國網(wǎng)考試之電力系統(tǒng)繼電保護：【系統(tǒng)之復習】電力系統(tǒng)繼電保護

1、考點1：電力系統(tǒng)繼電保護的基本構(gòu)成、作用、原理及基本要求在電力系統(tǒng)中，繼電保護的任務(wù)之一就是當一次系統(tǒng)設(shè)備故障時，由保護向距離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使之從系統(tǒng)中脫離，以保證系統(tǒng)其他部分的安全穩(wěn)定運行，并最大限度的減少對電力設(shè)備的損壞。因此保護應(yīng)能區(qū)分正常運行與短路故障；應(yīng)能區(qū)分短路點的遠近。相電流應(yīng)取自同名相。圖3-8中i、分別為電流保護i段、段、段的電流測量元件(可以采用電流繼電器)，t1、t2分別為電流保護段、段的時間元件(可以采用時間繼電器)。圖中hl、h2、h3、h4是或門。在工程應(yīng)用中，三段式電流保護不一定三段全部投入。例如，當系統(tǒng)運行方式變化很大，i段保護范圍太小或沒有

2、保護區(qū)時，則不投入i段；對于線路一變壓器接線，工段可以保護線路全長時，則可以不投入段；在末端線路，可能段和段的動作時間相同，則也可以不投入段。考點3：距離保護原理、構(gòu)成及整定計算系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護，顧名思義它測量的是短路點至保護安裝處的距離，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定。常用于線路保護。距離保護的具體實現(xiàn)方法是通過測量短路點至保護安裝處的阻抗實現(xiàn)的，因為線路的阻抗成正比于線路長度。在前面的分析中大家已經(jīng)知道：保護安裝處的電壓等于故障點電壓加上線路壓降，即ukm=uk+；其中線路壓降并不單

3、純是線路阻抗乘以相電流，它等于正、負、零序電流在各序阻抗上的壓降之和，即u=ik1*x1+ik2*x2+ik0*x0。接下來我們先以a相接地短路故障將保護安裝處母線電壓重新推導一下。因為在發(fā)生單相接地短路時，3io等于故障相電流ika；同時考慮線路x1=x2則有：ukam=uka+ika1*xlm1+ika2*xlm2+ika0*xlm0=uka+ika1*xlm1+ika2*xlm1+ika0*xlm0+(ika0*xlm1ika0*xlm1)=uka+xlm1(ika1+ika2+ika0)+ika0（xlm0xlm1）=uka+xlm1*ika+3ika0（xlm0xlm1）*xlm1/

4、3xlm1=uka+xlm1*ika1+（xlm0xlm1）/3xlm1令k=（xlm0xlm1）/3xlm1則有ukam=uka+ika*xlm1(1+k)或ukam=uka+ika*xlm1(1+k)=uka+xlm1(ika+kika)=uka+xlm1(ika+k3ika0)同理可得ukbm=ukb+xlm1(ikb+k3ikb0)ukcm=ukc+xlm1(ikc+k3ikc0)這樣我們就可得到母線電壓計算得一般公式：ukm=uk+xlm1(ik+k3i0)該公式適用于任何母線電壓的計算，對于相間電壓，只不過因兩相相減將同相位的零序分量k3ikc0減去了而已。一、接地阻抗繼電器的測量

5、阻抗我們希望，故障時加入阻抗繼電器的電壓、電流測量值zj=uj/ij正好成正比于保護安裝處至短路點的線路阻抗zlm對于單相接地阻抗繼電器來說，如果按相電壓、相電流方式接線，則故障時繼電器的測量阻抗zj=uj/ij=zlm(ik+k3i0)/ik當金屬性單相接地短路時uk=0=(1+k)zlm它不能正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗zlm那么為了使阻抗繼電器測量阻抗zj正好等于保護安裝處至短路點的線路阻抗zlm我們可以在構(gòu)成阻抗繼電器上做文章，使zj=zlm(ik+k3i0)/(ik+k3i0)=zlm也就是說使繼電器的計算用電壓等于相電壓、計算用電流等于ik+k3i0，常規(guī)繼電器構(gòu)成上可以采

6、用ik+k3i0復合濾序器實現(xiàn)，微機保護更簡單，直接通過軟件算法實現(xiàn)。zj=uj/(ik+k3i0)的接線方式稱為帶零序電流補償?shù)慕拥刈杩估^電器。接地阻抗保護一般采用該種接線。二、相間阻抗繼電器的測量阻抗在前面兩相短路的分析中，我們得出：ikabm=2ikamukabm=2ikam*x1m則有母線處測量阻抗zj=2ikam*x1m/2ikam=x1m因此對于相間阻抗繼電器來說，如果按相間電壓、對應(yīng)相間電流方式接線，則故障時繼電器的測量阻抗zj=uj/ij=2ik*zlm/2ik=zlm能夠正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗zlmzj=uj/ij的接線方式稱為相間阻抗繼電器的0。接線，相間距離

7、一般采用該種接線。三、正、反向短路故障測量阻抗比較假設(shè)為金屬性短路，故障點電壓為零規(guī)定正方向：電流由母線指向線路為正方向；電壓以電壓升為正方向如下圖示：1、正方向短路故障測量阻抗：zj=uj/ij=zlm2、反方向短路故障測量阻抗：zj=uj/ij=zlm由上式可以看出：在特定的正方向下，測量阻抗具有明顯的方向性；也就是說正向故障實際上是由保護裝置背側(cè)電源作用的結(jié)果；而反向故障是由對側(cè)電源作用的結(jié)果。四、距離保護的實現(xiàn)方法不論是常規(guī)保護還是微機保護為了實現(xiàn)對一次設(shè)備的保護，首先要按照我們的意愿確定一個固定的動作特性（相對應(yīng)有一個動作方程），若計算出的測量阻抗zj落在動作特性內(nèi)部，繼電器就動作。

8、阻抗繼電器一般應(yīng)包含兩個量1）補償電壓或工作電壓2）極化電壓或參考電壓工作電壓uop=ujijzzd通過這個等式可以看出，ijzzd實際上是保護安裝處至整定點的壓降。那么母線電壓減去保護安裝處至整定點的壓降實際上就是整定點的電壓。即保護范圍末端的電壓?，F(xiàn)在我們結(jié)合下圖來看一下工作電壓uop在正向區(qū)內(nèi)、正向區(qū)外及反方向故障時同測量電壓uj測量的相位關(guān)系。在正向區(qū)內(nèi)k1點發(fā)生短路，zjzzd則uop=ujijzzd=ij(zjzzd)uj=ijzjuop與uj同向；在反方向k3點發(fā)生短路，zjzzd則uop=ujijzzd=ij(zj+zzd)uj=ijzjuop與uj同向；所以可以通過比較uop

9、與uj的相位關(guān)系來判斷區(qū)內(nèi)、區(qū)外及反向故障。只要是按動作方程實現(xiàn)的距離保護就一定含有工作電壓這一項。極化電壓是與工作電壓比較的參考電壓，選用不同的極化電壓可以獲得不同的動作特性。例如：選用uj為極化電壓可構(gòu)成方向阻抗繼電器、選用uj+ijzzd為極化電壓可構(gòu)成全阻抗繼電器、選用ijrzd為極化電壓可構(gòu)成電抗性阻抗繼電器、選用ijxzd為極化電壓可構(gòu)成電阻性阻抗繼電器等等。下面我來介紹一下方向阻抗繼電器的動作特性：其動作方程為|1/2zzd|zj1/2zzd|(絕對值比較方程)或90oarg(zjzzd)/zj270o(相位比較方程)這兩個方程對應(yīng)同一個動作特性，又是如何等效互換的呢？是根據(jù)平行

10、四邊形法則實現(xiàn)的互換。大家看一下下面的四個圖形：由圖可看出：c=ba；d=b+a當|a|=|b|，且b超前a時，argc/d=90o；當|a|=|b|，且a超前b時，argc/d=270o；當|a|b|，且b超前a時，argc/d90o；當|a|b|，且a超前b時，argc/dk2ikd(4-4)式中ikd2差動電流中的二次諧波電流；k2二次諧波制動系數(shù)；ikd差動電流。滿足式(4-4)時，判別為勵磁涌流，閉鎖差動保護；不滿足式(4-4)時，開放差動保護。制動方式有最大相制動和分相制動，圖4-5為最大相制動方式。當任一相差動回路電流的二次諧波分量滿足制動判據(jù)時，經(jīng)過或門h2閉鎖與門y1，即使有差動元件動作保護也不會出口；如果是發(fā)生短路，無二次諧波制動，允許保護由差動元件決定保護的動作。3差動速斷元件當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，短路電流很大，應(yīng)該快速切出故障。但是，當短路電流很大時，由于電流互感器飽和影響，造成二次電流波形畸變，將出現(xiàn)二次諧波電流，影響保護的正確動作。因此，當短路電流數(shù)值達到差動速斷動作值時，通過差動電流速斷元件直接出口切除變壓器，不再經(jīng)過任何其他條件的判斷。通常差動速斷元件的動作電流大于變壓器勵磁涌流數(shù)值。4ta斷線檢測在電流互感器二次斷線時發(fā)出信號。變壓器差動保護的保護范圍為保護用電流互感器之間的一次系統(tǒng)，包括變壓器繞組和變壓器繞組的引出線，反應(yīng)各種短路故障