方向电流保护接线方式
18-方向元件的动作特性与方向电流保护的接线方式(精)
一、选择题1、相间短路保护功率方向元件采用90°接线的目的是（ ）A ：消除三相短路时方向元件的动作死区B ：消除出口两相短路时方向元件的动作死区C ：消除反方向短路时保护误动作D ：消除正向和反向出口三相短路保护拒动或误动2、功率方向元件的电流和电压为a bc ca ab U ,U ,U b c I I I 、、、时，称为（ ） A ：90°接线 B ：60°接线 C ：30°接线 D ：0°接线3、按900接线的相间功率方向元件，当线路发生正向故障时，若短路阻抗角φk 为300，为使继电器动作最灵敏，其内角α值应是（）。
A ： 30°B ：45°C ：60°D ：-30°4、按900接线的相间功率方向元件，内角α值为（）A ：30°B ：45°C ：60°D ：30°或45°二、判断题1、功率方向元件采用900接线方式时，接入电压和电流的组合为相电压和相电流。
（ ）2、功率方向元件采用90度接线的优点在于三相短路时无死区。
（ ）3、功率方向元件采用90º接线方式，C 相方向元件电压接AB U ，电流接C I 。
（ ）4、功率方向元件按90o 接线时，当输入电流B I 时，输入的电压为C A U 。
（ ）5、90度接线功率方向元件在保护安装处附近发生两相短路时存在“死区”。
（ ）答案：一、选择题1.（B ）2.（A ）3.（A ）4.（A ）5.（D ）二、判断题1.（×）2.（×）3.（√）4.（√）5.（×）。
继电保护—方向过电流保护原理解析（四）
继电保护—方向过电流保护原理解析（四）一、方向过电流保护简述在电力系统中，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。
二、方向过电流保护动作分析当K1点短路,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。
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。
以瞬时电流速断保护1为例，保护的动作电流为：对过电流保护，当在K1点短路时，要求：t2>t3当K2点短路时，要求:t3>t2显然，这两个要求是相互矛盾。
对于定时限过电流保护而言，利用动作时间是无法满足要求的。
结论：短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。
三、方向过电流保护工作原理规定：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>t23.1单相式方向过电流保护原理接线由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。
3.2功率方向继电器工作原理K1点发生短路故障时，加入保护3的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。
通过保护3的短路功率为：＞0当反方向短路时，通过保护3的短路功率为功率方向继电器动作条件：动作方程表达式事实上是间接比较保护安装处母线电压与流过保护安装处电流的相位。
当加入继电器电压为零时，无法进行比相。
电力系统继电保护第2.2章双侧电源相间短路的方向性电流保护-90接线
30
UBC Ur
U B
P UrIr cosr 0 cosr 0 90 r 90
①四个角度：
r 为加入继电器的电压和电流的夹角即
k
r
为短路阻抗角；
arg
U r Ir
sen 为最大灵敏角；
sen k 90
：继电器内角； sen，取30°或45°
)
arg
U r Ir
90
Ur Ir cos(r ) 0 功率形式
（三）功率方向继电器的动作特性
在 UrIrcos(r α) 0 中， Ur、I r和r 均为变数，
为了阐明继电器的动作特性，通常采用固定其中一 个变量来分析其它两个变量之间的关系。 1. 角度特性：
推导过程：
90
arg
U
re Ir
j
90
90
arg
U r e
j (90
Ir
k
)
90
90
arg
U r e Ire
j 90
jk
90
90 arg K uUr 90 K IIr
令
C K uUr D K I Ir
180o k2
1.工作原理
利用判别短路功率的方向或电流 与电压之间的相位关系，就可以判别 发生故障的方向。
用以判别功率方向或测定电流与 电压间相位角的继电器称为功率方向 继电器。
2.功率方向继电器的动作方程
以正方向三相短路时A相的功率方向继电器为例：
M
N
k1 P
1
U C
23
第二章电流保护和方向性电流保护
曲线 max ：系统最大运行方式下发生三相 短路情况。 曲线min：系统最小运行方式下发生两相 短路情况。
（线路上某点两相短路电流
为该点三相短路电流的 倍）
3 2
(2) 动作电流整定
原则：按躲开下条线路出口（始端）短路时流过本保护的 最大短路电流整定（以保证选择性）： IIdz.1 > I(3)d.B.max 取：IIdz.1= KБайду номын сангаасI· I(3)d.B.max IIdz.2 > I(3)d.c.max IIdz.2= KkI· I(3)d.C.max
可靠系数： KkII = 1.1～1.2
（Id中非周期分量已
衰减，故比K I稍小）
2、动作时限的配合 为保证本线路电流II段与
下条线路电流I段的保护范围
重叠区内短路时的动作选择 性，动作时限按下式配合： tII1=tI2+t≈t （t: 0.35s～0.6s,一般取0.5s） 3、保护装置灵敏性的校验 对于过量保护,灵敏系数：
（可靠系数：KkI = 1.2～1.3）
(3) 灵敏性校验
该保护不能保护本线路全长， 故用保护范围来衡量： max：最大保护范围. min：最小保护范围.
Exx / 3 Exx / 3 3 I 由： Kk 2 Z s.max z1lmin Z s.min z1L
3 Z s.min z1L 可求得：lmin ( Z s.max ) / z1 I 2 Kk
为保证动作选择性，动作
时限按“阶梯原则”整定:
tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t
对定时限过流保护，当故障越靠近电源端时，此时短路电
流Id越大,但过流保护的动作时限反而越长 ——— 缺点 ∴ 定时限过流保护一般作为后备保护，但在电网的终端可以 作为主保护。
电力系统继电保护第2.2章_双侧电源相间短路的方向性电流保护-90接线
Ur 90 arg 90 Ir
比幅式 动作方程
e j Ur 90 arg 90 Ir
90 arg
推导过程：
Ure
j ( 90 k )
Ir
90
e j 90 Ur 90 arg 90 j k Ie
relsetabbc电流被保护线路流过的短路abbc电流被保护线路流过的短路abbcabbc电流被保护线路流过的短路abbcabbc电流被保护线路流过的短路abbcabbc电流被保护线路流过的短路当既有助增又有外汲时可能大于1也可能小于1set2iireliiset1分支系数的计算必须基于系统的等值电路
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 )
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 相位差称为最大灵敏角。即 r sen 时，输出动作量最大。
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
ⅱ. 远离保护安装点
Z k Z s , 可认为Z s 0 U A E A , U B E B , U C EC
PrB U CA I B cos( k 120 ) 0
综合三相和各种相间短路的分析得出： 30 60 , 方向继电器在一切故障情况下都动作。 实际继电器一般取：＝30，或 45。
4. 90º 接线方式的优点（和0º 接线方式比较）
（1）对各种两相短路都没有死区
电力系统继电保护 中国电力出版社方向保护(2-2)
为此，如果我们设计一个方法能够区分“正方向”
和“反方向”(差异)，那么，问题就迎刃而解了。
4/48
M 1
N
2
3
P 4
IK
K1
区分方向的问题，必须采用至少 2 个电气量的相
量比较。
经过研究、分析，采用：以保护安装处的电压作
算出口短路？何处算正方向短路？何处算反方向
（或区外）短路？
44/48
图2.29供了解，那是晶体管、集成电路的实现 框图。
提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护） 中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的 是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在 已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系 统运行方式的影响要小很多。
9、2段、3段的整定原则？灵敏度校验的公式 10、延时的选择 11、近后备？远后备？ 12、TA接线方式 13、方向元件为什么能够判别短路方向？ 14、方向元件的接线方式 15、最大灵敏角 16、方向元件的动作特性（动作区域） 17、配置方向元件的原则 18、何谓方向元件的死区？
29/48
为此，方向元件的配置应该按照 “少而精” 的原则。 1）电流整定值能保证选择性时，不加方向元
件； 2）在线路一端加方向元件后满足选择性要求
时，不必在线路两端都加方向元件。
30/48
具体选择的方法： （1）对于电流速断（1段、2段）
如果反方向的最大短路电流小于本保护的定值， 可以不加方向元件(不会误动)。 （2）对于过电流保护（3段）
取何
m
值
，
后面再说明
。
U'm Im.3 U'm－Im.3 类似于判别：
第三节功率方向继电器的接线方式
第三节 功率方向继电器的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，即加到继电器上的电压g U ⋅和电流g I ⋅如何选取的问题。
在考虑接线方式时，应满足以下要求：(1)必须保证功率方向继电器具有良好的方向性，即正方向发生任何类型的短路故障时，继电器都能动作，而反方向短路故障时不动作。
(2)尽量使功率方向继电器在正向短路故障时具有较高的灵敏性，即故障后加入继电器的电压g U ⋅和电流g I ⋅应尽可能大，并使g ϕ尽可能接近于最大灵敏角sen ϕ。
对于相间短路保护用的功率方向继电器，为满足上述要求，广泛采用 90接线方式。
这种接线方式的各功率方向继电器，所加电压g U ⋅和电流g I ⋅列于表4-1中。
表4—1 功率方向继电器的接线方式所谓 90接线，是指在三相对称且功率因数ϕcos ＝l 的情况下，加入各相功率方向继电器的电压g U ⋅和电流g I ⋅间的相角差为90，如图4-10所示。
图4—11示出了功率方向继电器采用 90接线方式时，三相式方向过电流保护的原理接线图 4 –10 接入1KW 的电流、电压间的相量关系图 4 –11功率方向继电器采用90接线方式时，方向过电流保护原理接线图 必须特别注意的是，功率方向继电器电流线圈和电压线圈的对应端。
在图4-7中的UR1和T2的一次线圈同名端都标有“∙”，在将继电器分别接入电流互感器和电压互感器二次侧时，必须注意正确连接，否则不能正确判断功率方向。
下面分析采用90接线的功率方向继电器，当在其正方向发生各种相间短路情况下，继电器的测量角度g ϕ的变化范围，进而得出此种接线方式下方向继电器的最大灵敏角sen ϕ（α-）的取值范围。
一、各种相间短路时g ϕ的变化范围(一) 三相短路图 4 –12 三相短路时保护处电流电压相量图及1KW 动作行为因三相短路是对称短路，三只功率方向继电器都处在相同条件下，故只取其中一只功率方向继电器进行分析。
11电流保护的接线方式
四、电流保护的接线方式电流保护的接线方式就是指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。
1．相间短路电流保护的主要接线形式（1）三相星形接线:三相、两相短路，中性点接地电网单相接地短路都能动作（2）两相星形接线（不完全星形接线）两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但B 相发生单相短路时，保护装置不会动作。
（3）两相电流差接线2.电流保护的接线系数两相电流差接线反应各种相间短路时，保护装置不动作（一般对此设置零序保护）。
三相短路时流过继电器电流是3倍的短路电流；AC 两相短路时流过继电器电流是2倍的短路电流；AB 或CB 两相短路时流过继电器电流是1倍的短路电流。
为了反应在不同短路类 型下，流过继电器的电流I kA 与电流互感器二次侧短路电流I TA2之间的不同关系。
引入一个接线系数K con ，数值为2TA KA con I I K 式中 I kA —流过继电器的电流；I TA2—电流互感器的二次电流。
对于三相和两相星形接线方式任何短路型式K con =1；对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路时，K con = 3；在AC 两相短路时，K con =2；在AB 或BC 两相短路时，K con =1。
两相电流差接线的保护能反应各种相间短路，但灵敏度不一样。
3．各种接线方式在不同故障时的性能分析（1）中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相间短路。
前述三种接线方式均能反应这些故障（除两相电流差接线不能保护变压器外），不同之处在于动作的继电器数目不同，对不同类型和相别的相间短路，各种接线的保护装置灵敏度有所不同。
(一)对相间短路故障的反应能力完全星形：动作可靠性较高；不完全星形：较完全星型接线差点；两相电流差接线：保护灵敏度不同。
(二)对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力串联线路中，发生K1、K2同时两点接地：完全星型接线能够保证100％地只切除线路Ⅱ。
不完全星形接线时，只能保证2/3的机会有选择性地切除一条线路。
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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 ）
方向电流保护
2）远处短路 ）
k
( BC )
KWb
U Kc = U ab Ea = U a I =I
Kc c
ϕ Kb = −(120° − ϕ k )
0° ≤ ϕ k ≤ 90°
电力系统继电保护
二、90°接线 °
方向电流保护
1. 90°接线的定义 °
线路功率因数为1，三相对称，电流超前电压 ° 线路功率因数为 ，三相对称，电流超前电压90°。
UA
90 °接线
IA
U BC
UC
KWa KWb KWc
IK
UK
Ia
Ib
U bc
U ca
UB
请思考
30°或60°接线方式？ ° °接线方式？
电力系统继电保护
方向电流保护
第三节 功率方向继电器接线方式
一、接线方式 是指KW与TA、TV之间的连接 与 、 之间的连接 是指 要求： 保护正方向短路应可靠动作； 要求： 保护正方向短路应可靠动作； 反方向短路应可靠不动作。 反方向短路应可靠不动作。 KW应尽可能灵敏，即ϕ K = ϕ sen = −α 应尽可能灵敏， 应尽可能灵敏
−120° ≤ ϕ Kb ≤ −30°
ϕ Kc
Ec = U c
ϕk
U bc
ϕ Kb = U ca
Eb = U b
I Kb = I b
30° ≤ α ≤ 120°
KWc −30° ≤ α ≤ 60°
电力系统继电保护
方向电流保护
继电器内角
归 纳
三相短路
0° ≤ α ≤ 90°