第三节 反映线路相间短路的方向电流保护 一、方向电流保护的原理
（一）方向电流保护的基本原理
? 当K1点短路时：应3、4先动作
t ? t III op .2
III op .3
? 当K2点短路时：应1、2先动作
t ? t III op .2
III op .3
? 当K1点短路时： ? 保护2
短路功率方向为从线路到母线，不应动作； ? 保护3
对于U相的方向元件: I&r ? I&u U&r ? U&vw
? r ? ? (90 o ? ? k ) ? ? 45 o ～－ 30o 左右。
方向元件的最大灵敏角 ? s
应根据实际线路的短路阻抗角来整定：
当 ? k 在 60? 附近时，方向元件的最大灵敏角? s
应整定在－ 30o ；
当 ? k 在 45o附近时，方向元件的最大灵敏角 ? s
短路功率方向为从母线到线路，应该动作。
当K2点短路时： ? 保护3
短路功率方向为从线路到母线，不该动作； ? 保护2
短路功率方向为从母线到线路，应该动作。
? 方向电流保护：加装了用来判断短路功率方 向元件的电流保护；
? 功率方向元件（方向元件）：用来判断短路 功率方向的元件；
? 正方向：规定的方向元件动作的方向。 ? 反映相间短路的电流保护，方向元件动作的
靠系数均取 1.2)
I
L1
K1
K2
? 对于整流型功率方向继电器，其接线方式是指加在 各相方向继电器电流线圈上的电流与电压线圈上的 电压的组合方式。
? 对于微机型保护装置，其功率方向元件的接线方式 是指保护在进行短路功率方向判别的计算时，所取 的电流与电压的组合方式。
90 ? 接线方式：采用故障相的电流与另外两相线电 压的组合方式。
?
?t
……。
? 逆向阶梯形原则
t III
op.6
?
t III
op.4
?
?t
t III
op.4
?
t III
op.2
?
?t
……。
（二）方向电流保护的构成举例 1．机电型方向过电流保护
XB
KW
2．微机型带低电压闭锁的方向过电流保护
低压控制字＝ 0
Ua,b,c V/V
低压控制字＝ 1 低电压元件
≥1 &
方向元件 U相方向元件 V相方向元件 W相方向元件
Ir
Ur
I&u U&vw
I&v U&wu
I&w U&uv
设：三相对称且同名相电流与电压同相位
则：加入方向元件的电流超前电压的相角为 90? 。
对于反映相间短路故障的方向元件， 通常采用 90? 接线方式。
设：保护安装处正方向发生三相短路故障
线路的短路阻抗角 ? k一般在 60? ～ 45? 左右。
2．动作范围
? ? 方向元件的动作条件： Pk ? Ur Ir cos ?r ? ? s ? 0
动作范围为： －90o＋? s ? ? r ? 90o ? ? s
设:某方向元件的最大灵敏角 ? s 整定在－30?
则该方向元件的动作范围为：
? ? ?
90 o ? 30 o
?
? ?；。 r
90 o
?
30 amp;r之间的夹角，用
? s 表示。
令： Pk ? Ur Ir cos?? r ? ? s ?
? ? 则：当
? ? ? r
时 s ， ；
cos?r ??s ?， 1
P k 最大，方向元件动作最灵敏。
反应相间短路的功率方向元件，最大灵敏角
?
s
一般整定在：－ 30? ～－ 45? 左右。
? 潜动：在只加电流，没有加电压；或只加电压， 没有加电流的情况下，方向元件有误动作的现 象。
? 对于只加电流时产生的潜动，称为电流潜动； ? 对于只加电压时产生的潜动，称为电压潜动。
? 死区：有可能造成方向元件拒动的区域，称为 方向元件的死区。
（四）功率方向元件的接线方式
? 指加入方向元件的电流与电压的组合方式。
Ia,b,c I/V
方向控制字＝ 0 方向控制字＝ 1
方向元件
≥1 &
过电流元件 过电流保护软压板
&t
出口
二、功率方向元件
（一）功率方向元件的原理 ? 以保护安装处母线电压为基准，当短路电流由母线
流向线路时，短路功率方向为正。
功率方向元件的原理
K1点短路时：
I&KM 与 U&之间的夹角
0 o ? ? 1 ? ? k 1 ? 90 o
正方向为：从母线流向线路。
保护1、3、5的动作方向相同，在对它们进行整定计算时， 只需要考虑M侧电源的影响； 保护2、4、6的动作方向相同，在对它们进行整定计算时， 只需要考虑N侧电源的影响。
例如： ?
t III op .1
?
t III op .3
?
?t
t III op.3
?
t III op .5
应整定在－ 45o
（五）按相起动原则
在机电型保护装置中 ，要求仅同名相的电流继电器 与功率方向继电器的常开触点串联连接。
+
KAu
KWu
KT
-
KAw
KWw
在微机型继电保护装置中 ，其电流元件、方向元件 均应取故障相的电流及其对应相的电压进行计算、 判别。
复习题
? 1、方向元件动作的正方向。 ? 2、逆向阶梯形原则 ? 3、功率方向元件的最大灵敏角和动作范围 ? 4、功率方向元件的潜动和死区 ? 5、功率方向元件的接线方式 ? 6、按相起动原则
7．计算题（ 10分） 通过计算确定 10KV线路L1的相间电流保护，并校验 II、
III段灵敏度。
已知：L1输送的最大负荷功率为 2.5 MW ，cOSΦ=0.9
Kss=1.5 。 最小运行方式下 K1点三相短路电流为 1000A，K2 点 三相短路电流为 700A； 最大运行方式下 K1点三相短 路电流为1200A，K2 点三相短路电流为 800A.(各段可
? 1 ? ? k1
通过保护3的短路功率 Pk1 ? UIKM cos?1 ? 0
K2点短路时： I&KN 与 U& 之间的夹角
? 2。 ? ? k 2 ? 180 o
，
。
180 o ? ? 2 ? 270 o
通过保护3的短路功率 Pk2 ? UI KN cos ? 2 ? 0
（二）功率方向元件的最大灵敏角和动作范围
，即 ? 120 o ? ? r ? 60 o
r
制动 区
r
?120o
? 30o
60o
动作区 U? j r
I? jr
? 考虑到电流互感器、电压互感器的角度误差、 计算误差以及短路电流中非工频分量等因素
对保护的影响，为了防止反方向故障时方向
元件误动作，功率方向元件的实际动作范围 应小于180o。
（三）功率方向元件的潜动和死区