继电保护原理课件

继电保护原理继电保护原理第四章电网相间短路的方向

电流保护第四章电网相间短路的方向

电流保护第四章主要内容§0复习回顾及提问§1第一节方向电流保护的工作原理

§2第二节功率方向继电器

§3第三节相间短路保护中功率继电器的接线方式§4第四节功率方向继电器的按相启动§5第五节功率方向继电器的整定计算第四章主要内容§0复习回顾及提问本章基本要求1、掌握在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性，以及可以省略方向元件的条件。2、掌握方向元件（功率方向继电器）的工作原理，构造及动作特性。通过型功率方向继电器的研究，初步弄清反应两个电气量的继电器的基本构成原理—基于两个电气量相位比较的原理和基于两个电气量幅值比较的原理及其互换性。通过对整流型功率方向继电器研究，弄清中间电压变换器和电抗变换器的作用、构造及作原理。3、掌握用于相间短路的功率方向继电器的典型接线方式—90°接线及其工作分析。4、了解对方向性电流保护的评价。本章基本要求1、掌握在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的第一节方向电流保护的工作原理一、为什么在电流保护中装设方向性元件？（必要性）在双侧电源电网或单侧电源环形网中：1、对于I段保护，这时为了使保护在区外故障时不误动，其整定值不仅要躲过本线路末端短路时流经保护的最大短路电流，而且要躲过保护反方向故障时流经本保护的最大短路电流。2、对于II段保护，这时不仅要下相邻下一线的第I段配合，而且还要与其在同一母线下的各条出线的第I段相配合。3、对于III段保护，这时仅靠时限的配合已无法获得选择性。上述问题的产生，皆因双侧电源电网和环形电网中，在保护安装处反方向短路时，有可能使保护动作的缘故。于是，为了解决上述问题，我们提出在原有的电流保护基础上，加装一个能判断故障方向的元件即功率方向继电器。第一节方向电流保护的工作原理一、为什么在电流保护中装设方向第一节方向电流保护的工作原理如图4-1所示，当在K1点发生短路时，要求保护3、4动作，断开3、4两个断路器；如在K2点发生短路，要求保护1、2动作，断开1、2两个断路器。对K1点短路，为实现选择性要求：对K2点短路，为实现选择性要求：可见，一般电流保护不能满足保护选择性要求。因此，要采用方向电流保护来解决这个问题。图4-1两侧电源辐射形电网第一节方向电流保护的工作原理如图4-1所示，当在K1点发生第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护是在过流保护基础上加装方向元件的保护。在一般过流保护2和3上各加一个方向元件（功率方向继电器），它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护动作，这样就解决了过流保护的选择性问题第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护是在过流保护基础上第一节方向电流保护的工作原理图4-1单侧电源环网第一节方向电流保护的工作原理图4-1单侧电源环网第一节方向电流保护的工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。K1点短路时，保护1、2、4、6为正方向；保护3和5反方向，不应起动。第一节方向电流保护的工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线

电流保护方向性问题

的提出二、电流方向保护的基本工作原理1、加装方向性元件电流保护方向性问题

的提出二、电流方向保护的基本工作原双侧电源电网线路方向过流保护时限特性如图4-1（a）两侧电源供电的辐射形电网中，1～6均为方向过流保护，其中保护1、3和5为一组，2、4和6为另一组，各同方向保护间的时限配合仍按阶梯原则来整定。图4-2双侧电源电网线路方向过流保护时限特性双侧电源电网线路方向过流保护时限特性如图4-1（a）两侧电源双侧电源电网线路方向过流保护时限特性图4-2双侧电源电网线路方向过流保护的时限特性双侧电源电网线路方向过流保护时限特性图4-2双侧电源电网线第一节方向电流保护的工作原理WL2上K1点短路时，保护1、3、4、6因短路功率由母线流向线路，故都能启动，而其中按动作方向时限最短的保护3和4动作，跳开断路器3、4，将故障线路WL2切除，保护1和6便返回，从而保证了动作选择性。WL2第一节方向电流保护的工作原理WL2上K1点短路时，保护1、第一节方向电流保护的工作原理WL1上K2点短路时，只有保护1、2、4和6能启动，其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开断路器1和2，将故障线路WL1切除，保护4和6便返回，同样保证了动作的选择性。WL1第一节方向电流保护的工作原理WL1上K2点短路时，只有保护第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件（电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器）和时限元件（时间继电器）。工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门，二者同时动作才能启动时间继电器KT。

图4-3方向过流保护原理接线图第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护装置由三个主要元件在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设功率方向元件。无时限电流速断保护在原理上用于双侧电源线路时，其动作电流要按同时躲过线路首端和末端短路的最大短路电流，才能保证动作的选择性。但是，由于线路两侧电源的容量和系统阻抗不同，当在线路发生短路时，两侧电源供给的短路电流大小并不相同，甚至数值相差很大，这时安装在小电源一侧的电流速断保护范围就不能满足灵敏度的要求，甚至可能没有保护范围。第一节方向电流保护的工作原理在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向第一节方向电流保护的工作原理在这种情况下，小电源一侧需要采用方向电流速断保护，当保护背后发生短路时，利用功率方向元件闭锁，使保护只根据小电源一侧的短路功率方向来动作。因此，这时小电源侧方向电流速断保护只需躲过线路末端短路时通过该保护处的短路电流来整定即可，从而大大提高了保护的灵敏性，满足保护范围的要求。第一节方向电流保护的工作原理在这种情况下，小电源一侧需要采第二节功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型。整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等。功率方向继电器有感应型、整流型和半导体型，按相位比较或幅值比较原理构成。第二节功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理功率方向继电器工作原理判断方向的实质方向元件（功率方向继电器）之所以能判别正、反向故障是因为正、反向故障时，保护安装处的母线残压与被保护线路上的电流之间的相位关系不同。方向元件正是根据这种不同来识别正、反向故障的。功率方向继电器工作原理判断方向的实质

功率方向继电器功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型。整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等优点。功率方向继电器功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电判断方向的实质图4-4功率方向继电器工作原理说明图图4-5正反故障时电压、电流相量图判断方向的实质图4-4功率方向继电器工作原理说明图图4-5以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流以母线流向线路为正。当保护正方向（K1）短路时：电流为正，滞后相角。

=（0°＜＜90°)。短路功率PK1=Ur1Ir1cos＞0；当保护反方向K2点发生短路时，（0°＜＜90°，180°＜＜270°)。短路功率PK2=UrIr2cos＜0。在保护装置动作的正方向和反方向发生短路时，功率方向继电器测量的功率方向相反。以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流继电器动作的临界情况是一条与相量功率方向继电器的工作原理：实质就是判断母线电压和流入线路的电流之间的相位角。动作方程可表示为：相垂直的直线，通常称为功率方向继电器的动作特性。

继电器动作的临界情况是一条与相量功率方向继电器的工作原理：实考虑继电器内角a的动作方程在实际应用中，为适应判别各种正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性，继电器中应有可以调整的内角α，这时功率方向继电器的动作方程为：—（90°+α）≤arg≤（90°—α）（4-2）

或—90°≤arg≤90°（4-3）其动作特性为逆时针移动的一条直线，移动的角度为继电器内角α，α常取45°或30°。考虑继电器内角a的动作方程在实际应用中，为适应判别各种正方向动作区：动作区：动作区：动作区：当电流相量Ir垂直于动作特性时，功率方向继电器的动作最灵敏，这一位置称为最大灵敏线，最大灵敏线与电压Ur之间夹角称为最大灵敏角，=-α，因为这时Ir超前Ur，所以，是负角度。功率方向继电器可以直接比较电气量Ur和Ir之间的相位，也可以间接比较电气量Ur和Ir的线性函数

Uc和UD之间相角来构成。。

动作条件可以表示为：二、相位比较原理与幅值比较原理的关系当电流相量Ir垂直于动作特性时，功率方向继电器的动作最灵敏，二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较的两个电气量UA和UB，可以通过UC和UD经过线性变换得到：UDUCUAUBUDUCUAUBUDUCUAUB二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较若以为动作量，为制动量。则当UC与UD相位差θ=90°时，=,动作量等于制动量,动作的临界状态；当θ＜90°时，＞动作量大于制动量，继电器处于动作状态；当θ＞90°时，＜，动作量小于制动量，继电器不动作。电气量间变换关系：二、相位比较原理与幅值比较原理的关系若以为动作量，为制动量。则当UC与UD相位差三、幅值比较回路幅值比较回路是由整流和滤波、幅值比较、执行元件三个单元构成的。1、直接比较式比较回路极化继电器KP有两个绕组，其中W1为动作绕组，W2为制动绕组。动作量经整流滤波后产生动作电流I1以带“·”号极性端子流入W1绕组，产生动作安匝；制动量经整流滤波后产生制动电流I2，从非极性端子流入W2，产生制动安匝。若极化继电器的动作安匝为(IW)OP，则极化继电器动作条件为三、幅值比较回路幅值比较回路是由整流和滤波、幅值比较、执行元三、幅值比较回路（4-9）极化继电器动作条件三、幅值比较回路（4-9）极化继电器动作条件三、幅值比较回路W1W2Z1U1UAC1I1I2C2U2UBKPZ2R1R2图4-8直接比较式比较回路接线图三、幅值比较回路W1W2Z1U1UAC1I1I2C2U2UB1、直接比较式比较回路ZA：工作回路阻抗；ZB：制动回路阻抗；0.9：有效值转换为平均值的系数。当ZA=ZB且（IW）OP≈0时，继电器动作条件为（4-9）1、直接比较式比较回路ZA：工作回路阻抗；ZB：制动回路阻抗三、幅值比较回路2、循环电流式比较回路Z1U1UAC1I1I2C2U2UBKPZ2R1R2三、幅值比较回路2、循环电流式比较回路Z1U1UAC1I1I2、循环电流式比较回路动作量UA经整流滤波后得到电流I1，制动量UB经整流滤波后得到电流I2，通过执行元件KP的电流为I1—I2，继电器的动作电流为Iop.r，则继电器动作条件为I1—I2≥Iop.r，即当Z1=Z2，R1=R2，并满足Z1+R1=Z2+R2=Z，则极化继电器动作条件为：

2、循环电流式比较回路动作量UA经整流滤波后得到电流I1，制2、循环电流式比较回路忽略Iop.r时,上式变为循环电流式比较回路接线简单，在执行元件的输入端，当动作电流小时，制动侧整流桥U2中二极管正向电阻大，分流小，故有较高的灵敏性。而当动作电流大时，上述二极管又能限幅，起到保护执行元件的作用，因此这种比较回路使用广泛。2、循环电流式比较回路忽略Iop.r时,上式变为三、幅值比较回路Z1U1UAC1U1U2C2U2UBKPZ2R1R2

3、均压式比较回路接线图三、幅值比较回路Z1U1UAC1U1U2C2U2UBKPZ23、均压式比较回路执行元件的输入端m、n所加电压是两电气量、整流电压的差值，所以称这种接线方式为均压式接线。动作量整流滤波后接于电阻R1上，其电压为U1；制动量整流滤波后接于电阻R2上，其电压为U2，执行元件的电压为Umn=U1－U2，若极化继电器动作电压为Uop.r，则继电器动作条件为：3、均压式比较回路执行元件的输入端m、n所加电压是两电气量、3、均压式比较回路当Z1=Z2，R1=R2，并忽略Uop.r，则动作条件为3、均压式比较回路当Z1=Z2，R1=R2，并忽略Uop.r四、功率方向继电器

执行元件（极化继电器）继电器幅值比较回路中要求动作具有方向性，消耗功率小，动作迅速的直流继电器作执行元件，目前常用极化继电器或晶体管零指示器。差分式极化继电器属于电磁式直流继电器。图4-11极化继电器原理结构图四、功率方向继电器

执行元件（极化继电器）继电器幅值比较回路（极化继电器）

极化继电器是由绕组,永久磁铁,可动舌片,接点,铁芯等组成。其主要特点:是继电器的可动舌片处于两个磁通的作用之下，一个是由线圈的电流产生的工作磁通，另一个是由永久磁铁产生的极化磁通。（极化继电器）极化继电器是由绕组,永久磁铁,可动舌片,当线圈没有电流时:2<1，2>1,舌片被吸引向右边，接点断开.当线圈中通以电流Ij时:φ1＞φ2时，舌片被吸向左侧磁极，继电器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流继电器动作以后:逐渐减小工作电流，则φ1减小，φ2增加，当φ2＞φ1时，则舌片又被吸向右侧磁极，继电器返回，当继电器线圈通入相反方向的电流时，1的磁通更减小，2的磁通更增加，继电器不动作。结论：该继电器的动作具有方向性。（极化继电器）当线圈没有电流时:2<1，2>1,舌片被吸引向右五、整流型功率方向继电器1.继电器的原理及动作区按幅值比较原理构成的，故动作方程为即根据幅值比较和相位比较互换关系有五、整流型功率方向继电器1.继电器的原理及动作区

LG-11功率方向继电器2、整流型功率方向继电器工作原理UXKIIrKUUrKIIrKUUr图4-13整流型功率方向继电器的接线图LG-11功率方向继电器2、整流型功率方向继电器工作原理U继电器动作条件也可以用余函数表示

临界动作条件为垂直于最大灵敏线且过原点的直线，动作区在带有阴影的半平面范围，最大灵敏线为超前Ur相角a的一条直线。最大灵敏线动作区继电器动作条件也可以用余函数表示

临界动作条件为垂直于最大2、整流型功率方向继电器工作原理电流Ir的相位可以改变，Ir顺时针旋转落在动作边界线AB直线上时，－是继电器动作下边界，Ir逆时针转到直线AB上时，为继电器动作上边界。当Ir落在动作区内，继电器动作。当电流Ir落在最大灵敏线上，即电压分量与超前Ur相角90°的电压分量同相位，此时动作量最大，制动量最小，故继电器最灵敏，所以称为方向继电器的最大灵敏角。2、整流型功率方向继电器工作原理电流Ir的相位可以改变，Ir3、最小动作功率当Ir足够大时，使继电器动作的最小电压为方向继电器的最小动作电压：当电压Ur足够大时，使继电器动作的最小电流为方向继电器的最小动作电流：3、最小动作功率当Ir足够大时，使继电器动作的最小电压为方向幅值比较原理方向继电器的最小动作功率，用Sop·min表示：方向继电器的最小动作电流、电压和功率是衡量方向继电器灵敏性的参数。执行元件越灵敏（U0越小），则KU、KI越大，方向功率继电器的Iop·min、Uop·min和Sop·min就越小，方向继电器也就越灵敏。功率方向继电器的动作特性：

幅值比较原理方向继电器的最小动作功率，用Sop·min表示：六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动在保护安装处附近发生金属性三相短路时，母线残压接近于零，此时，继电器不能可靠动作，使功率继电器不能可靠动作的靠近保护按装处这段范围称为继电器的死区。消除死区的方法是在继电器电压回路串如入电容C，以便和电压变换器UV一次绕组的等效电感、电阻一起构成50Hz频率的串联谐振回路。六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动在保护安装处六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动

功率继电器潜动是指当输入电压或输入电流中只要有一个量输入继电器时，继电器不应动作。实际中，由于比较回路各元件参数不完全对称，继电器可能动作，这称为潜动。潜动分为电压潜动和电流潜动，正向潜动和反向潜动。潜动的危害表现在保护安装处正向出口短路时，继电器可能误动；反向出口短路时，继电器可能拒动或灵敏系数降低。消除电流潜动，调整电阻R2,消除电压潜动，调整电阻R1。六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动功率继电器

§3作业布置99页习题4-1、4-8、4-9预习第四章4-3节，4-4节 §3作业布置99页习题4-1、4-8、4-9本节内容结束本节内容结束继电保护原理继电保护原理第四章电网相间短路的方向

电流保护第四章电网相间短路的方向

电流保护第四章主要内容§0复习回顾及提问§1第一节方向电流保护的工作原理

§2第二节功率方向继电器

§3第三节相间短路保护中功率继电器的接线方式§4第四节功率方向继电器的按相启动§5第五节功率方向继电器的整定计算第四章主要内容§0复习回顾及提问本章基本要求1、掌握在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性，以及可以省略方向元件的条件。2、掌握方向元件（功率方向继电器）的工作原理，构造及动作特性。通过型功率方向继电器的研究，初步弄清反应两个电气量的继电器的基本构成原理—基于两个电气量相位比较的原理和基于两个电气量幅值比较的原理及其互换性。通过对整流型功率方向继电器研究，弄清中间电压变换器和电抗变换器的作用、构造及作原理。3、掌握用于相间短路的功率方向继电器的典型接线方式—90°接线及其工作分析。4、了解对方向性电流保护的评价。本章基本要求1、掌握在双侧电源网络中继电保护动作带有方向性的第一节方向电流保护的工作原理一、为什么在电流保护中装设方向性元件？（必要性）在双侧电源电网或单侧电源环形网中：1、对于I段保护，这时为了使保护在区外故障时不误动，其整定值不仅要躲过本线路末端短路时流经保护的最大短路电流，而且要躲过保护反方向故障时流经本保护的最大短路电流。2、对于II段保护，这时不仅要下相邻下一线的第I段配合，而且还要与其在同一母线下的各条出线的第I段相配合。3、对于III段保护，这时仅靠时限的配合已无法获得选择性。上述问题的产生，皆因双侧电源电网和环形电网中，在保护安装处反方向短路时，有可能使保护动作的缘故。于是，为了解决上述问题，我们提出在原有的电流保护基础上，加装一个能判断故障方向的元件即功率方向继电器。第一节方向电流保护的工作原理一、为什么在电流保护中装设方向第一节方向电流保护的工作原理如图4-1所示，当在K1点发生短路时，要求保护3、4动作，断开3、4两个断路器；如在K2点发生短路，要求保护1、2动作，断开1、2两个断路器。对K1点短路，为实现选择性要求：对K2点短路，为实现选择性要求：可见，一般电流保护不能满足保护选择性要求。因此，要采用方向电流保护来解决这个问题。图4-1两侧电源辐射形电网第一节方向电流保护的工作原理如图4-1所示，当在K1点发生第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护是在过流保护基础上加装方向元件的保护。在一般过流保护2和3上各加一个方向元件（功率方向继电器），它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护动作，这样就解决了过流保护的选择性问题第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护是在过流保护基础上第一节方向电流保护的工作原理图4-1单侧电源环网第一节方向电流保护的工作原理图4-1单侧电源环网第一节方向电流保护的工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。K1点短路时，保护1、2、4、6为正方向；保护3和5反方向，不应起动。第一节方向电流保护的工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线

电流保护方向性问题

的提出二、电流方向保护的基本工作原理1、加装方向性元件电流保护方向性问题

的提出二、电流方向保护的基本工作原双侧电源电网线路方向过流保护时限特性如图4-1（a）两侧电源供电的辐射形电网中，1～6均为方向过流保护，其中保护1、3和5为一组，2、4和6为另一组，各同方向保护间的时限配合仍按阶梯原则来整定。图4-2双侧电源电网线路方向过流保护时限特性双侧电源电网线路方向过流保护时限特性如图4-1（a）两侧电源双侧电源电网线路方向过流保护时限特性图4-2双侧电源电网线路方向过流保护的时限特性双侧电源电网线路方向过流保护时限特性图4-2双侧电源电网线第一节方向电流保护的工作原理WL2上K1点短路时，保护1、3、4、6因短路功率由母线流向线路，故都能启动，而其中按动作方向时限最短的保护3和4动作，跳开断路器3、4，将故障线路WL2切除，保护1和6便返回，从而保证了动作选择性。WL2第一节方向电流保护的工作原理WL2上K1点短路时，保护1、第一节方向电流保护的工作原理WL1上K2点短路时，只有保护1、2、4和6能启动，其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开断路器1和2，将故障线路WL1切除，保护4和6便返回，同样保证了动作的选择性。WL1第一节方向电流保护的工作原理WL1上K2点短路时，只有保护第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件（电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器）和时限元件（时间继电器）。工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门，二者同时动作才能启动时间继电器KT。

图4-3方向过流保护原理接线图第一节方向电流保护的工作原理方向过流保护装置由三个主要元件在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设功率方向元件。无时限电流速断保护在原理上用于双侧电源线路时，其动作电流要按同时躲过线路首端和末端短路的最大短路电流，才能保证动作的选择性。但是，由于线路两侧电源的容量和系统阻抗不同，当在线路发生短路时，两侧电源供给的短路电流大小并不相同，甚至数值相差很大，这时安装在小电源一侧的电流速断保护范围就不能满足灵敏度的要求，甚至可能没有保护范围。第一节方向电流保护的工作原理在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向第一节方向电流保护的工作原理在这种情况下，小电源一侧需要采用方向电流速断保护，当保护背后发生短路时，利用功率方向元件闭锁，使保护只根据小电源一侧的短路功率方向来动作。因此，这时小电源侧方向电流速断保护只需躲过线路末端短路时通过该保护处的短路电流来整定即可，从而大大提高了保护的灵敏性，满足保护范围的要求。第一节方向电流保护的工作原理在这种情况下，小电源一侧需要采第二节功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型。整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等。功率方向继电器有感应型、整流型和半导体型，按相位比较或幅值比较原理构成。第二节功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理功率方向继电器工作原理判断方向的实质方向元件（功率方向继电器）之所以能判别正、反向故障是因为正、反向故障时，保护安装处的母线残压与被保护线路上的电流之间的相位关系不同。方向元件正是根据这种不同来识别正、反向故障的。功率方向继电器工作原理判断方向的实质

功率方向继电器功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型。整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等优点。功率方向继电器功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电判断方向的实质图4-4功率方向继电器工作原理说明图图4-5正反故障时电压、电流相量图判断方向的实质图4-4功率方向继电器工作原理说明图图4-5以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流以母线流向线路为正。当保护正方向（K1）短路时：电流为正，滞后相角。

=（0°＜＜90°)。短路功率PK1=Ur1Ir1cos＞0；当保护反方向K2点发生短路时，（0°＜＜90°，180°＜＜270°)。短路功率PK2=UrIr2cos＜0。在保护装置动作的正方向和反方向发生短路时，功率方向继电器测量的功率方向相反。以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流继电器动作的临界情况是一条与相量功率方向继电器的工作原理：实质就是判断母线电压和流入线路的电流之间的相位角。动作方程可表示为：相垂直的直线，通常称为功率方向继电器的动作特性。

继电器动作的临界情况是一条与相量功率方向继电器的工作原理：实考虑继电器内角a的动作方程在实际应用中，为适应判别各种正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性，继电器中应有可以调整的内角α，这时功率方向继电器的动作方程为：—（90°+α）≤arg≤（90°—α）（4-2）

或—90°≤arg≤90°（4-3）其动作特性为逆时针移动的一条直线，移动的角度为继电器内角α，α常取45°或30°。考虑继电器内角a的动作方程在实际应用中，为适应判别各种正方向动作区：动作区：动作区：动作区：当电流相量Ir垂直于动作特性时，功率方向继电器的动作最灵敏，这一位置称为最大灵敏线，最大灵敏线与电压Ur之间夹角称为最大灵敏角，=-α，因为这时Ir超前Ur，所以，是负角度。功率方向继电器可以直接比较电气量Ur和Ir之间的相位，也可以间接比较电气量Ur和Ir的线性函数

Uc和UD之间相角来构成。。

动作条件可以表示为：二、相位比较原理与幅值比较原理的关系当电流相量Ir垂直于动作特性时，功率方向继电器的动作最灵敏，二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较的两个电气量UA和UB，可以通过UC和UD经过线性变换得到：UDUCUAUBUDUCUAUBUDUCUAUB二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较若以为动作量，为制动量。则当UC与UD相位差θ=90°时，=,动作量等于制动量,动作的临界状态；当θ＜90°时，＞动作量大于制动量，继电器处于动作状态；当θ＞90°时，＜，动作量小于制动量，继电器不动作。电气量间变换关系：二、相位比较原理与幅值比较原理的关系若以为动作量，为制动量。则当UC与UD相位差三、幅值比较回路幅值比较回路是由整流和滤波、幅值比较、执行元件三个单元构成的。1、直接比较式比较回路极化继电器KP有两个绕组，其中W1为动作绕组，W2为制动绕组。动作量经整流滤波后产生动作电流I1以带“·”号极性端子流入W1绕组，产生动作安匝；制动量经整流滤波后产生制动电流I2，从非极性端子流入W2，产生制动安匝。若极化继电器的动作安匝为(IW)OP，则极化继电器动作条件为三、幅值比较回路幅值比较回路是由整流和滤波、幅值比较、执行元三、幅值比较回路（4-9）极化继电器动作条件三、幅值比较回路（4-9）极化继电器动作条件三、幅值比较回路W1W2Z1U1UAC1I1I2C2U2UBKPZ2R1R2图4-8直接比较式比较回路接线图三、幅值比较回路W1W2Z1U1UAC1I1I2C2U2UB1、直接比较式比较回路ZA：工作回路阻抗；ZB：制动回路阻抗；0.9：有效值转换为平均值的系数。当ZA=ZB且（IW）OP≈0时，继电器动作条件为（4-9）1、直接比较式比较回路ZA：工作回路阻抗；ZB：制动回路阻抗三、幅值比较回路2、循环电流式比较回路Z1U1UAC1I1I2C2U2UBKPZ2R1R2三、幅值比较回路2、循环电流式比较回路Z1U1UAC1I1I2、循环电流式比较回路动作量UA经整流滤波后得到电流I1，制动量UB经整流滤波后得到电流I2，通过执行元件KP的电流为I1—I2，继电器的动作电流为Iop.r，则继电器动作条件为I1—I2≥Iop.r，即当Z1=Z2，R1=R2，并满足Z1+R1=Z2+R2=Z，则极化继电器动作条件为：

2、循环电流式比较回路动作量UA经整流滤波后得到电流I1，制2、循环电流式比较回路忽略Iop.r时,上式变为循环电流式比较回路接线简单，在执行元件的输入端，当动作电流小时，制动侧整流桥U2中二极管正向电阻大，分流小，故有较高的灵敏性。而当动作电流大时，上述二极管又能限幅，起到保护执行元件的作用，因此这种比较回路使用广泛。2、循环电流式比较回路忽略Iop.r时,上式变为三、幅值比较回路Z1U1UAC1U1U2C2U2UBKPZ2R1R2

3、均压式比较回路接线图三、幅值比较回路Z1U1UAC1U1U2C2U2UBKPZ23、均压式比较回路执行元件的输入端m、n所加电压是两电气量、整流电压的差值，所以称这种接线方式为均压式接线。动作量整流滤波后接于电阻R1上，其电压为U1；制动量整流滤波后接于电阻R2上，其电压为U2，执行元件的电压为Umn=U1－U2，若极化继电器动作电压为Uop.r，则继电器动作条件为：3、均压式比较回路执行元件的输入端m、n所加电压是两电气量、3、均压式比较回路当Z1=Z2，R1=R2，并忽略Uop.r，则动作条件为3、均压式比较回路当Z1=Z2，R1=R2，并忽略Uop.r四、功率方向继电器

执行元件（极化继电器）继电器幅值比较回路中要求动作具有方向性，消耗功率小，动作迅速的直流继电器作执行元件，目前常用极化继电器或晶体管零指示器。差分式极化继电器属于电磁式直流继电器。图4-11极化继电器原理结构图四、功率方向继电器

执行元件（极化继电器）继电器幅值比较回路（极化继电器）

极化继电器是由绕组,永久磁铁,可动舌片,接点,铁芯等组成。其主要特点:是继电器的可动舌片处于两个磁通的作用之下，一个是由线圈的电流产生的工作磁通，另一个是由永久磁铁产生的极化磁通。（极化继电器）极化继电器是由绕组,永久磁铁,可动舌片,当线圈没有电流时:2<1，2>1,舌片被吸引向右边，接点断开.当线圈中通以电流Ij时:φ1＞φ2时，舌片被吸向左侧磁极，继电器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流继电器动作以后:逐渐减小工作电流，则φ1减小，φ2增加，当φ2