方向性電流保護(hù)基本原理與工作原理

在電力系統(tǒng)中，兩側(cè)電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，在這樣的電網(wǎng)中，為切除線路上的故障，線路兩側(cè)都裝有斷路器和相應(yīng)的保護(hù)，如裝設(shè)過流保護(hù)將不能保證動(dòng)作的選擇性。為解決選擇性的問題，在原來的電流保護(hù)的基礎(chǔ)上裝設(shè)了方向元件（功率方向繼電器）。規(guī)定：功率的方向由母線流向線路為正，由線路流向母線為負(fù)。由功率方向繼電器加以判斷，當(dāng)功率方向?yàn)檎龝r(shí)動(dòng)作，反之不動(dòng)，上述過程即為方向電流保護(hù)。

方向性電流保護(hù)基本原理

在電網(wǎng)中，各斷路器和保護(hù)裝置都是安裝在被保護(hù)線路靠近電源的一側(cè)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)啟動(dòng)都是在短路功率從母線流向被保護(hù)線路的情況下，按選擇性的條件來協(xié)調(diào)配合工作的。隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和用戶對(duì)供電可靠性要求的提高，現(xiàn)代電力系統(tǒng)實(shí)際上都是由多電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)上述簡單的保護(hù)方式已不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。例如在圖所示雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線中，由于兩側(cè)都有電源因此在每條線路的兩側(cè)均裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)對(duì)B側(cè)電源來說，為保證選擇性，要求t5》t4，而當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí)，又要求t5《t4這兩種要求顯然是矛盾的。

為了解決上述矛盾在每個(gè)斷路器的電流保護(hù)中增加一個(gè)功率方向測(cè)量元件并規(guī)定該元件只有當(dāng)短路功率從母線流向線路（為正）時(shí)動(dòng)作而當(dāng)短路功率從線路流向母線（為負(fù)）時(shí)不動(dòng)作從而使繼電保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性。當(dāng)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上的電流保護(hù)裝設(shè)方向元件后，就可以把它們拆開成兩個(gè)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，圖中保護(hù)1、3、5是一個(gè)系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)切除由電源A供給的短路功率保護(hù)；2、4、6是另一個(gè)系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)切除由電源B供給的短路功率。這樣保護(hù)4和保護(hù)5的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間已不再需要進(jìn)行配合，而僅需要功率方向相同的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行配合技階梯原則應(yīng)滿足t1》t3》t5和t6》t4》t2。由以上分析可知方向過電流保護(hù)就是在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)方向閉鎖元件，以保證在反方向故障時(shí)將保護(hù)閉鎖起來，防止發(fā)生誤動(dòng)作方向過電流保護(hù)的單相原理接線圖如圖2所示，它主要由方向元件、電流元件、時(shí)間元件和信號(hào)元件等組成。圖中方向元件和電流元件的觸點(diǎn)串聯(lián)，只有當(dāng)兩個(gè)元件都動(dòng)作時(shí)保護(hù)才能動(dòng)作跳閘。

方向性電流保護(hù)工作原理

前面所講的三段式電流保護(hù)是以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的，各保護(hù)都安裝在被保護(hù)線路靠近電源的一側(cè)，在發(fā)生故障時(shí)，它們都是在短路功率從母線流向被保護(hù)線路的情況下，按照選擇性的條件和靈敏性的配合來協(xié)調(diào)工作的。

短路功率：一般指短路時(shí)某點(diǎn)電壓與電流相乘所得到的感性功率，在無串聯(lián)電容也不考慮分布電容的線路上短路時(shí)，認(rèn)為短路功率從電源流向短路點(diǎn)。

目前雙側(cè)電源供電較為普遍。

在下圖的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線中，由于兩側(cè)都有電源，則在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。假設(shè)斷路器8斷開，電源不存在，則發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)1、2、3、4的動(dòng)作情況和由電源單獨(dú)供電是一樣的，它們之間的選擇性是能夠保證的。

如果電源不存在，則保護(hù)5、6、7、8由電源單獨(dú)供電，此時(shí)它們之間也同能夠保證動(dòng)作的選擇性。

圖1 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線

如果兩個(gè)電源同時(shí)存在，當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，按照選擇性的要求，應(yīng)該由距故障點(diǎn)最近的保護(hù)2、6動(dòng)作切除故障。但由電源供給的短路電流也將通過保護(hù)1，如果保護(hù)1采用電流速斷且大于保護(hù)裝置的起動(dòng)電流，則保護(hù)1的電流速斷就要誤動(dòng)作；如果保護(hù)1采用過電流保護(hù)且其動(dòng)作時(shí)限，則保護(hù)1的過電流保護(hù)也將誤動(dòng)作。

（b）中k2點(diǎn)短路時(shí)，本應(yīng)由保護(hù)1和7動(dòng)作切除故障，但是由電源 供給的短路電流將通過保護(hù)6，如果，則保護(hù)6的電源速斷要誤動(dòng)作；如果過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，則保護(hù)6的過電流保護(hù)也要誤動(dòng)作。其他亦如此。

圖2 方向過電流保護(hù)的原理接線圖

方向性繼電保護(hù)的主要特點(diǎn)就是在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)功率方向判別元件，以在反方向故障時(shí)保證保護(hù)不致誤動(dòng)作。

原理圖如上圖所示，主要由方向元件、電流元件和時(shí)間元件組成，方向元件和電流元件必須都動(dòng)作之后，才能去起動(dòng)時(shí)間元件，再經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。