方向电流保护

电气工程与自动化学院(School of Electrical Engineering & Automation)
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电压的正方向：相→地 电流的正方向：母线→线路 功率的正方向：母线→线路 当 P 0 时，功率方向为正。 当 P 0 时，功率方向为负。
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E 1 E 1
4
3
5
2
k1
6
1
7
考虑最大灵敏角的功率方向继电器的动作方程
U (sen 90 ) r (sen 90 ) ， r arg r Ir sen 是最大灵敏角，有 sen k

U r I r cos(r sen ) 0
动作相位区间： sen 90（以适应在 k 在0°～90°范围内的变化）
在k1点短路时，电流保护1的实际功率方向为负方向； 在k1点短路时，电流保护6的实际功率方向为正方向。
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措施：增设功率方向元件，构成方向性电流保护。 跳闸条件：①短路电流大于整定值；②短路功率方向为正。 当增设方向元件后，可以把线路上方向性电流保护拆开看 成两个单侧电源网络的保护，即1～4，5～8两组，分别按 单侧电源系统来整定。两组方向性保护之间不需配合。
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2.2.2 方向性电流保护的基本原理
原理：在原有电流保护基础上加装功率方向判别元件， 反方向故障时把保护闭锁不致误动。
90 k
2种动作方程： j U e （） 1 90 arg r 90 I r
（2）
U r I r cos(r ) 0 U BC I A cos(r ) 0
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方向性电流保护的动作条件： （必须同时满足） （1）电流大于起动电流整定值；（2）功率方向为正； （3）短路电流持续时间超过动作时限。 电气工程与自动化学院(School of Electrical Engineering & Automation)
2.2.3
功率方向判别元件（功率方向继电器）
对功率方向继电器的基本要求是： 1．具有明确的方向性。即正方向发生任何故障（k1点）都 能够动作，而反方向故障（k2点）时不动作。 2．足够的灵敏性。
电力系统继电保护
主讲人：刘雪莉
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U sen＋ 90 arg r sen－90 Ir j sen U e 90 arg r －90（相角形式） I
r
动作方程（2种形式）：
U r I r cos(r sen ) 0 (功率形式)
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选择0 90，不论 k 在0～90范围内怎么变化, 正向三相短路时A相继电器都能动作。
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（2）正方向两相短路（保护安装处、远处）
ⅰ. 保护安装处故障，即近处故障
PrB U CA I B cos( k 90 ) 0 PrC U AB I C cos( k 90 ) 0
2.2.1 双侧电源网络相间短路时的功率方向
不带方向的三段式电流保护一般只应用于单侧电源线路。
E 1
4 3 2 1
K
单侧电源线路中K点发生短路故障时，短路电流的实际方 向都是从电源指向短路点，即从母线指向线路。 ～ 通过功率的方向来定义电流的方向：
超前I 的角度 定义： 有功功率 P UI cos ，是U
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几个基本概念
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A相功率方向继电器分析
k2 E 1
1 U r
I r
8
E 2
' '' Ik Ik 1 1
4
3
5
2
6
1
k2
7
8
E 2
' '' Ik I 2 k2
双侧电源线路：保护－安装于线路两侧； 母线 → 线路 功率方向可能 － 线路 → 母线
'' ' k1短路 I k1 I set .1 , 1电流速断保护误动
' ' I I k2短路 k 2 set .6 , 6 电流速断保护误动
3.功率方向判别元件的构成框图
U r
电压 形成
移相
e j U r
滤波
U1
方波
U3 &
U5 5 20 ms
U7
&
U9
I r
电压 形成
R I r
滤波 U2
方波 U4
1
5 U6
20 ms
U8
功率方向元件判别框图
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为了在最常见正方向短路情况下使继电器动作最灵敏，即让输 出动作量最大，A相功率方向继电器应接成最大灵敏角 sen 。 即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 U I cos r r 应该最大。 所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：
U r I r cos(r k ) U r I r cos 0 U r I r 这里 k sen ，有U r I r cos(r k ) U r I r cos(r sen )
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图有错误。能发 现吗？
！注意：极性连接。
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3. 90º 接线方式功率方向继电器的动作情况
1
'' Ik 1 实际方向
E 2
克服方法：
功率正方向
正方向
负方向 功率实际方向
在k1点短路时，闭锁电流保护1，同时保证电流保护6正确动作 的措施是找出k1点短路时，电流保护1和6之间的差别。 在k1点短路时保护1和6之间的差别：短路功率方向不同。 实际短路功率的方向等于实际电流的方向。 假设短路功率的正方向：母线→线路。
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规定流出母线 功率为正，流 入为负
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5
E 1
2
' Iห้องสมุดไป่ตู้ 1
k1
6
'' Ik 1
相位比较法的原理


测量两个电压瞬时值同时为正的持续时间来进行的。 存在电压死区：短路时电流很大而电压很小，当短路点越 靠近母线时，电压可能小于最小动作电压（形成方波所需 电压） 存在“潜动”问题：是指只加入电流信号或只加入电压信 号就能动作。造成的原因主要是方波的开环运算放大器存 在零点漂移。
最大灵敏角 sen：功率方向继电器输入电压、电流幅值不变， 其输出动作量随两者间相位差的大小而改变，输出最大时的 r sen 时，输出动作量最大。 相位差称为最大灵敏角。即 电气工程与自动化学院(School of Electrical Engineering & Automation)
C
有Z k Z s , 可认为Z k 0
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
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ⅱ. 远离保护安装点
Zk Z s , 可认为 Z s 0 E ,U E ,U E U A A B B C C
0º 接线方式功率方向继电器的电压死区：
电压死区: 正方向出口三相短路、AB或CA两相接地短路、 A相接地短路时,A相功率方向继电器拒动。 解决措施：采用90°接线方式, IA(IB ,IC)，UBC(UCA, UAB)。
90º 接线方式功率方向继电器的分析：

内角：
U 动作方程： 90 arg r 90 I r
（1）正方向三相短路
rA k 90
A相方向继电器动作条件为：
PrA U BC I A cos( k 90 ) 0
可以变化， 90 k 时继电器最灵敏） 若k 在0 ～90 范围内变化，为使Pr 0, 则
当 0 ， 有 0 180 k 当 90 , 有 90 90 k
0 180 ( ＝ 0 ) k 当0 k 90 ， 90 90 ( ＝ 90 ) k
E , U U 1E U A A B C A 2 0，不动 KWA : I A KW B : rB k 90 ，应动作 KW : 90 ，应动作 U C rC k
rA 180 k 240
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若功率方向继电器的输入电压和电流幅值不变，输出动 作量随电压和电流之间的相角变化。
Pr U r I r cos r随着r的大小变化而变化。
k1
2
E 2
U A
U , I I U r A r A U r arg r I
r
60
Ik1 A
30
U BC
正方向（k1点）短路故障：
rA k 60
反方向（k2点）短路故障：
也可以说，
U C
Ik 2 A
U B
当 U r I r cos r 0 时，认 为故障发生在正方向。 当 U r I r cos r 0 时，认 为故障发生在反方向。
PrB U CA I B cos( k 120 ) 0
0，不动 KWA : I A KW : 120 ，应动作 B rB k KW : 60 ，应动作 C rC k