第四章 输电线路相间短路的方向 电流保护,第一节 方向问题的提出及方向电流的保护,一、方向问题的提出,在双侧电源电网或单侧电源环形网中.如图4-1所示，当在K1点发生短路时，要求保护3、4动作，断开3、4两个断路器；如在K2点发生短路，要求保护1、2动作，断开1、2两个断路器 对K1点短路，为实现选择性要求：,对K2点短路，为实现选择性要求：,可见，一般电流保护不能满足保护选择性要求因此，要采用方向电流保护来解决这个问题图4-1两侧电源辐射形电网,二、解决问题的措施:方向电流保护,,方向电流保护：是在过电流保护基础上加装方向元件的保护 在一般过流保护2和3上各加一个方向元件（功率方向继电器），它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护动作，这样就解决了过流保护的选择性问题,第一节方向问题的提出及方向电流保护,正方向的规定：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，不应起动双侧电源电网线路方向过流保护时限特性,图4-2 双侧电源电网线路方向过流保护的时限特性,,,WL2上K1点短路时，保护1、3、4、6因短路功率由母线流向线路，故都能启动，而其中按动作方向时限最短的保护3和4动作，跳开断路器3、4，将故障线路WL2切除，保护1和6便返回，从而保证了动作选择性。
WL2,第一节 方向电流保护的工作原理,WL1上K2点短路时，只有保护1、2、4和6能启动，其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开断路器1和2，将故障线路WL1切除，保护4和6便返回，同样保证了动作的选择性WL1,,,三、 方向电流保护单相原理接线图,方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件（电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器）和时限元件（时间继电器）工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门，二者同时动作才能启动时间继电器KT图4-3方向过流保护原理接线图,,,,,KA,KW,&,,KT,,KS,KCO,,,出口,在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设功率方向元件第一节 方向电流保护的工作原理,1. I段电流保护用于双侧电源线路时，需要在小电源一侧采用方向电流速断保护，保护2、保护4要装方向保护,2.定时限过电流保护要根据动作时限判断是否装设方向保护 接于同一变电所母线的各电源线路的过电流保护，时 限大者可不装设方向元件，时限小者应装设方向元件， 时限相等者都应装设方向元件保护5，保护2要装方向保护,,,,,,,,,,,,,,小电源,大电源,,,,,第二节 功率方向继电器,一、功率方向继电器工作原理 功率方向继电器的任务：是测量送入继电器的电压Ug和电流Ig之间的相位，以判别正、反向故障。
目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型按相位比较或幅值比较原理构成整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等 一）按相位比较原理构成的功率方向继电器,,,,,,,,,,,,,图4-5 功率方向继电器工作原理说明图,图4-5 正反故障时电压、电流相量图,,,,,,,,,1,,以母线电压 为参考相量，电压高于地时为正，电流 以母线流向线路为正 当保护正方向（K1）短路时：电流 为正， 滞后 相角 （0°＜ ＜90°)短路功率 PK1=UrIk1cos ＞0； 当保护反方向K2点发生短路时，（0°＜ ＜90°，180°＜ ＜270°) 短路功率PK2=UrIk2cos ＜0在保护装置动作的正方向和反方向发生短路时，功率方向继电器测量的功率方向相反继电器动作的临界情况是一条与相量,功率方向继电器的工作原理：实质就是判断母线电压和流入线路的电流之间的相位角动作方程可表示为：,相垂直的直线，通常称为功率方向继电器的动作特性功率方向继电器可以直接比较电气量Ug和Ig之间的相位，也可以间接比较电气量Ug和Ig的线性函数 Uc和 UD之间相角来构成。
动作条件可以表示为：,（二）相位比较原理与幅值比较原理的关系,功率方向继电器的幅值比较的两个电气量UA和UB，可以通过UC和UD经过线性变换得到：,,,,,,,,＞,<,=,,,电气量间变换关系：,,,,,动作条件可以表示为：,,（三）环流法幅值比较回路,动作量UA经整流滤波后得到电流I1，制动量UB经整流滤波后得到电流I2，通过执行元件KP的电流为I1—I2，继电器的动作电流为Iop.r，则继电器动作条件为I1—I2≥Iop.r，,二、LG-11功率方向继电器,（一） LG-11型功率方向继电器工作原理,,图4-7整流型功率方向继电器的接线图,二、 LG-11功率方向继电器,按幅值比较原理构成的，故动作方程为即 根据幅值比较和相位比较互换关系有,,,,,,（二） LG-11型功率方向继 电器动作区和灵敏度,,,,,,,,,Ug,Ig1,Ig2,2、整流型功率方向继电器工作原理,电流Ig的相位可以改变，Ig 顺时针旋转落在动作边界线AB直线上时 ，－是继电器动作下边界，Ig逆时针转到直线AB上时， 为继电器动作上边界当Ig落在动作区内，继电器动作。
当电流Ig落在最大灵敏线上，即 电压分量 与超前Ug相角90°的电压分量 同相位，此时动作量最大，制动量最小，故继电器最灵敏，所以称 为方向继电器的最大灵敏角 当接于电阻R3时，,,,当接于电阻R4时,三、整流型功率方向继电器的最小动作电压和最小动作电流、功率,,,,（二）最小动作电压：在继电器最灵敏状态下，当Ig足够大时，使继电器动作的最小电压,（一）最小动作电流：在继电器最灵敏状态下，Ug足够大时，使继电器动作的最小电流,考虑到执行元件存在动作电 压U0,（三）最小动作功率,幅值比较原理方向继电器的最小动作功率，用So·min表示：方向继电器的最小动作电流、电压和功率是衡量方向继电器灵敏度的参数执行元件越灵敏（U0越小），K、Zbr越大，功率方向继电器的Io·min、Uo·min和So·min就越小，继电器也就越灵敏四、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动,（一）死区：1.电压死区：功率方向继电器是通过反应保护处的电压和电流的相角差来判别故障方向的但当电压、电流小于最小动作电压和最小动作电流时，继电器将拒动。
在保护安装处附近发生金属性三相短路时，母线残压接近于零，此时，继电器不能可靠动作，使功率继电器不能可靠动作的靠近保护按装处这段范围称为继电器的死区 2、消除死区的方法：是在继电器电压回路串接电容C，以便和电压变换器UV一次绕组的等效电感、电阻一起构成50Hz频率的串联谐振回路记忆回路,六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动,（二）潜动：是指当输入电压或输入电流中只要有一个量为0时，继电器不应动作实际中，由于比较回路各元件参数不完全对称，极化继电器KP两端可能有电压，使KP制动或动作，这种现象称为潜动 潜动分为只加电压时的潜动称为电压潜动和只加电流时的潜动称为电流潜动，极化继电器上出现使KP动作的电压 称为正潜动，出现使KP制动的电压称为负潜动潜动的危害表现在继电器误动；拒动或灵敏度降低消除电流潜动，电压潜动的，可调整电阻R1、R2。