南瑞繼電保護(hù)技能培訓(xùn)教材

1、第一章微機(jī)保護(hù)的硬件和軟件系統(tǒng)第一節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)一套微機(jī)保護(hù)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是構(gòu)成微機(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是微機(jī)保護(hù)的核心。圖1-1表示出了微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)構(gòu)成，它由下述幾部分構(gòu)成：微機(jī)主系統(tǒng)。它是由中央處理器（CPU）為核心，專門設(shè)計(jì)的一套微型計(jì)算機(jī)，完成數(shù)字信號(hào)的處理工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的工作。開關(guān)量的輸入輸出系統(tǒng)。完成對(duì)輸入開關(guān)量的采集和驅(qū)動(dòng)小型繼電器發(fā)跳閘命令和信號(hào)工作。外部通信接口。人機(jī)對(duì)話接口。完成人機(jī)對(duì)話工作。電源。把變電站的直流電壓轉(zhuǎn)換成微機(jī)保護(hù)需要的穩(wěn)定的直流電壓。微機(jī)主系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話接口打印機(jī)鍵盤指示燈LE

2、D保存數(shù)據(jù)用RAM存放程序用EPROM/FLASH存放定值用EEPROM/FLASHWATCHDOG+定時(shí)器/計(jì)數(shù)器液晶顯示*通信接口電源打印機(jī)接口調(diào)試通信接口外部通信pc機(jī)專用調(diào)試設(shè)備圖1-1微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成框圖一中央處理器CPU它是微機(jī)主系統(tǒng)的大腦，是微機(jī)保護(hù)的神經(jīng)中樞。軟件程序需要在CPU的控制下才能遂條執(zhí)行。當(dāng)前，在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用的CPU主要有以下一些類型：1 .單片微處理器例如Intel公司的80X86系歹U,Motorola公司的MC683XX系列。其中32位的CPU例如MC68332具有極高的性能，在RCS900系列的主設(shè)備保護(hù)裝置中得到了應(yīng)用。16位的如Intel公司的802

3、96,在RCS900型的線路、主設(shè)備保護(hù)中用到了該芯2 .數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）它將很多器件，包括一定容量的存儲(chǔ)器都集成在一個(gè)芯片中，所以外圍電路很少。因而這種數(shù)字信號(hào)處理器的突出特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、可靠性高、功耗低。它執(zhí)行一條指令只需數(shù)十納秒（ns）,而且在指令中能直接提供數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)算法。因此特別適宜用于構(gòu)成工作量較大、性能要求高的微機(jī)保護(hù)。在RCS900型的線路、主設(shè)備保護(hù)中，保護(hù)的計(jì)算工作都是由DSP來(lái)完成的，使用的芯片是AD公司的DSP-2181。二存儲(chǔ)器用以保存程序、定值、采樣值和運(yùn)算中的中間數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)時(shí)間將影響保護(hù)的性能。在微機(jī)保護(hù)中根據(jù)任務(wù)的不同采用的存

4、儲(chǔ)器有下述三種類型的存儲(chǔ)器。1 .隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。在RAM中的數(shù)據(jù)可以快速地讀、寫，但在失去直流電源時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)丟失。所以不能存放程序和定值。只用以暫存需要快速進(jìn)行交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)，例如運(yùn)算中的中間數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)等?，F(xiàn)在有一種稱做非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器（NVRAM）它既可以高速地讀/寫，失電后也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，在RCS900保護(hù)中用以存放故障錄波數(shù)據(jù)。2 .只讀存儲(chǔ)器（ROM）。目前使用的是一種紫外線可擦除、電可編程的只讀存儲(chǔ)器一一EPROM。EPROM中的數(shù)據(jù)可以高速讀取，在失電后也不會(huì)丟失，所以適用于存放程序等一些固定不變的數(shù)據(jù)。要改寫EPROM中的程序時(shí)先要將該芯片放在專用的

5、紫外線擦除器中，經(jīng)紫外線照射一段時(shí)間，擦除原有的數(shù)據(jù)后，再用專用的寫入器（編程器）寫入新的程序。所以存放在EPROM中的程序在保護(hù)正常使用中不會(huì)被改寫，安全性高。3 .電可擦除且可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）0EEPROM中的數(shù)據(jù)可以高速讀取，且在失電后也不會(huì)丟失，同時(shí)不需要專用設(shè)備在使用中可以在線改寫。因此在保護(hù)中EEPROM適宜于存放定值。既無(wú)需擔(dān)心在失電后定值丟失之虞，必要時(shí)又可方便地改寫定值。由于它可以在線改寫數(shù)據(jù)，所以它的安全性不如EPROM。此外EEPROM寫入數(shù)據(jù)的速度較慢，所以也不宜代替RAM存放需要快速交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)。還有一種與EEPROM有類似功能的器件稱作快閃（快擦寫

6、）存儲(chǔ)器（FlashMemory）,它的存儲(chǔ)容量更大，讀/寫更方便。在RCS900型的保護(hù)中使用Flash存放程序，在軟件中采取措施確保在運(yùn)行中程序不會(huì)被擦寫。三數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用是將從電壓、電流互感器輸入的電壓、電流的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量供給微機(jī)主系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的計(jì)算工作。在介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前，先對(duì)若干名詞作一些解釋。采樣。在給定的時(shí)刻對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量稱做采樣。每隔相同的時(shí)刻對(duì)模擬信號(hào)測(cè)量一次稱做理想采樣。微機(jī)保護(hù)采用的都是理想采樣。采樣頻率fs。每秒采樣的次數(shù)稱做采樣頻率。采樣頻率越高對(duì)模擬信號(hào)的測(cè)量越正確。但采樣頻率越高對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的要求也越高，計(jì)算機(jī)

7、必須在相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻之間完成它的運(yùn)算工作。否則將造成數(shù)據(jù)的堆積而導(dǎo)致運(yùn)算的紊亂。在目前的技術(shù)條件下微機(jī)保護(hù)中使用的采樣頻率有600Hz、1000Hz、1200Hz三種。在南瑞繼保電器公司原先生產(chǎn)的LFP900保護(hù)中使用的采樣頻率是600Hz和1000Hz。目前生產(chǎn)的RCS900保護(hù)中使用的采樣頻率是1200Hz采樣周期Ts。相鄰的兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間稱做采樣同期。顯然采樣同期與采樣頻率互為倒數(shù)。TsVfs0當(dāng)采樣頻率為600Hz、1000Hz、1200Hz時(shí)相應(yīng)的采樣周期分別為1.666ms、1ms、0.833ms。每周波采樣次數(shù)No采樣頻率相對(duì)于工頻頻率(50Hz)的倍數(shù)表示了每周波的采樣

8、次數(shù)No采樣頻率為600Hz、1000Hz、1200Hz時(shí)相應(yīng)的N值為12、20、24。采樣定理。采樣頻率必須大于輸入信號(hào)中的最高次頻率的兩倍，fs2fmax,這就是著名的采樣定理。不滿足采樣定理將產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。由逐次逼近式原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這是目前應(yīng)用最為廣泛的一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，南瑞繼保電氣公司的RCS900保護(hù)中都用這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖1-2畫出了該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖。各種保護(hù)根據(jù)需要有若干個(gè)模擬信號(hào)需要采樣，例如南瑞繼保電氣公司的線路保護(hù)采樣八個(gè)量：ua、Ub、uc、ia、ib、ic、3i。以及線路電壓ux0而3u。電壓不從TV的開口三角處采樣,而用三

9、個(gè)相電壓相加的自產(chǎn)3u0方法獲得。各個(gè)模擬量有各個(gè)獨(dú)立的采樣通道，通過(guò)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)若干個(gè)模擬量用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。uaub3i0至微機(jī)主系統(tǒng)圖1-2采用A/D變換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖下面對(duì)圖1-2所示的原理框圖中的各個(gè)環(huán)節(jié)加以說(shuō)明。(1)交流變換器。它的作用有兩個(gè)：將從TV、TA來(lái)的高電壓、大電流變換成保護(hù)裝置內(nèi)部電子電路所需要和允許的小的電壓信號(hào)。電氣隔離和屏蔽作用。從TV、TA來(lái)的電氣量經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)電纜接到保護(hù)裝置，也引入了大量的共模干擾。交流變換器一方面提供一個(gè)電氣隔離，另一方面在一、二次線圈中加了一個(gè)接地的屏蔽層，使共模干擾經(jīng)一次線圈和屏蔽層之間的分布電容而接地，可以有效地抑制共

10、模干擾。(2) LPF模擬低通濾波器。它的作用是濾除高次諧波。這一方面是為了在采樣時(shí)滿足采樣定理，另一方面是為了減少算法的誤差，因?yàn)橛行┧惴ㄊ腔诠ゎl正弦量得到的，諧波分量將加大算法的誤差。為滿足采樣定理應(yīng)將輸入信號(hào)中的大于fs/2頻率的高次諧波濾除。(3) S/H采樣保持器。采樣保持器的作用為：能快速地對(duì)模擬量的輸入電壓進(jìn)行采樣，并將該電壓保持住。由于各個(gè)模擬量采樣通道中的采樣保持器是同時(shí)接受到采樣脈沖的，所以各個(gè)模擬量是同時(shí)采樣的。在同一個(gè)采樣周期內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的各個(gè)數(shù)字量反應(yīng)的是采樣脈沖到來(lái)的同一瞬間各個(gè)模擬量的瞬時(shí)值，使各個(gè)模擬量的數(shù)值和相位關(guān)系保持不變。各個(gè)模擬量的同時(shí)采樣保證了反應(yīng)兩

11、個(gè)及兩個(gè)以上電氣量的繼電器，例如方向繼電器、阻抗繼電器、相序分量繼電器計(jì)算的正確性。(4) MPX模擬量的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。MPX是一種多路輸入、單路輸出的電子切換開關(guān)。通過(guò)編碼控制，電子開關(guān)分時(shí)逐路接通。將由S/H送來(lái)的多路模擬量分時(shí)接到A/D的輸入端，完成用一個(gè)A/D對(duì)若干個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作。(5) A/D逐次逼近式原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。將由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)送來(lái)的由各路S/H采樣保持器采樣的模擬信號(hào)的瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值。由于模擬信號(hào)的瞬時(shí)值是離散的，所以相應(yīng)的數(shù)字值也是離散的。這些離散的數(shù)字量由微機(jī)主系統(tǒng)中的CPU讀取并存放在循環(huán)存儲(chǔ)器中供保護(hù)計(jì)算時(shí)使用。四

12、開關(guān)量的輸入輸出系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)有很多的開關(guān)量(接點(diǎn))的輸入，例如有些保護(hù)的投退接點(diǎn)、重合閘方式接點(diǎn)、跳閘位置繼電器接點(diǎn)、收信機(jī)的收信接點(diǎn)、斷路器的合閘壓力閉鎖接點(diǎn)以及對(duì)時(shí)接點(diǎn)等等。微機(jī)保護(hù)也有很多的開關(guān)量(接點(diǎn))的輸出，例如跳合閘接點(diǎn)、中央信號(hào)接點(diǎn)、收發(fā)信機(jī)的發(fā)信接點(diǎn)以及遙信接點(diǎn)等等。其中有些開關(guān)量是經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的電纜才引到保護(hù)裝置的，因而也給保護(hù)引入了很多干擾。為了不使這些干擾影響微機(jī)系統(tǒng)的工作，在微機(jī)系統(tǒng)與外界所有接點(diǎn)之間都要經(jīng)過(guò)光電耦合器件進(jìn)行光電隔離。由于微機(jī)系統(tǒng)與外部接點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)了電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換，兩者之間沒有直接的電與磁的聯(lián)系，保護(hù)了微機(jī)系統(tǒng)免受外界干擾影響。1.開關(guān)量輸入系

13、統(tǒng)外部接點(diǎn)開入專用電源(24V 或 220V/110V)5V +電平輸出光電耦合器圖1-3開關(guān)量輸入系統(tǒng)圖1-3表示出了開關(guān)量的輸入系統(tǒng)。當(dāng)外部接點(diǎn)閉合時(shí)，光耦的二極管內(nèi)流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管發(fā)出的光使三極管導(dǎo)通，因此輸出低電平。當(dāng)外部接點(diǎn)斷開時(shí)，光電耦合器的二極管內(nèi)不流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管不發(fā)光，三極管截止，因此輸出高電平。微機(jī)系統(tǒng)只要測(cè)量輸出電平的高低就可以得知外部開關(guān)量的狀態(tài)。開入專用電源一般使用裝置內(nèi)電源輸出的24V直流電源。對(duì)于某些距離遠(yuǎn)的接點(diǎn)必要時(shí)也可用變電站的220/110V直流電源，裝置提供強(qiáng)電的光電耦合電路。2 .開關(guān)量輸出系統(tǒng)圖1-4表示出了開關(guān)量的輸出系統(tǒng)。當(dāng)保護(hù)裝置欲使輸出

14、開關(guān)量接點(diǎn)閉合時(shí)，只要在控制端輸入一個(gè)低電平使光電耦合器的二極管內(nèi)流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管發(fā)出的光使三極管導(dǎo)通，從而使繼電器J動(dòng)作，其閉合的接點(diǎn)作為開關(guān)量輸出。QDJ繼電器操作電源圖1-4開關(guān)量輸出系統(tǒng)第二節(jié)微機(jī)保護(hù)的軟件系統(tǒng)一保護(hù)繼電器的算法在微機(jī)保護(hù)中各個(gè)繼電器都是由其相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)的。例如工頻變化量（有時(shí)稱做突變量）的電氣量（電流、電壓）的計(jì)算，基波或某次諧波分量電氣量幅值的計(jì)算，相序分量電氣量幅值的計(jì)算，兩電氣量相角差的計(jì)算，相位比較動(dòng)作方程的算法等等。1.工頻變化量電氣量的計(jì)算在RCS900系列保護(hù)裝置中用了很多工頻變化量的繼電器。在實(shí)現(xiàn)這些繼電器時(shí)先要計(jì)算出工頻變化量的電流i和電壓u值

15、。以電流值為例，計(jì)算方法為：iininN（1-1）上式中N為每工頻周波采樣的次數(shù)。該式表示工頻電流的變化量（瞬時(shí)值）是把當(dāng)前時(shí)刻的電流瞬時(shí)值減去一周前的電流瞬時(shí)值而得到的。如果輸入的工頻電流沒有變化，則工頻電流的變化量為零。如果在n和nN之間系統(tǒng)發(fā)生短路了。由于短路后電流發(fā)生了變化，于是工頻電流的變化量不再是零。3 .半周積分算法RCS900保護(hù)中有些繼電器是用半周積分算法實(shí)現(xiàn)的，例如兩相電流差的突變量起動(dòng)元件、工頻變化量的阻抗繼電器等。假如輸入彳S號(hào)是圖1-5所示的工頻正弓S電流信號(hào)，itImsin1t。該電流信號(hào)絕對(duì)值的半周積分值為：5cost o,1孤也111(1-2)T2SImsin1

16、tdt0于是該電流信號(hào)的有效值I為:S12.2(1-3)對(duì)輸入信號(hào)絕對(duì)值進(jìn)行半周積分其物理概念是求輸入信號(hào)在半周內(nèi)的面積絕對(duì)值之和。由(1-2)式可見，該積分值與初相角無(wú)關(guān)。i圖1-5半周積分算法示意圖4 .全周傅氏算法目前在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用得最廣泛的是全周傅里葉(傅氏)算法，它的理論基礎(chǔ)是傅里葉級(jí)數(shù)。假設(shè)輸入信號(hào)it為一個(gè)周期性函數(shù)，它由基波分量、直流分量和各整次諧波分量構(gòu)成。it可表示為：itIoIkmcoskitk(1-4)k1式中：Io直流分量。1基頻分量白角頻率。12fi。Ikm、k、k1第k次諧波分量的幅值、初相角和角頻率。k為正整數(shù)。按復(fù)相量的表示方法，在初相角為k時(shí)的第k次諧波分

17、量Ik可表示為：IkIkme'IkmcoskjsinkIRkjIIk(1-5)式中Ik的實(shí)部iRk和虛部IIk分別為:(1-6)I IkI km sin k(1-7)IRkIkmc0sk1t sin k(1-8)根據(jù)三角函數(shù)在一個(gè)工頻周期T1內(nèi)的正交性可求得第k次諧波分量的實(shí)部和虛部的計(jì)算公式:I RkT1T1i t cos k 1t dt0(1-9)I IkT1T1i t sin k 1t dt0(1-10)(1-9)式中 it cos k 1t 在 0,T1其間的積分值是i t cosk4的函數(shù)波形在0, 期間的面積。利用梯形法則該面積可用i t與基準(zhǔn)余弦函數(shù)cos k 1t在0,

18、 期間的采樣值之乘積求和再乘以采樣周期后的一塊塊矩形面積和來(lái)代替?？紤]到在一個(gè)工頻周期2內(nèi)，基準(zhǔn)余弦函數(shù)cosk 1t的采樣值為coskn2 /N的關(guān)I Rk系后，(1-9)式為:2 N 1.,2 i n cos kn Ti n 0(1-11)將采樣周期TsTJN的關(guān)系代入上式，可得第k次諧波分量的實(shí)部為:2 N 1I Rk 一 i n cos knT1 n 0“T1 2N1incoskn2(1-12)同理可得第k次諧波分量的虛部為:I Ik2 N 1. 2 i n sin kn (1-13)（1-4）式展開并考慮到（1-6）和（1-7）式的關(guān)系可得到:10Ikmcosk1tcoskIkmsi

19、nkk110IRkcosk1tIIksinktk1得知第k次諧波分量的實(shí)部和虛部以后，根據(jù)（1-5）式可求得k次諧波分量的有效值和初相角為：IkI Rk It ：2arctgIIk.IRk（1-14）一般的繼電保護(hù)原理是反應(yīng)工頻電氣量的，所以關(guān)心的是基波分量。這時(shí)只虛部、要將（1-12）、（1-13）和（1-14）式中取k1,即可求得基波分量的實(shí)部、有效值和初相角為：I R12 n 1一 i n cosN n 0(1-15)2 N 1. i nN n 0(1-16)sinI1,I R1 I 21- 2arctgII1IR1（1-17）0時(shí)其值考慮到（1-15）式中的標(biāo)準(zhǔn)基波余弦函數(shù)的采樣值co

20、sn2/N在n為1,同時(shí)考慮到對(duì)一個(gè)周期性函數(shù)1門有10i0/2iN/2的關(guān)系后，（1-15）式有時(shí)也可用下式求得：21N121一IR1-21i0incosn2r力N（1-18）N2n1N2同理，用全周傅氏算法也可以求得任意整數(shù)次諧波分量的幅值和相位。所以在繼電保護(hù)中根據(jù)保護(hù)的原理也經(jīng)常用這種算法求得二次、三次、五次諧波分量的幅值。從上述原理推導(dǎo)中還可知，這種算法在求某個(gè)整數(shù)次諧波分量幅值時(shí)并不受其它各個(gè)整數(shù)次諧波分量的影響。也就是說(shuō)這種算法有很強(qiáng)的濾波功能，其幅頻特性為在所求的頻率上輸出的幅值最大，在其它整數(shù)次的諧波頻率（包括直流）上幅值為零。5 .基于傅氏算法的濾序算法A、B、C座標(biāo)與1、

21、2、0座標(biāo)有一個(gè)互換關(guān)系。眾所周知，已知A、B、C相的相電壓求正、負(fù)、零序電壓的方法為：19Ui1UaaUBa2UC31U2-Uaa2UBaUC（1-19）31UotUaUbUc3式中a為算子，aej120013，a2ej2400=j手。22'22Ua、Ub、Uc三相電壓用復(fù)相量表達(dá)，即用各相電壓的實(shí)部和虛部表達(dá)為:UaUcajUsAUbUCBjuSB(1-20)UCUCCjUSC將(1-20)式以及算子表達(dá)式代入(1-19)式中的U1式，即用各相電壓的實(shí)部和虛部來(lái)表達(dá)正序電壓為：1 9U1UaauBa2UCIfDK_z1 31132 j -2 U CB jU SB -j _2 U c

22、c jU sc23 UcajUSAUC1jUS1(1-21)它們?yōu)?式中Uc1、Us1分別為正序電壓U1的實(shí)部與虛部,u C1u CA-u CB2 CB受uSB2 SB-2Ucc.3UscU S1U SA-3UCB2U SB£ucc2U SC(1-22)用全周傅氏算法求出各相電壓的實(shí)部虛部后代入(1-22)式求出正序電壓的實(shí)部和虛部。再根據(jù)(1-21)式求出正序電壓的有效值和初相角為:U1 VUC1 US1/V21 arctg Us1, Uc1(1-23)同理，負(fù)序電壓的算式為:U C2 jU S2U C21，UCA 萬(wàn) U cb2 SB-uCCCCUscu S2一 3 一u SA

23、- u CB212USB,3TUcc-u SCSC2U2, u C 2 u 2-2arctguS2,uC2(1-24)零序電壓的算式為:UoU COjU soU C01U CA U CB U CC3U so1 .3 U SA U SB U SCUoarctgUsoUco(1-25)這種算法由于用全周傅氏算法計(jì)算實(shí)部和虛部，所以濾波性能好。但數(shù)據(jù)窗為N,數(shù)據(jù)窗較長(zhǎng)。這種算法在RCS9oo保護(hù)中得到了應(yīng)用。第二章線路保護(hù)及重合閘第一節(jié)零序電流方向保護(hù)一零序電流方向保護(hù)及其作用在中性點(diǎn)直接接地的高壓電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，將出現(xiàn)零序電流和零序電壓。利用上述的特征電氣量可構(gòu)成保護(hù)接地短路故障的零序電流方

24、向保護(hù)。統(tǒng)計(jì)資料表明，在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，接地故障點(diǎn)占總故障次數(shù)的9。%左右，作為接地保護(hù)的零序電流方向保護(hù)又是高壓線路保護(hù)中正確動(dòng)作率最高的一種。在我國(guó)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)不同電壓等級(jí)電力網(wǎng)線路上，按國(guó)家繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)規(guī)程”)規(guī)定，都裝設(shè)了零序電流方向保護(hù)裝置。帶方向性和不帶方向性的零序電流保護(hù)是簡(jiǎn)單而有效的接地保護(hù)方式，它主要由零序電流濾過(guò)器、電流繼電器和零序方向繼電器以及與收發(fā)信機(jī)、重合閘配合使用的邏輯電路所組成。現(xiàn)今，大接地電流系統(tǒng)中輸電線路接地保護(hù)方式主要有縱聯(lián)保護(hù)、零序電流方向保護(hù)和接地距離保護(hù)等。它們都與系統(tǒng)中的零序電流、零序電壓及零序阻抗密切

25、相關(guān)I實(shí)踐表明零序電流方向保護(hù)在高壓電網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，成為各種電壓等級(jí)高壓電網(wǎng)接地故障的基本保護(hù)。即使在裝有接地距離保護(hù)作為接地故障主要保護(hù)的線路上，為了保護(hù)經(jīng)高電阻接地的故障和對(duì)相鄰線路保護(hù)有更好的后備作用，也為了保證選擇性，仍然需要裝設(shè)完整的成套零序電流方向保護(hù)作基本保護(hù)。二零序電流方向保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)帶方向性和不帶方向性的零序電流保護(hù)是簡(jiǎn)單而有效的接地保護(hù)方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是：1 .經(jīng)高阻接地故障時(shí)，零序電流保護(hù)仍可動(dòng)作。由于本保護(hù)反應(yīng)于零序電流的絕對(duì)值，受故障過(guò)渡電阻的影響較小。例如，當(dāng)22o千伏線路發(fā)生對(duì)樹放電故障，故障點(diǎn)過(guò)渡電阻可能高達(dá)1oo歐姆，此時(shí)，其他保護(hù)大多數(shù)將無(wú)法動(dòng)作，而零

26、序電流保護(hù)，即使3Io定值高達(dá)幾百安培尚能可靠動(dòng)作。2 .系統(tǒng)振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)。零序電流方向保護(hù)不怕系統(tǒng)振蕩是由于振蕩時(shí)系統(tǒng)仍是對(duì)稱的，故沒有零序電流，因此零序電流繼電器及零序方向繼電器都不會(huì)誤動(dòng)。3 .在電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)基本保持穩(wěn)定的條件下，保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。由于線路零序阻抗比正序阻抗一般大33.5倍，故線路始端與末端短路時(shí)，零序電流變化顯著，零序電流隨線路保護(hù)接地故障點(diǎn)位置的變化曲線較陡，其瞬時(shí)段保護(hù)范圍較大，對(duì)一股長(zhǎng)線路和中長(zhǎng)線路可以達(dá)到全線的7080%,性能與距離保護(hù)相近。而且在裝用三相重合閘的線路上（這里是指的三跳出口方式），多數(shù)情況，其瞬時(shí)保護(hù)段尚有縱續(xù)動(dòng)作的特性，即使在瞬時(shí)段保護(hù)范圍以

27、外的本線路故障，仍能靠對(duì)側(cè)開關(guān)三相跳閘后，本側(cè)零序電流突然增大而促使瞬時(shí)段起動(dòng)切除故障。這是一般距離保護(hù)所不及的，為零序電流保護(hù)所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。4 .系統(tǒng)正常運(yùn)行和發(fā)生相問(wèn)短路時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)零序電流和零序電壓，因此零序保護(hù)的延時(shí)段動(dòng)作電流可以整定得較小，這有利于提高其靈敏度。并且，零序電流保護(hù)之間得配合只決定于零序網(wǎng)絡(luò)得阻抗分布情況，不受負(fù)荷潮流和發(fā)電機(jī)開停機(jī)的影響，只需要零序網(wǎng)絡(luò)阻抗保持基本穩(wěn)定，便可以獲得良好的保護(hù)效果。5 .結(jié)構(gòu)與工作原理簡(jiǎn)單。零序電流保護(hù)以單一的電流量為動(dòng)作量，只需要用一個(gè)繼電器便可以對(duì)三相中任一相接地故障作出反應(yīng)，因而運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，其正確動(dòng)作率高于其他復(fù)雜保護(hù)。同樣又因?yàn)?/p>

28、整套保護(hù)中間環(huán)節(jié)少，動(dòng)作快捷，有利于減少發(fā)展性故障，特別是近處故障的快速切除是很有利的。在Y/接線的降壓變壓器三角形繞組側(cè)以后的故障不會(huì)在星形繞組側(cè)反映出零序電流，所以零序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限可以不必與該種變壓器以后的線路保護(hù)配合而可取得較短的動(dòng)作時(shí)限。零序電流保護(hù)的缺點(diǎn)是：1 .對(duì)于短線路或運(yùn)行方式變化很大的情況，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求。2 .當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)（例如110kV和220kV電網(wǎng)），則任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，這將使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大延時(shí)段的動(dòng)作時(shí)限。3 .當(dāng)電流回路斷線時(shí)，可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。運(yùn)行時(shí)要

29、注意防范。如有必要，還可以利用零序電壓突變量來(lái)閉鎖的方法防止這種誤動(dòng)作。4 .當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，也要出現(xiàn)零序電流，例如變壓器三相參數(shù)不對(duì)稱，單相重合閘過(guò)程中的兩相運(yùn)行，三相重合閘和手動(dòng)合閘時(shí)的三相開關(guān)不同期以及空投變壓器時(shí)的不平衡勵(lì)磁涌流等等，都可能使零序電流保護(hù)誤動(dòng)作，必須采取措施。5 .地理位置靠近的平行線路，由于平行線間零序互阻抗的影響（見第二章第三節(jié)九的分析），可能引起零序電流方向保護(hù)的保護(hù)區(qū)伸長(zhǎng)、零序電流方向繼電器誤動(dòng)盡管零序電流保護(hù)有以上缺點(diǎn)，但總可以采取措施克服，所以在各級(jí)高壓電網(wǎng)中，零序電流保護(hù)以其簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，而獲得了廣泛的應(yīng)用。三反時(shí)限零序電流保護(hù)隨著電力系統(tǒng)

30、網(wǎng)架的快速擴(kuò)大，500kV自耦變壓器、220kV超短線路及短線路群投投入，零序序網(wǎng)隨運(yùn)行方式變化而越發(fā)復(fù)雜，造成零序電流保護(hù)的整定配合困難，應(yīng)用受到了限制。微機(jī)型線路保護(hù)在全網(wǎng)線路上的采用，為此提供了可靠、靈活的解決途徑。在微機(jī)線路保護(hù)裝置中具備階段式接地距離保護(hù)、階段式零序電流保護(hù)或者還具有反時(shí)限零序電流保護(hù)。接地距離保護(hù)的缺點(diǎn)是受接地電阻的影響太大，過(guò)大的接地電阻將造成拒動(dòng)。”技術(shù)規(guī)程”明確提出“對(duì)220kV線路，當(dāng)接地電阻不大于100歐姆時(shí)，保護(hù)應(yīng)能可靠地切除故障。a、宜裝設(shè)階段式接地距離保護(hù)并輔之用于切除經(jīng)電阻接地故障的一段定時(shí)限和/或反時(shí)限零序電流保護(hù)。b、可裝設(shè)階段式接地距離保護(hù)、

31、階段式零序電流保護(hù)或反時(shí)限零序電流保護(hù)，根據(jù)具體情況使用?！睘榇?，一段定時(shí)限零序電流或是階段式零序電流保護(hù)的最末段，其動(dòng)作電流整定值不大于300A。電網(wǎng)只保留零序電流長(zhǎng)延時(shí)最末段，對(duì)于復(fù)雜電網(wǎng)而言在配合上非常困難，在運(yùn)行中因最末段無(wú)法滿足時(shí)限配合關(guān)系，也存在著無(wú)選擇性跳閘的隱患。因此，采用反時(shí)限零序電流保護(hù)功能，全網(wǎng)使用統(tǒng)一的啟動(dòng)值和反時(shí)限特性，接地故障時(shí)按電網(wǎng)自然的零序電流分布以滿足選擇性。反時(shí)限零序電流繼電器的時(shí)限一一電流特性按國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(IEC255-4)一般反時(shí)限特性，具表達(dá)式為：t04t(I/Ip)0.021式中，t繼電器的動(dòng)作時(shí)限tp時(shí)間系數(shù)1P起始動(dòng)作電流I繼電器通入的電

32、流四零序方向繼電器對(duì)零序方向繼電器的最基本要求是利用比較零序電壓和零序電流的相位來(lái)區(qū)分正、反方向的接地短路。(a)正方向短路(b)反方向短路I 0 Zs0U o I o ZioZ ro8001000(d)反方向短路相量圖Uo(c)正方向短路相量圖圖2-1正、反方向接地短路時(shí)的零序序網(wǎng)圖和相量圖正、反方向接地短路時(shí)，零序電壓和零序電流的夾角。設(shè)零序方向繼電器裝在MN線路的M側(cè)。在圖2-1所示的零序序網(wǎng)圖中，加在繼電器的上的零序電壓、電流按傳統(tǒng)方式規(guī)定它的正方向。零序電壓的正方向是母線電壓為正、中性點(diǎn)電壓為負(fù)，圖中電壓箭頭表示電位升方向。零序電流以母線流向被保護(hù)線路方向?yàn)槠湔较颉?00系列線路保

33、護(hù)中的零序方向繼電器采用比較零序功率的方法實(shí)現(xiàn)。(2-1)Po3U03I0cosl：為線路零序阻抗的阻抗角，取800:為父。超前于3I0的夾角，argU0/I0。1 .正方向故障時(shí)根據(jù)圖2-1(a)所示的正方向短路的零序序網(wǎng)圖，按上述規(guī)定的電壓、電流正方向可得：(2-2)U0I0ZS0如果系統(tǒng)中各元件零序阻抗的阻抗角都為800。正方向短路時(shí)根據(jù)(2-2)式，零序電壓超前零序電流的角度為:(2-3)argUoloargZs°argZs018001000正方向短路時(shí)的相量圖示于圖2-1(c)中。因此得Po3Uo3Iocos13Uo3Iocos(10080)3Uo3Io為負(fù)的最大值。故而正

34、方向的零序方向繼電器的動(dòng)作方程可定為:P03U03I0cosi1VA當(dāng)In5A時(shí)Po 3Uo3I0 cos l 0.2VA 當(dāng)IN 1A時(shí)(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)在正方向短路時(shí)正方向的零序方向繼電器可以靈敏動(dòng)作。2 .反方向短路時(shí)根據(jù)圖2-1(b)所示的反方向短路的零序序網(wǎng)圖，按上述規(guī)定的電壓、電流正方向可得：UoIo(ZioZro)反方向短路時(shí)根據(jù)(3-5)式，零序電壓超前零序電流的角度為argU010argZloZr0800反方向短路時(shí)的相量圖示于圖2-1(d)中當(dāng)反方向短路時(shí)得：Po3Uo3Iocosl3U03I0cos(8080)3Uo3Io為正的最大值，故而反方向的零

35、序方向繼電器的動(dòng)作方程為:P03U03I0cosl0VA在反方向短路時(shí)，反方向的零序方向繼電器可以靈敏動(dòng)作。反方向的零序方向繼電器的動(dòng)作邊界為0VA,而正方向的零序方向繼電器的動(dòng)作邊界定為1VA(當(dāng)電流互感器二次額定電流是5A時(shí))，這是為了讓反方向元件的靈敏度高于正方向的元件靈敏度，使它動(dòng)作后閉鎖優(yōu)先。在零序電流方向保護(hù)中使用的零序方向繼電器無(wú)需正、反方向兩個(gè)方向繼電器，只需要正方向的零序方向繼電器。五零序電流方向保護(hù)的應(yīng)用在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，接地故障占總故障次數(shù)的絕大部分。零序電流方向保護(hù)簡(jiǎn)單可靠、靈敏度高(特別是在高電阻接地故障時(shí))、保護(hù)范圍比較穩(wěn)定，所以在輸電線路保護(hù)中獲得了廣泛的應(yīng)

36、用?！凹夹g(shù)規(guī)程”和“電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程”(以下簡(jiǎn)稱“整定規(guī)程”)都對(duì)零序電流方向保護(hù)的應(yīng)用作了原則的說(shuō)明。另外，高壓線路繼電保護(hù)裝置統(tǒng)一設(shè)計(jì)原則的“四統(tǒng)一”(以下簡(jiǎn)稱“四統(tǒng)一”)總結(jié)了我國(guó)高壓線路繼電保護(hù)多年來(lái)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有指導(dǎo)意義。1. 110kV線路零序電流方向保護(hù)單側(cè)電源線路的零序電流保護(hù)一般為三段式，終端線路也可以采用二段式。雙側(cè)電源復(fù)雜電網(wǎng)線路零序電流保護(hù)一般為四段式或三段式，在需要改善配合條件，壓縮動(dòng)作時(shí)間的線路，零序電流保護(hù)宜采用四段式的整定方式。按三段式運(yùn)行時(shí)，可設(shè)兩個(gè)第一段。在具體電網(wǎng)線路上，零序電流大小與接地故障的類型有關(guān)。單相接地故障和兩相.（i）

37、.（i.i）接地故障時(shí)流過(guò)短路點(diǎn)的零序電流屋0和1K0分別為(i.i)K0考慮了電流分配系數(shù)(i)K 0U K0ZiZ0 /Z0U K02ZZ0乙ZiZ0U K0Zi2Z0c。，則線路側(cè)保護(hù)得到的電流分別為I0(i)U K0C02ZiZ0(i.i)I 0C U K00Z五。式中UK0為短路點(diǎn)在短路前的電壓，乙、Z0為系統(tǒng)對(duì)短路點(diǎn)的綜合正序、零序阻抗，系統(tǒng)內(nèi)各元件的正序阻抗等于負(fù)序阻抗。由上式可知當(dāng)Zi <Z0時(shí), I (i.i) 0 > I 0當(dāng)Zi >Z0時(shí),(i.i) 0 < I 0在整定零序電流保護(hù)定值時(shí)就要選擇流過(guò)保護(hù)的零序電流較大的一種故障類型來(lái)進(jìn)行整定計(jì)算。

38、而在校驗(yàn)零序電流保護(hù)的靈敏度時(shí)，就要選擇在校驗(yàn)靈敏度的短路點(diǎn)上短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的零序電流比較小的一種故障類型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。2. ii0KV零序后加速段的設(shè)置：我國(guó)ii0kV線路是采用三相重合閘方式。三相重合閘后加速一般應(yīng)加速對(duì)線路末端故障有足夠靈敏系數(shù)的零序電流保護(hù)段，如果躲不開后一側(cè)合閘時(shí)，因斷路器三相不同步產(chǎn)生的零序電流，則兩側(cè)的后加速段在整個(gè)重合閘周期中均應(yīng)帶0.is延時(shí)。加速段可以獨(dú)立設(shè)置，如現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)那樣，定值和延時(shí)可獨(dú)立整定。止匕外，為防止合閘于空載變壓器時(shí)勵(lì)磁涌流引起零序后加速誤動(dòng)，零序加速段可以由控制字選擇是否需要投入二次諧波閉鎖，二次諧波的制動(dòng)比可以選為i8%。必須指出，作為

39、零序電流保護(hù)速動(dòng)段的零序電流I段定值若躲不開斷路器三相觸頭不同時(shí)接通產(chǎn)生的零序電流時(shí)，也應(yīng)在重合閘后延時(shí)0.is動(dòng)作。按三段式運(yùn)行設(shè)兩個(gè)第一段時(shí)，不靈敏一段電流定值可躲過(guò)合閘三相不同步引起的零序電流，故在重合閘后不用帶延時(shí)，只是靈敏一段要帶0.1s延時(shí)。3. 220500kV線路零序電流方向保護(hù)作為零序電流方向保護(hù)，上述110kV線路零序電流方向保護(hù)應(yīng)用中的基本原則，在220500kV線路上也是適用的。但在220500kV線路上除采用三相重合閘外還普遍采用了單相重合閘、綜合重合閘，此時(shí)，零序電流方向保護(hù)就還要考慮非全相運(yùn)行的問(wèn)題。零序電流保護(hù)一般為四段式。根據(jù)各地的多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大部分線路采用

40、可分別經(jīng)方向元件控制的四段式零序電流保護(hù)作為接地故障時(shí)的基本保護(hù)較為適宜。對(duì)于三相重合閘線路，零序電流保護(hù)可以按四段式運(yùn)行，或按三段式運(yùn)行，但其中有兩個(gè)第一段，其中靈敏一段重合閘時(shí)帶延時(shí)0.14對(duì)于單相重合閘線路，可按三段式運(yùn)行，其中也有兩個(gè)第一段或者兩個(gè)第二段，兩個(gè)第一段時(shí)靈敏一段在重合閘過(guò)程中退出運(yùn)行，兩個(gè)第二段時(shí)靈敏二段在重合閘過(guò)程中退出運(yùn)行。對(duì)終端輸電線路可裝設(shè)較少段數(shù)的零序電流保護(hù)。第二節(jié)距離保護(hù)一距離保護(hù)的作用原理和時(shí)限特性距離保護(hù)和電流保護(hù)一樣是反應(yīng)輸電線路一側(cè)電氣量變化的保護(hù)。在圖2-2所示的電網(wǎng)中，將輸電線路一側(cè)的電壓Um、電流Im加到阻抗繼電器中，阻抗繼電器反應(yīng)的是它們的比

41、值，稱之為阻抗繼電器的測(cè)量阻抗ZmUm/ImUmUmKT圖2-2阻抗繼電器接線示意圖反應(yīng)輸電線路一側(cè)電氣量變化的保護(hù)一定要滿足兩個(gè)條件。首先，它必須區(qū)分正常運(yùn)行和短路故障。其次，它應(yīng)該能反應(yīng)短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近。正常運(yùn)行時(shí)，加在阻抗繼電器上的電壓是額定電壓Un,電流是負(fù)荷電流I-阻抗繼電器的測(cè)量阻抗是負(fù)荷阻抗Zm乙Un/L。短路時(shí)，加在阻抗繼電器上的電壓是母線處的殘壓UmK,電流是短路電流Ik。阻抗繼電器的測(cè)量阻抗是短路阻抗Zk,ZmZkUmJlK。由于UmKUn,IkL,因而Zk|Zi。所以，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗可以區(qū)分正常運(yùn)行和短路故障。如果在K點(diǎn)發(fā)生金屬性短路，短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗為Zk,流

42、過(guò)保護(hù)的電流為Ik,則保護(hù)安裝處的電壓為UmKIkZk。阻抗繼電器的測(cè)量阻抗是ZmUmK/IkZk。這說(shuō)明阻抗繼電器的測(cè)量阻抗反應(yīng)了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗，也就是反應(yīng)了短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近。所以可以用它來(lái)構(gòu)成反應(yīng)一側(cè)電氣量的保護(hù)。由于阻抗繼電器的測(cè)量阻抗反應(yīng)了短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近，也就是反應(yīng)了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，所以把以阻抗繼電器為核心構(gòu)成的反應(yīng)輸電線路一側(cè)電氣量變化的保護(hù)稱做距離保護(hù)。距離保護(hù)相對(duì)于電流保護(hù)來(lái)說(shuō)，其突出的優(yōu)點(diǎn)是受運(yùn)行方式變化的影響小。距離保護(hù)第I段只保護(hù)本線路的一部份，在保護(hù)范圍內(nèi)金屬性短路時(shí)，一般在短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間沒有其它分支電流，所以它的測(cè)量阻抗完全不受運(yùn)行方式變化的影響。

43、距離保護(hù)第R、田段具保護(hù)范圍伸到相鄰線路上，在相鄰線路上發(fā)生短路時(shí)，由于在短路點(diǎn)和保護(hù)安裝處之間可能存在分支電流，所以它們?cè)谝欢ǔ潭壬蠈⑹苓\(yùn)行方式變化的影響。圖2-3距離保護(hù)的階梯型時(shí)限特性由于阻抗繼電器的測(cè)量阻抗可以反應(yīng)短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近，所以可以做成階梯型時(shí)限特性，如圖2-3所示。短路點(diǎn)越近，保護(hù)動(dòng)作得越快；短路點(diǎn)越遠(yuǎn)，保護(hù)動(dòng)作得越慢。第I段按躲過(guò)本線路末端短路（本質(zhì)上是躲過(guò)相鄰元件出口短路）繼電器的測(cè)量阻抗（也就是本線路阻抗）整定。它只能保護(hù)本線路的一部份，其動(dòng)作時(shí)間是保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間（軟件算法時(shí)間），不帶專門的延時(shí)。第R段應(yīng)該可靠保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，它的保護(hù)范圍將伸到相鄰線路上，其定值一般按

44、與相鄰元件的瞬動(dòng)段例如相鄰線路的第I段定值相配合整定。第田段除作為本線路I、R段的后備外，也作為相鄰元件保護(hù)的后備。所以它除了在本線路末端短路要有足夠的靈敏度外，在相鄰元件末端短路也應(yīng)有足夠的靈敏度，其定值一般按與相鄰線路n田段定值相配合并躲最小負(fù)荷阻抗整定。短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式在圖2-4所示的系統(tǒng)中，線路上K點(diǎn)發(fā)生短路。保護(hù)安裝處的相電壓應(yīng)該是短路點(diǎn)的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和。輸電線路上該相的壓降是該相上的正EsMTUU圖2-4短路故障示意圖序、負(fù)序、和零序壓降之和。如果考慮到輸電線路的正序阻抗等于負(fù)序阻抗，保護(hù)安裝處相電壓的計(jì)算公式為：UkI1Z1I2Z2I0Z0I

45、0Z1I0Z1Z0ZiUk(IiI2Io)Zi3Io°1Zi3Z1Uk(IK3I°)Zi(2-8)式中相。A、B、Co1、I2、Io流過(guò)保護(hù)的該相的正序、負(fù)序、零序電流Zi、Z2、Zo短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正、負(fù)、零序阻抗K零序電流補(bǔ)償系數(shù)。KZoZi/3ZiZM/Zi0ZM為輸電線路相間的互感阻抗。Uk短路點(diǎn)的該相電壓。(IK3Io)Zi輸電線路上該相從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的壓降保護(hù)安裝處的相間電壓可以認(rèn)為是保護(hù)安裝處的兩個(gè)相電壓之差?？紤]到如(2-8)式所示的相電壓的計(jì)算公式后，保護(hù)安裝處相間電壓的計(jì)算公式為：UUkIZi(2-9)式中兩相相間。AB、BC、CAoUk短路點(diǎn)

46、的相間電壓兩相電流差I(lǐng)乙一一輸電線路上從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的兩相壓降之差。兩相上的K3I0Z1項(xiàng)相抵消。(2-8)、(2-9)兩式是短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式。三I、II段接地距離保護(hù)的分析工作電壓UopUIK310Zset極化電壓UPU1動(dòng)作方程90oargUO上270oUP(2-10)1 .正方向故障正向單相接地短路。以kA為例。分析A相接地阻抗繼電器。假設(shè)短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖2-5(a)系統(tǒng)圖里的參數(shù)來(lái)表達(dá)工作電壓和極化電壓：U OPAUaIa K3I°ZsetIa K3I°Zm Ia K3I°ZsetK3I0ZmZse

47、tUPAUiaEsaIiaZsIaK3IoZsZm路kd I1A d1 1Ia K3IoIaK3IoZmkZsCiIfaiCiIFA1C2IFA2C0IFA0K3c0IFA013KC0C113KC02CC1、C2、C0是正、負(fù)、零序電流分配系數(shù)。動(dòng)作方程:90°Zm arg - Z mZ setkZs270°(2-11)圖2-5正方向、反方向短路的系統(tǒng)圖動(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以（+ Zset）和kZs兩點(diǎn)的連線為直徑的圓，如圖2-6中圓1所示。該圓向第田象限帶有偏移圖2-6正向單相接地短路接地阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性2 .反方向故障:反向單相接地短路。以Ka1為例。卜面各

48、式中的電流都是故障分析A相接地阻抗繼電器。假設(shè)短路前空載,分量電流：U OPA U AIa K3IoZsetIa K3Io Zm IA K3Io Zset(2-12)Ia K3Io Zm ZsetU PA U1A ERA 11Az rIa K3Io Zr Zm 1?。↖a K3Io）Zm Zr LaZrIa K3Io Zm kZR式中k的表達(dá)式如上式所示。具值在0.75到0.87之間。Zr是保護(hù)正方向的等值阻抗。將（2-12）和（2-13）兩式代入動(dòng)作方程（2-10 ）, 并消去分子分母中的Ia K3Io得：90o arg ZmZe- 270oZm kZR動(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以（+Zset

49、）和 kZR兩點(diǎn)的連線為直徑的圓，如圖 2-7(2-13)jX圖2-7反向單相接地短路接 地阻抗繼電器的動(dòng)作特性所示。該圓向第I象限上拋，遠(yuǎn)離了座標(biāo)原點(diǎn)。當(dāng)反方向發(fā)生單相接地短路時(shí)，繼電器的測(cè)量阻抗落在第田象限。即 使在反方向出口或母線發(fā)生短路， 過(guò)渡電阻的附加阻抗是阻容性的話， 測(cè)量 阻抗進(jìn)入第n象限也進(jìn)入不了圓內(nèi)。 所以在反向發(fā)生單相接地短路時(shí)該繼電 器有良好的方向性。四相間阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析相間阻抗繼電器用來(lái)保護(hù)各種相間短路， 它的工作電壓、極化電壓以及動(dòng)作方 程分別為：工作電壓(2-14)極化電壓(2-15)動(dòng)作方程UOP U IZsetUP U190o arg UO270oUp

50、(2-16)下面分別分析該繼電器的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性和暫態(tài)動(dòng)作特性。分析的系統(tǒng)圖如圖2-5(a)所示。1,正向兩相短路。以Kb2：為例分析BC相間阻抗繼電器。假設(shè)短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖2-5(a)系統(tǒng)圖里的參數(shù)來(lái)表達(dá)工作電壓和極化電壓：UOPBCUBCIB1czsetIB1czmIBICZsetIBIcZmZset2IbZmZset(2-17)從基本概念上講，正向短路后保護(hù)安裝處正序電壓發(fā)生變化是由于正序的故障分量電流I1在保護(hù)背后正序阻抗上的壓降造成的。因此保護(hù)安裝處的正序電壓是短路前(正常運(yùn)行時(shí))保護(hù)安裝處的電壓一一正序電壓的記憶值Uim與正序電壓的變化量Ui之和?？?/p>

51、慮到短路以前空載，短路前保護(hù)安裝處的電壓Ui.M等于保護(hù)背后電源電勢(shì)Es。因此:UPBCU1BCU1BU1CU1B.MU1BU1C.MU1C(2-18)(ESBI1BZs)ESCI1CZSESBESCI1BI1CZSIBICZSZmI1BI1CZS12IBZsZmIbZs2IbZm2Zs上面推導(dǎo)中用到了BC兩相短路時(shí)的一些基本關(guān)系式IBIC；I1BI1CIB。將(2-17)和(2-18)兩式代入動(dòng)作方程(2-16)式，并消去分子分母中的2IB得:90oarg-m一豆-270°Zm2Zs(2-19)式中Zs為保護(hù)背后電源的等值正序阻抗。由本章第四節(jié)的知識(shí)可知，(2-19)式動(dòng)作方程對(duì)應(yīng)

52、的動(dòng)作特性是以(+ZsQ和1/2Zs兩點(diǎn)的連線為直徑的圓，如圖2-8圓1所示。該圓向第m象限帶有偏移從正向兩相短路的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性可對(duì)該繼電器的動(dòng)作性能作如下評(píng)述：由于座標(biāo)原點(diǎn)位于動(dòng)作特性之內(nèi)，所以正向出口兩相短路沒有死區(qū)，不必采取其它措施。與傳統(tǒng)的以Zset為直徑，動(dòng)作特性經(jīng)過(guò)座標(biāo)原點(diǎn)的方向阻抗繼電器相比，由于在R方向有較多的保護(hù)范圍，所以保護(hù)過(guò)渡電阻的能力比傳統(tǒng)的方向阻抗繼電器強(qiáng)。而且現(xiàn)在的動(dòng)作特性的下面一點(diǎn)是12Zs,Zs是保護(hù)背后電源的等值阻抗。所以隨著jX圖2-8正向兩相短路時(shí)相間阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性運(yùn)行方式的變化，動(dòng)作特性的下面一點(diǎn)是變化的。當(dāng)保護(hù)背后電源運(yùn)行方式越小(Zs越大)

53、，保護(hù)安裝側(cè)的電流分配系數(shù)越小，因而過(guò)渡電阻的附加阻抗值越大，區(qū)內(nèi)短路時(shí)繼電器越易拒動(dòng)。但由于動(dòng)作特性的下面一點(diǎn)隨Zs加大而越往下移，因而圓也越大。保護(hù)過(guò)渡電阻的能力又得到增強(qiáng)。所以有一定的自適應(yīng)能力。2.反向兩相短路。以Kb2：為例。分析BC相間阻抗繼電器。假設(shè)短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖2-5(b)系統(tǒng)圖里的參數(shù)來(lái)表達(dá)工作電壓和極化電壓：UOPBCUBCIBICZsetIBICZmIBICZsetIBIcZmZset2IbZmZset(2-20)同樣從基本概念上講，反向短路后保護(hù)安裝處正序電壓發(fā)生變化是由于正序電流的故障分量I1在保護(hù)正方向所有正序阻抗上的壓降造成的。

54、因此保護(hù)安裝處的正序電壓是短路前(正常運(yùn)行時(shí))保護(hù)安裝處的電壓一一正序電壓的記憶值U1.M與正序電壓的變化量U1之和。考慮到短路以前空載，短路前保U PBC U1 BC護(hù)安裝處的電壓U1.M等于對(duì)側(cè)電源的電勢(shì)Er。因此:U1BU1C(ERBI1BZR)ERC11czrERBERCI1BI1CZRIBICZRZm11BI1CZR2IB Zm ZrI BZR12IB Zm -Zr圖2-9反向兩相短路相間阻抗繼電器 穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性所以在反向兩相短路時(shí)該繼電器有良好的(2-21)IC；上面推導(dǎo)中用到了BC兩相短路時(shí)的一些基本關(guān)系式IBI1BI1CIB。將(2-20)和(2-21)兩式代入動(dòng)作方程，并消去分子分母中的2Ib得:90。arg-Zm一包-270。Zm2ZR(2-22)式中Zr是保護(hù)正方向的等值正序阻抗。(2-22)式動(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以(+Zset)和1/2Zr兩點(diǎn)的連線為直徑的圓，如圖2-9所示。該圓向第I象限上拋，遠(yuǎn)離了座標(biāo)原點(diǎn)。當(dāng)反方向發(fā)生兩相短路時(shí)，繼電器的測(cè)量阻抗落在第出象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過(guò)渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測(cè)量阻抗進(jìn)入第n象限也進(jìn)入不了圓內(nèi)方向性。第三節(jié)工頻變化量距離保護(hù)對(duì)繼電保護(hù)從原理上劃分有反應(yīng)穩(wěn)態(tài)量的保護(hù)和反應(yīng)暫態(tài)量的保護(hù)兩大類。最早研究并