在電力系統中，兩側電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線(xiàn)路，在這樣的電網(wǎng)中，為切除線(xiàn)路上的故障，線(xiàn)路兩側都裝有斷路器和相應的保護，如裝設過(guò)流保護將不能保證動(dòng)作的選擇性。為解決選擇性的問(wèn)題，在原來(lái)的電流保護的基礎上裝設了方向元件（功率方向繼電器）。規定：功率的方向由母線(xiàn)流向線(xiàn)路為正，由線(xiàn)路流向母線(xiàn)為負。由功率方向繼電器加以判斷，當功率方向為正時(shí)動(dòng)作，反之不動(dòng)，上述過(guò)程即為方向電流保護。

方向性電流保護基本原理

在電網(wǎng)中，各斷路器和保護裝置都是安裝在被保護線(xiàn)路靠近電源的一側。當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)啟動(dòng)都是在短路功率從母線(xiàn)流向被保護線(xiàn)路的情況下，按選擇性的條件來(lái)協(xié)調配合工作的。隨著(zhù)電力系統網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展和用戶(hù)對供電可靠性要求的提高，現代電力系統實(shí)際上都是由多電源組成的復雜網(wǎng)絡(luò )。此時(shí)上述簡(jiǎn)單的保護方式已不能滿(mǎn)足系統運行的要求。例如在圖所示雙側電源網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)中，由于兩側都有電源因此在每條線(xiàn)路的兩側均裝設斷路器和保護裝置。當k1點(diǎn)短路時(shí)對B側電源來(lái)說(shuō)，為保證選擇性，要求t5》t4，而當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)斷路器的電流保護中增加一個(gè)功率方向測量元件并規定該元件只有當短路功率從母線(xiàn)流向線(xiàn)路（為正）時(shí)動(dòng)作而當短路功率從線(xiàn)路流向母線(xiàn)（為負）時(shí)不動(dòng)作從而使繼電保護的動(dòng)作具有一定的方向性。當雙側電源網(wǎng)絡(luò )上的電流保護裝設方向元件后，就可以把它們拆開(kāi)成兩個(gè)單側電源網(wǎng)絡(luò )的保護，圖中保護1、3、5是一個(gè)系統，它負責切除由電源A供給的短路功率保護；2、4、6是另一個(gè)系統，它負責切除由電源B供給的短路功率。這樣保護4和保護5的過(guò)電流保護動(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(guò)電流保護動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行配合技階梯原則應滿(mǎn)足t1》t3》t5和t6》t4》t2。由以上分析可知方向過(guò)電流保護就是在原有保護的基礎上，增設一個(gè)方向閉鎖元件，以保證在反方向故障時(shí)將保護閉鎖起來(lái)，防止發(fā)生誤動(dòng)作方向過(guò)電流保護的單相原理接線(xiàn)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)，只有當兩個(gè)元件都動(dòng)作時(shí)保護才能動(dòng)作跳閘。

方向性電流保護工作原理

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

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(wú)串聯(lián)電容也不考慮分布電容的線(xiàn)路上短路時(shí)，認為短路功率從電源流向短路點(diǎn)。

目前雙側電源供電較為普遍。

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

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

圖1 雙側電源網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)

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

（b）中k2點(diǎn)短路時(shí)，本應由保護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(guò)保護6，如果，則保護6的電源速斷要誤動(dòng)作；如果過(guò)電流保護的動(dòng)作時(shí)限，則保護6的過(guò)電流保護也要誤動(dòng)作。其他亦如此。

圖2 方向過(guò)電流保護的原理接線(xiàn)圖

方向性繼電保護的主要特點(diǎn)就是在原有保護的基礎上增加一個(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(guò)預定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。