國網(wǎng)考試之電力系統(tǒng)繼電保護(hù)：【系統(tǒng)之復(fù)習(xí)】電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

1、考點(diǎn)1：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)的任務(wù)之一就是當(dāng)一次系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí)，由保護(hù)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(yùn)行，并最大限度的減少對(duì)電力設(shè)備的損壞。因此保護(hù)應(yīng)能區(qū)分正常運(yùn)行與短路故障；應(yīng)能區(qū)分短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近。相電流應(yīng)取自同名相。圖3-8中i、分別為電流保護(hù)i段、段、段的電流測(cè)量元件(可以采用電流繼電器)，t1、t2分別為電流保護(hù)段、段的時(shí)間元件(可以采用時(shí)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(hù)不一定三段全部投入。例如，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大，i段保護(hù)范圍太小或沒有

2、保護(hù)區(qū)時(shí)，則不投入i段；對(duì)于線路一變壓器接線，工段可以保護(hù)線路全長時(shí)，則可以不投入段；在末端線路，可能段和段的動(dòng)作時(shí)間相同，則也可以不投入段?？键c(diǎn)3：距離保護(hù)原理、構(gòu)成及整定計(jì)算系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不可能總工作于最大運(yùn)行方式下，因此當(dāng)運(yùn)行方式變小時(shí)，電流保護(hù)的保護(hù)范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護(hù)，顧名思義它測(cè)量的是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較小，保護(hù)范圍穩(wěn)定。常用于線路保護(hù)。距離保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方法是通過測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榫€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(hù)安裝處的電壓等于故障點(diǎn)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(fù)、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(hù)安裝處母線電壓重新推導(dǎo)一下。因?yàn)樵诎l(fā)生單相接地短路時(shí)，3io等于故障相電流ika；同時(shí)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(jì)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(jì)算，對(duì)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(cè)量

5、阻抗我們希望，故障時(shí)加入阻抗繼電器的電壓、電流測(cè)量值z(mì)j=uj/ij正好成正比于保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)的線路阻抗zlm對(duì)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(shí)繼電器的測(cè)量阻抗zj=uj/ij=zlm(ik+k3i0)/ik當(dāng)金屬性單相接地短路時(shí)uk=0=(1+k)zlm它不能正確反映保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)的線路阻抗zlm那么為了使阻抗繼電器測(cè)量阻抗zj正好等于保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)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(jì)算用電壓等于相電壓、計(jì)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(fù)合濾序器實(shí)現(xiàn)，微機(jī)保護(hù)更簡單，直接通過軟件算法實(shí)現(xiàn)。zj=uj/(ik+k3i0)的接線方式稱為帶零序電流補(bǔ)償?shù)慕拥刈杩估^電器。接地阻抗保護(hù)一般采用該種接線。二、相間阻抗繼電器的測(cè)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(cè)量阻抗zj=2ikam*x1m/2ikam=x1m因此對(duì)于相間阻抗繼電器來說，如果按相間電壓、對(duì)應(yīng)相間電流方式接線，則故障時(shí)繼電器的測(cè)量阻抗zj=uj/ij=2ik*zlm/2ik=zlm能夠正確反映保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)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(cè)量阻抗比較假設(shè)為金屬性短路，故障點(diǎn)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(cè)量阻抗：zj=uj/ij=zlm2、反方向短路故障測(cè)量阻抗：zj=uj/ij=zlm由上式可以看出：在特定的正方向下，測(cè)量阻抗具有明顯的方向性；也就是說正向故障實(shí)際上是由保護(hù)裝置背側(cè)電源作用的結(jié)果；而反向故障是由對(duì)側(cè)電源作用的結(jié)果。四、距離保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法不論是常規(guī)保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的保護(hù)，首先要按照我們的意愿確定一個(gè)固定的動(dòng)作特性（相對(duì)應(yīng)有一個(gè)動(dòng)作方程），若計(jì)算出的測(cè)量阻抗zj落在動(dòng)作特性內(nèi)部，繼電器就動(dòng)作。

8、阻抗繼電器一般應(yīng)包含兩個(gè)量1）補(bǔ)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(gè)等式可以看出，ijzzd實(shí)際上是保護(hù)安裝處至整定點(diǎn)的壓降。那么母線電壓減去保護(hù)安裝處至整定點(diǎn)的壓降實(shí)際上就是整定點(diǎn)的電壓。即保護(hù)范圍末端的電壓。現(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(shí)同測(cè)量電壓uj測(cè)量的相位關(guān)系。在正向區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)發(fā)生短路，zjzzd則uop=ujijzzd=ij(zjzzd)uj=ijzjuop與uj同向；在反方向k3點(diǎn)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(dòng)作方程實(shí)現(xiàn)的距離保護(hù)就一定含有工作電壓這一項(xiàng)。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(dòng)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(dòng)作特性：其動(dòng)作方程為|1/2zzd|zj1/2zzd|(絕對(duì)值比較方程)或90oarg(zjzzd)/zj270o(相位比較方程)這兩個(gè)方程對(duì)應(yīng)同一個(gè)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的互換。大家看一下下面的四個(gè)圖形：由圖可看出：c=ba；d=b+a當(dāng)|a|=|b|，且b超前a時(shí)，argc/d=90o；當(dāng)|a|=|b|，且a超前b時(shí)，argc/d=270o；當(dāng)|a|b|，且b超前a時(shí)，argc/d90o；當(dāng)|a|b|，且a超前b時(shí)，argc/dk2ikd(4-4)式中ikd2差動(dòng)電流中的二次諧波電流；k2二次諧波制動(dòng)系數(shù)；ikd差動(dòng)電流。滿足式(4-4)時(shí)，判別為勵(lì)磁涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)；不滿足式(4-4)時(shí)，開放差動(dòng)保護(hù)。制動(dòng)方式有最大相制動(dòng)和分相制動(dòng)，圖4-5為最大相制動(dòng)方式。當(dāng)任一相差動(dòng)回路電流的二次諧波分量滿足制動(dòng)判據(jù)時(shí)，經(jīng)過或門h2閉鎖與門y1，即使有差動(dòng)元件動(dòng)作保護(hù)也不會(huì)出口；如果是發(fā)生短路，無二次諧波制動(dòng)，允許保護(hù)由差動(dòng)元件決定保護(hù)的動(dòng)作。3差動(dòng)速斷元件當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，短路電流很大，應(yīng)該快速切出故障。但是，當(dāng)短路電流很大時(shí)，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(hù)的正確動(dòng)作。因此，當(dāng)短路電流數(shù)值達(dá)到差動(dòng)速斷動(dòng)作值時(shí)，通過差動(dòng)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(dòng)速斷元件的動(dòng)作電流大于變壓器勵(lì)磁涌流數(shù)值。4ta斷線檢測(cè)在電流互感器二次斷線時(shí)發(fā)出信號(hào)。變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍為保護(hù)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