電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二版讀書筆記

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)讀書筆記1. 緒論1.1 電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)一般將電能通過的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，對一次備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制和保護(hù)的設(shè)備稱為二次設(shè)備。一般正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，其發(fā)電、輸電和變電設(shè)備還保持一定的備用容量，能滿足負(fù)荷隨機(jī)變化的需要，同時(shí)在保證安全的條件下，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；能承受常見的干撓，從一個(gè)正常狀態(tài)和不正常狀態(tài)、故障狀態(tài)通過預(yù)定的控制連續(xù)變化到另一個(gè)正常狀態(tài)，而不致于進(jìn)一步產(chǎn)生有害的后果。不正常運(yùn)行狀態(tài)指部分參量超過安全工作限額但又不是故障的工作狀態(tài)，如因負(fù)荷潮流超過電氣設(shè)備的額定上限造成的電流升高（又稱為過負(fù)荷），系統(tǒng)中出現(xiàn)

2、功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)頻率升高，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)中的單相接地引起的非接地相對地電壓的升高，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等。電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種類型的短路，包括三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路，其中以單相接地短路為主，其次為兩相短路。電力系統(tǒng)自動(dòng)化（控制）：為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)與裝備，主要進(jìn)行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作速度相對緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個(gè)電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對象。為了在故障后迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，消除故障，保證持續(xù)供電，常采用以下的自動(dòng)化措施：

3、輸電線路自動(dòng)重合閘，備用電源自動(dòng)投入，低電壓切負(fù)荷，按頻率自動(dòng)減負(fù)荷，電氣制動(dòng)、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)，完成這些任務(wù)的自動(dòng)裝置統(tǒng)稱為電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)生信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。1.2 繼電保護(hù)的基本原理及構(gòu)成實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)需區(qū)分電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的差異，具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測量阻抗”等。線路短路后，從電源端至短路點(diǎn)，離短路點(diǎn)越近，電壓降得越低，短路點(diǎn)的相間或?qū)Φ仉妷?/p>

4、降低到零。而對短路電流，不同的短路點(diǎn)隨距電源端的距離變化，短路電流相應(yīng)連續(xù)變化，短路點(diǎn)越遠(yuǎn)電流越小。在正常運(yùn)行時(shí)，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負(fù)荷的等值阻抗及負(fù)荷阻抗角（即功率因數(shù)角，電流與電壓之間的相位角，正常運(yùn)行時(shí)一般小于30°），阻抗值一般較大，阻抗角較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測量點(diǎn)到短路點(diǎn)之間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時(shí)，一般正比于該線路段的距離（長度），阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構(gòu)成距離（低阻抗）保護(hù)。如果電力系統(tǒng)發(fā)生的不是三相對稱短路，而是不對稱短路，則在供電網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)某些不對

5、稱分量，如負(fù)序或零序電流和電壓等，并且其幅值較大，利用這些序分量構(gòu)成的保護(hù)，一般都有良好的選擇性和靈敏性。保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值，常用的方法是預(yù)先給定各電力元件保護(hù)的保護(hù)范圍，求出保護(hù)范圍末端發(fā)生短路時(shí)的電氣量，并考慮適當(dāng)?shù)目煽啃栽６群笞鞒鲋?。階段式保護(hù)特性：為單端電氣量的保護(hù)，需要上、下級(jí)保護(hù)（離電源的近、遠(yuǎn)）動(dòng)作整定值和動(dòng)作時(shí)間的配合來切除不同點(diǎn)的短路。電力元件的主保護(hù)，只在被保護(hù)元件內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作，可以快速切除被保護(hù)元件內(nèi)部任意點(diǎn)的故障，被認(rèn)為具有絕對的選擇性。常見主保護(hù)有：利用每個(gè)電力元件在內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)電流相量的差別可以構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)，利用兩側(cè)電流相位的差別可以構(gòu)成電流相位差動(dòng)

6、保護(hù)，利用兩側(cè)功率方向的差別可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用兩側(cè)測量阻抗的大小和方向等還可以構(gòu)成其他原理的縱聯(lián)保護(hù)。利用某種通信通道同時(shí)比較被保護(hù)元件兩側(cè)正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣量差異的保護(hù)，稱為縱聯(lián)保護(hù)。保護(hù)裝置的構(gòu)成：相應(yīng)輸入量測量比較元件邏輯判斷元件執(zhí)行輸出元件跳閘或信號(hào)。測量比較元件：測量值與給定值比較并給出0、1邏輯信號(hào)，有被測電氣量超過給定值動(dòng)作的過量繼電器，如過流繼電器、過壓繼電器、高周波繼電器等；低于給定值動(dòng)作的欠量繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器、低周波繼電器；被測電壓、電流之間相位角滿足一定值而動(dòng)作的功率方向繼電器等。每一套保護(hù)都有預(yù)先嚴(yán)格劃定的保護(hù)范圍，一般借助于斷路器實(shí)現(xiàn)

7、保護(hù)范圍的劃分。近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，遠(yuǎn)后備保護(hù)安裝在上級(jí)（近電源側(cè)）元件的斷路器處。斷路器失靈保護(hù)：當(dāng)斷路器失靈時(shí)，由失靈保護(hù)啟動(dòng)跳開所有與故障元件相連的電源側(cè)斷路器。1.3 對繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)基本要求：（1）可靠性，即安全性（不誤動(dòng)），和信賴性（不拒動(dòng)）；（2）選擇性；（3）速動(dòng)性；（4）靈敏性。對220KV及以上電壓的超高壓電網(wǎng)，更強(qiáng)調(diào)保護(hù)不拒動(dòng)的信賴性，要求裝設(shè)兩套完全不同的保護(hù)，各自獨(dú)立跳閘。對母線保護(hù)，更強(qiáng)調(diào)不誤動(dòng)的安全性，一般以兩套保護(hù)出口觸點(diǎn)串聯(lián)后跳閘的方式。2 電網(wǎng)的電流保護(hù)2.1 繼電器繼電器分類：按動(dòng)作原理分電磁型、感應(yīng)型、整流型、電子型和數(shù)字型

8、；按反應(yīng)的物理量分電流繼電器、電壓、功率方向、阻抗、頻率和氣體（瓦斯）等；按在保護(hù)回路中所起的作用分啟動(dòng)繼電器、量度、時(shí)間、中間、信號(hào)、出口。防止當(dāng)輸入量在整定值附近波動(dòng)時(shí)輸出不停地跳變，繼電器有一個(gè)返回值，返回值與啟動(dòng)值的比值稱為繼電器的返回系數(shù)，繼電器的啟動(dòng)和返回動(dòng)作明確、迅速、不可能停留在某一中間位置，這種特性稱之為“繼電特性”。2.2 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)110KV及以上電網(wǎng)主要承擔(dān)輸電任務(wù)，形成多電源環(huán)網(wǎng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，其主保護(hù)一般為縱聯(lián)保護(hù)；110KV以下電網(wǎng)主要承擔(dān)供配電任務(wù)，發(fā)生單相接地后為保證繼續(xù)供電，中性點(diǎn)采用非直接接地方式，其主保護(hù)一般為階段式電流保護(hù)

9、。單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)：電流速斷保護(hù)，限時(shí)電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)，反時(shí)限過電流保護(hù)。負(fù)荷電流與供電電壓之間的相位角就是通常所說的功率因數(shù)角，一般小于30°。當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)與電源間線路中的短路電流包括短路工頻周期分量、暫態(tài)高頻分量和衰減直流分量。其短路工頻周期分量近似計(jì)算式為IkEZK×( EZsZk)，式中E為系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢，對應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，Zk為短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗，對應(yīng)于兩者的距離，Zs為保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗，對應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，K為短路類型系數(shù)，三相短路取1，兩相短路取3/

10、2。隨整個(gè)電力系統(tǒng)開機(jī)方式、保護(hù)安裝處到電源之間電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒇?fù)荷水平的變化，E和Zs都會(huì)變化，造成短路電流Ik的變化。隨短路點(diǎn)距等值電源的距離（阻抗Z）變化，短路電流連續(xù)變化，越遠(yuǎn)電流越小，并且在本線路末端和下級(jí)線路出口短路，電流沒有差別。在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時(shí)，當(dāng)流過保護(hù)安裝處的電流IK最大時(shí)，對繼電而言稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，此時(shí)對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最?。划?dāng)IK最小時(shí)，稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最大。取最大方式下的三相短路和最小運(yùn)行方式兩相短路，則系統(tǒng)所有運(yùn)行方式下，相同地點(diǎn)發(fā)生不同類型的短路時(shí)的電流介于這兩個(gè)短路電流之間。階段式電流保護(hù)的整定值需按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式來

11、先擇，而靈敏性需用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式來校驗(yàn)。電流速斷保護(hù)通常是優(yōu)先保證動(dòng)作的選擇性，動(dòng)作值的整定大于下一條線路出口處（即本線路末端）短路時(shí)可以出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運(yùn)行方式下的三相短路電流。動(dòng)作電流為Iset.1KrelIk.max，引入可靠性配合系數(shù)Krel1.21.3是考慮非周期分量的影響、實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值、保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。動(dòng)作的整定值以一次值計(jì)算，二次值與一次值關(guān)系式為IOPKcon× IsetnTA，nTA為CT變比，Kcon為CT接線系數(shù)（接線方式），當(dāng)CT二次側(cè)為三相形或兩相形接線時(shí)為1，當(dāng)為接線時(shí)為3，速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)

12、間要躲過線路中避雷器的放電時(shí)間，一般為6080ms。電流速斷保護(hù)在個(gè)別情況下，當(dāng)快速切除故障是首要條件時(shí)，就采用無選擇性的速斷保護(hù)，而以自動(dòng)重合閘來糾正這種無選擇性動(dòng)作。當(dāng)電網(wǎng)的終端線路上采用線路變壓器組的接線方式，由于線路和變壓器可以看成是一個(gè)元件，因此速斷保護(hù)就可以按照躲開變壓器低壓側(cè)線路出口處的短路來整定，由于變壓器的阻抗一般較大，因此低壓側(cè)線路出口處的短路電流就大為減小，這樣整定之后，電流速斷就可以保護(hù)線路的全長，并能保護(hù)變壓器的一部分。限時(shí)電流速斷保護(hù)要求保護(hù)本線路的全長，因此它的保護(hù)范圍必然要延伸到下級(jí)線路中去，按躲開下一級(jí)線路電流速斷保護(hù)的最大保護(hù)范圍來整定，Iset.2Krel

13、Iset.1，可靠系數(shù)Krel1.11.2，時(shí)間通常取0.5s。當(dāng)為與下一級(jí)線路的限時(shí)電流速斷相配合時(shí)取11.2 s。能快速切除全線路各種故障能力的保護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。對反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過量保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)的含義是K=保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的計(jì)算值保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)值，要求大于1，故障參數(shù)如電流、電壓等的計(jì)算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理采用最不利于保護(hù)動(dòng)作的系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障類型來選定。過電流保護(hù)作為下級(jí)線路主保護(hù)拒動(dòng)和斷路器拒動(dòng)時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為本線路主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)的近后備保護(hù)，也作為過負(fù)荷時(shí)的保護(hù)。分定時(shí)限和反時(shí)限兩種。保護(hù)范圍為本線路的全長和相鄰線路全長。定時(shí)限

14、過流保護(hù)啟動(dòng)電流按躲開本元件最大負(fù)荷電流來整定，同時(shí)還需考慮外部故障切除后電壓恢復(fù)，負(fù)荷自啟動(dòng)電流作用下保護(hù)裝置返回，返回電流應(yīng)大于該負(fù)荷自啟動(dòng)電流（Iss.maxKssIL.max），而負(fù)荷自啟動(dòng)電流大于正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流（IreKrelIss.max）。定時(shí)限過流保護(hù)啟動(dòng)電流為返回電流除以繼電器返回系數(shù)（Iset1Kre×Ire）。上述表達(dá)式中Krel為可靠系數(shù)1.151.25，Kss為自啟動(dòng)系數(shù)，Kre為繼電器的返回系數(shù)0.850.95。保護(hù)裝置過電流保護(hù)的啟動(dòng)和返回是通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，因此繼電器返回電流與啟動(dòng)電流之間的關(guān)系也就代表著保護(hù)裝置返回電流與啟動(dòng)電流之間的

15、關(guān)系。各個(gè)過電流保護(hù)之間需要靈敏系數(shù)的配合，對同一故障點(diǎn)而言，要求越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。反時(shí)限過電流繼電器電流元件和時(shí)間元件的職能由同一個(gè)繼電器來完成，在一定程度上具有三段式電流保護(hù)的功能。反時(shí)限過電流保護(hù)主要用于單側(cè)電源供電的終端線路和較小容量的電動(dòng)機(jī)上。電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中的電流繼電器與電流互感器之間的連接方式，目前廣泛采用的是三相星形和兩相星形接線方式。兩相星形接線用裝設(shè)在A、C相上的兩相電流互感器與兩個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起，B相未裝設(shè)保護(hù)，B相接地時(shí)，保護(hù)不能動(dòng)作，AB和BC相間短路時(shí)只有A相或C相一個(gè)繼電器動(dòng)作。變壓器三角形側(cè)繞組中abc0，各相出線

16、電流A、B、C與各相繞組中的電流a、b、c關(guān)系為Aab，Bbc，Cca。CT三相星形接線或兩相星形接線的電流保護(hù)可以反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)和非直接接地系統(tǒng)中的各種相間短路和中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的單相接地短路（CT兩相星形接線時(shí)不能反應(yīng)B相接地）。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)短時(shí)運(yùn)行。因此在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)生多處的接地故障點(diǎn)時(shí)，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)，以最大限度縮小停電范圍。中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路時(shí)，故障相電壓為0，故障相電流與零序電流3Io相等；發(fā)生相間短路時(shí)，短路兩相電壓大小和方向都相同，而電流則大小相同，方向相反；中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中發(fā)生任何接地或相間短路時(shí)所有非故障相電流為0。

17、Yd11接線的變壓器，某側(cè)AB或BC短路時(shí)，在另一側(cè)有AC，B2A，即接于B相上的繼電器有較其他兩相大1倍的電流，因此靈敏系數(shù)增大1倍，但如保護(hù)采用兩相星形接線，則需在兩相星形接線的中性線上再接入一個(gè)繼電器才能提高靈敏系數(shù)。2.3 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)多電源網(wǎng)絡(luò)中相間短路時(shí)需采用方向性電流保護(hù)，在線路兩側(cè)的保護(hù)中加裝功率方向元件。雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時(shí)流過線路的短路功率一般指短路時(shí)母線電壓與線路電流相乘所得到的感性功率，方向是從電源經(jīng)由線路流向短路點(diǎn)。短路功率的流動(dòng)方向正是保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作的方向。方向性電流保護(hù)即在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)判別短路功率流動(dòng)方向元件。當(dāng)功率方向由母線流

18、向線路（正方向）時(shí)才動(dòng)作，而反方向故障時(shí)，使保護(hù)閉鎖。并與電流保護(hù)共同工作。方向性電流保護(hù)既利用電流的幅值特征，又利用功率方向的特征。雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的方向電流保護(hù)可以拆開看成是不同方向上的兩組單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，各組保護(hù)反應(yīng)于各側(cè)電源供給的電流。兩組保護(hù)之間不要求有配合關(guān)系。功率的方向即電流、電壓之間的相位關(guān)系，而電流滯后對應(yīng)相電壓的角度稱為線路阻抗角k。電力系統(tǒng)任何線路任何情況下0°k90°。如果規(guī)定流過保護(hù)的電流正方向是從母線指向線路，在正方向故障時(shí)流過保護(hù)的電流rk，滯后母線電壓的相角為k，0°k90°；而在反方向故障時(shí)rk，滯后母線電壓的相角為18

19、0°k，180°（180°k）270°，即兩種情況下相位相差180°。用以判別功率的方向或測定電流、電壓之間相位角的元件稱為功率方向元件（繼電器）。由于它主要反應(yīng)于加入繼電器中電流和電壓之間的相位而工作，因此用相位比較方式來實(shí)現(xiàn)最為簡單。功率方向元件（即功率方向繼電器）接入向量為電壓r，電流r，兩者的相角為arg（rr），用r表示。功率方向繼電器當(dāng)輸入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出值（轉(zhuǎn)矩或電壓）隨兩者相位差的大小而改變。功率方向元件動(dòng)作最靈敏時(shí)的角度稱為其最大靈敏角sen。又為了保證當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電阻、線路阻抗角k在0°90

20、6;范圍內(nèi)變化情況下正方向故障時(shí)，繼電器都能可靠動(dòng)作，功率方向元件動(dòng)作的角度應(yīng)該有一個(gè)范圍，考慮實(shí)現(xiàn)的方便性，這個(gè)范圍通常取為sen±90°。當(dāng)r、r為故障相電壓和電流時(shí)，功率方向元件動(dòng)作角度范圍為垂直于最大靈敏角的一條直線，方程式sen90°arg（rr）sen90°，即90°arg（re-jsenr）90°,功率形式表示為rrcos（rsen）0，臨界條件為cos（rsen）1，即rsen。最大靈敏角sen線路阻抗角k60°。功率方向元件為消除短路時(shí)的電壓死區(qū)，采用非故障相的相間電壓作為接入功率方向元件的電壓參考相量，判

21、別故障相電流的相位。（非故障的相間電壓與故障相電壓相差90°角），即所謂90°接線（當(dāng)cos1時(shí)，A和BC相位相差90°，只是稱呼方便，沒有物理意義）。當(dāng)采用90°接線方式特性的功率方向元件時(shí)，功率方向元件的最大靈敏角senk90°30°，取90°k（稱為功率方向繼電器的內(nèi)角），則功率方向元件的動(dòng)作特性方程式為90°arg（rr）90°，功率形式表式為rrcos（r）0，功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏的條件應(yīng)根據(jù)三相短路時(shí)使cos（r）1來決定。功率方向判別元件的作用是比較加在元件上電壓與電流的相位，并在滿足一

22、定關(guān)系時(shí)動(dòng)作。其實(shí)現(xiàn)方法有相位比較法和幅值比較法。其實(shí)現(xiàn)手段有感應(yīng)型、集成電路型、和數(shù)字型等。目前廣泛采用的相位比較法是相量r和r轉(zhuǎn)換成電壓，測量兩個(gè)電壓瞬時(shí)值同時(shí)為正（或同時(shí)為負(fù)）的持續(xù)時(shí)間來進(jìn)行的。對功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性問題，否則會(huì)造成正方向短路拒動(dòng)，而反方向上誤動(dòng)。電流保護(hù)及方向性電流保護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)：在電流速斷保護(hù)中能用電流整定值和動(dòng)作時(shí)限保證選擇性的，盡量不加方向元件；對線路兩端的保護(hù)能在一端保護(hù)中加方向元件后滿足選擇性要求的，不在兩端保護(hù)中加方向元件。當(dāng)一條母線上有多條電源線路時(shí)，除動(dòng)作時(shí)限最長的一個(gè)過電流保護(hù)不需要裝方向元件外，其余都要裝方

23、向元件。線路中，保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電流或線路兩種分支電路，參與的電流分別稱為助增電流和外汲電流，上級(jí)限時(shí)電流速斷保護(hù)整定時(shí)，應(yīng)引入分支系數(shù)Kb，得Iset.2(KrelKb)Iset.1。2.4 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)是三相對稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓理論上為零；多數(shù)的短路故障是三相不對稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓會(huì)很大。當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時(shí)（如單相接地或兩相接地短路），將出現(xiàn)很大的零序電壓和零序流。利用零序電壓、零序電流來構(gòu)成接地短路的保護(hù)，被廣泛應(yīng)用在110KV及以上電壓等級(jí)的直接接地（中性點(diǎn)接地變

24、壓器）的電網(wǎng)中。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，可以利用對稱分量的方法將電流和電壓分解為正序、負(fù)序、零序分量，并利用復(fù)合序網(wǎng)來表示它們之間的關(guān)系。零序電流是由在故障點(diǎn)施加的零序電壓產(chǎn)生的，由故障點(diǎn)經(jīng)由線路、大地和接地的中性點(diǎn)（或接地變壓器的接地支路）構(gòu)成回路。零序電源在故障點(diǎn)（接地點(diǎn)）的零序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，取決于測量點(diǎn)到大地間阻抗的大小。零序電流的規(guī)定正方向?yàn)橛赡妇€流向線路，零序電壓的正方向規(guī)定線路高于大地的電壓為正。對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果輸電線路和中性點(diǎn)接地變壓器位置、數(shù)目不變

25、，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。而此時(shí)，系統(tǒng)的正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著運(yùn)行方式而變化，會(huì)間接影響零序分量的大小。如忽略線路回路電阻（包括輸電線路零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗）時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)零序電流將超前零序電壓90°，當(dāng)計(jì)及回路電阻時(shí)，此值將大于90°。零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。零序電壓3o（abc）的取得：電壓互感器二次繞組接成開口三角形；保護(hù)裝置內(nèi)部加法器合成零序電壓；當(dāng)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器（或消弧線圈）接地時(shí)，可以從它的二次繞組取得。零序電壓保護(hù)應(yīng)躲開正常運(yùn)行和相間短路產(chǎn)生的

26、不平衡電壓的影響。零序電流的取得：電流互感器采用三相星形接線，在中性線上的電流就是3o；保護(hù)裝置內(nèi)部將三個(gè)相電流相量相加獲得；電纜線路采用零序電流互感器。在正常運(yùn)行和一切非接地的相間短路，三個(gè)相電流的相量和理論上是為零的，只是電流互感器由于勵(lì)磁電流的不相等（鐵芯的磁化曲線不完全相同），在二次側(cè)產(chǎn)生了不平衡電流。零序電流保護(hù)應(yīng)躲開它們的影響。三段零序電流保護(hù)：零序電流段（速斷）分靈敏段，按躲開下級(jí)線路出口處單相或兩相接地時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0.max和斷路器三相觸頭不同期合閘出現(xiàn)的最大零序電流3I0.unb（如果裝置動(dòng)作時(shí)間大于不同期合閘時(shí)間，則可以不考慮這一條件）整定，相應(yīng)整定式為Is

27、etKrel×3I0.max和IsetKrel×3I0.unb，Krel為可靠系數(shù)取1.21.3。整定值選取以上兩者中較大者。當(dāng)按照后者考慮時(shí)，有時(shí)會(huì)使啟動(dòng)電流過大而使保護(hù)范圍縮小，可以采用在手動(dòng)合閘以及三相自動(dòng)重合閘時(shí)，使零序段帶有一個(gè)小延時(shí)（約0.1s），以躲開三相不同期合閘的時(shí)間，這樣在定值上就無需考慮此條件了；不靈敏段，按躲開線路上采用單相重合閘而在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流整定。零序段保護(hù)啟動(dòng)電流首先考慮與下級(jí)線路的零序電流速斷保護(hù)范圍的末端相配合，并帶有高出一個(gè)t的時(shí)限。零序段保護(hù)整定原則是按照躲開在下級(jí)線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大

28、不平衡電流來整定。零序電流段保護(hù)的作用相當(dāng)于相間短路的過電流保護(hù)，繼電器啟動(dòng)電流按照躲開在下級(jí)線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，IsetKrelIunb.max，Krel為可靠系數(shù)取1.11.2。方向性零序電流保護(hù)：在雙側(cè)或多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器的中性點(diǎn)一般至少有一臺(tái)要接地，多臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作方向。零序功率方向元件接入零序電壓3o和零序電流3o，反應(yīng)于零序功率的方向而動(dòng)作。3o超前于3o為95°110°,對應(yīng)于保護(hù)安裝地點(diǎn)背后的零序阻抗角85°70°，sen95°110°。由于越靠近故

29、障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序功率方向元件沒有電壓死區(qū)。而當(dāng)故障點(diǎn)距離保護(hù)安裝處越遠(yuǎn)時(shí)，保護(hù)安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，必須校驗(yàn)方向元件在這種情況下的靈敏系數(shù)。零序電流保護(hù)與相電流保護(hù)相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：零序過電流保護(hù)按躲開不平衡電流整定，且發(fā)生單相接地短路時(shí)，故障相的電流與零序電流3I0相等，因此它比相電流保護(hù)靈敏度高，動(dòng)作時(shí)限也較短；相電流保護(hù)直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響很大，而零序電流保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響小很多。另外由于線路零序阻抗較遠(yuǎn)較正序阻抗大，X0(23.5)X1，故線路始端與末端短路時(shí)，零序電流變化顯著，因此零序保護(hù)的保護(hù)范圍較大，也較穩(wěn)定；系統(tǒng)不正常運(yùn)行狀態(tài)如系統(tǒng)振蕩、短

30、時(shí)過負(fù)荷等時(shí)，三相是對稱的，相間短路的電流保護(hù)要受它們的影響，而零序電流保護(hù)則不會(huì)；方向性零序保護(hù)沒有電壓死區(qū)。另外其它故障往往是由單相接地故障發(fā)展起來的，零序保護(hù)為絕大部分的故障情況提供了保護(hù)。當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)（如110KV和220KV電網(wǎng)），則任一電網(wǎng)中的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流。2.5 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性經(jīng)電阻接地等系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，又稱小接地電流系統(tǒng)。發(fā)生單相接地時(shí)故障電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，三相負(fù)荷電流對稱，相對于故障前沒有變化，對負(fù)荷的供電沒有影響

31、，因此，在一般情況下，都允許再繼續(xù)運(yùn)行12h。非直接接地系統(tǒng)在單相接地時(shí)，一般只要求繼電保護(hù)能選出發(fā)生接地的線路并及時(shí)發(fā)出信號(hào)，而不必跳閘；但當(dāng)單相接地對人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。能完成這種任務(wù)的保護(hù)裝置稱為接地選線裝置。輸電線路的零序電阻遠(yuǎn)小于電容產(chǎn)生的零序電流，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的零序電流由系統(tǒng)各元件對地的等值電容產(chǎn)生，并由各元件對地的等值電容構(gòu)成通路，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，在接地點(diǎn)處接地相對地電壓為零，對地電容被短接，電容電流為零，而其他兩相的對地電壓升高3倍，對地電容電流也相應(yīng)增大3倍。發(fā)生單相接地時(shí)，相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)值與該接地相故障前相

32、電壓大小相等，方向相反的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。接地相對地電壓、電流為零，非接地相中的零序電流為其本身的對地電容電流，而接地相中流過的零序電流（等于流過接地點(diǎn)的電流）為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和（相量和）（但不包括故障線路本身），其有效值（絕對值）是正常運(yùn)行時(shí)單相對地電容電流的3倍。故障相電容性無功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，而非故障相電容性無功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向線路。利用各相零序電流大小的不同或功率方向的差別可判別故障線路。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序網(wǎng)絡(luò)由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)成通路，與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)由接地的中性點(diǎn)構(gòu)成通路有極大的不同，網(wǎng)絡(luò)的

33、零序阻抗很大。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障特點(diǎn)：在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，當(dāng)單相接地時(shí)，在接地點(diǎn)就有一個(gè)電感分量的電流流過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消（兩電流相位相差180°），可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，熄滅電弧，因此稱為消弧線圈。當(dāng)全系統(tǒng)電容電流超過下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈：36KV電網(wǎng)30A，10KV電網(wǎng)20A，2266KV電網(wǎng)10A。消弧線圈電流補(bǔ)償由于在完全補(bǔ)償時(shí)會(huì)產(chǎn)生LC串聯(lián)諧振，欠補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)有線路切除時(shí)，又會(huì)形成完全補(bǔ)償，因此均不能采用，而應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。過補(bǔ)償度P(ILIC) IC，范圍為510。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，只要本級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接

34、地故障，則在同一電壓等級(jí)所有發(fā)電廠和變電所的母線上，都將出現(xiàn)數(shù)值較高的零序電壓。利用這一特點(diǎn)，可在母線上裝設(shè)監(jiān)視裝置，通過取自接于電壓互感器二次側(cè)開口三角形的繞組的零序電壓，形成零序電壓保護(hù)。零序電壓保護(hù)是沒有選擇性的，需要依次分合每一條線路來找出故障線路。3. 電網(wǎng)距離保護(hù)3.1 距離保護(hù)的基本原理成構(gòu)成測量阻抗Zmmm（定義式）Zmm（極坐標(biāo)）RmjXm（直角坐標(biāo)），m、m為保護(hù)安裝處測量電壓與測量電流，m為測量阻抗的阻抗角，Rm為測量阻抗的實(shí)部，即測量電阻，Xm為測量阻抗的虛部，即測量電抗。正常運(yùn)行時(shí)，Zm為負(fù)荷阻抗，以電阻性為主，阻抗角m為功率因數(shù)角（cos0.9，則m25.8

35、6;）,發(fā)生短路時(shí)，阻抗角較大，阻抗性質(zhì)以電感性為主。對某相：k(k×3o)Z1Lk, k為故障點(diǎn)k處的電壓，Lk為至故障點(diǎn)的距離，、為保護(hù)安裝處的相電壓、電流，保護(hù)裝置可取m，mk×3o，k為零序電流補(bǔ)償系數(shù)(ZoZ1)3Z1，Z1、Zo分別為單位長度的正序、零序阻抗。3.2 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性實(shí)際情況下，由于互感器誤差，故障點(diǎn)過渡電阻等因數(shù)，繼電器實(shí)際測量到的Zm一般并不能嚴(yán)格地落在與Zset相同的直線上，而是落在該直線附近的一個(gè)區(qū)域中，在阻抗復(fù)平面上為一個(gè)包括Zset對應(yīng)線段在內(nèi)，但在Zset方向上不超過Zset的區(qū)域。阻抗繼電器在阻抗復(fù)平面動(dòng)作區(qū)域的形狀，稱為動(dòng)

36、作特性。動(dòng)作特性既可以用阻抗復(fù)平面上的幾何圖形來描述，也可以用復(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)方程來描述，這種方程稱為動(dòng)作方程。阻抗保護(hù)元件最大靈敏角sen為正方向整定阻抗Zset1的阻抗角，此方向上動(dòng)作阻抗值最大，保護(hù)范圍最大。即當(dāng)測量阻抗Zm阻抗角在靈敏角時(shí)，阻抗繼電器工作最靈敏。為使阻抗元件工作在最大靈敏角條件下，常將阻抗元件的最大靈敏角整定為線路阻抗角。偏移圓特性的阻抗繼電器在反向故障時(shí)有動(dòng)作區(qū)，通常用在距離保護(hù)的后備段（如第段中）。方向圓特性的阻抗元件通常用在距離保護(hù)的主保護(hù)段（段和段）中。與圓特性阻抗元件相比，蘋果形特性的阻抗元件在R方向上的動(dòng)作區(qū)較大，測量阻抗中含有較大電阻性成分時(shí)也可能進(jìn)入其動(dòng)作區(qū)，

37、所以區(qū)內(nèi)經(jīng)較大過渡電阻短路時(shí)也能夠動(dòng)作，有較高的耐受過渡電阻的能力。但當(dāng)負(fù)荷阻抗中的電阻較小時(shí)，可能進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，因而它耐受過負(fù)荷的能力比較差。而橄欖形特性的阻抗元件與蘋果形特性阻抗元件正好相反，耐受過負(fù)荷能力較強(qiáng)，但耐過渡電阻能力較差。3.3 阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法阻抗繼電器一般根據(jù)已經(jīng)導(dǎo)出的絕對值比較動(dòng)作方程和相位比較動(dòng)作方程來實(shí)現(xiàn)，也可以按照距離保護(hù)原理的要求由其他的方法來實(shí)現(xiàn)。絕對值比較阻抗繼電器的動(dòng)作方程式為|ZB|ZA|，相位比較原理的阻抗元件動(dòng)作條件的一般表達(dá)式為90ºarg ZCZD90º。當(dāng)ZC和ZD之間滿足所在關(guān)系式時(shí)，ZA和ZB之間必然滿足所在關(guān)系式；反之

38、亦反。絕對值比較式的阻抗元件，既可以用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn)，也可以用電壓比較的方式實(shí)現(xiàn)，即在阻抗比較的方程式兩端同乘以測量電流m得電壓比較的方程式。距離保護(hù)中的工作電壓又稱為補(bǔ)償電壓，通常用OP表示，定義為保護(hù)安裝處測量電壓m與測量電流m的線性組合，即OPmmZset，Zset整定阻抗，即從母線M到整定點(diǎn)z的線路阻抗。m、OP即分別為母線M處和整定點(diǎn)z點(diǎn)的殘余電壓。以m作為參考相量，根據(jù)不同故障情況下OP對m相位的“差異”，就可以“區(qū)分”出故障點(diǎn)所在區(qū)段，即OP與m相位相反時(shí)，判斷為區(qū)內(nèi)故障，即OP與m相位相同時(shí)，判斷為區(qū)外故障。電壓m的作用就是作為判斷OP相位的參考，所以又稱為參考電壓或極化電

39、壓，參考電壓或極化電壓除可以選測量電壓m外，還可以選用正序電壓或記憶電壓。線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地相電壓為0，非接地相故障前后電壓基本相等，正序電流等負(fù)序電流等于零序電流，接地相電流等于零序電流的3倍。線路相間短路時(shí)，短路點(diǎn)相間電壓為0，保護(hù)安裝處短路相間電壓為AB(AB)Zm。發(fā)生接地、短路故障前后，接地故障相或短路兩相相間的正序電壓的相位與該正序電壓故障前相位相同，而幅值大小在單相接地故障時(shí)為故障前的2/3，在兩相接地短路時(shí)為故障前的1/3（包括故障相電壓和故障相間電壓），在兩相短路時(shí)為故障前的1/2（包括故障相電壓和故障相間電壓）。3.4 距離保護(hù)整定計(jì)算與對距離保護(hù)的評(píng)價(jià)當(dāng)距離保護(hù)用于

40、雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)時(shí)，一般要求、段采用具有方向性的測量元件，第段為后備段，包括對本線路、段保護(hù)的近后備、相鄰下一級(jí)線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備和反向母線保護(hù)的后備，所以通常采用帶有偏移特性的測量元件，用較大的延時(shí)保證其選擇性。距離段為無延時(shí)的速動(dòng)段，按躲過本線路末端短路時(shí)的測量阻抗來整定。ZsetKrelLz1，L為被保護(hù)線路的長度，z1為被保護(hù)線路單位長度的正序阻抗，/km，Krel為可靠系數(shù)，取0.80.85。距離段整定應(yīng)考慮助增分支電路和外汲分支電路對測量阻抗的影響，Zset.1Krel(ZKb.minZset.2)，Z為本線路的正序阻抗，Kb.min為分支系數(shù)，助增分支時(shí)大于1，外汲分支時(shí)小于1。

41、距離保護(hù)段的整定阻抗，應(yīng)按兩個(gè)原則進(jìn)行計(jì)算：1）能保護(hù)線路全長，并與相鄰線路距離保護(hù)段配合，其動(dòng)作范圍不應(yīng)該超過下級(jí)保護(hù)段的動(dòng)作范圍，并較之延時(shí)大一個(gè)時(shí)間級(jí)差t；2）與相鄰變壓器的快速保護(hù)（一般是變壓器差動(dòng)保護(hù)）相配合，不應(yīng)超出該保護(hù)動(dòng)作范圍。當(dāng)被保護(hù)線路末端母線上的出線或變壓器采用電流速斷保護(hù)時(shí)，為了整定計(jì)算以形成保護(hù)配合，應(yīng)將電流保護(hù)的動(dòng)作范圍換算成阻抗。距離保護(hù)的阻抗測量原理，除可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)外，還可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)中，作為后備保護(hù)。3.5 距離保護(hù)的振蕩閉鎖并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)兩側(cè)等效電

42、動(dòng)勢間的相角差（即功角）可能在0°360°范圍內(nèi)作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護(hù)的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性的變化。電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴(yán)重的不正常運(yùn)行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠通過自動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)自行恢復(fù)同步。因此為防止誤動(dòng)，需進(jìn)行振蕩閉鎖。振蕩閉鎖一般用在較高電壓等級(jí)電力系統(tǒng)的距離保護(hù)中。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電壓最低的這一點(diǎn)稱為振蕩中心，在系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等的情況下，振蕩中心的位置就位于阻抗中心1/2Z處。當(dāng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢間的夾角（即功角）為0º時(shí)，兩側(cè)電動(dòng)勢相量M、N與振蕩中心的電壓相量OS相同，當(dāng)180&

43、#176;時(shí)，OS0。電力系統(tǒng)振蕩與短路時(shí)電氣量的差異：（1）振蕩時(shí)三相完全對稱，沒有負(fù)序分量和零序分量出現(xiàn)；而當(dāng)短路時(shí)總要長時(shí)（不對稱短路過程中）或瞬時(shí)（在三相短路開始時(shí)）出現(xiàn)負(fù)序分量或零序分量，三相對稱短路時(shí)，一般由不對稱短路發(fā)展而來，短時(shí)也會(huì)有負(fù)序、零序分量輸出。（2）振蕩時(shí)，電氣量呈周期性的變化，其變化速度（dUdt、dIdt、dZdt等）與系統(tǒng)功角的變化速度一致，比較慢，當(dāng)兩側(cè)功角擺開至180°時(shí)相當(dāng)于在振蕩中心發(fā)生三相短路；而電氣量從短路前到短路后其值會(huì)突然變化，速度很快，而短路后短路電流、各點(diǎn)的殘余電壓和測量阻抗在不計(jì)衰減時(shí)是不變的。（3）振蕩時(shí)，若阻抗測量元件誤動(dòng)作，

44、則在一個(gè)振蕩周期內(nèi)動(dòng)作和返回各一次；而短路時(shí)，阻抗測量元件如果動(dòng)作（區(qū)內(nèi)短路），則一直動(dòng)作，直至故障切除，如果不動(dòng)作（區(qū)外短路），則一直不動(dòng)作。距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施：1.利用電流的負(fù)序、零序分量或突變量實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖；2.利用測量阻抗變化率不同構(gòu)成振蕩閉鎖；3.利用動(dòng)作的延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖，即讓距離保護(hù)段動(dòng)作的延時(shí)大于系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗落入其動(dòng)作區(qū)的時(shí)間。反映電流突變量的故障判斷元件是根據(jù)在系統(tǒng)正常運(yùn)行或振蕩時(shí)電流變化比較慢，而在系統(tǒng)故障時(shí)，電流會(huì)出現(xiàn)突變這一特點(diǎn)來進(jìn)行故障判斷的。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，測量阻抗ZM由負(fù)荷阻抗ZL突變?yōu)槎搪纷杩筞K；在系統(tǒng)振蕩時(shí)，測量阻抗由負(fù)荷阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo(hù)安

45、裝處到振蕩中心點(diǎn)的線路阻抗，這樣，根據(jù)測量阻抗的變化速度不同就可以構(gòu)成振蕩閉鎖。即在一個(gè)限定的t時(shí)間內(nèi)，阻抗值能由預(yù)設(shè)的一個(gè)較大值KZ1變?yōu)橐粋€(gè)較小值KZ2，則保護(hù)才開放。距離保護(hù)啟動(dòng)元件用來完成系統(tǒng)是否發(fā)生短路的判斷，它僅需要判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了短路，而不需要判斷短路的遠(yuǎn)近及方向。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)元件即動(dòng)作，在固定輸出時(shí)間內(nèi)若阻抗判別元件動(dòng)作，則允許距離保護(hù)動(dòng)作。整組復(fù)歸元件在故障或振蕩消失后再經(jīng)過一個(gè)延時(shí)動(dòng)作，將觸發(fā)器復(fù)歸。距離保護(hù)中故障判斷的啟動(dòng)元件主要有反映電壓、電流中負(fù)序分量或零序分量的判斷元件和反映電流突變量的判斷元件兩種。3.6 故障類型判別和故障選相目前數(shù)字式保護(hù)常用相

46、電流差（即兩相電流的相量差）的突變量進(jìn)行選相。根據(jù)測量電流是否含有零序分量判定是接地還是不接地短路。如果是接地短路，在三個(gè)相電流差突變量中如有兩個(gè)值遠(yuǎn)大于另一個(gè)值則判斷出是某單相接地短路，如為一個(gè)值大于另外兩個(gè)值，則為兩相接地短路，該值對應(yīng)的兩相就是故障相。兩相非接地短路根據(jù)兩相電流突變量遠(yuǎn)大于第三相電流突變量值判定。根據(jù)測量電流中是否含有負(fù)序分量，可確定故障是兩相短路還是三相短路，在判為兩相故障的情況下，求三個(gè)相電流差突變量的最大值，與之對應(yīng)的兩相就是故障相。3.7 距離保護(hù)特殊問題的分析短路點(diǎn)的過渡電阻Rg是指當(dāng)接地短路或相間短路時(shí)，短路點(diǎn)電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地流回中性點(diǎn)或由一相流到另一相

47、的路徑中所通過物質(zhì)的電阻，包括電弧電阻，中間物質(zhì)的電阻，相導(dǎo)線與大地之間的接觸電阻，金屬桿塔的接地電阻等。相間故障時(shí)，過渡電阻主要由電弧電阻組成。電弧電阻大小與電弧弧道的長度成正比，而成電弧電流的大小成反比。相間故障的電弧電阻一般在數(shù)歐至十幾歐之間。導(dǎo)線接地短路時(shí)，對于500KV的線路，最大過渡電阻可達(dá)300，而對220KV線路，最大過渡電阻約為100。距離保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過渡電阻影響越大；同時(shí)，保護(hù)裝置的整定阻抗越?。ㄏ喈?dāng)于被保護(hù)線路越短），受過渡電阻的影響越大。單側(cè)電源線路上在沒有助增和外汲分支時(shí)，過渡電阻中的短路電流與保護(hù)安裝處的電流為同一個(gè)電流。過渡電阻的存在總是使繼電器的測

48、量阻抗值增大，阻抗角變小，保護(hù)范圍縮短，會(huì)出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)或越級(jí)跳閘。雙側(cè)電源線路上，保護(hù)安裝處的總測量阻抗可能會(huì)因過渡電阻的影響而減小，嚴(yán)重情況下，可能使測量阻抗落入其距離保護(hù)段范圍內(nèi)，造成誤動(dòng)，這種因過渡電阻的存在而導(dǎo)致保護(hù)測量阻抗變小，進(jìn)一步引起保護(hù)誤動(dòng)作的現(xiàn)象稱為距離保護(hù)的穩(wěn)態(tài)超越。也可能造成測量阻抗的增大，使段保護(hù)拒動(dòng)。接地故障時(shí)，過渡電阻遠(yuǎn)大于相間故障的過渡電阻，所以過渡電阻對接地距離元件的影響要大于對相間距離元件的影響。在整定值相同的情況下，動(dòng)作特性在R軸方向所占的面積越小，受過渡電阻Rg的影響就越大。反之，耐受過渡電阻的能力越強(qiáng)。因此偏移圓阻抗動(dòng)作特性比方向圓耐受過渡電阻的能力強(qiáng)。

49、四邊形特性測量元件的上邊適當(dāng)?shù)南蛳聝A斜一個(gè)角度，可以有效地避免穩(wěn)態(tài)超越問題。在遠(yuǎn)距離的高壓或超高壓輸電系統(tǒng)中，為了增大線路的傳輸能力和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以采用線路串聯(lián)補(bǔ)償電容的方法來減小系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗。系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路后，負(fù)序電源在故障點(diǎn)處，負(fù)序電流由故障點(diǎn)經(jīng)線路等流向系統(tǒng)中性點(diǎn)。3.8 工頻故障分量距離保護(hù)系統(tǒng)故障時(shí)，相當(dāng)于系統(tǒng)故障分量狀態(tài)突然接入，電壓、電流的故障分量，就相當(dāng)于無源系統(tǒng)對于故障點(diǎn)處突然加上的附加電壓源的響應(yīng)。在任何運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)安裝處測量到的全電壓um、全電流im可以看作是故障前狀態(tài)下電壓u0、電流i0 與故障分量電壓u、電流i的疊加。即umu0

50、u，imi0i，故障分量電壓、電流u和i中，既包含了系統(tǒng)短路引起的工頻電壓、電流的變化量，還包含短路引起的暫態(tài)分量。故障分量僅在故障后存在，故障點(diǎn)的故障分量電壓最大，故障附加狀態(tài)下的電源電動(dòng)勢的大小，等于故障前短路點(diǎn)電壓的大小，假定故障前為空載，非故障狀態(tài)下短路點(diǎn)電壓UK0 的大小等于保護(hù)安裝處母線電壓的大小。系統(tǒng)中性點(diǎn)的故障分量電壓為零，故障分量中的工頻故障分量和故障暫態(tài)分量都可以用來作為繼電保護(hù)的測量量，且可使保護(hù)的動(dòng)作性能基本不受負(fù)荷狀態(tài)、系統(tǒng)振蕩因素的影響。4. 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述將一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)，安裝于線路兩側(cè)的保護(hù)對兩側(cè)的電氣量同時(shí)比較、聯(lián)合工作

51、，縱向聯(lián)系。兩端的裝置組成一個(gè)保護(hù)單元，各端不能獨(dú)立。輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)兩端比較的電氣量可以是流過兩端的電流（電流波形）、流過兩端電流的相位、流過兩端功率的方向和兩端的測量阻抗等，構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)?？v聯(lián)保護(hù)可以按通道類型或保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行分類，按信息通道分為4種類型：導(dǎo)引線保護(hù)；電力線載波保護(hù)；微波保護(hù)；光纖保護(hù)。按照保護(hù)動(dòng)作原理，縱聯(lián)保護(hù)可以分為兩類：（1）方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對側(cè)，每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。這類保護(hù)在通道中傳送的是邏輯信號(hào)，而不是電氣量本身，傳送的信息量較少

52、，但對信息可靠性要求很高。按照保護(hù)判別方向所利用的原理可將方向比較式縱聯(lián)保護(hù)分為方向縱聯(lián)保護(hù)和距離縱聯(lián)保護(hù)。（2）縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)。利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號(hào)傳送到對側(cè)，直接比較兩側(cè)的電氣量。輸電線路短路時(shí)兩側(cè)電氣量的故障特征：（1）兩端電流相量和的故障特征：輸電線路（不考慮分布電容和電導(dǎo)及其它影響），在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，兩側(cè)電流相量和等于零；當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，在故障點(diǎn)有短路電流流出，兩端電流相量和等于流入故障點(diǎn)的電流k。（2）兩端功率方向的故障特征：正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，兩端的功率方向相反，其中正常運(yùn)行時(shí)，線路送電端功率方向?yàn)檎?，受電端為?fù)，區(qū)外故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功

53、率由母線流向線路，功率方向?yàn)檎?，近故障點(diǎn)端功率由線路流向母線，功率方向?yàn)樨?fù)；而發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩端功率方向均為由母線流向線路，同為正方向。（3）兩端電流相位特征：當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)短路時(shí)，兩側(cè)電流同相位；當(dāng)正常運(yùn)行和發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，兩側(cè)電流相位相差180°。（4）兩端測量阻抗的特征：當(dāng)線路區(qū)內(nèi)短路時(shí)，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一定位于距離保護(hù)段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的段同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的測量阻抗是負(fù)荷阻抗，距離保護(hù)段不啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，兩側(cè)的測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，至少有一側(cè)的距離保護(hù)段不啟動(dòng)?？v聯(lián)保護(hù)的基本原理：（1）利用輸電線路兩端電流和（瞬時(shí)值或相量

54、）的特征，可以構(gòu)成縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，|MN|Iset（2）利用輸電線路兩端功率方向相同或相反的特征可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，兩端保護(hù)的功率方向元件判別流過本端的功率方向，功率方向?yàn)樨?fù)者（近故障點(diǎn)端）發(fā)出閉鎖信號(hào)，閉鎖兩端的保護(hù)稱為閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)；或者功率方向?yàn)檎撸ㄟh(yuǎn)故障點(diǎn)端）發(fā)出允許信號(hào)，允許兩端保護(hù)跳閘，稱為允許式方向縱聯(lián)保護(hù)。（3）利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電流的相位關(guān)系構(gòu)成電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。兩端保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位，并利于傳送的信號(hào)，送往對端，同時(shí)接收對端送來的電流相位信號(hào)，與本側(cè)比較。當(dāng)兩端電流相角差近似為0&#

55、176;時(shí)，輸電線路發(fā)生區(qū)內(nèi)短路，保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)差近似為180°時(shí)，為正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路，保護(hù)不動(dòng)作。（4）距離縱聯(lián)保護(hù)，它的構(gòu)成原理和方向比較式縱聯(lián)保護(hù)相似，只是用方向阻抗元件替代功率方向元件。它比較方向比較式縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)段范圍內(nèi)時(shí)相應(yīng)的方向阻抗元件才啟動(dòng)，減少了方向元件的啟動(dòng)次數(shù)，從而提高了保護(hù)的可靠性。一般高壓線路配備距離保護(hù)作為后備保護(hù)，距離保護(hù)的段作為方向元件，簡化了縱聯(lián)保護(hù)（主保護(hù)）。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換（1）導(dǎo)引線通信，導(dǎo)引線通道電纜直接傳輸交流二次電量波形，常采用電流差動(dòng)原理，其接線可分為環(huán)流式和均壓式兩種，動(dòng)作線圈接在導(dǎo)引

56、線回路中，在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，動(dòng)作線圈中沒有電流通過，當(dāng)出現(xiàn)差動(dòng)電流時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。導(dǎo)引線縱差保護(hù)不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受非全相運(yùn)行的影響，在單側(cè)電源運(yùn)行時(shí)仍能正確工作。但導(dǎo)引線發(fā)生開路或短路時(shí)，會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)。導(dǎo)引線通信一般用于較短線路（10km以內(nèi)）。（2）電力線載波通信，電力線載波通道由輸電線路及其信息加工和連接設(shè)備等組成，有阻波器、結(jié)合電容器及高頻收發(fā)信機(jī)。將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào)，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號(hào)的通道將高頻載波信號(hào)傳輸?shù)綄Χ?，對端再通過高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)接收，以實(shí)現(xiàn)各端電流相位（或功率方向）的比

57、較，這就是高頻保護(hù)或載波保護(hù)。電力線載波通信可分為使用兩相線路的“相相”式和使用一相一地的“相地”式兩種。阻波器采用電感線圈與可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，當(dāng)阻波器諧振頻率等于高頻載波信號(hào)的頻率時(shí)，對載波電流呈現(xiàn)極高的阻抗（1000以上），從而將高頻電流限制在本線路以內(nèi)。而對工頻電流，阻波器僅呈現(xiàn)電感線圈的阻抗（約0.04），不影響工頻電能量傳輸。耦合電容器則對工頻信號(hào)呈現(xiàn)非常大的阻抗，使工頻對地泄漏電流減到極小，而對高頻載波電流呈現(xiàn)很小的阻抗，與連接濾波器共同組成帶通濾波器，只允許此通帶頻率內(nèi)的高頻電流通過。連接濾波器同一個(gè)可調(diào)電感的空芯變壓器和一個(gè)串接在副邊的電容構(gòu)成。電力線載波通信通道傳輸

58、的信號(hào)頻率一般為50400kHz。高壓輸電線路上的干擾會(huì)直接進(jìn)入載波通道。高頻載波的通信速率低，信號(hào)傳輸從發(fā)出到被接收之間有一定的延時(shí)，只能傳遞簡單的邏輯信號(hào)。因此一般用來傳遞狀態(tài)信號(hào)，用于構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。電力線載波信號(hào)分為閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。跳閘信號(hào)只要本端保護(hù)元件動(dòng)作或?qū)Χ藗鱽硖l信號(hào)都直接引起跳閘，所以本側(cè)和對側(cè)的保護(hù)元件必須具有單獨(dú)區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的能力，一般用于階段式保護(hù)段，如距離保護(hù)段，零序電流保護(hù)段等。（3）微波通信，電力系統(tǒng)使用的微波通信頻率段一般在30030,000MHz之間的超短波的無線電波。傳輸距離4060km，過遠(yuǎn)時(shí)要裝設(shè)微波中繼站（微波站）。微波信號(hào)的調(diào)制可以采取頻率調(diào)制（FM）方式和脈沖編碼調(diào)制（PCM）方式，可