方向性电流保护的工作原理

2.2.1　方向性电流保护的工作原理

2.1节所讲的三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，在发生故障时，它们都是在短路功率（一般指短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上发生短路时，认为短路功率从电源流向短路点）从母线流向被保护线路的情况下，按照选择性的条件来协调配合工作的。

但这种原理在多电源网络保护中使用遇到困难，例如在如图2.14所示的双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源，为了合上和断开线路，在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。假设断路器8断开，电源E_Ⅱ不存在，则发生短路时，保护1，2，3，4的动作情况和由电源E_Ⅰ单独供电时一样，它们之间的选择性是能够保证的。如果电源EⅠ不存在，则保护5，6，7，8由电源EⅡ单独供电，此时它们之间也同样能够保证动作的选择性。如果两个电源同时存在，当图2.14（a）的d₁点发生短路时，应由保护2、6动作跳开断路器切除故障，这不会造成停电，正是双端供电的优点。但是单靠电流的幅值大小能否保证保护5、1不误动作？假如在AB线路上短路时流过保护5的短路电流小于在BC线路上短路时流过的电流，则为了对AB线路起保护作用，保护5的整定电流必然小于BC线路的短路电流，从而在BC线路短路时误动。同理分析，当CD线路上短路时流过保护1的电流小于BC线路短路时流过的电流，则BC线路上短路时也会造成保护1的误动。假定保护的正方向是由母线指向线路，分析可能误动的情况，都是在保护的反方向短路时可能出现。

分析图2.14（a）的d₁点发生短路时流过线路的短路功率方向，其是从电源经由线路流向短路点，与保护2、3、4和6、7、8的正方向一致。分析d₂点和其它任意点的短路情况，都有相同的特征，即短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向，并且短路点两侧的保护只需要按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性要求。如果加装一个可以判别短路功率流动方向的元件，当功率方向由母线流向线路（正方向）时才动作，并与电流保护共同工作，便可以快速、有选择性的切除故障，这称为方向性电流保护。方向性电流保护既利用了电流的幅值特征，又利用功率方向的特征。

以上分析启示我们，当两个电源同时存在时，在每个保护上加装功率方向元件，该元件只当功率方向由母线流向线路时才动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电器保护的动作具有一定的方向性。按照这个要求配置的功率方向元件及规定的动作方向如图2.14（c）所示。

当双侧电源网络上的电流保护装设方向元件以后，就可以把它们拆开看成两个单侧电源网络的保护，其中保护1～4反应于电源EⅠ供给的短路电流而动作，保护5～8反应于电源EⅡ供给的短路电流而动作，两组方向保护之间不要求有配合关系，这样2.1节所讲的三段式电流保护的工作原理和整定计算原则就仍然可以应用了。例如在图2.14（d）中给出了方向过电流保护的阶梯型时限特性，它与如图2.11所示的选择原则是相同的。由此可见，方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判断元件，以保证在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作。

具有方向性的过电流保护的单相原理接线如图2.15所示，主要由方向元件，电流元件和时间元件组成。由图可见，方向元件和电流元件必须都动作以后，才能启动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。

图2.15　方向过电流保护的原理接线图