方向保护原理

一、 零序方向保护原理
在系统正常运行时，只有正序分量，没有零序分量，当系统发生接地短路故障或不对称断线故障时才产生零序分量，因此零序分量是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
要构成方向保护必须能够区分正、反方向故障。接下来我们分析一下正、反方向短路故障时零序分量的方向性。
规定正方向：电流由母线指向线路为正方向；
电压以电压升为正方向
1、 正方向短路故障：
系统接线及零序序网如下图示
通常情况下零序阻抗角按约75度考虑，所以反方向短路时Uo超前Io约75度。
分析序网要切记一点，在计算某点电压时要由高电位点经过无电源端至低电位点构成回路，如果从电源端计算，则等于电源电压加（或减）两点间压降，而电源电压很可能也是一个未知数。对于零序网络来说，短路点电压最高，可以看成是零序回路的电源。
由分析可以看出：在特定的正方向下，零序分量具有明确的方向性。
根据上述推导，如果要构成一个零序方向继电器，使它在正方向短路时动作，反方向短路时不动，则该继电器的最大动作灵敏角应为Uo超前Io约-105度。据此我们可以画出零序方向继电器的动作特性图：

由动作特性可得动作方程：
165o≤arg3UO/3IO≤－15o
当我们知道动作特性及动作方程后，就可以构成继电器。
二、 负序方向保护原理
同样在系统正常运行时，也没有负序分量，当系统发生不对称短路故障或不对称断线故障时才产生负序分量，因此负序分量也是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
接下来我们看一下系统正、反方向短路故障时负序序网图：

由图可得： 正方向短路           U2=－I2×Xs2
反方向短路          U2=I2×(Xl2+Xr2)
通常情况下负序阻抗角按约75度考虑，所以正方向短路时U2超前I2约-105度。反方向短路时U2超前I2约75度。
由上述分析可以看出：负序分量同零序方向具有相同的动作特性，在特定的正方向下，具有明确的方向性。（其他分析同零序方向）
三、 工频变化量方向（突变量方向）保护原理
当系统发生短路故障时，根据叠加原理，短路后状态=短路前状态+短路附加状态以两侧为无穷大系统发生金属性短路为例：则短路后状态UK=0。那么等效图如下图示：

图中：                  △I=I-If    △U=U-Uf
大家可以看出△I、△U其实就是工频变化量（或称突变量），利用△I、△U构成的继电器称为工频变化量继电器。
接下来我们分析一下正、反方向短路故障时工频变化量△I、△U的向量关系：
1、正方向短路：
由图可得： 反方向短路           △U =△I×（ZL+ZR）
反方向短路          U2=I2×(Xl2+Xr2)
由上两关系式可看出：正方向短路△U 、△I方向相反；反方向短路△U 、△I方向相同，具有明确的方向性。