方向元件作为重要的继电保护元件,在输电线路的方向纵联保护和距离保护中得到了广泛应用。故障情况下,方向元件能够保证区内故障可靠动作、区外故障保护可靠闭锁。然而在输电线路反方向出口故障且伴随电流互感器(Current Transformer,CT)严重饱和时,由于传统保护全周傅里叶算法的数据窗较长涵盖了饱和区的数据,造成在计算故障电流相量时得到错误的结果,导致方向元件误判,最终导致保护失去选择性。为保证在CT饱和时方向元件仍能正确、可靠动作,研究了应对CT饱和的措施,设计了一种基于CT饱和准确识别的方向元件改进方案。方向元件是通过比较保护安装处故障电压与故障电流的相位关系来判断故障方向,CT饱和会影响故障电流的相位计算结果,这将影响方向元件的最终判断结果。围绕CT饱和对方向元件的影响,首先研究了故障起始角、二次负载和剩磁等因素对CT饱和程度的影响。在PSCAD中研究故障起始角对CT饱和的影响时,设计了一种在PSCAD中实现故障起始角精确控制及自动遍历的新方法,大幅提高了仿真效率。然后,通过PSCAD仿真以及对大量仿真数据的总结和分析,得出了方向元件在CT饱和下误判方向的根本原因:由于全周傅里叶算法因数据窗内涵盖饱和区的数据而导致对故障电流相量计算错误,最终导致方向元件出现误判。CT饱和后的二次电流存在饱和区和线性传变区,通过利用线性传变区的数据得出正确结果,能够解决方向元件误判的问题,这需要实现对线性区范围的准确识别,同时实现利用线性传变区数据快速获取方向元件的判别结果,本文重点解决了这两个问题。由于目前CT饱和识别方法均难以同时满足CT饱和快速识别和线性区范围准确识别的要求,因此提出了一种基于Hausdorff距离的CT饱和快速识别和线性区范围准确识别的新方法,并选取了合理的短窗快速算法计算方向元件结果。设计了一种基于CT饱和准确识别的方向元件改进方案。利用Hausdorff距离算法准确识别CT饱和状态,并确定出线性传变区范围;在线性传变区内投入短窗快速算法获得方向元件的正确结果,并记忆这一结果直到CT恢复线性传变,实现了仅利用线性传变区的数据计算方向元件结果。仿真结果表明,改进方案在CT饱和的工况下仍然能够正确、可靠的动作,解决了方向元件在CT饱和时误判方向的问题。进一步地在实际保护装置中对所提方案的性能进行了全面验证。对装置的硬件结构进行了研究,并设计了改进方案的主程序和主模块的软件实现流程,包括故障启动模块、Hausdorff距离计算模块、短窗快速算法计算模块。通过编写程序、调试等工作,改进方案已成功在装置上实现。测试结果表明,当实际的CT饱和发生时,装置中的方向元件仍能正确判断故障方向,提高了保护装置在反方向出口发生故障时,抵御CT饱和的能力。