董雙橋繼電保護講義

董雙橋繼電保護講義

第一部分基礎知識

電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是由電力生產的5個環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的

整體。輸電網和配電網統(tǒng)稱為電網。完成一次能源轉換成電能并輸送和分配到用戶的統(tǒng)一系

統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)；對一次系統(tǒng)進行保護、控制、測量、調節(jié)、監(jiān)視、通信等相應的輔助系統(tǒng)

稱為二次系統(tǒng)。

繼電保護。當電力系統(tǒng)中的電力元件發(fā)生故障時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號,

或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設備。實現

這種自動化措施的成套硬件設備，用于保護電力元件的一般稱為繼電保護裝置。

安全自動裝置。當電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及其安全運行的事件時，向運行值班人員及時

發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措

施和設備。實現這種自動化措施的成套硬件設備，用于保護電力系統(tǒng)的通稱為電力系統(tǒng)安全

自動裝置。

功率。有功功率：用電設備真實消耗掉的功率稱為有功功率。有功與頻率相關；無功功

率：在完成電能轉換為機械能的過程中，建立電、磁場需要的功率稱為無功功率，無功與電

壓相關。

功率的方向。一次，以母線流向線路為電流正方向；母線對地為電壓正方向。

二次，極性端流入繼電保護裝置為電流正方向；極性端對地為電壓正方向。

高壓母線

電流互感器

電壓互感器

三道防線。1常見的普通故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保持穩(wěn)定運行和正常供電;

2為出現概率較低的較嚴重的故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保持穩(wěn)定運行，但允許損

失部分負荷；3為罕見的嚴重復雜故障，電力系統(tǒng)在承受此類故障時，如不能保持系統(tǒng)穩(wěn)定

運行，則必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負荷損失。1合理的電網結構和電源布局，保護重合

閘和開關正確動作，必須聚持穩(wěn)定和正常供電；2保護重合閘和開關正確動作，必須保持穩(wěn)

定，但允許損失部分負荷（切機、切負荷、解列）；3振蕩解列、低周低壓減載等。

符號法。正弦量三要素，振幅、頻率和初相角，在研究穩(wěn)態(tài)工頻量時，頻率是常數，由

歐拉公式，可以將同頻率的正弦量轉換為復數運算。=ea\cos/3+jsin/7]

對稱分量法?？梢杂萌嗑€路電壓方程

引入概念。

.一1;

Jf-*11

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ZFUBIBUA=EA-IAZA-IBZAB-ICZCA

IC,UB=EB-IAZAB-IBZB-ICZBC

~^榮1310^J^EC-IAZCA-IBZBC-ICZC

特點：

1二序網相互獨立。將相量的滿陣轉換為對角J陣。

2正常運行和對稱故障只有正序。不接地兩相短路有正序和負序。接地短路和不對稱斷

線有正、負、零序。

3負序和零序屬故障分量，其對應的序網絡是無源網絡，外加源在故障點。

“四性”?？煽啃裕尚刨囆院桶踩裕?，選擇性，快速性，靈敏性。

繼電保護的配置原則，超高壓（220kV及以上），雙重化原則，近后備+斷路器失靈。

高壓（220kV以下），主、備獨立，遠后備。主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以

最快速度有選擇性地切除被保護設備和線路故障的保護。后備保護是主保護或斷路摘拒動

時，用來切除故障的保護。遠后備保護是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路

的保護來實現的后備保護，近后備保護當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護

來實現的后備保護。當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現后備保護。輔助保護是為補

充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。異常運行的

保護是反應被保護電力設備或線路異常運行狀態(tài)的保護。

超高壓線路保護。主保護（縱聯保護）一分相電流縱差、高頻方向、高頻距離。

分相電流縱差。利用基爾霍夫電流定律，需要線路兩側電流進行運算，判別線路內部、

外部短路，決定是否跳閘s因此，要求通道傳送對側電流（模擬量）。特點是容量大、同步

要求高（同時刻兩側電流進行運算），通常只能通過光纖或微波通道傳送（64k或2M）。

高頻方向、高頻距離。方向或距離只是原理不同，都是判別正、反向故障。方向只是超

范圍；距離乂分超范圍或欠范圍。高頻方向、高頻距離的通道命令分為閉鎖命令或允許命令。

無論如何，都是接受對側命令加上本側的方向元件一并判別線路內部、外部短路，決定是否

跳閘。

直跳命令。這是保護原理上的叫法，主要應用過電壓、失靈和電抗器保護，從原理上講

接受命令就可以跳閘，但對通道的安全性要求極高，為防誤動對載波命令要加就地閉鎖，有

些地區(qū)對光纖命令取消就地閉鎖。直跳命令把安全性放在重要位置，復用載波機多采用編碼

命令，因而犧牲速度稱為慢速命令25~35ms。

TV、TA的安裝位置與保護范圍的關系。一般橫向故障由TA的安裝位置決定保護范圍,

這是因為TA兩邊故障的電流方向不同，而TV兩邊故隨的電壓相同；縱向故障由TV的安

裝位置決定保護范圍，這是因為TV兩邊故障的電壓方向不同，而TA兩邊故障的電流相同。

第二部分保護原理

1.數字式繼電器

概述

目前，數字式保護幾乎全面替代模擬式保護。數字式保護相對模擬式保護具有不可比擬

的優(yōu)越性，這一點早已深入人心，形成普遍共識。數字技術為數字保護中的數字式繼電器提

供了廣闊的創(chuàng)新空間。數字式繼電器是，根據電力系統(tǒng)故障分析理論和應用需求，尋求繼電

器原理，通過采樣得到的數字序列，采用恰當的算法實現繼電器功能。以故障時刻開數據窗,

隨時間的推移數據窗增長，數據窗長短，決定獲取故障信息量多少，一般來說，故障信息量

越多故障判斷越準確，因而存在繼電器動作的快速性與數據窗長度的矛盾。對于嚴重故障，

期望快速切除故障；對于輕微故障，能夠忍耐慢速切除故障。值得慶幸的是，故障量的大小

能夠彌補故障信息量的不足。通常的做法是：故障初始階段，直接采用采樣值算法，故障越

嚴重，故障量越大，繼電器動作速度越快，積分運算完全匹配這種特性。當數據窗長度達到

一個工頻周期，轉為全波富氏算法。對于工頻量原理的繼電器而言，全波富氏算法是一個正

確的選擇。從故障分析的理論可以清楚地得出結論，突變量繼電聘較之穩(wěn)態(tài)量繼電蹲性能優(yōu)

良得多。因為突變量包含有故障前后的全部信息，穩(wěn)態(tài)量只含故障后信息。但是，故障前信

息是通過微機記憶獲得的，故障前電氣量不是恒定的，它隨時間變化而變化，特別在系統(tǒng)振

蕩中會加劇變化。這一點要引起足夠地重視。理論和實踐證明，只要系統(tǒng)未發(fā)生靜態(tài)穩(wěn)定和

暫態(tài)穩(wěn)定破壞，故障初始短時間內可以認為故障前電氣量是不變的。通常的做法是：故障后

較短時間內采用突變量，隨后采用穩(wěn)態(tài)量。雖然穩(wěn)態(tài)量繼電器性能不如突變量繼電器，但是

穩(wěn)態(tài)量繼電器適應能力遠遠超過突變量繼電器，這一點對于轉換性故障、發(fā)展性故障以及復

故障格外重要。

I.啟動繼電器

啟動繼電器是用于判別故障的有無，靈敏性和快速性是啟動繼電器的基本要求。靈敏性

和安全性的最高要求：在保護范圍內有故障動作，無故障不動作；靈敏性和安全性的最低要

求：在保護范圍內，啟動繼電器動作的靈敏度高于測量繼電器的靈敏度，盡量避免無故障動

作。由于啟動繼電器快速性要求，通常采用突變量采樣值算法。

三相同時刻采樣值啟動繼電器

采用兩次突變的啟動繼電器

=||/(r)-/(r-T)l-l/("2T)IA/W(1)

T一一電流的工頻周期。

線路保護中的啟動繼電器

線路保護中的啟動繼電器與靜穩(wěn)電流繼電淵配合，判別暫態(tài)穩(wěn)定或靜態(tài)穩(wěn)定破壞實現振

蕩閉鎖。要求無故障全相振蕩時啟動繼電器不動作，起碼要求在無故障全相振蕩初期(靜穩(wěn)

電流繼電器動作前)啟動繼電器不動作。確保在靜態(tài)穩(wěn)定破壞導致距離保護誤動作前，可靠

地進入振蕩閉鎖。如果靜態(tài)穩(wěn)定破壞，靜粒電流繼電器動作前啟動繼電器誤動作，啟動繼電

器動作后，短時間(160ms)誤開放距離保護導致誤動作。當啟動繼電器動作時，靜穩(wěn)電流

繼電器未動作，認為可能會產生暫態(tài)穩(wěn)定破壞。但是，從引起啟動繼電器動作的擾動開始計

采用相位比較式

?A有立1絲區(qū)絲卜90P或|A「gU「（）呼/99。）（4）

pZgpZ》12

ZL=ZV+Z；op——正實數，在（4）式中無關緊要。

眾所周知，相位比較繼電器與絕對.值比較繼電器可以互換。（4）式改寫為：

|U2-1網工+O.25Z2J/2|>|U2+（pZz-O.25Z2/）/2|（5）

方向繼電淵一般是比較兩個相量的相位或比較兩個用量和、差的絕對值。理論上，這種

比較只與兩相量的相位有關，與絕對值無關。實際上，當其中?個相量的絕對值很小時，在

技術處理上就難確定其相位，無法作相位比較；當其中一個相量的絕對值遠大于另一個相量

的絕對值，兩個向量的和、差絕對值之比約等于1,同樣無法作絕對值比較。數學上易證，

兩個幅值相等的相量比較相位轉換為比較絕對值時，對?相角的敏感度最高。所以令：（4）式

的分子等于分母-O.25Z2/2\=\P^2h正向故障Z2v+0.257^1=1^1，反向故障

I-0.25Z2/|=|僅%|,兩式相加，解得夕=（）.5。假設Zf=5O（）Z2￡/L（500KM線路

的負序阻抗）。這只是一種假設，但是假設越接近實際系統(tǒng)情況越準確。將ZZ=50QZY/L

和夕=0.5代入（5）式得

.1000+L-????,1000—L??.

1%--Tj—1>1^2+4/ZJI（6）

L-----線路長度；Z2L------線路負序阻抗。

負序電抗線

方向元件也不能對正方向放任。為了限制正方向的保護范圍，增加?條負序電抗線，負

序電抗線必須對本線路末端有足夠的靈敏度（高頻方向靈敏度不宜過高，若用做零序過電流

的方向元件靈敏度應更高些。）。另外增加負序電流監(jiān)控（華中：高頻3,2>50（14）,零序

3/2>30Q4o即使經高阻接地，也有故障點負序電壓U修AO。.仰

負序電抗線動作方程：

|Arg〃=億+女/°62_￡&0iR|>0.0刈"&3/,>300A

1-—20-2…十”.

二是提高切高阻能力

20

3.距離繼電器

一位繼電保護權威曾說過：“對距離保護的研究歸根結底是對極化量的研究?！币徽Z道破

距離保護原理的本質。距離繼電器通常有兩個量：一個是工作電壓，另一個是極化電壓。工

作電壓亳無例外地選擇補償到整定點的補償電壓（這也是距離保護也稱為阻抗保護的原因，

補償阻抗決定保護范圍，保護范圍正比于補償阻抗）。故障分析的結論可以明確指出，區(qū)內

外、正反向短路，工作電壓在電壓平面的區(qū)域。當選定電壓平面的參考量，就可以劃定工作

電壓在電壓平面的動作區(qū)域。電壓平面的參考量必須由“故障前工況”確定，這里所說的“故

障前工況”不是完全意義下的線路發(fā)生“短路前工況”的意思，它是故障分析中的“故障前

工況”。這兩者有何差異呢？舉例說明，系統(tǒng)全相振蕩中線路發(fā)生單相接地短路，短路電流

隨振蕩變化而變化，這是由于故障分析中的“故障前”的故障點電壓隨振蕩變化而變化。當

然，線路實際發(fā)生短路時刻“短路前”的故障點電壓是不變的。很顯然在故障后得到“故障

前工況”是距離繼電器原理的關犍所在。極化電壓就是充當這一重要角色，所謂極化電壓就

是參考電壓。眾所周知，微機保護出現后突變量保護取得了極大的成功，在原理上得茹于微

機的記憶功能，帶記憶的極化量輕而易舉地得到“故障前工況”。然而，故障后隨時間的推

移，發(fā)電機的勵磁、功角發(fā)生變化，記憶也就不能反映“故障前工況”，因此使用記憶是有

條件的。正確的做法是，突變量保護和穩(wěn)態(tài)量保護配合使用，協(xié)同工作。綜上所述距離保護

原理的三要素：工作電壓、極化電壓和動作特性。

工作電壓選擇補償到整定點的補償電壓。所謂補償電壓是從保護安裝點計算出補償點電

壓?？炊搪冯妷喝切?，由于保護安裝點至故障點間流過同一電流，保護安裝點電壓;故障

點電壓+保護安裝點電壓至故障點間線路壓降，u=uF+zri.區(qū)外故障，保護安裝點至

整定點間流過同一電流，保護安裝點電壓=整定點電壓+保護安裝點電壓至整定點間線路壓

降，U=或乙=U—z3由于整定阻抗為常數，通過保護安裝點的電壓、

電流可以計算出整定點電壓。我們定義工作電壓U'=U-Zs”/。區(qū)外故障，工作電壓等

于整定點電壓；區(qū)內故障，工作電壓不等于整定點電壓。

外故障IZ尸|>|Z的L

U=Uzj=uz,i?(zF=zj/

區(qū)內故障|Zg|>|Z〃I。保護安裝點至整定點間存在短路分支，保護安裝點至故障點間

流過同?電流，故障點至整定點間電流不可知。這樣計算出的工作電壓無任何物理意義，是

一個虛擬電壓。

f

u=u-zJ=u-zFi-（z^t-z）=z"

工作電壓的相量圖。區(qū)外故障，工作電壓相量落在保護安裝點電壓與故障點電壓的連線

上。區(qū)內故障，工作電壓相后落在保護安裝點電壓與故障點電壓連線的延長線上。這就是選

擇工作電壓為補償電壓的幾何意義.

圖1是雙電源系統(tǒng)的一次接線圖，保護安裝在M處，F0一—末端短路；F1一一區(qū)內短

路；F2一一正向區(qū)外短路；F3一一反向短路。圖2是送、受端區(qū)內、外短路補償電壓的軌

跡。

EMSEH

/2。左。

圖1雙電源系統(tǒng)一次接線圖

?2補償電壓軌跡

在計算工作電壓時，要計算線路壓降，由于三相線路間存在互感，總不愿意計算-■相電

壓另兩相電流參與運算。假設三相線路對稱，有：三相自感Z［相等，三相相間互感Z”相

等。線路壓降，％=/%+弋3（3,0_牛）+乙房+4夕”出”,由此可以導出零序

補償系數的兩種表示形式。所謂零序補償系數就是消除互感，電工理論告訴我們，消除互感

就是在自感中減夫百感乙—Z,w=Z,.公共回路（零序回路）中加上互感乙+3Z.=%

為了讓線路壓降正比于正序阻抗，引入零序補償系數。

%.=R（+L］請■+&3i0+LM

相量表示

七=乙，+乙“3/0=4（乙+犬31。）

相量表示

乙=R億+“31。/+jX、&+Kx3/0）

阻抗表示的零序補償系數電阻表示的零序補償系數電抗表示的零序補償系數

_ZM_Z。-Z|_RM_&-XJX。XI

4—3Z,一五一36X,3X1

特別提醒KHKS

極化電壓就是在電壓平面上選定參考相量，當選定電壓平面的參考量，就可以劃定工作

電壓在電壓平面的動作區(qū)域。例如大家熟知的方向阻抗繼電器，它是以故障后電壓為極化電

壓，工作電壓在電壓平面的動作區(qū)域為半平面.，靈敏角為負的極化電壓。再例如著名的4Z,

它是以故障前整定點電壓為極化電壓，工作電壓在電壓立面的動作區(qū)域為一個圓，圓心為極

化電壓的末端，半徑為極化電壓的模值，圓外為動作區(qū)。它們在阻抗平面上的動作區(qū)如何呢？

方向阻抗繼電器

[]，7_7

|4望方|>90°,|4吆號工|>9。）

Cz乙

突變量距離繼電器AZ

|A吆.".

|<9tf

。'-2%

要在阻抗平面上表達動作區(qū)，上式中故障前后不同時刻的量無法做運算，必須將故障前

的量用故障后的量表示，需要找到一個故障前后不變的作為橋梁，這個量就是系統(tǒng)電勢。用

故障后的電壓、電流計算系統(tǒng)電勢，正方向故障只能計算背側系統(tǒng)電勢，反方向故障只能計

算對側側系統(tǒng)電勢，所以，正、反故障阻抗平面上的動作特性完全不同，這一點正是我們期

望的。另一方面，故隙前整定點電壓不能簡單地表示為系統(tǒng)電勢，它們之間的關系與故障前

的潮流相關，所以，送、受端，輕、重載阻抗平面上的旬作特性不完全一樣，這也是我們期

望的。兩點期望說明了繼電器的自適應性。舉例空載短路。

正方向故障

U，__z-zu,z

-'-2%==U—2（U+Z“J）=+

極化電壓突變量距離繼電器選擇故障前補償電壓，穩(wěn)態(tài)量距離繼電器選擇正序電壓。

振蕩與振蕩閉鎖

同步穩(wěn)定

電力系統(tǒng)受到擾動后恢復同步運行的能力。

有靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。

靜態(tài)穩(wěn)定——如果在任一小擾動后達到和擾動前運夕亍情況?樣和接近。

暫態(tài)穩(wěn)定——如果在該擾動后達到允許的靜態(tài)運行情況。

振蕩閉鎖

靜態(tài)穩(wěn)定破壞。啟動繼電器△△/（，）不動作、靜穩(wěn)電流繼電器/.動作，判靜態(tài)穩(wěn)定破壞進

入蕩閉鎖。

暫態(tài)穩(wěn)定破壞。靜穩(wěn)電流繼電器/加不動作、啟動繼電器△△/”加動作，安全開放160ms

后，判暫態(tài)穩(wěn)定破壞進入蕩閉鎖。

160ms的來歷：當系統(tǒng)受到大擾動（如：短路），啟動繼電器動作時，靜穩(wěn)電流繼電器

未動作，認為可能會產生暫態(tài)穩(wěn)定破壞。但是，從引起啟動繼電器動作的擾動開始計時，到

產生暫態(tài)穩(wěn)定破壞導致距離保護誤動作，是要歷經一段時間（一般認為不小于250ms\在

這段時間內距離保護是安全的，可以放心地開放距離保護。

振蕩閉鎖中的保護再開放

不對稱開放——6與Z協(xié)同工作。8大時，閉鎖Z；5小時，開放Z。利用電流不對稱度開

放Z。無故障時，電流對稱閉鎖Z。振蕩中心附近故障，3大時電流不對稱度低；3小時

電流不對稱度高。遠離振中故障，電流不對稱度對8敏感度降低。但是利用分支系數，遠端

故障，電流不對稱度低；近端故障，電流不對稱度高。

對稱開放——利用振蕩中心電壓隨8變化而變化;短路點電壓基本不變化（約0.05pu）°UCOS

小，無故障時是振蕩中心電壓；三相短路時是短路點電壓。帶短延時區(qū)分振蕩和三相短路。

躲負荷抗振蕩及過渡電阻

線路保護避開最大事故過負荷、系統(tǒng)振蕩不誤動和可切除振蕩中故障是線路保護?個原則。

對超高壓線路主要針對的是距離保護，避開最大事故過負荷和耐過渡電阻能力是一對矛盾，

一致認為相間距離耐過渡電阻的能力不低于20Q/相（相間40Q）便可，恰當地整定容易避

開最大事故過負荷。接地短路可能有大的接地電阻，但接地距離也只能對■付不太大的過渡電

阻（如小于80Q/相），對于大接地過渡電阻（如3。0。/相）只有靠零序電流切除。

4.選相繼電器

突變量選相

故障點北故障相電流為零。幾=0/Q+M/2=。魴/尸o+妨〃+妨/門=U

j.印j__U2_

F

°2ZS04-ZZ1‘°Z￡(1+2Z￡I

非故障相故障電流分量

統(tǒng)屋+所1尸1+妨%

=kfoiF0-kfjF0+kfjF0+kfjFl+kfjF2

=兇。一kfjiFO

接地短路：A3/o=A/4(r)+AZ/,(r)+A/c(r)>3zw,z

&6A=|須⑺一△如=14笛）一*（川

兩相電流差突變量選相

編號反應量單相接地短路兩相接地或不接地短路三相短路

ABCABBCCAABC

1-++++++

△秘

2+-+++++

△匕

3△‘AB++-++++

穩(wěn)態(tài)量選相

A區(qū)：A相接地K(AN),BC兩相接地K(BCN),AB兩相經高電阻接地K(ABRFN)o

用零、負序電流只是一個初選，再必須引入電壓，一般用阻抗，最終區(qū)分初選結果中的一種

故障類型。

第三部分事故分析

鳳磁線高頻零序方向保護誤動作

根據短路計算理論，A相接地短路，零序電壓(ULN)與A相電壓幾乎反向，相量圖如

黑色。從集中錄波數據：Ua=32V、U0=77VoUAL=110Vo由于N線開斷，N-N，產生壓差，

N漂移到NL從零序中路清整看出，自產3U0(TV變比Ue/57.7V).開口三角3U0(TV變比

Ue/l00V)o在兩個零序電壓的作用下，得到N，的電位。保護裝置的自產3U0,從3U0=UAN+

UBN+UCN改變成3U0=UAN，+UBN'+UCN\從與A相且壓幾乎反向改變成與A相電壓幾乎

同向。零序電壓根本性改變，當然零序方向根本性改變，當然零序方向誤動作。

?N

?N,

▼L

中阻抗母線差動保護不正確動作事故分析

RADSS/S母線保護原理簡述

差動保護是根據基爾霍夫電流定律，任何一個節(jié)點流入電流等于流出電流，即節(jié)點電流

的代數和為零?=0。理論上，差動保護無區(qū)內短路差動電流為零，區(qū)內短路差動電流等

于短路點電流。實際上，TA的傳變誤差使得區(qū)外短路產生不平衡差動電流，不平衡電流隨

穿越電流增加而增加，自然想到將差動保護的動作特性設計成比率制動。RADSS/S母線保

護選用絕對值和作為制動量TA的傳變另一個誤差是TA飽和，所謂TA飽

和就是TA的勵磁電抗降低。RADSS/S母線保護在差動回路中串聯一個中阻抗，當區(qū)外短

路TA飽和時，利用中阻抗與飽和TA的二次回路阻抗形成分流，分流至飽和TA的二次回

路的電流只產生制動電流、不產生差動電流，有效地防止了區(qū)外短路TA飽和誤動作。

TA二次繞組

圖1RADSS/S母線保護原理圖

中阻母差原理圖。圖中CU為啟動繼電器；CDL為動作繼甩器；DXJ為TA斷線監(jiān)視繼電

器；Rs為制動電阻；Red和R差動回路電阻：Tmd為差回路變流器；Idl為差動電流；IT3

為制動電流。

結合圖1分析中阻抗母線差動保護的工作過程：1）區(qū)內無短路、TA未飽和。差動電流Idl=O,

穿越電流在兩個制動電阻RS/2上產生制動壓降，對差動繼電器CDJ施加反向電壓，CDJ可

靠不動作。2）區(qū)內短路。將短路后電流分為短路點電流和穿越電流。短路點電流流經差動

回路（Red、Tmd、DXJ）,經差流變流器整流后，對差動繼電器CDJ施加正向電壓起驅動

作用。穿越電流對差動繼電器CDJ起制動作用。這樣就形成了差動繼電器的制動特性，3）

區(qū)外短路、TA飽和?？梢詫柡蚑A看成一個純電阻，它不能提供電流平衡其它TA提供的

電流，因而產生差動電流，從另一方面看，這個純電阻串上一個RS/2和二極管與差動回路

并聯。流過并聯回路的電流在兩個RS/2上產生制動電壓，防止了區(qū)外短路TA飽和差動保

護誤動作。

倉頡變電站RADSS/S母線保護拒動分析

2006年2月14日河南省倉頡變電站發(fā)生500kVI母B相接地短路，兩套RADSS/S母

級保護拒動。拒動原因十分簡單，安裝人員將兩個備用間隔輔助變流器一次側短接。我們將

短接的輔助變流器從二次惻看成一個等效電阻Rdx,如圖2虛線所示，由于一次側短路，

Rdx阻值遠小于差動回路電阻Red和Ro當發(fā)生500kVI母B相接地短路時，被短接輔助

變流器旁路了中阻抗差動保護的差動回路，旁路電流只產生制動電流、不產生差動電流，因

此差動電流遠小于制動電流，差動保護拒動。中阻抗母線差動保護的原理就是在差動I口I路串

聯?個中阻抗，防止區(qū)外短路TA飽和差動保護誤動作。倉頡變電站母線保護拒動事故，就

是人為地將備用間隔輔助變流器一次側短接完全模擬了區(qū)外短路TA飽和，造成RADSS/S

母線保護拒動。

TA二次繞組

圖2倉頡RADSS/S母線保護拒動原理圖

葛洲壩二江發(fā)電廠RADSS/S母線保護不正確動作分析

2006年3月14日葛洲壩二江發(fā)電廠發(fā)生220kVH母A相接地短路，RADSS/S母線保

護I母誤動、II母拒動。葛洲壩母線保護不正確動作相對倉頡變電站更雜得多。葛洲壩二江

發(fā)電廠主接線為雙母線帶旁路，旁路母線分段。事故前，葛一江電廠220kV系統(tǒng)單母線運

行，I母停運，H母運行；5臺機組和8回出線在220kV【I母線正常運行。

母線保護不正確動作原因是：#2發(fā)變組單元的雙位置繼電器的其中一付常開接點擊穿（如

圖3所示），該繼電器由#2發(fā)變組接入母線的刀閘控制，自動切換接入母差的電流、接跳斷

路器等。被擊穿接點將#2發(fā)變組電流被同時接入I、II母差動保護，使得I、II母差動保

護產生了直接電的聯系。

I母差動保護誤動原因分析：

由于【母停運，理應I母差動保護無任何電流。#2發(fā)變組切換繼電器接點擊穿，所以

流入I母差動僅為該接點電流，它既是差動電流，也是制動電流，其動作斜率為1,保護的

制動系數為0.8,因此，只要該電流達到動作電流就動作。該電流不僅是#2發(fā)變組分得的短

路電流，由于I、n母差動保護產生了直接電的聯系，它還會從II母差動保護中獲得大量的

電流（這一點在分析n母拒動中說明）。它遠遠大于動作電流，造成I母的差動保護誤動。

n母差動拒動原因分析：

由于II母接有5臺發(fā)變組和8條送出線路，僅從分流的觀點看，即便#2發(fā)變組電流全

部被分流至I母母差，也不會造成II母母差保護拒動。II母母差保護拒動的根本原因是，I、

H母差動保護的差動回路被并聯。并聯回路是：一端是中間變流器二次側中性點，另一端是

#2發(fā)變組切換繼電器的切換電流接點（I母擊穿，II母正常閉合）。

圖4國洲壩RADSS/S母線保護不正確動作簡化圖

我們把圖3簡化為圖4。假設：#2發(fā)變組電流為Ik,其它4臺發(fā)變組和8條送出線路的電

流為K倍的Ik；I母差動電流為Id,H母差動電流為P倍的hi；整個差動回路的等效電阻

為Rd。保守的估計K>5。若D1導通、D2截止肯定P>5。B點的電位高于C點P倍，A點

的電位高于B點的電位。由于Rs遠小于Rd（下面證明），D點的電位略高于C點的電位。

A點的電位高于D點的電位，所以D1必然截止。只要P>1,B點的電位高于C點，也就高

于D點，就有D1截止、D2導通。從圖4可見，DI截止、D2導通，I、II母差動回路基

本對稱，II母差動電流略大于I母差動電流（即P略大于1）。

證明如下：

見圖3,S=Idl/IT3=Rs/（nmdXR+Rs/2）,廠家推薦制動系數S=0.8,nmd=10o

nmd一一差回路變流器變比。

Rs

vS==0.8

%xR+Rs/2

n.xR=1.5RJ2

整個差動回路等效電阻

Rd=R,d+*xR

=Red+nmdXL5R5/2

=R(d+15xR$/2

/.R(,?Rs/2

從I母差動回路計算D點的電壓

Uo=〃x(&/+Rs/2)+0.7(1)

0.7---管壓降

從II母差動回路計算D點的電壓

UD=PxI(/xR#—11)2x.Rs/2—0.7(2)

ID2——流經二極管D2的電流

計算D節(jié)點的電流

ID2=Jd-1K

計算0節(jié)點的電流

IK+KXIK="+PXL

（1+以/廠〃）=依_尸）〃

將（3）式代入（2）后，再與（1）式聯立

ldx（七+Rs/2）+0.7=PxxR「〃x勺/2-0.7忽略管壓降0.7,同除以Id

I+K

K_p

Rf+Rs/2.PxRd--^-Rs/2

1iA

p_（l+K）Rd+（l+2K）RJ2

~（l+K）R“+Rs/2

?.?4/?/^/2，.二孫各大于1

P略大于1說明：只要DI截止、D2導通。此時，II母的制動電流和#2發(fā)變組的短路電流

匯集成為【母的差動電流，【母的差動保護輕而易舉地誤動作。被【母拉走的II母的差動電

流反作為II母的制動電流，II母的差動保護必然拒絕動作。

葛洲壩二江發(fā)電廠母線故障事故的調查過程

根據事故現象，列出產生母線保護不正確動作的幾種可能性：

一、二次定義交叉。將【母母差定義為I【母母差；n母母差定義為I母母差。即招I母

電流切換至n母母差；將II母電流切換至I母母差。接跳回路：I母母差動作跳I母；H母

母差動作跳n母。如果這樣動作后果完全符合事故現象。

切換繼電器動作錯誤,

（1）切換繼電器誤動作，造成In母互聯，將H母與差電流全部切換至I母母差，接跳

In母所有斷路器。如果這樣I【母短路，雖然只有」母母差動作，但是跳閘后果與事故現象

不符合。

（2）切換繼電器電流切換接點粘連，正常運行便會出現差流，差流告警繼電器會動作告警。

二次回路1II母母差保護竄電。

驗證試驗過程：

（1）停運母差保護，檢測1n母復合電壓的對應關系。檢測結果完全對應，動作信號正確，

返回時信號返回。

（2）測量In母母差保護差動電壓及制動電壓。B、c相I母無、n母有；A相【H母均

有。說明一、二次定義無交叉，A相In母母差產生電聯系。

（3）不短接電流互感器二次回路，外加電流，進?步發(fā)現A相的差動電壓及制動電壓同時

隨外加電流變化而變化，I、H母分別外加電流反應趨勢一致。進一步說明A相III母母

差存在直接電的聯系，母差保護不能運行。B、C相正常。

（4）短接電流互感器二次回路，做母差保護動作特性。做I母時，將所有元件切換至II母;

做n母時，將所有元件切換至【母。除I母A相外，其它相特性基本正常。試驗中發(fā)現I

母A相差動回路短路。為查找短路回路，斷開中間變流器二次中性線與I母A相差動回路,

分別外加電流。當更接在差動回路加電流時，甩開了短路回路，保護動作特性基本正常；當

在中間變流器二次中性線加電流時，回路被短接。由于所有元件切換至II母，回路本應開路,

出現短路說明電流切換接點粘連。最終查找到#2發(fā)變組切換繼電器的切換電流接點擊穿。

（5）更換#2發(fā)變組切換繼電器保護裝置一切正常。

五民線故障五崗線誤動

2004年2月15日，五強溪電廠#2機一臺機帶五民線、五崗線運行。500kV五民線BC

相間短路故障（240ms后發(fā)展為BC相間短路接地故障），故障點靠近民豐側。民豐側距離

一段動作。五強溪電廠側距離二段動作。事故中，500kV五崗線崗市側CSL-101A保護高頻

負序方向誤動作。

高頻負序方向保護誤動作分析

五民線高頻通道為B、C相耦合，線路發(fā)生B、C相故障造成高頻通道全阻塞，五民線

允許式高頻保護均不能動作。五民線開始故障時，五崗線兩側CSL101A正確感受故障，7ms

時保護啟動，由于五民線的長度為五崗線兩倍，因此五崗線CSL101A保護的正、反方向距

離元件都不動作，按照CSL101A保護設計原理，五側滿足弱餓發(fā)信條件（即在啟動元件啟

動后，若高頻距離正、反方向元件都不動作的情況下，同時滿足低電壓動作條件發(fā)允許跳閘

信號），在故障后25ms時五側發(fā)信（RKTX）,加上西門子載波機發(fā)信展寬100ms,這樣在

崗市側故障開始50ms內，雖然正方向距離元件不能感受五民線故障，但50ms后開放的負

序正方向元件有很高的靈敏度，負序正方向元件感受到故障而動作，此時五強溪側的反方向

負序元件也判斷為反方向故障而停止發(fā)允許跳閘信號，口于載波機的發(fā)信展寬功能，使得崗

市在50ms后仍能收到五側的允許信號，造成高頻負序方向保護誤動作。

線路差動保護。當兩惻TA變比不一致時都引入TA調整系數，它只是一個平衡系數。

用戶只要求，線路兩側的電流整定值與對側無關，各自獨立整定計算，兩側的相關性是由

TA調整系數完成的。實際上線路兩側是兩個差動繼電器，它們的一次電流整定值應該整定

一致，但是TA變比不一致，二次電流整定值肯定不一致。假定一次電流整定值"set。

「M側：IM2set=Ilset/MTA=Ilset*IM2/IM1-（I1set*IM2；IMl）/mTA=Ilset*I/IMl

《將N側電流轉換至MM：11set-*11set/NTA=I1set*IN2/INI->（IIset*IN2/INI）/nTA=

L11set*I/h1-（Hset*I/IN1）*（TA一次額定電流比：本側/對側）二IIset*I/IMl

NM：IN2set=I1set/NTA=I1set*IN2/IN1,之后道理同M側。

建議：TA調整系數，以木側TA一次額定電流和對惻TA一次額定電流方式表達，無大

小之分、無主從之分，永遠不會混淆。

11

MTA=IM1/IM2NTA=IN1/IN2

MN

ITIM2/IM1二次定值IVIN2/IN1

mTA=IM2/lIAAZJnTA=IN2/l

-o-in/IN1D

AIMAIN

TA調整系數

線路電流差動保護原理接線圖

變壓器差動保護。變壓器差動保護在理論上首先是平衡問題，差動范圍內無故障差動電流

等于零。以Yo/A-U為例，假定差動繼電器在Y側（基準側）AIM,Y側3個分相電流差

動繼電器，直接對應Y側的3相二次電流，非基準側（△側）的3相二次電流遵循下面規(guī)

則折算至基準側。

A-Yo變換(1)

（1）式中左右兩邊的對應量構成Y側3個分相電流差動繼電器。

Y側不接地短路1。=0,若Y側單側提供短路電流，每相電流就是差動電流。Y側接地短

路hWO,若Y側單側提供短路電流，每相電流減去I。才是差動電流。若通單相電流如A相

校驗整定值，IMA-IO=2/3XIMA,lMA>3/2Xhi2set變壓器差動保護動作。若通兩相電流如A、

B相IMA=-IMB校驗整定值,用IMA>hf2set或IMB>【M2set。

A側不接地短路1。=0,若△側單側提供短路電流，按（1）式折算至Y側，才是每相電流

差動電流。若通兩相電流如A、B相INA=」NB校驗整定值，

j_1NTA.

’17兩;而"A

-2NTA-

A-Y()變換JJ37r/AMTA(2)

■_1NTAj

=

1MC~rr7777,"A

J3〃y/AMTA

l3,0=兒+小+心=°

2NTA

/仍＞〃2皿（靈敏度）

"L高二赤

若通對稱一相電流校驗整定值，

.1NTA-

C1I4A=NAC

%/AMTA

1NTAi

MB~

A-Yo變換