时，可靠不动作。
双侧电源网络相间短路时的功率方向
1. 问题的提出
三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进 行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近 电源的一侧，或者说线路的始端。仅利用相 间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与 正常运行状态的，以动作电流的大小和动作 时限的长短配合来保证有选择的切除故障。
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。
4. 定义
用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角 的继电器称为功率方向继电器.
㈡功率方向继电器的工作原理
1. 原理 EⅠ
~
. U
1 .
d1 2
EⅡ
~wenku.baidu.com
Id1
对保护1而言,当正方向d1点三相短路时,若短路
电流 Id1给定正方向是从保护安装处母线流向线路,
则它滞后于该母线电压 U一个相
U&
I&d1
角 d1(d1为从母线至d1点间的线
可知：
.
J
arg
U
.
J
IJ
当余弦项和UJ、IJ越大时，其值P也越大， 继电器动作的灵敏度越高，而任一项等于 零或余弦项为负时，继电器均不能动作 。
因此，在其正方向出口附近短路接地时， 故障相对地的电压很低，使继电器不能动 作，这称为方向继电器的“电压死区”。
有过渡电阻、线路阻抗角d在 00 ~ 90o 范围内
变化时正方向故障，继电器都能可靠动作，继 电器动作的角度应该是一个范围，考虑继电器
实现的方便性，这个范围通常取为 lm 900 。
其动作特性在复数平面上是一条直线。
其动作方程可表示为：
arg
U&J e jlm I&J
90o
或：
.
lm
90o
arg
k1点短路时要求t7 > t8， k2点短路时要求t8 > t7 ，显然矛盾！
分析双侧电源供电情况下所出现 的这一新矛盾,可以发现,误动的保 护均是在自己所保护的线路背后发 生故障时,由对侧电源供给的短路 电流所引起的.对误动的保护而言, 实际短路功率的方向都是由线路流 向母线(或者说功率的方向为负)
功率方向继电器的动作特性
如果按电工技术中测量功率的概念，对A相的功率方向继电器， 加继入电电器压中电压(=U、A电)流U和&之J 电间流的相(角= I为A :) ，I&J 则当正方向d1短路时，
JA
arg
U&A I&d1A
d1
反方向d2短路时 :
JA
arg
dd11
路阻抗角)其值为
0 d1
90o
线路阻抗呈感性，中低压线路阻抗角50 o ~ 60 o 。 超高压线路阻抗角 75 o
当反方向d2点短路时,流经1的短路电流是EⅡ 供给 的.若仍按规定的正方向观察,则 Id 2滞后于母线电压
U的相角将是180o
d 2,其值为
180o
(180o
) d2
270o
U
.
J
lm 90o
IJ
+j
最大灵敏线
不动作区
.
U
lm
.
I
+1
+j
最大灵敏线
.
I
.
1500
I
lm
.
U
+1
不动作区
300 . I
以电压为参考量，则当电流超
前电压 30o或滞后电压150o
继电器均动作
以电压为参考量，则当电压超前
电流 lm 时，继电器动作最灵敏
由 P UJ IJ cos(J lm ) 0
2. 措施
为了消除这种无选择的动作需要在可能产 生误动的保护上装设一个功率方向闭锁元件.
+
I
或
+
I
该元件只当短路功率方向由母线流向线路 时动作，相反则不动作.
3. 方向元件的要求
❖在正前方发生短路时: 它计算出的功率为正,方向元件能够动作.
❖在背后发生短路时: 它计算出的功率为负,方向元件能够可靠不动作.
U&A I&d 2 A
1800 d 2
如果取d 600 ，可画出相量关系 UC
UA
60o I&d1A 30o
U&BC
I&d 2 A 2400 UB
一般的功率方向继电器当输入电压和电流的 幅值不变时，其输出 ( 转矩或电压 ) 值随两者 相位差φ的大小而改变。
为了在最常见的短路情况下使方向元件动 作最灵敏，采用上述接线的功率方向继电器应 做成最大灵敏角lm d 60。0 又为了保证短路点
动电流 ,则I 保set护1 1的电流速断就要误动(母线上可能挂 有其它分支线路)。造成C变电所全部停电。
同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能 得出相应的结论。
(2)对过电流保护的影响
EⅠ k2
43
~
52
k1 EⅡ
61 78
~
I k2
IⅠk1
设保护1-8均装设有过电流保护，当线路k1点短路时，由电源EⅠ 提供的短路电流IⅠk1将流过保护8，7，1，6等，这些地方装设
我们有时讲电流的流向通常是指功率的流向,电 流的方向是不定的,而规定功率从母线流向线路 称为正方向。
现代电力系统都是由许多电源组成的复杂网络。
例如：在双侧电源网络接线中,由于两侧均有电 源,因此在每条线路的两侧均需装设断路器和保 护装置。
E&s
A I&k2
B I&k2
k2
~
1
2
I&k2 C
E&s
~
当某条线路发生短路时，应由线路两侧保护 动作跳开断路器以切除故障，这时不会造成 停电，这正是双端供电的优点。
⑴对电流速断保护的影响
E&
A 43
~
B
k1 C
52
61
7D 8
E&
~
I I k1
.
I k1
当k1点短路时,按照选择性的要求,应由保护2和保护 6动作切除故障.但由于 EⅡ供给的短路电流 也Ik1将通过 保护1.若保护1采用电流速断且 大Ik于1 保护装置1的起
的过电流保护均要启动，为保证动作的选择性，需满足：
t4 > t3 > t5 > t2 > t6 > t1 > t7 > t8
当线路k2点短路时，由电源 EⅡ提供的短路电流 I将k 2流过保护4， 3，5，2等，这些地方装设的过电流保护均要启动，为保证动 作的选择性，需满足：
t8 > t7 > t1 > t6 > t2 > t5 > t3 > t4
如以母线电压 U为参考向量,并设 U&
I&d 2
d1 d2,则. Id1和 Id 2相差180o .
EⅠ d2 U 1
2
EⅡ
~
.
.
~
Id2
I’d2
d 2 180o d2
故利用判别短路功率方向或电流,电压
之间的相位关系便可判别发生故障的方向.
I&d 2
4. 要求
继电保护中对方向元件（继电器）的基本要求: 1) 应具有明确的方向性 即正前方发生各种故障时，能可靠动作, 而在反方向故障时，可靠不动作。
双侧电源网络相间短路时的功率方向
1. 问题的提出
三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进 行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近 电源的一侧，或者说线路的始端。仅利用相 间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与 正常运行状态的，以动作电流的大小和动作 时限的长短配合来保证有选择的切除故障。
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。
4. 定义
用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角 的继电器称为功率方向继电器.
㈡功率方向继电器的工作原理
1. 原理 EⅠ
~
. U
1 .
d1 2
EⅡ
~wenku.baidu.com
Id1
对保护1而言,当正方向d1点三相短路时,若短路
电流 Id1给定正方向是从保护安装处母线流向线路,
则它滞后于该母线电压 U一个相
U&
I&d1
角 d1(d1为从母线至d1点间的线
可知：
.
J
arg
U
.
J
IJ
当余弦项和UJ、IJ越大时，其值P也越大， 继电器动作的灵敏度越高，而任一项等于 零或余弦项为负时，继电器均不能动作 。
因此，在其正方向出口附近短路接地时， 故障相对地的电压很低，使继电器不能动 作，这称为方向继电器的“电压死区”。
有过渡电阻、线路阻抗角d在 00 ~ 90o 范围内
变化时正方向故障，继电器都能可靠动作，继 电器动作的角度应该是一个范围，考虑继电器
实现的方便性，这个范围通常取为 lm 900 。
其动作特性在复数平面上是一条直线。
其动作方程可表示为：
arg
U&J e jlm I&J
90o
或：
.
lm
90o
arg
k1点短路时要求t7 > t8， k2点短路时要求t8 > t7 ，显然矛盾！
分析双侧电源供电情况下所出现 的这一新矛盾,可以发现,误动的保 护均是在自己所保护的线路背后发 生故障时,由对侧电源供给的短路 电流所引起的.对误动的保护而言, 实际短路功率的方向都是由线路流 向母线(或者说功率的方向为负)