方向电流保护

电力系统科技术语

在电力系统中，两侧电源或单相环网的输电线路，在这样的电网中，为切除线路上的故障，线路两侧都装有断路器和相应的保护，如装设过流保护将不能保证动作的选择性。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元件（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，上述过程即为方向电流保护。

释义

基本原理

在电网中，各断路器和保护装置都是安装在被保护线路靠近电源的一侧。当线路发生故障时启动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。随着电力系统网络的发展和用户对供电可靠性要求的提高，现代电力系统实际上都是由多电源组成的复杂网络。此时上述简单的保护方式已不能满足系统运行的要求。例如在图所示双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源因此在每条线路的两侧均装设断路器和保护装置。当k1点短路时对B侧电源来说，为保证选择性，要求t5>t4，而当k2点短路时，又要求t5

为了解决上述矛盾在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件并规定该元件只有当短路功率从母线流向线路（为正）时动作而当短路功率从线路流向母线（为负）时不动作从而使继电保护的动作具有一定的方向性。当双侧电源网络上的电流保护装设方向元件后，就可以把它们拆开成两个单侧电源网络的保护，图中保护1、3、5是一个系统，它负责切除由电源A供给的短路功率保护；2、4、6是另一个系统，它负责切除由电源B供给的短路功率。这样保护4和保护5的过电流保护动作时间已不再需要进行配合，而仅需要功率方向相同的过电流保护动作时间进行配合技阶梯原则应满足t1>t3>t5和t6>t4>t2。由以上分析可知方向过电流保护就是在原有保护的基础上，增设一个方向闭锁元件，以保证在反方向故障时将保护闭锁起来，防止发生误动作方向过电流保护的单相原理接线图如图2所示，它主要由方向元件、电流元件、时间元件和信号元件等组成。图中方向元件和电流元件的触点串联，只有当两个元件都动作时保护才能动作跳闸。

工作原理

功率方向继电器简称功率继电器或方向继电器、其作用是判断功率的方向。对于正方向的故障其功率为正值功率方向继电器动作对于反方向的故障其功率为负值功率方向继电器不动作。电力系统中的功率方向继电器有感应型、整流型、晶体管型和集成电路型等几种不同型式，但就其构成原理米说，主要有相值比较和幅值比较两种。

接线方式

功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器和电压互感器之间的连接方式，对接线方式的要求是它在短路时有良好的方向性和有较高的灵敏度，故相间短路的功率方向继电器，一般用90°接线方式。所谓90°接线方式是指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向继电器的电流超前电压90°的接线，功率方向继电器采用接线方式后适当选择继电器的内角，对线路上发生的各种相间故障，都能保证正确判断短路功率方向，不致误动作；对于各种两相短路均大电压死区，因加在继电器电压线圈上的电压为非故障相电压，其数值较高。

特点

三段式方向性电流保护在作用原理、整定计算原则等方面与无方向三段式电流保护基本相同，但方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时在保护构成、整定、相互配合等问题上还有以下特点。

(1)在保护构成中应加功率方向测量元件，并与电流测量元件共同判别是否在保护线路的正方向发生故障。

(2)由于装设了方向元件第1段方向电流保护的动作电流可不必躲过反方向外部最大短路电流，只需校正方向短路计算即可。

(3)为了保证选择性在环网和双电源网中，功率方向相同的各线路保护第m段的动作电流和动作时间应相互配合。需要指出并非线路的所有电流保护都要装设方向元件而仅在用动作电流、动作时间不能保证选择性时才需加装方向元件。

(4)为了保证方向电流保护不会因为反方向不对称短路时非故障相电流测量元件动作和功率方向元件误动作而发生保护误跳闸，方向电流保护必须采用按相起动接线方式。

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