发布时间 : 星期二 文章项目二 输电线路的保护及自动重合闸 - 图文更新完毕开始阅读
图2-4-13 双侧电源辐射形电网各保护动作方向规定及其保护时限
（a）双侧电源辐射形电网各保护动作方向的规定；（b）方向过电流保护的阶梯型时限特性
（三）方向性电流保护单相原理接线图
图2-4-14示出了方向性电流保护单相原理接线图。其中电流继电器KA为电流测量元件，用来判别短路故障是否在保护区内；功率方向继电器KW，用来判别短路故障方向；时间继电器KT，用来建立过电流保护动作时限。
图2-4-14 方向性电流保护单相原理接线图
（四）功率方向判别元件
如果规定从母线指向线路的电流方向为正，在图2-4-15（a）所示的网络接线中．对
?，即为短路电流I?，滞后保护1而言，当正方向k1点三相短路时，流过保护1的电流Irk1?一个相角?（?为从母线至k1点之间的线路阻抗角）于该母线电压U，其值为k1k1
?90???k1?90?，如图2-4-15（b）所示。当反方向k2点短路时，通过保护1的短路电
?的相角将是?供给的，此时流过保护1的电流是?I?，滞后于母线电压U流是由电源EⅡk2180???k2（?k2为从该母线至k2点之间的线路阻抗角），其值为
?作为参考相量，并180??(180???k2)?270?，如图2-4-15（c）所示。如以母线电压U?在以上两种短路情况下相位相差180。 设?k1??k2??k，则流过保护安装处的电流Ir? 43
图2-4-15 方向元件工作原理的分析
??（a）网络接线示意图；（b）正方向k1短路时U与I?的相量关系；（c）反方向k2短路时U与I?的相量关系
rr利用判别短路功率的方向或短路后电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。该元件称为功率方向元件。由于它反应加入继电器中电流和电压之间的相位，因
?）和电?（如U此用相位比较方式来实现最为简单。对A相的功率方向元件，加入电压UAr? （如I?）流IrA，则当正方向短路时，元件中电压、电流之间的相角为
?rA反方向短路时，为
?U?argA??k1 （2-4-18）
?Ik1A?rA?U?argA?180???k2 （2-4-19）
??Ik2A?U?超前I?的角度。 式中，等号arg表示取相量A的幅角，即取UAk1A?Ik1A如果取?k?60?，可画出相量关系如图2-4-16所示。
图2-4-16 正反方向短路时输入功率方向继电器的电压和电流
一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者相位差的大小而改变，当输出为最大时的相位差称最大灵敏角?sen。为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏，采用上述接线的功率方向元件应作成最大灵敏角为
?sen??k?60?。又为了保证当短路点有过渡电阻、线路阻抗角?k在0?~90?范围内变化
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情况下正方向故障时，继电器都能可靠动作，功率方向元件动作的角度应该是—个范围，这个范围通常取为?sen?90?。此动作特性在复数平面上是一条直线，如图2-4-17（a）所示。其动作方程可表示为
?e?j?senU90?argr??90? （2-4-20）
?Ir?或
?sen?U?90?argr??sen?90? （2-4-21）
?Ir?采用这种特性和接线的功率方向元件时，在其正方向出口附近短路接地，故障相对地的电压很低时，功率方向元件不能动作，称为“电压死区”。为了减小和消除死区，在实际应用中广泛采用非故障的相间电压作为接入功率方向元件的电压参考相量，判别故障相电
?和电压U?/I?，?。此时，??argU流的相位。例如对A相的功率方向元件加入电流IArABCArBC当正方向短路时，?rA??k?90???30?，反方向短路时，?rA?150?，相量关系也示于图2-4-19中。在这种情况下功率方向元件的最大灵敏角设计为?sen??k?90???30?，动作特性如图2-4-20（b）所示，动作方程为
j(90???k)?Ue90??argr??90? （2-4-22）
?Ir习惯上称??90???k为功率方向继电器的内角，则式（2-4-22）可变为
?U90???argr??90??? （2-4-23）
?Ir?
图2-4-17 功率方向元件的动作特性（阴影部分表示动作区）
??0，继电器具有很小的电压死区外，在其除正方向出口附近发生三相短路时，UBC他任何包含A相的不对称短路时，IA的电流很大，UBC的电压很高，因此继电器不仅没有死
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区，而且动作灵敏度很高。采用IA、UBC，IB、UCA，IC、UAB的接线方式叫做90接线，指系
??Ir?90?的接线方式。 统三相对称且cos??1时，arg?Ur90?接线方式的主要优点是：①对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非
故障的相间电压，其值很高；②选择继电器的内角??90???k后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。
注：90o接线方式仅为了称呼方便，且仅在定义中成立。 （五）方向性电流保护的整定计算
方向性电流保护的整定计算方法与三段式电流保护的整定计算方法基本相同，不同的是方向性电流保护的动作电流要按正向电流大小计算。
对于方向过电流保护的时间整定，根据同方向的保护按阶梯时限整定。 方向元件的加装原则：
1.若不装方向元件，也不会造成无选择性误动作，就不必装设方向元件。 2.各段保护在什么情况下加装方向元件，需要具体情况具体分析。 （1）瞬时电流速断
当保护安装处反方向故障，通过保护的电流大于瞬时电流速断保护的动作电流时，瞬时电流速断保护必须加装方向元件。
（2）带时限电流速断
反向电流瞬时速断保护区末端短路故障，流过本保护的电流小于带时限电流速断保护的动作电流时，可不加装方向元件。
（3）定时限过电流保护
在同一母线上，负荷线路不装方向元件；双侧电源线路动作时间最长的过电流保护可不装设方向元件，动作时间短的需装设方向元件，两者时间相等的则都需装设方向元件。在图2-4-18中，各断路器过电流保护的动作时间如图所示；因此，只需在QF2和QF5上加装方向元件就能满足过电流保护选择性的要求。
图2-4-18 过电流保护加装方向元件的分析图
在阶段式电流保护中增设方向元件，和电流继电器构成“与”门逻辑，便形成阶段式方向性电流保护。
（六）对方向性电流保护的评价和应用
方向性电流保护在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；接线比单电源电流保护复杂，可靠性稍差，且增加投资；灵敏度受网络结构和运行方式的影响；出口三相短路时，功率方向元件有死区，使保护有死区；不能全线速动。因此，方向性电流保护应力求不装设方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）。
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