基本原理：方向性电流保护

前节所介绍的三段式电流保护是以单侧电源网络为基础分析的，各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，发生故障时短路功率（一般指短路时某点电压与电流相乘所得的感性功率，在无串联电容、也不考虑分布电容的线路上短路时，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。随着电力工业的发展和用户对连续供电的要求，由原来的单侧电源供电的辐射型电网发展为多电源组成的复杂网络或单电源环网。因此，上述简单的保护方式已不能满足系统运行的要求。例如，在图1.21所示的双侧电源网络接线中，由于两侧都有电源，因此，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EⅡ不存在，当发生短路时，保护1、2、3、4的动作情况和由电源EⅠ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，它们之间也同样能保证动作的选择性。如果两个电源同时存在，如图1.21（a）所示，当K1点短路时，按照选择性的要求，应该由距故障点最近的保护2和6动作切除故障。然而，由电源EⅡ供给的短路电流也将通过保护1。如果保护1采用电流速断且I″K1大于保护装置的启动电流，则保护1的电流速断就要误动作；如果保护1采用过电流保护且其动作时限t1≤t6，则保护1的过电流保护也将误动作。同理，当图1.21（b）中K2点短路时，本该由保护1和7动作切除故障，但是，由电源EⅠ供给的短路电流将通过保护6，如果，则保护6的电流速断要误动作；如果过电流保护的动作时限t6≤t1，则保护6的过电流保护也要误动作。同样地分析其他地点短路时，对有关的保护装置也能得出相应的结论。

分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾可以发现，凡发生误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流所引起的。对误动作的保护而言，实际短路功率的方向都是由线路流向母线，这与其所保护的线路故障时的短路功率方向相反。因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，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其规定的动作方向如图1.21（c）所示。

图1.21　双侧电源供电网络(www.xing528.com)

图1.22　方向过电流保护的单相原理接线图

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，其工作原理和整定计算原则与前节所介绍的三段式电流保护相同。例如，在图1.21（d）中画出了方向过电流保护的阶梯型时限特性，它与图1.12所示的选择原则相同。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别元件，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1.22所示，主要由方向元件1、电流元件2和时间元件3组成，方向元件和电流元件必须都动作以后才能启动时间元件，再经过一定的延时后动作于跳闸。