2.2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护
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电流保护(1-2)2
2.1.6 阶段式电流保护配合
保护1：瞬时过电流 保护（不是速断）
保护2：0.5s过电流 保护（不是II段） 可加电流速断 (两段式) 保护3：电流速断 限时电流速断 过电流保护 (三段式) 全系统任意点发生短路时，如果不发生保护或断路器据动，则故障 都可以在0.5s内切除。
演示
阶段式电流保护评价
的近后备保护。 优点：可保护本线路全长；可作为电流速断的近后备保护；
缺点：速动性差（有延时）。
2.1.5 过电流保护
过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷电流 来整定的保护。 该保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻 线路的全长。可作为本线路主保护的近后备保 护以及相邻下一线路保护的远后备保护。
2.1.5 过电流保护
I K rel
I
I
E Z s. min Z AB Z BC
I K rel I k .B. max
KrelI为可靠系数，取1.2~1.3，是考虑非周期分量影响、实际短 路电流可能大于计算值、保护装置的实际动作值可能小于整定 值和一定的裕度等因素。
2)电流速断保护整定原则
继电器的二次动作电流:
动作时限
tn t( n 1) max t t( n 1) max ~ 下一相邻母线上 所接保护的最大动作时间
2.1.5 过电流保护
动作时限（越靠近电源时间越长，如何解决？）
2.1.5 过电流保护
3)灵敏性的校验 a. 作为近后备时 采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的 电流来校验，要求Ksen ≥ 1.3 ~ 1.5
3 2
E Zs Zk
（短路电流中的工频周期分量）
最大运行方式和最小运行方式：
对继电保护而言，在相同地点发生相同类型的短路时 流过保护安装处的电流最大，称为系统最大运行方式， 对应的系统等值阻抗最小，Zs＝Zs.min。 对继电保护而言，在相同地点发生相同类型的短路时 流过保护安装处的电流最小，称为系统最小运行方式， 对应的系统等值阻抗最大，Zs＝Zs.max。
2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护
三相短路和近处两相短路灵敏角变化 范围为：
90 sen 0
两相远处短路，B相灵敏角变化范围：
120 sen 30
C相灵敏角变化范围：
60 sen 30
为了使各种相间短路保护都能动作，
最大灵敏角范围：
sen 30 ~ 60
1、方向电流保护是为了满足双电源线 路、单电源环形网络选择性与灵敏性， 在电流保护的基础上增加方向元件。
通过保护3的短路功率为：
Pk1 Ures Ik1 cosk1 ＞0
当反方向短路时，通过保护3的短路功率为
Pk2 UresIk2 cosk1 ＜ 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。
2.2 双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护
1、过电流保护的方向性 2、工作原理 3、功率方向继电器工作原理 4、功率方向继电器接线
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。
采样双电源目的
U a
k
U c
U b
Ib
U ca
Ebc
sen (90 k )
90 sen 0
（3）远处两相短路
U ab
Ic
Ea U a
c
Ecb
k
k
Ebc
E c
U ca
b
Eb
Ib
120 b 30
60 c 30
电力系统继电保护原理-2.2
• 两相短路没有死区
• 选择继电器的内角 在30°和 60°之间，
缺点
• 在保护安装地点附
近正方向发生三相 短路时，方向保护
各种相间短路都能
保证动作的方向性
存在动作的死区
区分四个角度：
2.2.5方向性电流保护的应用特点
１.电流速断保护可以取消方向元件的情况
在电流速断保护中能用电流整定值保证选择性的，尽量不加方向元件；对于线 路两端的保护，能在一端保护中加方向元件后满足选择性的，不在两端保护中 加方向元件。
设 x=（短路点距保护1安装地点的距离）/线路全长
Kb
IB-C
IA-B
(1 x ) * Z B C Z B C x * Z B C (1 x ) * Z B C Z B C
2x x 1 2 2
助增、外汲电流同时存在的网络
Kb
IBC
为什么设置最大灵敏角？
解释： 假设最常见的短路阻抗的阻抗角为Ψk，则输入 功率方向继电器的电流和电压的相位差Ψr =Ψk ，输出为：P =UrIrcos Ψr =UrIrcos Ψk
此时，功率并不为最大，输出也不是最大，为 了保证输出最大，为使功率方向继电器输出最 大P=UrIr，需要cos里的角度为0，所以功率方 向继电器里设置Ψsen 。以保证在常见短路情况 下cos里的角度为0。
U A U kA E A U B U kB U C U kC
1 EA 2 1 EA 2
A相：IA≈0，且UBC=0，所以不启动；
B相：UCAIBcos（Ψk-90°+α ）>0
为使其最灵敏， Ψk-90°+α =0 α = 90°- Ψk 0< α <90° C相：UABICcos（Ψk-90°+α ）>0 同B相，0< α <90° ∴为了使0<Ψk<90°时继电器均能够动作， 0< α <90°
• 选择继电器的内角 在30°和 60°之间，
缺点
• 在保护安装地点附
近正方向发生三相 短路时，方向保护
各种相间短路都能
保证动作的方向性
存在动作的死区
区分四个角度：
2.2.5方向性电流保护的应用特点
１.电流速断保护可以取消方向元件的情况
在电流速断保护中能用电流整定值保证选择性的，尽量不加方向元件；对于线 路两端的保护，能在一端保护中加方向元件后满足选择性的，不在两端保护中 加方向元件。
设 x=（短路点距保护1安装地点的距离）/线路全长
Kb
IB-C
IA-B
(1 x ) * Z B C Z B C x * Z B C (1 x ) * Z B C Z B C
2x x 1 2 2
助增、外汲电流同时存在的网络
Kb
IBC
为什么设置最大灵敏角？
解释： 假设最常见的短路阻抗的阻抗角为Ψk，则输入 功率方向继电器的电流和电压的相位差Ψr =Ψk ，输出为：P =UrIrcos Ψr =UrIrcos Ψk
此时，功率并不为最大，输出也不是最大，为 了保证输出最大，为使功率方向继电器输出最 大P=UrIr，需要cos里的角度为0，所以功率方 向继电器里设置Ψsen 。以保证在常见短路情况 下cos里的角度为0。
U A U kA E A U B U kB U C U kC
1 EA 2 1 EA 2
A相：IA≈0，且UBC=0，所以不启动；
B相：UCAIBcos（Ψk-90°+α ）>0
为使其最灵敏， Ψk-90°+α =0 α = 90°- Ψk 0< α <90° C相：UABICcos（Ψk-90°+α ）>0 同B相，0< α <90° ∴为了使0<Ψk<90°时继电器均能够动作， 0< α <90°
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
电力系统继电保护 (第2版)第二章 电流保护
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电 流保护，即第一段为无时限电流速断保护，第二段为限时 电流速断保护，第三段为定时限过电流保护。其中第一段 、第二段共同构成线路的主保护，第三段作为后备保护 电流互感器和电流继电器是实现电流保护的基本元件。
一、保护用电流互感器 将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流 ，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压 隔离，保证工作人员的安全。 （一）电流互感器
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流值特征
保护装臵的起动值：对因电流升高而动作的电流保护来讲，
使保护装臵能起动的最小电流值称保护装臵的起动电流。通常 指一次侧电流。
保护装臵的整定：根据继电保护要求，确定保护装臵的起动
值、灵敏性、动作时限。
最大运行方式：指系统投入运行的电源容量最大，系统的等
一次侧同名端流进 二次侧同名端流出
等值电路 Z1a
I1
I
Z 2a
I2
极性端
I1
L1
I1
K1
Z
Z loa
I2
Z loa
由等值电路可见： 由电磁平衡原理： 所以
I2
L2
I1 I I 2 IW I W
1 1 2 2
I1 I2
阶段式电流保护
包括无时限电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护
三种。 都是反应于电流增大而动作的保护，它们之间的区别主要在
于按照不同的原则来整定动作电流。 为保证迅速、可靠而有选择性地切除故障，可将这三种电流 保护，根据需要组合在一起构成一整套保护，称为阶段式电流 保护。广泛应用在35kV及以下电力线路。 优点：简单、可靠，在一般情况下也能满足快速切除故障的 要求。 缺点：受电网的接线及运行方式的影响。
2011继电保护 第2章 电网的电流保护双侧电源
级 set K b
（２）外汲电流的影响 限时电流速断保护整定时 分支电路的影响 考虑分支系数
I
set
K rel I set .下一级 K b
３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
0 60 Ｃ相继电器能够动作的条件 分析结论:三相短路和任意两相短路，当 0 90 K 使故障相方向继电器动作的条件为 30 60 ９０°接线方式的优点 缺点 （１）两相短路没有死区
（２）选择继电器的内角在30°和 60° 之间，各种相间短路都能保证动作的方向性 在保护安装地点附近正方向发生三相短路时，方 向保护存在动作的死区
0 90 K
的情况下均能动作，应选择
0 90
在三相对称的情况下，当功率因数为１时，加入继电 器的电流和电压相位相差90°（这只是加入继电器的 电压和电流的一种组合，并无实际意义）
之间才能满足要求
同一相的电流元件与功率元件必须串联，然后再 与其它相并联，一起起动其它元件
2.正方向发生两相短路 （１）短路点位于保护安装地点附近 为使故障相方向继电器在任何 0 90 K 的情况下均能动作，应选择 之间才能满足要求 0 90 （２）短路点远离保护安装地点 120 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 Ｃ相继电器能够动作的条件 30 60 正方向发生两相短路 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 90
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
２.限时电流速断保护整定时分支电路的影响 （１）助增电流的影响 分支系数 故障线路流过的短路电 流 K b 前一级保护所在线路上 流过的短路电流
（２）外汲电流的影响 限时电流速断保护整定时 分支电路的影响 考虑分支系数
I
set
K rel I set .下一级 K b
３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
0 60 Ｃ相继电器能够动作的条件 分析结论:三相短路和任意两相短路，当 0 90 K 使故障相方向继电器动作的条件为 30 60 ９０°接线方式的优点 缺点 （１）两相短路没有死区
（２）选择继电器的内角在30°和 60° 之间，各种相间短路都能保证动作的方向性 在保护安装地点附近正方向发生三相短路时，方 向保护存在动作的死区
0 90 K
的情况下均能动作，应选择
0 90
在三相对称的情况下，当功率因数为１时，加入继电 器的电流和电压相位相差90°（这只是加入继电器的 电压和电流的一种组合，并无实际意义）
之间才能满足要求
同一相的电流元件与功率元件必须串联，然后再 与其它相并联，一起起动其它元件
2.正方向发生两相短路 （１）短路点位于保护安装地点附近 为使故障相方向继电器在任何 0 90 K 的情况下均能动作，应选择 之间才能满足要求 0 90 （２）短路点远离保护安装地点 120 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 Ｃ相继电器能够动作的条件 30 60 正方向发生两相短路 Ｂ相继电器能够动作的条件 30 90
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
２.限时电流速断保护整定时分支电路的影响 （１）助增电流的影响 分支系数 故障线路流过的短路电 流 K b 前一级保护所在线路上 流过的短路电流
《电力系统继电保护(第二版)》读书笔记
《电力系统继电保护》读书笔记1. 绪论1.1 电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备，对一次备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备称为二次设备。
一般正常状态下的电力系统，其发电、输电和变电设备还保持一定的备用容量，能满足负荷随机变化的需要，同时在保证安全的条件下，可以实现经济运行；能承受常见的干挠，从一个正常状态和不正常状态、故障状态通过预定的控制连续变化到另一个正常状态，而不致于进一步产生有害的后果。
不正常运行状态指部分参量超过安全工作限额但又不是故障的工作状态，如因负荷潮流超过电气设备的额定上限造成的电流升高（又称为过负荷），系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高，中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压的升高，以及电力系统发生振荡等。
电力系统的故障状态最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路，其中以单相接地短路为主，其次为两相短路。
电力系统自动化（控制）：为保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能生产过程的连续自动调节，动作速度相对缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象。
为了在故障后迅速恢复电力系统的正常运行，消除故障，保证持续供电，常采用以下的自动化措施：输电线路自动重合闸，备用电源自动投入，低电压切负荷，按频率自动减负荷，电气制动、振荡解列以及为维持系统的暂态稳定而配备的稳定性紧急控制系统，完成这些任务的自动装置统称为电网安全自动装置。
继电保护装置就是指能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。
1.2 继电保护的基本原理及构成实现继电保护需区分电力系统在不同运行状态下的差异，具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值即“测量阻抗”等。
双侧电源网络相间短路的_方向性电流保护
动作方程（2种形式）：
sen＋ 90
arg Ur Ir
sen－90
90 arg Ure jsen －90 （相角形式） Ir
UJ IJ cos(J lm ) 0 (功率形式 )
0º接线和90º接线方式功率方向继电器的分析
E1 k2 U r 1
Ir
k1 2
E 2
临界动作条件：arg
U
re Ir
j
90
最灵敏动作条件：arg
U re Ir
j
0
2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式
1. 对接线方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向动，反向不动。
（2）较高的灵敏性：Ur 、Ir 尽可能大，并接近Φsen ,
以减小或消除死区。
2. 0º和90º接线方式
当0
k
90，09 0
180 90
(k＝0 ) (k＝90 )
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
ⅱ. 远离保护安装点 Zk Zs ,可认为Zs 0
U A E A , U B E B , U C E C
0º接线: 指系统三相对称且cosφ=1时，arg Ir U 90º接线:指系统三相对称且cosφ=1时，arg Ir Ur
0
r
90
的接线方式。 的接线方式。
功率方向继电器90°接线，三相方向过电流保护原理接线图
！注意：极性连接。
3. 90º接线方式功率方向继电器的动作情况
（1）正方向三相短路
E1
52
k1 6 1
E 2
克服方法：
I
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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
功率方向继电器的动作“死区”：当输入继电器的电压降为
零时，方向继电器将失去判别的依据，从而导致方向继电器
Pr Ur Ir cosr随着r的大小变化而变化。
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se。n
即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 该最大。
UrIr
co应s
所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：
Ur Ir cos(r k ) Ur Ir cos 0 Ur Ir 这里 k sen ，有Ur Ir cos(r k ) Ur Ir cos(r sen )
第2.2节 双侧电源网络相间短路的
方向性电流保护
主讲人：徐振宇 电气与电子工程学院四方研究所
Office: 教五B309
North China Electric Power University
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。
E1 4 3
.
Ik2
k2点短路向量图
180 k2
.
U
.
k1
Ik1
U
.
Ik2
k 2
Ik 2
180 k2
k1点短路相量图
k2点短路相量图
正方向（k1点）短路故障时：
0 k1 90, UIk1 cosk1 0
反方向（k2点）短路故障时：
180 180 k2 270, UIk2 cos(180 k2 ) 0
I
' k
2
I
' set.6
,
6电流速断保护误动
tⅢ6
t
Ⅲ 1
,
6 过电流保护误动
在k1点和k2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。
问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动， 同时保证电流保护6正确动作。
E1
52
k1 6 1
E 2
克服方法：
I
' k1
I '' k1
I '' k1
实际方向
l
l
t5
t6
t7
t
t8
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。
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。
2.2.3 功率方向判别元件（功率方向继电器）
arg
U r Ir
动作相位区间：sen 90（以适应在 k 在0°～90°范围内的变化）
动作方程（2种形式）：
sen＋ 90
arg Ur Ir
sen－90
90 arg Ure jsen －90 （相角形式） Ir
UJ IJ cos(J lm ) 0 (功率形式 )
0º接线和90º接线方式功率方向继电器的分析
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：
定义：有功功率 P UI cos ，是U超前I的角度
电压的正方向：相→地
功率的正方向：母线→线路
电流的正方向：母线→线路
当 P 0 时，功率方向为正。 当 P 0 时，功率方向为负。
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。 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。
功率方向继电器90°接线，三相方向过电流保护原理接线图
！注意：极性连接。
3. 90º接线方式功率方向继电器的动作情况
（1）正方向三相短路
rA k 90
A相方向继电器动作条件为：
IC
U A
IA IJA
d
JA
U BC U JA
PrA UBC I A cos(k 90 ) 0 （ 90 k 时继电器最灵敏） UC
k1 2
E 2
U A
60 30
Ik1A
U BC
U C
Ik 2 A
U B
也可以说，
当 Ur Ir cosr 0 时，认
为故障发生在正方向。
当 Ur Ir cosr 0Βιβλιοθήκη 时，认为故障发生在反方向。
A相功率方向继电器的最大灵敏角 sen
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。
1.电流速断保护
设：Ik 2.max Ik1.max
IⅠ set.1
KⅠrel
I k 2.max，
IⅠ set.2
KⅠrel
I k1.max
则：IⅠset.1
IⅠ set.2
当k1点发生短路故障时，
因为IⅠset.1
IⅠ set.2
I k1.max
所以不带方向的电流速断保护1不会误动，不用装设方向元件。
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。
功率方向继电器的动作方程
相位动作区：
(sen 90 ) r (sen 90 ) ，r sen 是最大灵敏角，有 sen k
U A E A
KWA
:
KW B :
, U B IA
U C 0，不动
1 2
E
A
rB k 90，应动作
KW
C
:
rC k 90，应动U作C
PrB UCAIB cos(k 90 ) 0
PrC U ABIC cos(k 90 ) 0
当0
k
90，09 0
180 90
拒动。
由于90接线方式引入了非故障相电压，在各种两相短路时
其值都很高，确保可靠动作。
IA - UBC IB - UCA IC - UAB
IA - UA IB - UB IC - UC
（2）适当选择内角=90-k后，对各种故障都能保证方向 性。的选取范围： 30 < < 60
2.2.5 方向性电流保护的应用特点
E1 4 3
5 2 k1 6 1
7 8 E2
E1 4 3
I
' k1
I '' k1
52
61
k2 7
8 E2
双侧电源线路：保护－安装于线路两I k侧' 2 ；I k''2
功率方向可能
母线
－线路
→ →
线路 母线
k1短路
I
'' k1
I
' set.1
,
1电流速断保护误动
t
Ⅲ 1
t
Ⅲ 6
,
1 过电流保护误动
k2短路
其中有k1 k2 k ,是线路的阻抗角，在0～90范围内。
∴ 判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。
A相功率方向继电器分析
E1 k2 U r 1
Ir
Ur U A, Ir IA
r
arg
U r Ir
正方向（k1点）短路故障：
rA k 60
反方向（k2点）短路故障：
rA 180 k 240
IB
U B
若k在0～90范围内变化，为使Pr 0,则
当 当
k k
0， 90 ,
有0 180 有 90 90
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。
（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
有Zk Zs , 可认为Zk 0
j
0
2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式
1. 对接线方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向动，反向不动。
（2）较高的灵敏性：Ur 、Ir 尽可能大，并接近Φsen ,
以减小或消除死区。
2. 0º和90º接线方式
09º0接º接线线: 指:指系系统统三三相相对对称称且且ccoossφφ==11时时，，aargrgIIrrUUr的r的9接0接0线线方方式式。。
(k＝0 ) (k＝90 )
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
ⅱ. 远离保护安装点 Zk Zs ,可认为Zs 0
U A E A , U B E B , U C E C
KWA
:
KW B :
IA 0，不动
rB k 120，应动作
KW
C
:
rC k 60，应动作
PrB UCAIB cos(k 120 ) 0
0 k 90
30 210 ( 0 )
60
120
(
90 )
IC U CA
30 120时，B相继电器能动作
PrC U ABIC cos(k 60 ) 0
0
k 90
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
功率方向继电器的动作“死区”：当输入继电器的电压降为
零时，方向继电器将失去判别的依据，从而导致方向继电器
Pr Ur Ir cosr随着r的大小变化而变化。
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se。n
即当正方向（k1点）发生短路故障时，动作输出量 该最大。
UrIr
co应s
所以当正方向（点k1）短路故障时，应满足：
Ur Ir cos(r k ) Ur Ir cos 0 Ur Ir 这里 k sen ，有Ur Ir cos(r k ) Ur Ir cos(r sen )
第2.2节 双侧电源网络相间短路的
方向性电流保护
主讲人：徐振宇 电气与电子工程学院四方研究所
Office: 教五B309
North China Electric Power University
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。
E1 4 3
.
Ik2
k2点短路向量图
180 k2
.
U
.
k1
Ik1
U
.
Ik2
k 2
Ik 2
180 k2
k1点短路相量图
k2点短路相量图
正方向（k1点）短路故障时：
0 k1 90, UIk1 cosk1 0
反方向（k2点）短路故障时：
180 180 k2 270, UIk2 cos(180 k2 ) 0
I
' k
2
I
' set.6
,
6电流速断保护误动
tⅢ6
t
Ⅲ 1
,
6 过电流保护误动
在k1点和k2点短路时，电流保护1和电流保护6可能误动。
问题：在d1点故障时，必须闭锁电流保护1，以防止其误动， 同时保证电流保护6正确动作。
E1
52
k1 6 1
E 2
克服方法：
I
' k1
I '' k1
I '' k1
实际方向
l
l
t5
t6
t7
t
t8
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。
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。
2.2.3 功率方向判别元件（功率方向继电器）
arg
U r Ir
动作相位区间：sen 90（以适应在 k 在0°～90°范围内的变化）
动作方程（2种形式）：
sen＋ 90
arg Ur Ir
sen－90
90 arg Ure jsen －90 （相角形式） Ir
UJ IJ cos(J lm ) 0 (功率形式 )
0º接线和90º接线方式功率方向继电器的分析
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：
定义：有功功率 P UI cos ，是U超前I的角度
电压的正方向：相→地
功率的正方向：母线→线路
电流的正方向：母线→线路
当 P 0 时，功率方向为正。 当 P 0 时，功率方向为负。
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。 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。
功率方向继电器90°接线，三相方向过电流保护原理接线图
！注意：极性连接。
3. 90º接线方式功率方向继电器的动作情况
（1）正方向三相短路
rA k 90
A相方向继电器动作条件为：
IC
U A
IA IJA
d
JA
U BC U JA
PrA UBC I A cos(k 90 ) 0 （ 90 k 时继电器最灵敏） UC
k1 2
E 2
U A
60 30
Ik1A
U BC
U C
Ik 2 A
U B
也可以说，
当 Ur Ir cosr 0 时，认
为故障发生在正方向。
当 Ur Ir cosr 0Βιβλιοθήκη 时，认为故障发生在反方向。
A相功率方向继电器的最大灵敏角 sen
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。
1.电流速断保护
设：Ik 2.max Ik1.max
IⅠ set.1
KⅠrel
I k 2.max，
IⅠ set.2
KⅠrel
I k1.max
则：IⅠset.1
IⅠ set.2
当k1点发生短路故障时，
因为IⅠset.1
IⅠ set.2
I k1.max
所以不带方向的电流速断保护1不会误动，不用装设方向元件。
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。
功率方向继电器的动作方程
相位动作区：
(sen 90 ) r (sen 90 ) ，r sen 是最大灵敏角，有 sen k
U A E A
KWA
:
KW B :
, U B IA
U C 0，不动
1 2
E
A
rB k 90，应动作
KW
C
:
rC k 90，应动U作C
PrB UCAIB cos(k 90 ) 0
PrC U ABIC cos(k 90 ) 0
当0
k
90，09 0
180 90
拒动。
由于90接线方式引入了非故障相电压，在各种两相短路时
其值都很高，确保可靠动作。
IA - UBC IB - UCA IC - UAB
IA - UA IB - UB IC - UC
（2）适当选择内角=90-k后，对各种故障都能保证方向 性。的选取范围： 30 < < 60
2.2.5 方向性电流保护的应用特点
E1 4 3
5 2 k1 6 1
7 8 E2
E1 4 3
I
' k1
I '' k1
52
61
k2 7
8 E2
双侧电源线路：保护－安装于线路两I k侧' 2 ；I k''2
功率方向可能
母线
－线路
→ →
线路 母线
k1短路
I
'' k1
I
' set.1
,
1电流速断保护误动
t
Ⅲ 1
t
Ⅲ 6
,
1 过电流保护误动
k2短路
其中有k1 k2 k ,是线路的阻抗角，在0～90范围内。
∴ 判别电压、电流之间的相角差，即可判别故障的方向。
A相功率方向继电器分析
E1 k2 U r 1
Ir
Ur U A, Ir IA
r
arg
U r Ir
正方向（k1点）短路故障：
rA k 60
反方向（k2点）短路故障：
rA 180 k 240
IB
U B
若k在0～90范围内变化，为使Pr 0,则
当 当
k k
0， 90 ,
有0 180 有 90 90
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。
（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
有Zk Zs , 可认为Zk 0
j
0
2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式
1. 对接线方式的基本要求 （1）良好的方向性：正向动，反向不动。
（2）较高的灵敏性：Ur 、Ir 尽可能大，并接近Φsen ,
以减小或消除死区。
2. 0º和90º接线方式
09º0接º接线线: 指:指系系统统三三相相对对称称且且ccoossφφ==11时时，，aargrgIIrrUUr的r的9接0接0线线方方式式。。
(k＝0 ) (k＝90 )
选择0 90，B、C相继电器都能动作。
ⅱ. 远离保护安装点 Zk Zs ,可认为Zs 0
U A E A , U B E B , U C E C
KWA
:
KW B :
IA 0，不动
rB k 120，应动作
KW
C
:
rC k 60，应动作
PrB UCAIB cos(k 120 ) 0
0 k 90
30 210 ( 0 )
60
120
(
90 )
IC U CA
30 120时，B相继电器能动作
PrC U ABIC cos(k 60 ) 0
0
k 90