供配电基本知识及微机综合继电保护

向性。这样由电流元件和功率方向元件所组成的保护我们叫它为方向电流保护。很显然功率方向元件是方向电流保护中的另一个关键元件，下面我们来研究功率方向继电器。三．功率方向继电器的工作原理

在图2-4（a）所示的网络接线中，对保护1而言，当正方向d1点三相短路时，如果短路电流 d1的给定正方向是从母线流向线路，则它滞后于该母线电压

U

一个相角Φd1（Φd1为从母线至d1点之间的线路阻抗角，输电线路是一种感性负载），其值为0°﹤Φd1﹤90°，如图2-4（b）所示。

当反方向d2点短路时，通 Ⅱ 的短路电流是由电源EII供给

的。此时对保护1如果仍按规Id2 定的电流正方向观察，则 d2 滞

Id2 后于母线电压U的相角将是d1 Φd2 180°+Φd2。如图2-4（c）所示。IId2(c) 因此，利用判别Φd1短路功率

方向或者电流、电压之间的相

位关系，就可以判别发生故障

的方向。

图2-4 方向继电器工作原理分析

1. 定义 ： 用以判别功率方向或测定电流、电压相位角的继电器称为功率方向继电器。

2. 基本要求：

（1） 应具有明确的方向性，即正方向发生各种故障时可靠动作，而在反

方向故障时，可靠不动作；

（2） 故障时继电器的动作有足够的灵敏度。

3. 动作判据：功率方向继电器既要输入电压，又要输入电流，因此是一种多激励量继电器，很显然它要比单激励量继电器的动作原理复杂。

（a） 用相位比较方式表示的动作判据

90° ≤ argUj

Ij ≤-90°

（b）用三角函数表示的动作判据

Uj jcos（Φj-Φlm）≥0

式中Φlm 为最大灵敏角 。 所谓最大灵敏角，是指功率方向继电器当输入电压Uj和输入电流 j幅值确定了以后，那么功率方向继电器输出功率就与电压与电流之间的相角差有关，输出功率最大所对应的那个角度叫做最大灵敏角。

4. 动作特性

功率方向继电器的动作特性在复数平面上是一条直线，如图2-5所示。

其动作特性是这样做出来的:

在复数阻抗平面内作一

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条与最大灵

敏角相垂直且过坐标原点的

直线，这直

Φlm 线与最大灵敏角相对应的半个平面是动

作区，另外半个平面是制动

区，从动作

0 R 特性图可以看出，功率方向继

电器的动

作角度范围在理论上应该是

180°，当然

实际情况一般小于180°。

图2-5 功率方向继电器的动作特性

采用这种特性和接线的继电器，如果当输入激励量为Uj=UA、Ij=IA时，在其正方向出口附近发生三相短路、A-B或C-A两相接地短路，以及A相接地短路时，由于UA=0或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电器的“电压死区”。当上述故障发生在死区范围以内时，整套保护将要拒动，这是一个很大的缺点，因此实际上很少采用。

5．相间功率方向继电器为消灭死区的接线方式

基本要求：

（1） 正方向任何型式的故障都能动作，而当反方向故障时则不动作。

（2） 故障以后加入继电器的电流 j和电压Uj应尽可能地大一些，并尽可能使Φj接近于最灵敏角Φlm，以便消除和减小方向继电器的死区。

为了满足以上要求，功率方向继电器广泛采用90°接线，所谓90°接线方式是指在三相对称的情况下，当cosΦ=1时，加入继电器的电流如 A和电压U

BC 相位相差90°（IB与UCA；IC与UAB）。这个定义仅仅是为了称呼的方便，没有

什么物理意义。

分析功率方向继电器采用了90°的接线以后，线路上发生正方向三相短路和两相短路时可以得出，0°<Φd<90°使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为

30°﹤α﹤60°

用于相间短路的功率方向继电器，厂家一般都提供了α=45°和α=30°两个内角，就满足了上述要求。

四．相位比较回路

目前广泛采用的相位比较的方法之一是测量两个电压瞬时值同时为正（或同时为负）的持续时间来进行的。如图2-6所示，u1与u2两个电压瞬时值同时为正的时间等于工频的四分之一周期（相当于90°），对50Hz而言，即为5ms。

u1/u 0

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ω t( °)

图2-6 相位比较回路

五、双侧电源网络中电流保护整定的特点

1．电流速断保护

对应用于双侧电源线路上的电流速断保护，也可用相似于图2-1的分析，画出线路上各点短路时短路电流的分布曲线，如图2-7所示，其中①为由电源EⅠ供给的电流，曲线②为由EⅡ供给的电流，由于两端电源的容量不同，因此电流

的大小也不同。

A B

d

’dz.1= ’dz.2

d2

d1 L

图2-7 双侧电源线路上电流速断保护的整定

当任一侧区外相邻线路出口处，如图中的d 1点和d 2点短路时，短路电流都要同时流过两侧的保护1和2，此时按照选择性的要求，两个保护均不应动作，因此两个保护的起动电流应选得相同，并按照较大的一个短路电流进行整定，例如当 d2.max﹥ d1.max时，则应取

’dz.1= ’dz.2=K’k d2.max

这样整定的结果，将使位于小电流侧的保护2保护范围缩小，有可能不满足灵敏度的要求。当两端电源容量的差别越大时，对保护2的影响就越大。

为了解决这个问题，就需要在保护2处设方向元件，使其只当电流从母线流向被保护线路时才动作，这样保护2的起动电流就可以按躲开短路电流较小的d1点短路条件来整定，选择

’dz.2=K’k d1.max

如图中的虚线所示，其保护范围较前增加了很多。必须指出，在上述情况下，保护1处无需装设方向元件，因为它从定值上已经可靠地躲开了反向短路时流过保护的最大电流 d1.max .

2. 限时电流速断保护

对应用于双侧电源网络中的限时电流速断保护，其基本的整定原则也和前面单侧电源的限时电流速断保护一样，应与下一级保护的电流速断相配合，但需要考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路（通称为分支电路）的影响。可分为如下两种典型情况。

（1）助增电流的影响 ： 分支电路中有电源，此时故障线路中的短路电流大于前一级线路的短路电流。

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