線路保護培訓(xùn)材料

1、繼電保護專業(yè)實現(xiàn)對繼電保護系統(tǒng)的運行維護，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的主要防線之一，繼電保護系統(tǒng)的任務(wù)是通過電流互感器、電壓互感器及相應(yīng)的狀態(tài)量采集裝置（開關(guān)量輸入等），對一次系統(tǒng)的運行狀態(tài)（正常運行、系統(tǒng)故障、設(shè)備異常、系統(tǒng)振蕩等）進行正確的分析與反應(yīng)，并根據(jù)實現(xiàn)制定的控制策略（定值、元件特性）進行相應(yīng)的處理（信號、調(diào)節(jié)、跳閘等）。要了解繼電保護系統(tǒng)運行特性，重點就要完成上述內(nèi)容中各環(huán)節(jié)的分析與理解，并且正確把握運行維護方法。今天的主要內(nèi)容是線路保護的講座，主要內(nèi)容有兩個部分，一是線路保護的基本工作原理，主要針對RCS-931AM、CSC-103B、RCS-901A、CSL-101B裝置相關(guān)

2、的原理進行簡要的闡述，在原理講解過程中完成設(shè)備的缺陷處理及事故分析等內(nèi)容；二是系統(tǒng)故障分析與故障錄波圖的分析，豐富大家通過故障錄波分析保護動作行為的能力，希望大家在課后認真自學(xué)，提高大家判斷故障的能力，對錄波圖正確閱讀的基礎(chǔ)是大家對向量分析方法的熟悉，這是繼電保護專業(yè)人員有效開展工作的重要工具。在此之前，對必要的知識儲備進行簡單的回顧。一、向量分析方法不同電器元件電流與電壓的相位關(guān)系，正是由于這一特性在電力系統(tǒng)的分析中的綜合電流、電壓向量分析才變得異常復(fù)雜。（1）向量的超前與滯后本講座中，提及A向量超前B向量，指以B向量為參考，A向量逆時針旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；A向量滯后B向量，指以B向量為參考，A

3、向量順時針旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；（2）電阻性元件電阻元件的電流與其兩端電壓同相位，從波形上來講電流與電壓具有相同的變化方向，僅在幅值上有所差異。在向量圖中分析，電流向量與電壓向量方向相同，僅有幅值的差異。（3）電感性元件電感元件的電流滯后其兩端電壓90°，從波形上來講以電壓從負到正的過零點為參考向后看，電流從負到正的過零點滯后電壓90°（/2）。在向量圖中分析，以電壓向量為參考，電流向量順時針旋轉(zhuǎn)90°。（4）電容性元件電容元件的電流超前其兩端電壓90°，從波形上來講以電壓從負到正的過零點為參考向后看，電流從負到正的過零點滯后電壓270°（3/2）。

4、在向量圖中分析，以電壓向量為參考，電流向量逆時針旋轉(zhuǎn)90°（順時針旋轉(zhuǎn)270°）。（5）電阻電感性元件以電壓為參考向量，電流滯后電壓的角度在0°-90°之間；夾角大小取決于電阻分量與電感分量的比值；（6）電阻電容性元件以電壓為參考向量，電流超前電壓的角度在090°之間；夾角大小取決與電阻分量與電容分量的比值；（7）電容與電感串聯(lián)根據(jù)容性分量與感性分量的大小不同，綜合電抗呈現(xiàn)容性或感性；在這種配合中，系統(tǒng)中最為典型的應(yīng)用是串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振（串聯(lián)諧振的特征、并聯(lián)諧振的特征）比如專用閉鎖式通道中的阻波器是并聯(lián)諧振的應(yīng)用、耦合電容器與結(jié)合濾波器是串聯(lián)

5、諧振的典型應(yīng)用，另外在抗干擾技術(shù)中諧振的應(yīng)用也非常廣泛，用于短路或阻斷需要消除的信號。另外需要指出的是，在系統(tǒng)中諧振的發(fā)生也是有很大危害的，如小接地電流系統(tǒng)中有消弧線圈接地補償電容電流時，發(fā)生全補償就是并聯(lián)諧振，會產(chǎn)生很高的諧振過電壓；還有鐵磁諧振過電壓易造成電壓互感器的爆炸。二、故障分析繼電保護的任務(wù)就是反應(yīng)系統(tǒng)的不正常工作狀態(tài)并進行相應(yīng)的處理，所以在分析繼電保護動作狀況時必須要正確分析系統(tǒng)中故障發(fā)生時產(chǎn)生的電氣特性。所以在了解向量的基礎(chǔ)上需要進行故障分析的簡單回顧。（1）學(xué)習(xí)典型故障分析的目的：繼電保護按采集量劃分，大致分為兩類：一類是電量保護，如電流保護、電壓保護、距離保護、縱聯(lián)保護等；

6、另一類是非電量保護，如非全相保護、變壓器瓦斯保護等。對于電量保護直接反映一次電氣量的變化，并最終作用于一次設(shè)備，以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)一次設(shè)備的控制與保護。所以說必須掌握典型故障的分析方法以及各種故障情況下電氣量的變化規(guī)律；這對我們今后工作中分析故障、分析繼電保護動作行為（是正確動作、拒動還是誤動）都是非常重要的。（2）電力系統(tǒng)典型故障的類型：1） 單相接地短路故障 用K（1）表示2） 兩相短路故障 用K（2）表示3） 三相短路故障 用K（3）表示4） 兩相接地短路故障 用K（1.1）表示5） 單相斷線故障（兩相運行） 用F（1.1）表示6） 兩相斷線故障（單相運行） 用F（1）表示其中短路故障稱之

7、為橫向故障，斷線故障稱之為縱向故障。（3）電力系統(tǒng)典型故障分析的一般方法：1） 選取特殊相進行分析。也就是說選取三相中與其他兩相特征不一樣的相別進行分析。例如：A相接地短路故障，A相有故障電流，B、C兩相沒有，則A相為特殊相，所以用A相進行分析；AB兩相短路故障及AB兩相接地短路故障，A、B兩相有故障電流，C相沒有，則C相為特殊相，所以用C相進行分析；A相斷線故障，A相有沒電流，B、C兩相有負荷，則A相為特殊相，所以用A相進行分析；AB兩相斷線故障，A、B兩相沒有電流，C相有負荷電流，則C相為特殊相，所以用C相進行分析。其他相別同理。2） 由故障特征確定故障邊界條件，其實邊界條件就是等式或者為

8、零的量，找邊界條件就是根據(jù)故障的類型判斷相等的電量和為零的電量。例如：A相接地短路故障，A相有故障電流，A 相電壓為零，B、C兩相沒有故障電流，則邊界條件為：IKB=IKC=0；UKA=0。3） 由故障邊界條件，通過對稱分量法求取特殊相各序分量。首先介紹一下對稱分量法的基本公式：如下圖所示：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，通過對稱分量都可以將不對稱的故障量轉(zhuǎn)換為三個對稱分量的疊加。這樣做的目的是便于我們分析、計算，將不對稱量的分析轉(zhuǎn)換成對稱系統(tǒng)的分析，這樣可以用一相進行分析后通過移向因子進行旋轉(zhuǎn)后得到三相的分量。其互換公式如下：FA1=1/3(FA+aFB+a2FC)FA2=1/3(FA+a2FB+a

9、FC)FA0=1/3(FA+FB+FC)FA=FA1+FA2+FA0FB=FB1+FB2+FB0=a2FA1+aFA2+FA0)FC=FC1+FC2+FC0=aFA1+a2FA2+FA0)式中 a表示逆時針旋轉(zhuǎn)120o也即向超前方向旋轉(zhuǎn)120o, a2表示逆時針旋轉(zhuǎn)240o也即向超前方向旋轉(zhuǎn)240o這六個公式在我們的短路故障分析中經(jīng)常用到的，首先需要通過它將全電壓、全電流分解成三個對稱的相序分量進行分析、計算；然后需要通過它將計算結(jié)果還原為全電壓、全電流。因此必須熟練掌握。下面以A相接地短路故障為例，介紹序分量的求取方法邊界條件為：IKB=IKC=0；UKA=0。則：IKA1=1/3（IKA+

10、aIKB+a2IKC）IKA2=1/3（IKA+a2IKB+aIKC）IKAo=1/3（IKA+IKB+IKC）又因IKB=IKC=0所以IKA1=IKA2=IKAo=1/3IKAUKA= UKA1+UKA2+UKAo=04） 由各序分量關(guān)系，繪制特殊相序網(wǎng)圖。首先介紹一下序網(wǎng)圖的繪制方法：A在序網(wǎng)圖中，只有正序網(wǎng)絡(luò)圖包含電源電勢，負、零序網(wǎng)絡(luò)圖中沒有電源電勢。這是因為系統(tǒng)正常運行時只有正序分量，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時才產(chǎn)生負、零序電壓電流，也就是說負、零序電壓電流是由故障點產(chǎn)生的。B 在序網(wǎng)圖中，正、負序阻抗畫到短路點結(jié)束，負荷側(cè)阻抗不畫；這是因為正、負序的短路通路由短路點到電源構(gòu)成閉合回路；而

11、零序阻抗要畫到變壓器接地點結(jié)束，這是因為零序的短路通路由短路接地點到變壓器接地點構(gòu)成閉合回路；變壓器三角側(cè)以后零序阻抗不畫，因為三角形接線方式將零序分量濾去了使它不能往下級傳變，F(xiàn)A- FB =（FA1+FA2+FA0 ）-（FB1+FB2+FB0）= （FA1+FA2 ）-（FB1+FB2）；變壓器星型側(cè)中性點不接地，其以后零序阻抗不畫，因為星型側(cè)中性點不接地對零序來說相當(dāng)于無群大阻抗。（如下圖示）以A相接地短路故障為例，介紹序分量的求取方法由第三步各序分量關(guān)系可看出，A相各序電流相等，各序電壓相加為零；由于各序分量由故障量中分解所得，所以網(wǎng)絡(luò)最終要合成一個閉和回路，通過上述條件可得只有各序

12、網(wǎng)絡(luò)頭尾串聯(lián)可實現(xiàn)。如下圖示：5） 由序網(wǎng)圖計算短路點各序分量向量值及保護安裝處各序分量向量值。例如A相接地短路故障，短路點各序分量計算：IKA1= IKA2=IKAo=E/（X1+ X2+X0）UKA1= IKA1*（X2+X0）UKA2=IKA2* X2=IKA1* X2UKA0=IKA0* X0=IKA1* X2保護安裝處各序分量計算：對于單端電源網(wǎng)絡(luò)保護安裝處各序分量電流與故障點各序分量電流相等IKA1M= IKA1IKA2 M = IKA2IKAo M = IKA0對于雙端電源網(wǎng)絡(luò)保護安裝處各序分量電流等于故障點各序分量電流乘以M、N兩側(cè)的阻抗分配系數(shù)IKA1M = IKA1* X1

13、N /（X1M +X1N）IKA2M = IKA2* X2N /（X2M +X2N）IKAoM = IKA0* X0N /（X0M +X0N）IKA1N = IKA1-IKA1MIKA2N = IKA2-IKA2MIKAoN = IKA0-IKA0M保護安裝處各序分量電壓等于故障點各序分量電壓加上各序保護安裝處至故障點的電壓降（請注意，保護安裝處各序電壓等于故障點各序電壓加上各序電流在相應(yīng)序阻抗上的壓降這是成立的，但保護安裝處的電壓并不等于故障點的電壓加上電流在線路上的壓降，見后續(xù)分析）。UKA1M = UKA1+ IKA1M *X LM1UKA2M = UKA2+IKA1M *X LM 2U

14、KA0M = UKA0+IKA0M *X LM 0UKA1N = UKA1+ IKA1N *X LN1UKA2N = UKA2+IKA1N *X LN 2UKA0N = UKA2+IKA0N *X LN 06）由各序分量，通過對稱分量法計算各相故障點故障電流、故障電壓及保護安裝處故障電流、故障電壓。采用對稱分量法分析可以可出結(jié)論：短路點正序電壓最低，越往電源端走正序電壓越高，電源點正序電壓最高等于電源電勢。短路點負序電壓最高，越往電源端走負序電壓越低，電源點負序電壓最低等于零。短路點零序電壓最高，越往主變接地點走零序電壓越低，主變接地點零序電壓最低等于零。具體的分析方法是：在通過序網(wǎng)圖分析可以

15、看出，負序分量電流與零序分量電流與正序電流的方向是相反的，從宏觀的角度來講，電流的流向總是從高電位點流向低電位點的，故而直觀的判斷必然是故障點的零序電壓、負序電壓最高。從復(fù)合序網(wǎng)圖也可以看出，負序和零序分量僅在故障點存在。7）通過計算結(jié)果繪制向量圖以供分析。單相接地短路K（1）故障分析單相接地短路故障在上面介紹分析方法時已詳細介紹，在此不在重復(fù)，現(xiàn)在著重介紹一下單相接地短路故障的特點：1、出現(xiàn)負、零序分量；2、序網(wǎng)構(gòu)成中正、負、零序分量串聯(lián)，也即在正序的基礎(chǔ)上串入了X2+X0阻抗；3、接地故障必然產(chǎn)生零序分量；4、不對稱故障必然產(chǎn)生負序分量；5、短路點非故障相電流為零，對于單電源網(wǎng)絡(luò)保護安裝處

16、非故障相電流也為零，對于雙電源網(wǎng)絡(luò)當(dāng)各序分量阻抗分配系數(shù)X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）=X0N/（X0M+X0N）時保護安裝處非故障相電流為零；不等時不為零。（此處所說的是故障分量，不包括故障前的負荷電流）6、故障相電壓超前故障相電流一個線路阻抗角。7、負、零序電流超前負、零序電壓（180度減一個線路阻抗角）約105度。兩相短路K（2）故障分析以AB兩相短路進行分析：1、 特殊相為C相2、 短路故障邊界條件： IKC=0；IKA= -IKB；UKA=UKB。3、 各序分量：IKC1=1/3（aIKA+a2IKB+IKC）=1/3IKAej90IKC2=1/3（a2IKA

17、+aIKB+IKC）=1/3IKAej-90IKC0=1/3（IKA+IKB+IKC）=0所以IKC1= -IKC2UKC1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=1/3（UKC+3UKAej180）UKC2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=1/3（UKC+3UKAej180）UKC0=1/3（UKA+UKB+UKC）=1/3（UKC+2UKA）所以UKC1=UKC24、 繪制序網(wǎng)圖：由上步計算結(jié)果可看出，零序分量電流等于零，也即沒有零序分量；正、負序電壓相等、方向相同，即正、負序網(wǎng)絡(luò)只能是同相并聯(lián)；正、負序電流大小相等、方向相反，且全電流為零，即同一節(jié)點電流為零符合同相并聯(lián)要求。

18、（如下圖示）5、 計算各序分量向量值：IKC1= -IKC2=E/（X1+X2）UKC1=UKC2= -IKC2* X26、 計算故障點各相全電壓、全電流IKC=0IKB= aIKC1+a2IKC2+IKC0=3IKC1ej90IKA= a2IKC1+aIKC2+IKC0=3IKC1ej-90UKC=2UKC1UKB= aUKC1+a2UKC2+UKC0=UKC1ej180UKA= a2UKC1+aUKC2+UKC0=UKC1ej180以單端系統(tǒng)為例計算保護安裝處各相全電壓、全電流通過前面的分析大家已經(jīng)知道：單端系統(tǒng)保護安裝處電流等于故障點電流；雙端系統(tǒng)保護安裝處各序電流等于故障點各序電流乘各

19、序阻抗分配系數(shù)；保護安裝處電壓等于故障點處電壓加上線路壓降。IKCM =0IKBM=3IKC1ej90IKAM=3IKC1ej-90UKCM=2UKC1+IKC1*X LM1+ IKC2*X LM2=2UKC1+IKC1（X LM1-X LM2） 因線路X1=X2=2UKC1UKBM=UKC1ej180+aIKC1*X LM1+ a2IKC2*X LM2 因線路X1=X2= UKC1ej180+3IKC1ej90*X LM1UKAM=UKC1ej180+a2IKC1*X LM1+ aIKC2*X LM2 因線路X1=X2= UKC1ej180+3IKC1ej-90* X LM1保護安裝處AB故

20、障相間故障電流、電壓IKABM= IKAM -IKBM=3IKC1ej-90 -3IKC1ej90=23IKC1ej-90=2IKAMUKABM=UKAM -UKBM= UKC1ej180+3IKC1ej-90*X1M -UKC1ej180-3IKC1ej90*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1-3IKC1ej90*X LM1=23IKC1ej-90*X1M=2IKAM*X1M通過上述計算可看出故障相間電壓超前故障相間電流一個線路阻抗角。7、繪制向量圖以供分析。兩相短路故障的特點：1、出現(xiàn)負序分量；沒有零序分量。2、序網(wǎng)構(gòu)成中正、負序分量同相并聯(lián)，也即在正序的基礎(chǔ)上串入了X2阻抗；

21、3、不對稱故障必然產(chǎn)生負序分量；4、短路點非故障相電流為零，對于單電源網(wǎng)絡(luò)保護安裝處非故障相電流也為零，對于雙電源網(wǎng)絡(luò)當(dāng)各序分量阻抗分配系數(shù)X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）時保護安裝處非故障相電流為零；不等時不為零。（此處所說的是故障分量，不包括故障前的負荷電流）通常認為正、負序阻抗相等X1=X2，所以對于兩相短路故障來說可以認為保護安裝處非故障相電流為零。5、故障相間電壓超前故障相間電流一個線路阻抗角。兩相接地短路K（1.1）故障分析以AB兩相接地短路進行分析：1、 特殊相為C相2、 短路故障邊界條件： IKC=0； UKA=UKB=0。3、 各序分量：IKC1=1/3

22、（aIKA+a2IKB+IKC）=1/3（aIKA+a2IKB）IKC2=1/3（a2IKA+aIKB+IKC）=1/3（a2IKA+aIKB）IKC0=1/3（IKA+IKB+IKC）=1/3（IKA+IKB）IKC=IKC1+IKC2+IKC0=0UKC1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=1/3UKCUKC2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=1/3UKCUKC0=1/3（UKA+UKB+UKC）=1/3UKC所以UKC1=UKC2=UKC04、 繪制序網(wǎng)圖：由上步計算結(jié)果可看出，正、負、零序電壓相等、方向相同，即正、負、零序網(wǎng)絡(luò)只能是同相并聯(lián)；又因全電流為零，即同一節(jié)點電

23、流為零符合同相并聯(lián)要求。（如下圖示）5、 計算各序分量向量值：IKC1=E/（X1+X2X0）IKC2= -IKC1* X0/（X2+X0）IKC0= -IKC1* X2/（X2+X0）UKC1=E-IKC1* X1UKC2= -IKC2* X2UKC0= -IKC0* X0UKC1=UKC2=UKC06、 計算故障點各相全電壓、全電流IKC=0IKB= aIKC1+a2IKC2+IKC0= aIKC1- a2IKC1* X0/（X2+X0）-IKC1* X2/（X2+X0）IKA= a2IKC1+aIKC2+IKC0= a2IKC1- aIKC1* X0/（X2+X0）-IKC1* X2/（

24、X2+X0）UKC=3UKC1UKB= aUKC1+a2UKC2+UKC0=0UKA= a2UKC1+aUKC2+UKC0=0以單端系統(tǒng)為例計算保護安裝處各相全電壓、全電流單端系統(tǒng)保護安裝處電流等于故障點電流；雙端系統(tǒng)保護安裝處各序電流等于故障點各序電流乘各序阻抗分配系數(shù)；保護安裝處電壓等于故障點處電壓加上線路壓降。IKCM=IKCIKBM=IKBIKAM=IKA了;.UKCM=3UKC1+IKC1*X LM1+ IKC2*X LM2+ IKC0*X LM0UKBM=aIKC1*X LM1+ a2IKC2*X LM2+ IKC0*X LM0UKAM=a2IKC1*X LM1+ aIKC2*X

25、LM2+ IKC0*X LM0保護安裝處AB故障相間故障電流、電壓IKABM= IKAM -IKBM=3IKC1ej-90+3IKC1ej-90* X0/（X2+X0）=1+ X0/（X2+X0）3IKC1ej-90UKABM=UKAM -UKBM=3IKC1ej-90* X LM1+3IKC2ej90*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1-3IKC1ej90* X0/（X2+X0）*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1+3IKC1ej-90* X0/（X2+X0）*X LM1=1+ X0/（X2+X0）3IKC1ej-90*X1M通過上述計算可看出故障相間電壓超前故障相間

26、電流一個線路阻抗角。7、繪制向量圖以供分析。兩相接地短路故障的特點：1、出現(xiàn)負、零序分量；2、序網(wǎng)構(gòu)成中正、負、零序分量同相并聯(lián)，也即在正序的基礎(chǔ)上串入了 X2X0阻抗；3、接地故障必然產(chǎn)生零序分量；4、不對稱故障必然產(chǎn)生負序分量；5、短路點非故障相電流為零，對于單電源網(wǎng)絡(luò)保護安裝處非故障相電流也為零，對于雙電源網(wǎng)絡(luò)當(dāng)各序分量阻抗分配系數(shù)X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）=X0N/（X0M+X0N）時保護安裝處非故障相電流為零；不等時不為零。（此處所說的是故障分量，不包括故障前的負荷電流）6、故障相間電壓超前故障相間電流一個線路阻抗角。7、負、零序電流超前負、零序電壓（18

27、0度減一個線路阻抗角）約105度。三相短路K（3）故障分析1、 以A相為特殊相2、 短路點路故障邊界條件： UKA=UKB=UKC=0。|IKA|=|IKB|=IKC|3、各序分量：UKA1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=0UKA2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=0UKA0=1/3（UKA+UKB+UKC）=0我們曾討論過負、零序電壓在短路點最高，而從上式看短路點負、零序分量電壓均為零，也就是說負、零序網(wǎng)絡(luò)中無任何電源，所以，三相短路只有正序分量。可得：IKA1=1/3（IKA+aIKB+a2IKC）=IKAIKA2=1/3（IKA+ a2IKB+aIKC）=0IKA0=

28、1/3（IKA+IKB+IKC）=04、 繪制序網(wǎng)圖：由上步計算結(jié)果可看出，三相短路只有正序分量。（如下圖示）5、 計算各序分量向量值：IKA1=E/X1IKA2=IKA0=0UKA1=UKA2=UKA0=06、 計算故障點各相全電壓、全電流IKA=IKA1= E/X1IKB= a2E/X1IKC= aE/X1UKA=UKB=UKC=0以單端系統(tǒng)為例計算保護安裝處各相全電壓、全電流單端系統(tǒng)保護安裝處電流等于故障點電流；雙端系統(tǒng)發(fā)生三相短路，保護安裝處電流等于故障點電流乘正序阻抗分配系數(shù)；保護安裝處電壓等于故障點處電壓加上線路壓降。IKAM = E/X1IKBM= a2E/X1IKCM= aE/

29、X1UKAM=IKA1*X LM1= E* X LM1/X1UKBM= IKB1*X LM1= a2E* X LM1/X1UKCM= IKC1*X LM1= aE* X LM1/X1通過上述計算可看出故障相電壓超前故障相電流一個線路阻抗角。7、繪制向量圖以供分析。三相短路故障的特點：1、只有正序分量；沒有負、零序分量。2、序網(wǎng)構(gòu)成中同樣只有正序分量，也可以說在正序的基礎(chǔ)上串入了阻抗零；3、故障相電壓超前故障相電流一個線路阻抗角。小結(jié)因為兩相斷線故障（單相運行）分析方法同單相接地短路故障分析方法相同；單相斷線故障（兩相運行）分析方法同兩相接地短路故障分析方法相同，在此就不作分析；第一章 繼電保護

30、原理在電力系統(tǒng)中，繼電保護的任務(wù)之一就是當(dāng)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。下面著重介紹如下幾種保護原理（各裝置采用相關(guān)的元件，原理是一樣的）。第一節(jié) 保護裝置啟動元件（1） 啟動元件主體以反應(yīng)相間工頻變化量的過流繼電器實現(xiàn)，同時又配以反應(yīng)全電流過流繼電器互相補充。變化量啟動元件主要用于開放快速動作的變化量保護（工頻變化量方向、工頻變化量零序方向元件構(gòu)成的縱聯(lián)保護及快速動作的工頻變化量阻抗繼電器等，主要是保證動作的快速性

31、，零序啟動元件主要是保證在經(jīng)大過渡電阻接地時，變化量元件可能靈敏度降低而不能正確開放的情況，主要是保證在上述情況下啟動元件開放的可靠性）。（2） 零序過流元件啟動，當(dāng)外界和自產(chǎn)零序電流均大于整定值時，零序啟動元件動作并展寬7秒，去開放出口繼電器正電源。問題分析：如下圖電流回路接線方式：結(jié)論：如果零序電流不接或異常短接，則所有與零序電流相關(guān)的保護均不能動作，如零序差動、零序過流等。（3）啟動元件不動作造成的保護拒動問題。 在繼電保護裝置中，均設(shè)置裝置的總啟動元件，用于開放出口繼電器的正（或者負）電源，這是國內(nèi)繼電保護發(fā)展過程中的一個重要舉措，充分防止了當(dāng)保護裝置單元件發(fā)生故障時，繼電保護裝置的誤

32、動問題。但也引來了一定的問題，就是當(dāng)由于整定原因，管理板的總啟動元件定值整定不合理，在故障發(fā)生情況下不能正確開放出口繼電器正電源，造成拒動，但這一問題是通過規(guī)范操作和提升人員技術(shù)水平進行解決的。（4）位置不對應(yīng)啟動元件 在南瑞和四方線路保護中，該啟動元件均通過控制字進行投退，主要是作為重合閘出口的啟動元件，用于本裝置保護未動作，但本保護的重合閘功能投入且正常的情況。是傳統(tǒng)中重合閘的一種啟動方式的選擇和投入。 （5）縱聯(lián)差動或遠跳啟動 發(fā)生區(qū)內(nèi)三相故障，若電源側(cè)電流元件可能不動作，此時若收到對側(cè)的差動保護允許信號，則判別差動繼電器動作相關(guān)相、相間電壓，若小于65%額定電壓，則輔助電壓啟動元件動作

33、，去開放出口繼電器正電源7秒； 當(dāng)本側(cè)收到對側(cè)的遠跳信號且定值中“不經(jīng)本側(cè)啟動控制”置“1”時，去開放出口繼電器正電源500MS。（分析弱饋方式啟動元件動作的必要性，空載線路及變壓器組，負荷情況下，變壓器中性點接地與否的影響）第二節(jié) 保護裝置選相元件根據(jù)保護動作特性分析，除分相電流差動保護能夠自動實現(xiàn)選相外，其他需要選相跳閘的保護可能不具備選相的功能（如零序差動保護、零序過流保護等），需要裝置邏輯中設(shè)置專門的選相元件，在保護發(fā)生單相故障時實現(xiàn)保護動作選單相跳閘。（1）電流差動選相元件分相式電流差動保護其保護原理本身具有選相功能，即原理本身就是計算線路兩側(cè)同名相電流的向量及大小關(guān)系。案例分析：由

34、于一側(cè)保護裝置接入的電流互感器A、B相接反，在線路帶負荷時造成差動保護動作。（帶負荷瞬間，突變量元件可以啟動，同一側(cè)A、B兩相負荷電流有120度相位差，兩側(cè)計算差流很大，畫圖分析）。這種接線錯誤可以在二次接線核對及電流互感器“點極性”工作進行發(fā)現(xiàn)并解決，所以在現(xiàn)場實際工作中，如果上述兩項工作已經(jīng)全部結(jié)束，則不允許任何人在電流回路上進行拆接線工作?。?）相間電流突變量差選相元件電流突變量選相元件采用相間電流突變量IAB、IBC、ICA，通過對三個相間電流的大小比較，得到故障相別。如下表所示（“+”表示較大，“+”表示很大，“-”表示較?。相接地B相接地C相接地AB相間BC相間CA相間三相短路

35、IAB+-+IBC-+ICA+-+大小排序結(jié)果即為選相結(jié)果。選相特征特別明顯。該選相元件主要是利用其選相精度高、動作速度快，快速動作保護均由該元件選相開放，盡管選相元件在進入故障穩(wěn)態(tài)后選相作用消失，但由于保護邏輯中已經(jīng)把正確選相的結(jié)果固定下來。（3）工作電壓變化量選相元件工作電壓的意義：UOP=UJ-IJ*ZSET（UJ、IJ為阻抗繼電器接線方式中的電壓和電流，對于接地舉例繼電器UJ為故障相電壓，IJ為經(jīng)過零序補償?shù)墓收舷嚯娏鳎粚τ谙嚅g阻抗繼電器，UJ為故障相間電壓，IJ為故障相間電流），用系統(tǒng)電壓分析圖表明工作電壓的意義實際是整定范圍末端的電壓，工作電壓變化量就是整定范圍末端電壓的變化量，其

36、選相的優(yōu)勢用電壓分布圖進行分析，由于是電壓變化量，所以不考慮正常負荷的影響，僅由故障發(fā)生瞬間在故障點疊加的與正常電壓方向相反、大小相等的故障電壓產(chǎn)生。故障模型=正常的符合狀態(tài)+故障附加狀態(tài)。（畫圖分析并推出工作電壓變化量選相元件的工作原理）（4）穩(wěn)態(tài)序分量選相元件（穩(wěn)態(tài)的序分量加阻抗選相元件）穩(wěn)態(tài)序分量選相元件主要根據(jù)零序電流和負序電流的角度關(guān)系（比較I0與I2A之間的相位關(guān)系），再加以相間故障排除法進行選相。零序和負序電流選相原理分析以A相接地與BC兩相接地為例，通過向量圖進行分析，這時選相元件動作情況相同，均為I0超前I2A的角度在正負60度之間；所以必須通過相間阻抗判別元件來區(qū)別是單相故

37、障還是相間故障。（5）低電壓選相元件低電壓選相元件主要是為了滿足若電源保護選相的要求，在電流突變量選相和零負序穩(wěn)態(tài)分量選相失敗的情況下，且未出線TV斷線時，投入低電壓選相元件。低電壓選相的判據(jù)為：一是任一相電壓小于0.5UN，且其他兩相電壓都大于0.8UN，則判為第三相單相故障；二是相間電壓低于0.5UN，則判為相間故障。（6）選相元件的重要作用 選相元件是實現(xiàn)保護選相跳閘的主要條件，但根據(jù)規(guī)程的要求選相元件一是要靈敏的反應(yīng)故障相或故障相間，不應(yīng)該影響保護元件的動作行為；二是要有措施當(dāng)選相元件拒動或不能正確選相時可靠實現(xiàn)三相跳閘的措施，所以在繼電保護裝置功能中有“選相失敗三跳”的邏輯功能。第三

38、節(jié) 距離保護系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當(dāng)運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低（解釋電流保護受系統(tǒng)運行方式影響嚴重）；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。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+U；其中線路壓降U并不單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

39、A相接地短路故障將保護安裝處母線電壓重新推導(dǎo)一下。因為在發(fā)生單相接地短路時，3I0等于故障相電流IKA；同時考慮線路X1=X2 則有：UKAM=UKA+IKA1* X LM1+ IKA2* X LM2+ IKA0* X LM0=UKA+IKA1*X LM1+ IKA2*X LM1+ IKA0*X LM0+ (IKA0* X LM1IKA0* X LM1)=UKA+ X LM1(IKA1+ IKA2+ IKA0)+ IKA0（X LM0X LM1）=UKA+X LM1*IKA+ 3IKA0（X LM0X LM1）*X LM1/3X LM1=UKA+X LM1*IKA1+（X LM0X LM1）/

40、3X LM1令 K=（X LM0X LM1）/3X LM1則有 UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K)或 UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K)=UKA+X LM1(IKA+KIKA)=UKA+X LM1(IKA+K3I KA0)同理可得 UKBM=UKB+ X LM1(IKB+K3I KB0)UKCM=UKC+ X LM1(IKC+K3I KC0)這樣我們就可得到母線電壓計算得一般公式：UKM=UK+ X LM1(IK+K3I0)結(jié)論：（1） 輸電線路的壓降不一定是輸電線路中該相電流乘以線路阻抗，這主要是由于在三相系統(tǒng)中有互感的原因；對于單相輸電線路上述情況成立，即簡單滿足歐

41、姆定律；（2） 線路上的某相壓降=(相電流+K3I0)*Z1,K3I0*Z1是三相零序電流經(jīng)過互感在該相上產(chǎn)生的壓降，在電壓計算中不能將K3I0這一項漏掉，只有在三相短路或兩相短路時，由于I0=0，K3I0=0.（3） 上述計算公式既適用于故障相（相間）電壓的計算，也適用于非故障相（相間）電壓的計算。（4） 也適用于振蕩中發(fā)生短路時對母線電壓計算。（5） 本公式適用非全相運行相上發(fā)生短路時對母線電壓的計算。（6） 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K3I KC0減去了而已。一、接地阻抗繼電器的測量阻抗我們希望，故障時加入阻抗繼電器的電壓、電流測量值

42、ZJ=UJ/IJ正好成正比于保護安裝處至短路點的線路阻抗Z LM 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=Z LM(IK+K3I0)/IK 當(dāng)金屬性單相接地短路時UK=0= (1+K)Z LM它不能正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗Z LM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Z LM我們可以在構(gòu)成阻抗繼電器上做文章，使ZJ=Z LM(IK+K3I0)/(IK+K3I0)=Z LM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)成上可以采用IK+K3I0復(fù)合濾序器實現(xiàn)，

43、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。在這里我們提出，考慮究竟采用什么樣的電壓和電流接入繼電器就是常說的繼電保護的接線方式，在微機保護以前的保護裝置，阻抗繼電器的接線方式是通過回路接線完成各種電流或電壓的組合，而在微機保護中所謂的接線方式就是采用什么樣的電壓和電流進行計算。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、

44、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*Z LM/2 IK=Z LM能夠正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗Z LMZJ=UJ/IJ的接線方式稱為相間阻抗繼電器的0。接線，相間距離一般采用該種接線。三、分析幾種距離繼電器特性及距離保護的實現(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。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

45、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，ZJ<ZZD則UOP=UJIJZZD=IJ(ZZDZJ)UJ=IJZJUOP與UJ反向；在正向區(qū)外K2點發(fā)生短路，ZJ>ZZD則UOP=UJIJZZD=IJ(ZJZZD)UJ=IJZJUOP與UJ同向；在反方向K3點發(fā)生短路，ZJ>ZZD則UOP=UJIJZZD=IJ(ZJ+ZZD)UJ=IJZJUOP與UJ同向；所以可以通過比較UOP與UJ的相

46、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，因為這一相反應(yīng)了阻抗繼電器的保護范圍，所以要組成阻抗繼電器就要能夠正確反應(yīng)測量阻抗，必須正確反應(yīng)故障點至保護安裝處的距離，所以該項是固定的。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。（介紹常用的繼電器動作特性及應(yīng)用特點，并給出一種由阻抗繼電器方程直接繪制阻抗繼電器動作特性的方法

47、）結(jié)論：如果阻抗形式的相位比較式動作方程中，分子分母都有ZJ這一項，而且兩個邊界是90°和270°，那么它的以ZJ為自變量的動作特性是以某兩點連線為直徑的圓，這兩個點由分子分母各決定一個點，決定的方式是除ZJ外，把其他的電氣量取負值。既然我們有一種較好的方法可以直接由阻抗表達式方程繪出動作特性的方法，但有些時候給出的動作方程是絕對值比較方程，一般建議大家采用的方法是將絕對值比較方程變換成阻抗表達式的方程，并通過調(diào)整分子分母的角度，使得動作邊界為90°和270°。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| (

48、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(dāng)|A|=|B|，且B超前A時，argC/D=90o；當(dāng)|A|=|B|，且A超前B時，argC/D=270o；當(dāng)|A|>|B|，且B超前A時，argC/D>90o；當(dāng)|A|>|B|，且A超前B時，argC/D<270o；根據(jù)上面的關(guān)系式就可以將絕對值比較方程等效轉(zhuǎn)換為相位比較方程：|A|B| 可轉(zhuǎn)換為 90oarg(BA)/(B+A)270o根據(jù)動作方

49、程可繪出方向阻抗繼電器的動作特性，大家都知道以圓的直徑為斜邊交于圓周上的三角形必定是直角三角形。那么根據(jù)相位比較方程可知，若測量阻抗落于圓周上，剛好是臨界動作狀態(tài)。動作特性如下圖示：在實際應(yīng)用中，若采用阻抗形式動作方程需要計算出測量阻抗值向量；所以在構(gòu)成繼電器的過程中，常常采用電壓形式動作方程，即動作方程上下同乘測量電流IJ乘轉(zhuǎn)換為電壓形式動作方程：90oarg(UJIJZZD)/UJ270o構(gòu)成單相接地阻抗繼電器時，測量電流IJ=IK+K3I0構(gòu)成相間阻抗繼電器時，測量電流IJ=IK五、距離保護應(yīng)用中的相關(guān)輔助措施：1、測量阻抗ZJ= UJ/IJ，那么當(dāng)因某種原因電壓斷線時，阻抗繼電器將會誤

50、動作，故必須采取電壓斷線閉鎖措施，當(dāng)發(fā)生電壓斷線時閉鎖保護。通常采用電壓互感器二次電壓與開口三角電壓比較實現(xiàn)。微機保護采用軟件算法實現(xiàn)（例如：啟動元件不動作的情況下，三相向量和大于8V；或絕對值和小于額定電壓的一半且斷路器在運行位置等等）。需要指出的是現(xiàn)在的微機保護都采用電流變化量或故障電流分量作為啟動元件，可以較好的防止電壓斷線造成的保護誤動作。2、當(dāng)系統(tǒng)振蕩時，振蕩中心的電壓降低、電流升高；那么處于振蕩中心的阻抗繼電器因感受到的測量阻抗降低，所以也必須采取振蕩閉鎖措施，當(dāng)發(fā)生振蕩時閉鎖保護。并遵循振蕩不消失，閉鎖不解除的原則。通常引入正序元件，負、零序電流或電流增量元件及采用短時開放來監(jiān)視

51、靜穩(wěn)破壞。3、在正方出口短路時可能拒動，反方向出口短路時可能誤動；通常采用使極化電壓帶“記憶”來實現(xiàn)。常規(guī)保護引入第三相電壓構(gòu)成RLC串聯(lián)諧振回路，使故障時保持故障前相位；微機保護直接讀取故障前數(shù)據(jù)。所以說，真正構(gòu)成一套距離保護至少包含以下幾個部分：啟動元件、阻抗測量元件、電壓閉鎖元件、振蕩閉鎖元件、邏輯回路。第四節(jié) 方向保護原理一、 零序方向保護原理在系統(tǒng)正常運行時，只有正序分量，沒有零序分量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障或不對稱斷線故障時才產(chǎn)生零序分量，因此零序分量是構(gòu)成保護的一種很可利用的故障特征量，并且由于正常情況下不存在僅在故障發(fā)生時產(chǎn)生，所以具有很高的靈敏度。要構(gòu)成方向保護必須能夠區(qū)分正

52、、反方向故障。接下來我們分析一下正、反方向短路故障時零序分量的方向性。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1、 正方向短路故障：系統(tǒng)接線及零序序網(wǎng)如下圖示由圖可得： Uo=Io×Xso通常情況下零序阻抗角按約75度考慮，所以正方向短路時Uo超前Io約-105度。2、 反方向短路故障：零序序網(wǎng)如下圖示由圖可得： Uo=Io×(Xlo+Xro)通常情況下零序阻抗角按約75度考慮，所以反方向短路時Uo超前Io約75度。分析序網(wǎng)要切記一點，在計算某點電壓時要由高電位點經(jīng)過無電源端至低電位點構(gòu)成回路，如果從電源端計算，則等于電源電壓加（或減）兩點間壓降，而電源

53、電壓很可能也是一個未知數(shù)。對于零序網(wǎng)絡(luò)來說，短路點電壓最高，可以看成是零序回路的電源。由分析可以看出：在特定的正方向下，零序分量具有明確的方向性。根據(jù)上述推導(dǎo)，如果要構(gòu)成一個零序方向繼電器，使它在正方向短路時動作，反方向短路時不動，則該繼電器的最大動作靈敏角應(yīng)為Uo超前Io約-105度。據(jù)此我們可以畫出零序方向繼電器的動作特性圖：由動作特性可得動作方程：165oarg3UO/3IO15o當(dāng)我們知道動作特性及動作方程后，就可以構(gòu)成繼電器。二、 負序方向保護原理同樣在系統(tǒng)正常運行時，也沒有負序分量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路故障或不對稱斷線故障時才產(chǎn)生負序分量，因此負序分量也是構(gòu)成保護的一種很可利用的故

54、障特征量。接下來我們看一下系統(tǒng)正、反方向短路故障時負序序網(wǎng)圖：由圖可得： 正方向短路 U2=I2×Xs2反方向短路 U2=I2×(Xl2+Xr2)通常情況下負序阻抗角按約75度考慮，所以正方向短路時U2超前I2約-105度。反方向短路時U2超前I2約75度。由上述分析可以看出：負序分量同零序方向具有相同的動作特性，在特定的正方向下，具有明確的方向性。（其他分析同零序方向）三、 工頻變化量方向（突變量方向）保護原理當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，根據(jù)疊加原理，短路后狀態(tài)=短路前狀態(tài)+短路附加狀態(tài)以兩側(cè)為無窮大系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路為例：則短路后狀態(tài)UK=0。那么等效圖如下圖示：圖中： I=

55、I-If U=U-Uf大家可以看出I、U其實就是工頻變化量（或稱突變量），利用I、U構(gòu)成的繼電器稱為工頻變化量繼電器。接下來我們分析一下正、反方向短路故障時工頻變化量I、U的向量關(guān)系：1、正方向短路：由圖可得： 正方向短路 U =I×Zs1、反方向短路：由圖可得： 反方向短路 U =I×（ZL+ZR）由上兩關(guān)系式可看出：正方向短路U 、I方向相反；反方向短路U 、I方向相同，具有明確的方向性。結(jié)論：之所以三種方向元件的動作特性基本上相同，主要是由于在序網(wǎng)分析中電源均為故障點產(chǎn)生的附加電源電勢作用的效果，性質(zhì)是相同的，均為故障分量電源。第五節(jié) 縱聯(lián)保護我們先來看一下反映一側(cè)電氣量變化的保護有什么不足？對于反映單側(cè)電氣量變化的M側(cè)保護來說，它無法區(qū)分是本側(cè)線路末端故障還是下級線路始端故障。所以在保護整定上要將它瞬時段的