第四節(jié)選相方法第五六節(jié)

1、選相方法選相方法 為什么要選相為什么要選相 為反映各種不同的故障類型和相別，需要設(shè)置不同為反映各種不同的故障類型和相別，需要設(shè)置不同 的阻抗測量元件，接入不同的交流電壓和電流。這些阻的阻抗測量元件，接入不同的交流電壓和電流。這些阻 抗元件都是并行工作的，它們同時在測量著各自分管的抗元件都是并行工作的，它們同時在測量著各自分管的 故障類型的阻抗，因此，在選相跳閘時，要配合專門的故障類型的阻抗，因此，在選相跳閘時，要配合專門的 選相元件。選相元件。 在微機保護中，為實現(xiàn)選相跳閘，同時防止非故障相在微機保護中，為實現(xiàn)選相跳閘，同時防止非故障相 的影響，通常要設(shè)置一個故障類型、故障相別的判別程序。的影

2、響，通常要設(shè)置一個故障類型、故障相別的判別程序。 選相程序的作用：選相程序的作用： 2.在阻抗繼電器中做到僅投入故障特征最明顯的阻抗測在阻抗繼電器中做到僅投入故障特征最明顯的阻抗測 量元件。量元件。 1.用于選相跳閘；用于選相跳閘； 一、突變量電流選相一、突變量電流選相 相別切換：相別切換： 在突變量啟動元件檢出系統(tǒng)有故障后，先由它判別故在突變量啟動元件檢出系統(tǒng)有故障后，先由它判別故 障類型和相別，然后針對已知的相別提取相應(yīng)的電壓、電障類型和相別，然后針對已知的相別提取相應(yīng)的電壓、電 流對，進行阻抗計算。流對，進行阻抗計算。 1 單相接地故障（以單相接地故障（以A 相為例）相為例） 設(shè)設(shè)Z1=

3、Z2， ， A 相接地時，流過保護安裝處的電流向量圖：相接地時，流過保護安裝處的電流向量圖： 反相反相同相同相 或或 特征：兩個非故障相電流之差為零。特征：兩個非故障相電流之差為零。 A I A I B I C I C I B I 2兩相不接地短路兩相不接地短路 非故障相電流為零。非故障相電流為零。 A I C I B I 特征：三種不同相電流差中，兩個故障相電流之差最大。特征：三種不同相電流差中，兩個故障相電流之差最大。 3兩相接地短路兩相接地短路（以（以BC 兩相短路為例）兩相短路為例） A I C I B I 特征：三種不同相電流差中，特征：三種不同相電流差中， 兩個故障相電流之差最大。

4、兩個故障相電流之差最大。 4三相短路三相短路 特征：三個相電流差的有效值均相等。特征：三個相電流差的有效值均相等。 故障相判別程序的流程圖故障相判別程序的流程圖 二、對稱分量選相二、對稱分量選相 電流突變量選相元件在故障初始階段有較高的靈敏電流突變量選相元件在故障初始階段有較高的靈敏 度和準確性，但是，突變量僅存在度和準確性，但是，突變量僅存在20-40ms ，過了這個，過了這個 時間后，由于無法獲得突變量，所以突變量選相元件就時間后，由于無法獲得突變量，所以突變量選相元件就 無法工作了。無法工作了。 1. 三相短路和兩相間短路均不出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的零序電流；三相短路和兩相間短路均不出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的零序電流

5、； 各種短路類型中的序分量：各種短路類型中的序分量： 3. 單相和兩相接地短路同時出現(xiàn)零序和負序分量。單相和兩相接地短路同時出現(xiàn)零序和負序分量。 2. 兩相間短路出現(xiàn)負序分量；兩相間短路出現(xiàn)負序分量； 1單相接地短路單相接地短路 單相接地復(fù)合序網(wǎng)單相接地復(fù)合序網(wǎng) 在故障支路，無論是金屬性短路，在故障支路，無論是金屬性短路， 還是經(jīng)過渡電阻短路，均有還是經(jīng)過渡電阻短路，均有 kkk III 021 0argargarg 0 2 00 22 0 2 m m km km C C IC IC I I 、 分別為保護安裝地點的負序 和零序電流分配系數(shù)； m C2 m C0 02 II 、保護安裝地點的零

6、序和負序電流。 結(jié)論：保護安裝地點的故障相負結(jié)論：保護安裝地點的故障相負序電流序電流 與零序電流與零序電流 基本上仍然為同相。基本上仍然為同相。 2 I 0 I 在保護安裝地點在保護安裝地點 1） A相接地時相接地時 0arg 0 2 I I A 0 I A I2 C I2 B I2 0 2）B相接地時相接地時 0arg 0 2 I I B 120arg 0 2 I I A 0 I A I2 C I2 B I2 0 I A I2 C I2 B I2 120120 3）C相接地時相接地時 0arg 0 2 I I C 120arg 0 2 I I A 2 兩相接地短路兩相接地短路 復(fù)合序網(wǎng)復(fù)合序

7、網(wǎng) 在故障支路有在故障支路有 考慮各對稱分量的分配系數(shù)后，考慮各對稱分量的分配系數(shù)后，保護安裝地點保護安裝地點的非故的非故 障相負序電流與零序電流相位關(guān)系仍為：障相負序電流與零序電流相位關(guān)系仍為： 900arg 0 2 I I Rg=0 0arg 0 2 I I Rg趨向趨向 0 2 arg I I 90 3選相方法選相方法 各種接地短路時，保護安裝地點的各種接地短路時，保護安裝地點的A 相負序電流與零相負序電流與零 序電流之間的相位關(guān)系序電流之間的相位關(guān)系 以以 為基準相量的選相區(qū)域圖為基準相量的選相區(qū)域圖 0 I 0arg 0 2 m m C C 實用的序分量選相區(qū)域?qū)嵱玫男蚍至窟x相區(qū)域

8、問題：問題：如何判別同一個相位區(qū)域內(nèi)是單相接地還是兩如何判別同一個相位區(qū)域內(nèi)是單相接地還是兩 相接地？相接地？ 用阻抗確認用阻抗確認 30arg30 0 2 I I A l）當當 時，時， 30arg30 0 2 I I A 若ZBZ，則判為A相接地。 當發(fā)生當發(fā)生段外的段外的BC兩相接地兩相接地 時，即使按時，即使按A相接地短路處理，相接地短路處理， 由于，這時由于，這時ZA測量阻抗較大，測量阻抗較大， 保護的動作元件不會動作。保護的動作元件不會動作。 各種選相方法的適用范圍：各種選相方法的適用范圍： 對稱分量選相只能在同時有零序和負序電流時才起作用。對稱分量選相只能在同時有零序和負序電流時

9、才起作用。 電流突變量選相僅在短路初始階段（電流突變量選相僅在短路初始階段（2040ms）有效；）有效； 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 在距離保護中，主要是作阻抗測量計算。上面介紹的各種在距離保護中，主要是作阻抗測量計算。上面介紹的各種 算法，都可以作阻抗計算?？梢栽谒愠鲭妷?、電流的幅值和相位算法，都可以作阻抗計算?？梢栽谒愠鲭妷骸㈦娏鞯姆岛拖辔?后再計算阻抗或電感值，也可以利用電壓、電流的計算公式直接后再計算阻抗或電感值，也可以利用電壓、電流的計算公式直接 導(dǎo)出阻抗或電感的計算公式。除了上述算法外，還有一種將輸電導(dǎo)出阻抗或電感的計算公式。除了上述算法外，還有

10、一種將輸電 線路簡化為線路簡化為R-L物理模型的阻抗算法，稱為解微分方得法。該算物理模型的阻抗算法，稱為解微分方得法。該算 法根據(jù)法根據(jù)R-L物理模型列寫出微分方程，求解方程得出阻抗值。物理模型列寫出微分方程，求解方程得出阻抗值。 一、一、R-L模型的微分方程算法模型的微分方程算法 這一算法是假設(shè)輸電線路這一算法是假設(shè)輸電線路 由電阻和電感組成。由電阻和電感組成。 輸電線路簡化輸電線路簡化R-L模型模型 (一一)金屬短路時金屬短路時 此時，短路點電壓為，則有此時，短路點電壓為，則有 dt di LRiu )( dt di i L R Lu或或 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型

11、的阻抗算法 寫成離散形式為寫成離散形式為 ) 2 ( 11 s kk kk T ii i L R Lu 因?qū)旊娋€路，因?qū)旊娋€路， L R 為常數(shù)，故得為常數(shù)，故得 k s kk k s kk kk i T ii LuR T ii iuL / ) 2 ( ) 2 /( 11 11 ) 2 1 /( 11 s kk kk T ii iuR 或或 根據(jù)根據(jù) 即可算出電抗值。事實上，電感即可算出電抗值。事實上，電感L與短路點距離成正與短路點距離成正 比。用電感值作為距離量，還可以不受系統(tǒng)頻率變化的影響。比。用電感值作為距離量，還可以不受系統(tǒng)頻率變化的影響。 Lx 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電

12、線路簡化物理模型的阻抗算法 (二二)短路點經(jīng)過渡電阻短路時短路點經(jīng)過渡電阻短路時 電力系統(tǒng)中的短路點實際上經(jīng)常是有過渡電阻的。短路點的過電力系統(tǒng)中的短路點實際上經(jīng)常是有過渡電阻的。短路點的過 渡電阻給阻抗繼電器的測量帶來誤差。為克服它的不利影響，已經(jīng)渡電阻給阻抗繼電器的測量帶來誤差。為克服它的不利影響，已經(jīng) 提出了許多種原理和方法。這里介紹的僅僅是其中的一種，是用于提出了許多種原理和方法。這里介紹的僅僅是其中的一種，是用于 單相接地時的一種方法。單相接地時的一種方法。 單相接地時，對故障線段可寫出下面微分方程單相接地時，對故障線段可寫出下面微分方程 fRL uiKiRiKi dt d Lu)3

13、()3( 00 1 10 3L LL K L 其中其中 1 10 3 = R RR KR ，uf為短路點電壓。為短路點電壓。 寫成離散形式時為寫成離散形式時為 fkkRkkkLkk s k uiKiiiKii T Lu )3()(3 2 1 0101011 令令 )3()(3 2 1 0101011kRkkkLkk s k iKiiiKii T D （1） 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 Dk式中各量均為測量值及常數(shù)，故式中各量均為測量值及常數(shù)，故Dk為可計算出的系數(shù)。為可計算出的系數(shù)。 )3()(3 2 1 0101011kRkkkLkk s k iKiiiKi

14、i T D fkkk uLDu+= 計算計算L值需要知道值需要知道ufk，ufk是短路點電壓，無法測得。是短路點電壓，無法測得。 相對來說，零序網(wǎng)絡(luò)變化不大，如假定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)己知，則有相對來說，零序網(wǎng)絡(luò)變化不大，如假定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)己知，則有 f f fff R K i Riu 0 0 0 3 3 式中，式中，Rf為短路點過渡電阻；為短路點過渡電阻； f f i i K 0 0 0 零序電流分配系數(shù)。零序電流分配系數(shù)。 如假定短路點兩側(cè)零序網(wǎng)絡(luò)阻抗角相同，則如假定短路點兩側(cè)零序網(wǎng)絡(luò)阻抗角相同，則Kf0為實常數(shù)。為實常數(shù)。3i0 為流過繼電器的零序電流，是可測量的量。此外，如再假定在為流過繼電器的零序電

15、流，是可測量的量。此外，如再假定在23 個采樣時間間隔內(nèi)過渡電阻個采樣時間間隔內(nèi)過渡電阻Rf值保持不變，則在兩個采樣時刻根據(jù)值保持不變，則在兩個采樣時刻根據(jù) 式式(1)可寫出下列方程組可寫出下列方程組 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 解得解得 0 1011 0 0 3 3 f f kkk f f kkk K R iLDu K R iLDu (2) kkkk kkokk iDiD iuiu L 0110 011 (3) 本算法的前提是假定短路點的電流本算法的前提是假定短路點的電流i0f與流過繼電器的電流與流過繼電器的電流i0同相同相 位。實際網(wǎng)絡(luò)中兩者是有相位差的，

16、因此計算結(jié)果存在一定的誤差。位。實際網(wǎng)絡(luò)中兩者是有相位差的，因此計算結(jié)果存在一定的誤差。 此外，假定送至計算機的電流、電壓信號是忠實于一次系統(tǒng)的電流、此外，假定送至計算機的電流、電壓信號是忠實于一次系統(tǒng)的電流、 電壓信號的，實際上由于電流互感器、電流、電壓變換器及其模擬電壓信號的，實際上由于電流互感器、電流、電壓變換器及其模擬 濾波通道等的影響，使加在計算機的信號，在暫態(tài)過程中帶來一些濾波通道等的影響，使加在計算機的信號，在暫態(tài)過程中帶來一些 畸變，也將引起計算誤差。特別是非周期分量的衰減、高頻分量的畸變，也將引起計算誤差。特別是非周期分量的衰減、高頻分量的 相位移等因素使得畸變更大，誤差也更

17、大。當采用較完善的濾波方相位移等因素使得畸變更大，誤差也更大。當采用較完善的濾波方 法時，本算法可變?yōu)檎夷Ｐ拖碌奈⒎址匠趟惴?，仍可保持良好的法時，本算法可變?yōu)檎夷Ｐ拖碌奈⒎址匠趟惴?，仍可保持良好?克服過渡電阻影響的優(yōu)點?？朔^渡電阻影響的優(yōu)點。 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 二、二、R-L模型的積分方程算法模型的積分方程算法 下面介紹的分段積分阻抗算法，是從電路的微分方程出發(fā)導(dǎo)出下面介紹的分段積分阻抗算法，是從電路的微分方程出發(fā)導(dǎo)出 積分方程，然后計算線路電阻及電感的方法。積分方程，然后計算線路電阻及電感的方法。 設(shè)電流的瞬時值為設(shè)電流的瞬時值為i(t)，

18、電壓的瞬時值為，電壓的瞬時值為u(t)，則當電流通過電，則當電流通過電 阻電感時，有阻電感時，有 dt tdi LtRitu )( )()( 在時間段在時間段t1t2及及t3t4間進行積分間進行積分 2 1 2 1 2 1 += t t t t t t ditLidtRudt 同理同理 4 3 4 3 4 3 += t t t t t t ditLidtRudt 各積分值在一般在線計算時，為了使計算時間盡可能短，多用各積分值在一般在線計算時，為了使計算時間盡可能短，多用 梯形積分法，利用采樣值，梯形積分法，利用采樣值，求得求得R和和L值值 )( 22 12 1212 iiLT ii RT uu

19、 ss )( 22 34 3434 iiLT ii RT uu ss 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 由于采用了梯形積分法，這就要求采樣頻率遠大于工頻頻率，由于采用了梯形積分法，這就要求采樣頻率遠大于工頻頻率， 否則將產(chǎn)生較大的誤差。否則將產(chǎn)生較大的誤差。 另一方面，在超高壓長輸電線上突然短路時，由于線路的分另一方面，在超高壓長輸電線上突然短路時，由于線路的分 布參數(shù)及串聯(lián)補償電容的影響，使得短路初瞬間的電流電壓值含布參數(shù)及串聯(lián)補償電容的影響，使得短路初瞬間的電流電壓值含 有各種高次和低次諧波。當諧波頻率較接近采樣頻率時，梯形積有各種高次和低次諧波。當諧波頻率較接

20、近采樣頻率時，梯形積 分法也會帶來很大的誤差。此外，由于電流互感器鐵芯的影響，分法也會帶來很大的誤差。此外，由于電流互感器鐵芯的影響， 使副方電流的非周期分量與原方電流有較大的畸變，對積分計算使副方電流的非周期分量與原方電流有較大的畸變，對積分計算 也有一定的影響。也有一定的影響。 三、單三、單模型的微分方程算法模型的微分方程算法 對超高壓遠距離輸電線來說，分布電容比較大，其影響不能忽對超高壓遠距離輸電線來說，分布電容比較大，其影響不能忽 視。如用簡單的視。如用簡單的R-L模型來模擬，則在暫態(tài)過程中甚至穩(wěn)態(tài)過程中模型來模擬，則在暫態(tài)過程中甚至穩(wěn)態(tài)過程中 測量時，都會引起誤差。為了將分布電容的影

21、響考慮在內(nèi)，用一個測量時，都會引起誤差。為了將分布電容的影響考慮在內(nèi)，用一個 型網(wǎng)絡(luò)來模擬。型網(wǎng)絡(luò)來模擬。 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸電線路簡化物理模型的阻抗算法 加到繼電器的電壓瞬時值為加到繼電器的電壓瞬時值為u，電流瞬時值為，電流瞬時值為i，在短路時，在短路時， 假定短路點過渡電阻假定短路點過渡電阻Rf相對很小，此時短路點處的電容不起很相對很小，此時短路點處的電容不起很 大作用，大作用， 0 f U )()( 1ClCl l ll ii dt d LiiR dt di LiRu 2 2 dt ud CL dt di L dt du RCiRu lll 輸電線路簡化物理模型的阻抗算法輸

22、電線路簡化物理模型的阻抗算法 連續(xù)幾次采樣，上式的離散形式寫成矩陣時為連續(xù)幾次采樣，上式的離散形式寫成矩陣時為 3 2 1 2 2342424 3 2 1231313 2 2 1222 1 2 111111 2 22 2 22 2 22 2 22 k k k k l l l l s kkk s kk s kk k s kkk s kk s kk k s kkk s kk s kk k s kkk s kk s kk k u u u u CL CR L R T uuu T uu T ii i T uuu T uu T ii i T uuu T uu T ii i T uuu T uu T ii

23、i 用矩陣解法可以解出用矩陣解法可以解出Rl和和Ll值。值。 這種算法的計算工作量很大。另外它是以一個這種算法的計算工作量很大。另外它是以一個型網(wǎng)絡(luò)模擬分型網(wǎng)絡(luò)模擬分 布參數(shù)線路的，這對穩(wěn)態(tài)情況下的工頻電氣量是可以的，主要的特布參數(shù)線路的，這對穩(wěn)態(tài)情況下的工頻電氣量是可以的，主要的特 征頻率的誤差不是很大的，但對其他頻率范圍的電氣量，誤差就比征頻率的誤差不是很大的，但對其他頻率范圍的電氣量，誤差就比 較大。較大。 1. 要求輸入信號為純基頻分量的一類算法要求輸入信號為純基頻分量的一類算法 特點：特點：所需的數(shù)據(jù)窗很短，計算量很小。所需的數(shù)據(jù)窗很短，計算量很小。 適用范圍：適用范圍：輸入信號中暫態(tài)分量不豐富或計算精度要求輸入信號中暫態(tài)分量不豐富或計算精度要求 不高的保護中。不高的保護中。 低壓網(wǎng)絡(luò)的電流、電壓后備保護；低壓網(wǎng)絡(luò)的電流、電壓后備保護； 配備一些簡單的差分濾波器以削弱電流中衰減的直流分配備一些簡單的差分濾波器以削弱電流中衰減的直流分 量作為電流速斷保護，加速出口故障時的切除時間；量作為電流速斷保護，加速出口故障時的切除時間； 復(fù)雜保護的啟動元件的算法，如距離保護的電流啟動元件