現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[山東大學(xué)]匯編

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)山東大學(xué)電氣工程學(xué)院潘 貞 存2006.10.19主要內(nèi)容v線路的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v變壓器的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v母線的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v繼電保護(hù)的發(fā)展與展望主要內(nèi)容v線路的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v變壓器的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v母線的繼電保護(hù)原理與技術(shù)v繼電保護(hù)的發(fā)展與展望線路的繼電保護(hù)原理與技術(shù)線路的分類v在電力系統(tǒng)中，線路包括高壓、超高壓及特高壓的輸電線路和中低壓的配電線路，從繼電保護(hù)的角度出發(fā)，主要分為以下三類： 1. 666kV的中低壓配電線路； 2. 110kV的輸配電線路； 3. 220kV及以上電壓等級(jí)的高壓輸電線路。配電線路的繼電保護(hù)v這三種類型線路的繼電

2、保護(hù)在原理上和構(gòu)成上有很大的差異：1. 666kV的中低壓配電線路一般為單電源、輻射狀的小電流接地系統(tǒng)線路，故障形式只有三相故障和兩相故障兩種形式（ABC三相故障或AB、BC、CA兩相故障）。保護(hù)一般為電流電壓保護(hù)，特殊情況下為方向性電流電壓保護(hù)、距離保護(hù)或縱聯(lián)保護(hù)。主要問題是速斷保護(hù)區(qū)短，線路大部分的故障需要經(jīng)過延時(shí)切除。 配電線路的繼電保護(hù) 帶來的危害： （1）設(shè)備燒毀的程度嚴(yán)重； （2）引發(fā)電壓穩(wěn)定性問題； （3）電壓跌落持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)； （4）重合閘成功率低等。配電線路的繼電保護(hù) 解決問題的思路： （1）微機(jī)保護(hù)采用后，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠不再是電流電壓保護(hù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)； （2）配電系統(tǒng)全面推廣

3、應(yīng)用距離保護(hù)；（技術(shù)上沒有困難，不增加復(fù)雜程度，除應(yīng)該考慮TV斷線閉鎖外，基本沒有負(fù)面影響） （2）縱聯(lián)保護(hù)原理應(yīng)用于配電線路保護(hù)。（主要考慮用低成本的通信手段傳輸繼電保護(hù)的信息，可用的手段包括：導(dǎo)引線、復(fù)用光纖、無線電臺(tái)、移動(dòng)通信、無線寬帶技術(shù) 等）110kV輸配電線路的繼電保護(hù)v110kV的輸配電線路一般為大電流接地系統(tǒng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，部分線路末端可能接有小的分散電源；v故障的形式包括：三相故障、兩相故障、兩相接地故障、單相接地故障共有不同相別的十種故障類型；v采用的保護(hù)一般為三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、多段式（方向）零序電流保護(hù)；110kV輸配電線路的繼電保護(hù)v末端帶有分

4、散電源時(shí)，或線路接于較為重要的母線時(shí)，可采用縱聯(lián)保護(hù)。v該電壓等級(jí)線路的繼電保護(hù)原理和技術(shù)都比較成熟，性能基本滿足要求。v主要問題成套保護(hù)后，只有原理上的后備保護(hù)，沒有設(shè)備上的近后備保護(hù)。v集成式后備保護(hù)的概念：全站共用一套后備保護(hù)220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)v220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路一般按雙側(cè)具有電源考慮，所接電網(wǎng)為大電流接地系統(tǒng)，斷路器一般采用分相操作，通常采用綜合重合閘方式；v故障的形式包括：三相故障、兩相故障、兩相接地故障、單相接地故障共有不同相別的十種故障類型，同時(shí)要考慮非全相運(yùn)行的問題、同桿并架雙回線的跨線故障問題等；220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)v220kV及

5、以上電壓等級(jí)輸電線路在電力系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的地位，對(duì)其繼電保護(hù)有較高的要求，微機(jī)保護(hù)后，線路保護(hù)一般均設(shè)計(jì)為成套保護(hù)，即一套保護(hù)完成所有的主保護(hù)和原理上的后備保護(hù)功能，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備上的后備，通常采用雙重化配置或多重化配置。220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)v每套保護(hù)的配置方式一般為： （1）主保護(hù)：能夠全線速切的縱聯(lián)差動(dòng)或縱聯(lián)比較式保護(hù)、快速跳閘的獨(dú)立段保護(hù)（如工頻變化量距離保護(hù)等） （2）后備保護(hù)：三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、多段式（方向）零序電流保護(hù)； （3）綜合重合閘。 本次講課主要討論220kV及以上電壓等級(jí)的線路保護(hù)。220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)v主要包括以下的

6、幾項(xiàng)內(nèi)容： （1）輸電線路的距離保護(hù)； （2）輸電線路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)； （3）輸電線路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線路的綜合重合閘。?220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù) （1）輸電線路的距離保護(hù)； （2）輸電線路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)； （3）輸電線路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線路的綜合重合閘。輸電線路的距離保護(hù)v距離保護(hù)是通過反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離而動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置，通常應(yīng)用于110kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路，其原理也可以應(yīng)用于35kV及以下電壓等級(jí)的配電線路；v構(gòu)成距離保護(hù)的核心就是測(cè)量故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，并與一個(gè)事先整定的距離相比較，測(cè)量距離小于整定距離時(shí)保護(hù)動(dòng)作；

7、v測(cè)量故障距離的方法包括阻抗法、行波法和雷達(dá)法，其中應(yīng)用最多的是阻抗法，此處重點(diǎn)介紹阻抗法。測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系測(cè)量阻抗定義為保護(hù)安裝處測(cè)量電壓與測(cè)量電流之比：mmmIUZmmmmmjXRZZ測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系v在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)， 近似為額定電壓， 為負(fù)荷電流， 為負(fù)荷阻抗。負(fù)荷阻抗的量值較大，其阻抗角為數(shù)值較小的功率因數(shù)角（一般功率因數(shù)為不低于0.9，對(duì)應(yīng)的阻抗角不大于25.80），阻抗性質(zhì)以阻性為主，如下圖中的 所示。mUmUmImZLZ測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系v電力系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路時(shí)， 降低， 增大， 變?yōu)槎搪伏c(diǎn)與保護(hù)安裝處之間短路阻抗 ，對(duì)于具有

8、均勻分布參數(shù)的輸電線路來說， 與短路距離 成線性正比關(guān)系，即：mUmUmImZkkLzZ1kZkZkL測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系v短路阻抗的阻抗角就等于輸電線路的阻抗角，數(shù)值較大(對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的線路，阻抗角一般不低于750)，阻抗性質(zhì)以感性為主。當(dāng)短路點(diǎn)分別位于圖1 中的k1 、k2和k3點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的短路阻抗分別如圖2中的 、 和 所示。 mU1kZ2kZ3kZ圖2 負(fù)荷阻抗與短路阻抗RjXZ LZk2Zk1ZsetZk3KZk1 Lset k2Lk1Lk2 G k3Lk3 G QFQFMNmImU測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系v依據(jù)測(cè)量阻抗 在上述不同情況下的“差異”

9、，保護(hù)就能夠“區(qū)分”出系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，在發(fā)現(xiàn)有故障的情況下，可以進(jìn)一步地“區(qū)分”出是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。v繼電保護(hù)：依據(jù)“差異”，實(shí)現(xiàn)“區(qū)分” mUmZ三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取上面的討論是以單相系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。在這種單相系統(tǒng)中，測(cè)量電壓 就是保護(hù)安裝處的電壓，測(cè)量電流 就是線路中的電流，系統(tǒng)金屬性短路時(shí)兩者之間的關(guān)系為： （5）mUmUmIkmkmmmmLzIZIZIU1三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v該式是距離保護(hù)能夠用測(cè)量阻抗來正確表示故障距離的前提和基礎(chǔ)，即只有測(cè)量電壓、測(cè)量電流之間滿足該式時(shí)，測(cè)量阻抗才能正確地反應(yīng)故障的距離。v在實(shí)際三相系統(tǒng)的情況下，由于存在多種不同的

10、短路類型，而在各種不對(duì)稱短路時(shí)，各相的電壓電流都不再簡(jiǎn)單地滿足式（5），所以無法直接用各相的電壓、電流構(gòu)成距離保護(hù)的測(cè)量電壓和電流。 mU三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v現(xiàn)以圖3所示網(wǎng)絡(luò)中k點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的情況為例，對(duì)此問題進(jìn)行分析討論。按照對(duì)稱分量法，可以求出M母線上各相的電壓：mULk(Z1 ,Z2, Z0) Lk G MKZ G NkkCkBkAUUUCBAIIICBAUUU三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取mUkAkAkAkAALzILzILzIUU002211kAAAAkALzzzzIIIIU1110002133)(kAkALzIKIU10)3(kBkBBLzIKIUU10)3

11、(kCkCCLzIKIUU10)3(（6a）（6b）（6c）三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v（6）式的成立與故障類型無關(guān)，即對(duì)任何類型的故障都成立；v對(duì)于不同類型和相別的故障，故障點(diǎn)的邊界條件是不同的，即（6）式中 、 和 的取值是不同的，下面以單相接地故障情況為例進(jìn)行討論。 mUkAUkBUkCU三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取以A相單相接地短路故障為例進(jìn)行分析。在A相金屬性接地短路的情況下， ，式3-6a變?yōu)椋簃U0kAUkAALzIKIU10)3(kmAmALzIU1（7）（8）03IKIIUUAmAAmA，令得到：三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v式(8)與式(5)具有相同的形

12、式，因而由 、 算出的測(cè)量阻抗能夠正確反應(yīng)故障的距離，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)段的比較和判斷。 mUmAUmAI三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v由于A相接地時(shí) 、 均不等于零，式(6b)和(6c)無法變成式(5)的形式，即若 、 或 、 ，則 、 或 、 之間都不滿足式(5)，所以兩非故障相的測(cè)量電壓、電流不能準(zhǔn)確地反應(yīng)故障的距離。 mUkBUkCUBmBUU03IKIIBmBCmCUU03IKIICmCmBUmBImCUmCI三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v在另一方面，由于 、 均接近正常電壓，而 、 均接近正常負(fù)荷電流，B、C兩相的工作狀態(tài)與正常負(fù)荷狀態(tài)相差不大，所以在A相故障時(shí)，由B

13、、C兩相電壓電流算出的測(cè)量阻抗都會(huì)比較大，算出的距離一般都大于整定距離，由它們構(gòu)成的距離保護(hù)一般都不會(huì)動(dòng)作，但在某些特殊的情況下（比如保護(hù)安裝處零序電流很大時(shí)），也有可能動(dòng)作。mUkBUkCUBICI三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v同理可以分析B相和C相單相接地故障時(shí)的情況，分析表明，只有故障相電壓與帶零序電流補(bǔ)償?shù)墓收舷嚯娏髦g滿足（5）式，能夠正確測(cè)量故障距離，非故障相測(cè)出的阻抗接近負(fù)荷阻抗，一般不會(huì)動(dòng)作。mU三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取v其他類型（兩相接地、兩相短路、三相故障）的故障的情況也類似，只有用故障相的電壓和電流（帶零序補(bǔ)償）進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，才能準(zhǔn)確地算出故障距離，計(jì)算量中

14、含有非故障相電壓、電流時(shí)，算出的測(cè)量阻抗不能準(zhǔn)確地反映故障距離，并且一般情況下都大于實(shí)際的故障距離，所以不會(huì)動(dòng)作。故障環(huán)的概念故障電流可能流通的通路稱為故障環(huán)。在單相接地故障的情況下，存在一個(gè)故障相與大地之間的故障環(huán)（相地故障環(huán)）；兩相接地故障的情況下，存在兩個(gè)故障相與大地之間的相地故障環(huán)和一個(gè)兩故障相之間的故障環(huán)（相相故障環(huán)）； 兩相不接地故障的情況下，存在一個(gè)兩故障相之間的相相故障環(huán)； 三相故障的情況下，存在三個(gè)相地故障環(huán)和三個(gè)相相故障環(huán)。 mU故障環(huán)的概念v分析表明，距離保護(hù)的測(cè)量電壓、電流取為故障環(huán)上的電壓、電流時(shí)，計(jì)算出的測(cè)量阻抗能夠正確的反映故障距離，非故障環(huán)上的電壓、電流之間算出

15、的測(cè)量阻抗不能準(zhǔn)確地反映故障距離，一般情況下大于故障距離，不會(huì)動(dòng)作。所以距離保護(hù)的動(dòng)作行為應(yīng)以故障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，非故障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果不予考慮。mU故障環(huán)的概念v在傳統(tǒng)的距離保護(hù)中，故障環(huán)的選取是靠冗余接線來實(shí)現(xiàn)的，即距離保護(hù)的每一段都有三個(gè)相間阻抗繼電器和三個(gè)接地阻抗繼電器組成，三段式保護(hù)中需要18個(gè)獨(dú)立的阻抗繼電器。對(duì)于任何一種類型和相別的故障，每一段的6個(gè)繼電器中，至少有一個(gè)是在故障環(huán)上，它能夠正確測(cè)量故障距離，其他不在故障環(huán)上的繼電器不能正確測(cè)量，但一般不動(dòng)作。v不能正確測(cè)量有兩個(gè)方面的含義，一方面是把測(cè)量阻抗測(cè)大，反映出故障距離變遠(yuǎn)，即不動(dòng)作；另一方面是把測(cè)量

16、阻抗測(cè)小，反映出故障距離變近，可能導(dǎo)致在區(qū)外故障情況下誤動(dòng)作。此處，非故障環(huán)上的電壓、電流算出的阻抗一般是第一種情況，通常不會(huì)動(dòng)作故障環(huán)的概念v微機(jī)保護(hù)中，距離保護(hù)的硬件接線只有一套，故障環(huán)的選取是由軟件實(shí)現(xiàn)的，分兩種情況：第一種情況是發(fā)生故障后先進(jìn)行選相，找出故障類型和故障相別后，僅用故障相（即故障環(huán)上）的電壓、電流進(jìn)行計(jì)算，非故障相環(huán)上的電壓、電流根本不參與運(yùn)算；（先選相，再計(jì)算）第二種情況是針對(duì)每一個(gè)故障，用故障環(huán)和非故障環(huán)上的電壓、電流都進(jìn)行計(jì)算，但僅以故障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果作為判斷故障距離的依據(jù)。（先計(jì)算，后用選相的結(jié)果進(jìn)行復(fù)核）早期的微機(jī)保護(hù)普遍采用第一種方式，新型微機(jī)保護(hù)傾

17、向于采用第二種。直接計(jì)算與間接判斷v距離保護(hù)的核心，就是對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)量，并與整定的距離相比較，以判斷是否有故障，在有故障的情況下，判斷出故障的范圍。v在應(yīng)用測(cè)量阻抗法判斷故障距離時(shí)，又有兩種有兩種不同的方式，即直接計(jì)算方式和間接判斷方式。v直接計(jì)算方式是利用采集到的故障環(huán)上的電壓和電流，代入測(cè)量阻抗的計(jì)算式，直接計(jì)算出測(cè)量阻抗，然后將其與整定阻抗相比較，判斷是否有區(qū)內(nèi)故障；v間接判斷方式不需要確切地算出測(cè)量阻抗，只是通過對(duì)測(cè)量電壓和測(cè)量電流的計(jì)算分析，間接地判斷測(cè)量阻抗是否在保護(hù)的范圍之內(nèi)。v在理想情況下，在金屬性短路的時(shí)候，測(cè)量阻抗是與整定阻抗同方向的，在這種情況下，算出測(cè)量阻抗后直接與

18、整定阻抗比較大小，就能夠判斷出故障的范圍。v實(shí)際情況下，由于各種誤差因素的存在，以及過渡電阻的影響，測(cè)量阻抗可能與整定阻抗之間有一定的角度，這時(shí)用直接比較大小的方法就不行了。v為了保證區(qū)內(nèi)故障的情況下保護(hù)可靠動(dòng)作，區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作，一般將阻抗繼電器的動(dòng)作范圍設(shè)定為一個(gè)包括整定阻抗對(duì)應(yīng)的線段在內(nèi)，但在整定阻抗方向上不超出整定阻抗的一個(gè)區(qū)域，最常用的區(qū)域有圓形區(qū)域和四邊形區(qū)域。 測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v圓形區(qū)域又包括方向特性圓、全阻抗圓、偏移特性圓和上拋特性圓等幾種，如下圖。測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較|Zset/2|Zset/2ZsetRjXo圖3-7 方向阻抗特性圓Zm圖3-5 偏移阻抗特性

19、圓Zset2Zset1RjXoZmZsetRjXo圖3-8 全阻抗特性圓圖3-9 上拋?zhàn)杩固匦詧A（Zset1Zset2）/2Zset2Zset1RjXoZm|Zset1Zset2|/2v每一種特性都有兩種不同的實(shí)現(xiàn)辦法，即絕對(duì)值比較法和相位比較法，以方向圓特性為例，絕對(duì)值比較方程和相位比較方程分別為：測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較setsetmZZZ2121ommsetoZZZ90arg90|Zset/2|Zset/2ZsetRjXoZmZset/2ZsetRjXoZm測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v測(cè)量阻抗已經(jīng)用前述的算法算出，整定阻抗為事先設(shè)定好的常量，將兩者直接代入到絕對(duì)值比較或相位比較的方程中，判

20、斷方程是否滿足，就可以知道測(cè)量阻抗是否落入到動(dòng)作區(qū)域之內(nèi)。v在園特性的數(shù)字式保護(hù)中，一般采用相位比較的方法進(jìn)行判斷。v令：v則上述的相位比較方程變?yōu)镈IDRDDmDCICRCCmsetCjZZZZZjZZZZZZoDCoZZ90arg90測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v上述的方程又可以表示為v即：v應(yīng)用兩角差的余弦公式，將其展開oDCo90900)cos(DC0sinsincoscosDCDC測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v上式兩端同乘以 ，可以得到v即v滿足該式，就說明測(cè)量阻抗落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，否則落在動(dòng)作區(qū)外。v該式是由余弦形式導(dǎo)出的，稱為余弦比相。DCZZ0sinsincoscosDDCCDDCCZZZ

21、Z0DICIDRCRZZZZ測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v下面以四方保護(hù)采用的四邊形特性為例討論在四邊形特性的情況下如何實(shí)現(xiàn)測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較。XsetoRsetRjX1Zm234測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v設(shè)測(cè)量阻抗 的實(shí)部為 ，虛部為 ，則上圖在第IV象限部分的特性可以表示為： v第IV象限部分的特性可以表示為： mR1tgRXRRmmsetmmZmX2tgXRXXmmsetm測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v而在第I象限部分的特性可以表示為： v上述三式綜合，得到：v 34msetmmsetmRRXctgXXRtg4132tgRXXtgRctgXRRtgXmsetmmmsetmm測(cè)量阻抗與整定阻

22、抗的比較v式中： v 0,0,0mmmmXXXX0,0,0mmmmRRRR測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v若取： v則v o1421o453o1 . 744125.0249.021tgtg13ctg81125. 01245. 04tg測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較v則上述比較式變?yōu)椋?v 該式可以方便地在微處理機(jī)中實(shí)現(xiàn)。 msetmmmsetmmRXXRXRRX814141間接判斷法實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v以南瑞公司正序極化原理，說明間接判斷法： v定義工作電壓（補(bǔ)償電壓）如下：v不同地點(diǎn)短路時(shí)，工作電壓的相位關(guān)系如下圖所示。setmmopZIUUk1 z k2KZN G G k3

23、 M（a）（b）（c）（d）(a）網(wǎng)絡(luò)接線； (b) 區(qū)外（k2點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布；(c) 反向（k3點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布；(d) 正向（k1點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布mImUmUmUmUopUopU比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v結(jié)論： 區(qū)內(nèi)故障時(shí)， 與 相位相反； 而在正向區(qū)外及反向故障時(shí)， 與 相位相同。v通過比較兩者之間的相位，無須算出具體的測(cè)量阻抗，就可以判斷故障的區(qū)域。比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理mUopUmUopU比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v以 作為參考相量，根據(jù)不同故障情況下 相對(duì) 相位的“差異”，就可以“區(qū)分”出故障的區(qū)段，即 與 反相位時(shí)判斷為區(qū)內(nèi)故障， 與 同相位

24、時(shí)，判斷為區(qū)外故障。v考慮到實(shí)際測(cè)量與理論分析存在誤差，實(shí)際構(gòu)成保護(hù)時(shí)，一般并不是直接判斷同相位還是反相位，而是取一定的范圍。即動(dòng)作的條件可以表示為： mUopUmUopUmUopUmU21180arg180omopoUU比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v若取 ，則動(dòng)作的條件變?yōu)椋簐分子分母同除以 ，得到 o9021omsetmmoUZIU270arg90mIommsetoZZZ90arg90比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v該式與方向阻抗繼電器的相位比較方程完全一致，表明在取 的情況下，用工作電壓與測(cè)量電壓進(jìn)行相位比較，就可以實(shí)現(xiàn)與方向阻抗繼電器完全一樣的特性。v o9021比較工作電壓

25、（補(bǔ)償電壓）相位法原理v方向阻抗特性的優(yōu)點(diǎn)是阻抗元件本身具有方向性，只在正向區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作，反方向短路時(shí)不會(huì)動(dòng)作，即無須與方向元件配合，阻抗元件本身就能區(qū)分故障的方向。其主要缺點(diǎn)是動(dòng)作特性經(jīng)過座標(biāo)原點(diǎn)，在正向出口或反向出口短路時(shí)，測(cè)量阻抗 的阻抗值都很小，都會(huì)落在座標(biāo)原點(diǎn)附近，正好處于阻抗元件臨界動(dòng)作的的邊沿上，有可能出現(xiàn)正向出口短路時(shí)拒動(dòng)或反向出口短路時(shí)誤動(dòng)的嚴(yán)重情況。v對(duì)上述電壓比較式分析，也可以得出類似的結(jié)論，出口短路時(shí)，測(cè)量電壓的幅值接近于0，其相位可能因誤差等因素而為隨機(jī)相位，所以測(cè)量元件可能處于隨機(jī)動(dòng)作狀態(tài)。 mZ比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v由上述的分析可知，在上述比較式中

26、，電壓 的作用就是作為判斷 相位的參考，所以又稱為參考電壓或極化電壓。v上述分析表明，直接用作為比相的參考電壓時(shí)，無法保證出口短路時(shí)的選擇性，因而也就不能應(yīng)用于實(shí)際的繼電保護(hù)裝置中。v為克服這一缺點(diǎn)，保證出口短路時(shí)正確動(dòng)作，應(yīng)選擇相位不隨故障位置變化、在出口短路時(shí)不為0的電壓量作為比相的參考電壓。 mUopU比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v考慮到除了出口三相對(duì)稱性短路外，母線正序電壓的量值都不會(huì)為0，且其相位不會(huì)隨著短路位置的變化而變化，所以可以選擇正序電壓作為比相的參考，即以正序電壓作為參考電壓或極化電壓。v分析表明，當(dāng)取正序電壓為故障環(huán)上的正序電壓時(shí)，它的相位與故障環(huán)上的測(cè)量電壓完全一

27、致，所以在上述比較方程中用正序電壓代替測(cè)量電壓時(shí)，動(dòng)作條件不變。 比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理v以正序電壓為參考的情況下，動(dòng)作的方程變?yōu)椋?omopoUU90arg901或omopoUU270arg901比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理進(jìn)一步分析表明，采用正序電壓作為參考電壓后，在正向故障的情況下，以阻抗形式表示的動(dòng)作方程為omMmsetoZZZZ90arg901對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性如圖所示，它是一個(gè)包括坐標(biāo)原點(diǎn)的偏移圓，正向出口短路時(shí)，能夠可靠動(dòng)作。Zset-ZmZM1ZsetRjXo圖3-21 正序電壓極化的測(cè)量元件在正向故障時(shí)的動(dòng)作特性ZmZmZM1比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理在

28、反向故障的情況下，以阻抗形式表示的動(dòng)作方程為對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性如圖所示，它是一個(gè)不包括坐標(biāo)原點(diǎn)的上拋圓，反向出口短路時(shí)，測(cè)量阻抗在原點(diǎn)附近，可靠不動(dòng)作，反向遠(yuǎn)處短路時(shí)，測(cè)量阻抗在動(dòng)作區(qū)相反的方向，也可靠不動(dòng)作。omNmsetoZZZZ90)(arg901ZsetRjXo圖3-22 正序電壓極化的測(cè)量元件在反向故障時(shí)的動(dòng)作特性Zm比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理可見，應(yīng)用正序電壓作為極化電壓，繼電器具有明確的方向性，能保證正向出口短路可靠動(dòng)作，反向出口短路可靠不動(dòng)。此外，用正序電壓作為極化電壓后，繼電器在正向故障時(shí)的特性變成一個(gè)直徑較大的偏移圓，耐受過渡電阻的能力明前增強(qiáng)。正序電壓極化的缺點(diǎn)是不能

29、保證出口三相短路時(shí)的方向性，必須采取專門的措施。在南瑞保護(hù)中，措施為，當(dāng)正序電壓幅值小于額定電壓的15時(shí)，投入低壓距離元件。比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理低壓距離元件是以記憶電壓為極化電壓來實(shí)現(xiàn)故障判斷的，分析表明，它與正序極化的繼電器具有類似的特性，也有明確的方向性。應(yīng)用記憶電壓的缺點(diǎn)是它僅在短路初瞬有效，因而不能用在II段或III段中?；诠ゎl故障分量的距離保護(hù)故障分量的基本概念v故障分量又稱為故障附加分量或故障疊加分量，是指僅在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)，而在系統(tǒng)正常運(yùn)行及不正常運(yùn)行時(shí)不存在的電氣分量，即它隨著故障的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨著故障的消失而消失。所以，故障分量的存在，是電力系統(tǒng)處于故障狀

30、態(tài)的表征。v應(yīng)用故障分量構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作判據(jù)時(shí)，只需要尋找區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的“差異”，而不必考慮正常及不正常情況，因而，保護(hù)具有較高的靈敏度，一般也具有較快的動(dòng)作時(shí)間和較好的選擇性，不必采用振蕩閉鎖等防止振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的措施。故障分量的特點(diǎn)v非故障狀態(tài)下不存在故障分量，故障分量?jī)H在故障狀態(tài)下出現(xiàn)；v故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài)，受電網(wǎng)運(yùn)行方式的影響不大（有一定的影響，但比傳統(tǒng)保護(hù)?。籿故障點(diǎn)的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)處故障分量電壓為零；v保護(hù)安裝處故障分量電壓電流之間的關(guān)系，取決于背后系統(tǒng)的阻抗，與故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近及過渡電阻的大小沒有關(guān)系（但故障分量值的大小受過渡電阻及故障點(diǎn)遠(yuǎn)近的影響） 。故

31、障分量的分析方法疊加原理短路狀態(tài)故障前負(fù)荷狀態(tài)故障疊加狀態(tài)故障分量的組成trHztrHziiiuuu5050hiflowftrhiflowftriiiuuuiiiuuupreffpreff故障分量的利用上述這些分量都可以用來構(gòu)成繼電保護(hù)：v ：即故障分量中的工頻分量，可以用來構(gòu)成，工頻變化量方向保護(hù)、工頻變化量距離保護(hù)、工頻變化量差動(dòng)保護(hù)、零序保護(hù)、負(fù)序保護(hù)等；v ：即全部的故障分量，可以用來構(gòu)成電流突變量起動(dòng)元件、電流突變量選相元件、方向行波元件、行波距離（測(cè)距）保護(hù)等；v ：暫態(tài)分量中的高頻部分，用來構(gòu)成反映單端電氣量的暫態(tài)保護(hù)。hifhifiu、iu、HzHziu5050、故障分量的提取

32、與識(shí)別方法來自電壓互感器TV和電流互感器TA的電壓電流都是故障后的全電壓和全電流，構(gòu)成反映故障分量的繼電保護(hù)時(shí)，應(yīng)設(shè)法將故障分量 從全電壓和全電流中提取出來。在微機(jī)保護(hù)中，故障分量的提取方法為（電流）： iu、. 321 )2() 1()( ，nNnkikiin故障分量的提取與識(shí)別方法通常情況下，取n1、2或4：n1：n2：n4：這樣可以計(jì)算出故障分量的采樣序列，利用微機(jī)保護(hù)中的各種算法可以求出其幅值、相位等特征量。 )2()()( Nkikiki)N()()( kikiki)N2()()( kikiki故障分量的提取與識(shí)別方法以n2為例，波形如下：工頻變化量距離保護(hù)v工頻故障分量距離保護(hù)又稱

33、為工頻變化量距離保護(hù)，是一種通過反應(yīng)工頻故障分量電壓電流而工作的距離保護(hù)。v在上述的圖 (c)中，保護(hù)安裝處的工頻故障分量電流、電壓可以分別表示為： kskZZEIkksZIEZIU工頻變化量距離保護(hù)v取工頻故障分量距離元件的工作電壓為()()opmmsetsetssetUUIZUI ZIZZ v 保護(hù)區(qū)內(nèi)、外不同地點(diǎn)發(fā)生金屬性短路時(shí)電壓故障分量的分布情況如下圖所示。 工頻變化量距離保護(hù)k1zZ setk2k3(a)(b)(c)(d)opUopUopU1kE2kEUUU工頻變化量距離保護(hù)v在保護(hù)區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)短路時(shí)， 1kopEUv在保護(hù)區(qū)外k2點(diǎn)短路時(shí)， 2opkUE v在保護(hù)區(qū)反向k3點(diǎn)短路時(shí)

34、， 3opkUE 123kkkEEE 工頻變化量距離保護(hù)v因?yàn)?v所以動(dòng)作的判據(jù)為 v滿足該條件，說明為區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障opZUU123kkkZEEEU 工頻變化量距離保護(hù)RjX-ZsZkZsetZs+ZmZmCRgoRjX220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)（1）輸電線路的距離保護(hù)；（2）輸電線路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)；（3）輸電線路的縱聯(lián)比較式保護(hù)；（4）輸電線路的綜合重合閘?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)v基于基爾霍夫電流定律的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，是到目前為止最為完善的繼電保護(hù)原理，在發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電抗器、大容量電動(dòng)機(jī)和輸配電線路等電氣設(shè)備中都得到了應(yīng)用。其基本工作原理如下：縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的

35、基本原理縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理MI被保護(hù)設(shè)備*I-I縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)示意圖TA1TA2KD被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線 線路 電抗器等NInImIdI縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析21TANTAMnmdnInIIII即流入到差動(dòng)繼電器KD中的電流為0，繼電器不會(huì)動(dòng)作。021TANTAMdnInII正常及外部故障時(shí)，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析v被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)（區(qū)內(nèi)故障時(shí)）， 流入KD的電流為故障電流的二次值，KD動(dòng)作。v即區(qū)內(nèi)故障時(shí)，流入KD的就等于故障點(diǎn)的故障電流，所以從這一點(diǎn)上說，差動(dòng)保護(hù)是一種反映故障分量的保護(hù)；TAFTANTAMdFNMnI

36、nInIIIII21，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題v可見，在理想情況下，根據(jù)KD中是否有電流，就能夠區(qū)分出是否有內(nèi)部故障，是否應(yīng)將被保護(hù)設(shè)備從系統(tǒng)中切除。v在實(shí)際情況下，由于電流互感器誤差等因素的存在，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)也會(huì)有一定量的不平衡電流流入差動(dòng)繼電器KD，特別是在外部故障電流互感器飽和的情況下，誤差將會(huì)大大增加，會(huì)有比較大的不平衡電流流入KD。為防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，KD的動(dòng)作電流必須按躲過外部故障的最大不平衡電流來整定?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題v帶來的問題是動(dòng)作值過大，內(nèi)部故障的靈敏度降低。v采用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，是解決可靠性與靈敏性之間矛盾的有效措施

37、。即：maxunbrelopIKI電流差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性單斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性IrestraintIzIoperate動(dòng)作區(qū)制動(dòng)區(qū)IsdSlope 1Slope 2Ir1Ir2雙斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性123、Iunbmax電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)v在圖示參考方向下動(dòng)作量：v通常情況下，制動(dòng)量選為：v動(dòng)作表達(dá)式： K制動(dòng)系數(shù)，0MNiminDNMdIII2NMresIIKIzNMNMIIIKII2電流差動(dòng)保護(hù)故障分量的判據(jù)NMdIII動(dòng)作量：制動(dòng)量：2resNMresIIKI動(dòng)作方程：2NMresNMIIKII故障分量電流差動(dòng)保護(hù)的分析，無內(nèi)部故障時(shí)，內(nèi)部故障時(shí)0)()(fdNMNprefNMprefM

38、NMdIIIIIIIIIII動(dòng)作量：制動(dòng)量：resNMresIIIKI2res即動(dòng)作量與全電流差動(dòng)保護(hù)完全一樣。故障分量電流差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部故障，就能保證：2resK222NMNMNMNMZZZZIIII內(nèi)部故障時(shí)：所以只要2NMresNMIIKII滿足動(dòng)作條件，且有較高的靈敏度。kZ NZ MEMININMNMNMNMNMNMNMNMNNMMZZZZEZEZEIIZZZZEZEZEIIZEIZEI故障分量電流差動(dòng)保護(hù)外部故障，就能保證：15.0resK15.01 .02NMNMIIII外部故障時(shí)：所以只要2NMresNMIIKII不滿足動(dòng)作條件，且有較大的裕度。故障分量電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性0.1

39、0.152Kres=0.81.0內(nèi)部故障區(qū)外部故障區(qū)域縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析v被保護(hù)設(shè)備為發(fā)電機(jī)、變壓器和母線時(shí)，其各側(cè)的電流互感器均在同一個(gè)廠站內(nèi)，這時(shí)可由兩種方式實(shí)現(xiàn)上述的電流差動(dòng):v一種方式是直接將設(shè)備各側(cè)的電流接入到同一個(gè)裝置中，由該裝置按照差動(dòng)保護(hù)的公式進(jìn)行分析比較，判斷故障的區(qū)間；v另一種方式是每個(gè)電流互感器的輸出都接到一個(gè)采集裝置中，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)采集裝置聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)算法?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析v發(fā)電機(jī)、變壓器一般采用第一種方式，母線既可以采用第一種方式，也可以采用第二種方式，第二種方式實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)成為分布式母線保護(hù)。v而當(dāng)被

40、保護(hù)設(shè)備為輸電線路時(shí)，由于兩端相距甚遠(yuǎn)，需要在每一側(cè)都裝設(shè)采集裝置，然后利用通信線路來交換兩端的電流信息?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)通信縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)通信v可用的通信手段： （1）導(dǎo)引線 （2）載波 （3）微波 （4）光纖 光纖通道具有傳輸速率高、抗干擾性能好、安全可靠性高、能保持長(zhǎng)期不間斷地傳輸信號(hào)的特點(diǎn),已成為縱聯(lián)保護(hù)信號(hào)傳輸通道的首選方式。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)v光纖縱聯(lián)保護(hù)的同步數(shù)據(jù)通信信號(hào)傳輸方式有兩大類:v專用光纖方式(圖1) vPCM復(fù)用方式(圖2) 。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)v專用光纖方式

41、專用光纖方式 利用專用光纖傳送保護(hù)信息時(shí),將64 kbitPs 或更高速率( n 64 kbitPs) 的保護(hù)信號(hào)直接調(diào)制在發(fā)光二極管(LED) 或半導(dǎo)體激光器(LD) 的輸出回路中,并發(fā)送至對(duì)端。數(shù)據(jù)接收端直接將光信號(hào)解調(diào)成64 kbitPs保護(hù)信號(hào),如圖1 (a) 所示。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)v由于采用專用光纖通道,64 kbits 數(shù)據(jù)接口裝置的時(shí)鐘同步方式為:兩側(cè)的繼電保護(hù)通信接口裝置均發(fā)送工作時(shí)鐘,數(shù)據(jù)發(fā)送采用本機(jī)內(nèi)時(shí)鐘,接收時(shí)鐘從接收數(shù)據(jù)碼流中提取,稱為內(nèi)時(shí)鐘(主- 主) 方式,如圖1 (b) 所示。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)

42、特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)vPCM 復(fù)用方式復(fù)用方式 利用光纖通信PCM復(fù)用方式傳送保護(hù)信息時(shí),數(shù)據(jù)信號(hào)在PCM的64 kbitPs 同步數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)復(fù)接,占用2 MbitPs 接口傳送,如圖2 (a) 所示。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)v兩類光纖保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)傳輸方式的技術(shù)特點(diǎn)兩類光纖保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)傳輸方式的技術(shù)特點(diǎn) 采用專用光纖方式時(shí),保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)的傳輸通道直接由2 芯光纖和保護(hù)裝置光接口組成,通道時(shí)延小于1 ms。其可靠性依賴于站點(diǎn)間直通光纜,當(dāng)光纜斷纜時(shí)保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)全部中斷,無替代傳輸路由。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱

43、聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)vPCM復(fù)用方式下,保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)通過SDH 光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳送,不占用光纖芯數(shù),故不依賴兩站點(diǎn)間的直通光纜路由,而且工程設(shè)計(jì)時(shí)一般單獨(dú)配置一套保護(hù)專用PCM裝置,可以復(fù)接多路保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào),容量大。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí),通道時(shí)延小于1 ms ;當(dāng)AB 兩站間經(jīng)過的光纖站點(diǎn)較多時(shí),按1 個(gè)接點(diǎn)延時(shí)1 ms 考慮,只要站點(diǎn)控制在8 個(gè)以內(nèi),通道總時(shí)延仍能控制在15 ms 以內(nèi)。SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)具有傳輸容量大、抗干擾、傳輸可靠性高等特點(diǎn),并且具有自愈切換保護(hù)功能。光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn)v保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)復(fù)用在PCM 設(shè)備2 Mbit

44、Ps 接口經(jīng)SDH 環(huán)網(wǎng)傳輸時(shí),當(dāng)某一方向光纖通信電路故障時(shí),可以經(jīng)由SDH自愈環(huán)保證信息連續(xù)傳送至對(duì)側(cè)。但當(dāng)相應(yīng)站點(diǎn)SDH 光端機(jī)或保護(hù)專用PCM裝置故障時(shí),保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)隨之中斷。此外,當(dāng)保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)經(jīng)光纖支線電路傳輸時(shí),則不具備SDH光纖電路自愈切換保護(hù)功能?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題v電流差動(dòng)保護(hù)有兩種主要的實(shí)現(xiàn)形式，一種是工頻量（包括工頻全電流和工頻故障分量）構(gòu)成差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，稱為相量差動(dòng)；另一種是直接利用瞬時(shí)采樣值構(gòu)成差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，稱為瞬時(shí)值差動(dòng)。v相量差動(dòng)通常利用傅氏算法等計(jì)算出差動(dòng)和制動(dòng)電流相量，然后代入公式比較，該方法性能穩(wěn)定，但因需要較長(zhǎng)的時(shí)

45、間窗，動(dòng)作速度較慢；瞬時(shí)值差動(dòng)時(shí)間窗很短，動(dòng)作速度快，但受個(gè)別不良數(shù)據(jù)的影響較大，需要連續(xù)幾個(gè)點(diǎn)（或多數(shù)點(diǎn)）動(dòng)作一致時(shí)，才能作為最后的判斷結(jié)果。v無論相量差動(dòng)還是瞬時(shí)值差動(dòng)，都要求對(duì)各側(cè)的電流同時(shí)采樣，否則將無法得到正確的結(jié)果?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題v在各側(cè)的電流都接入到同一個(gè)裝置的情況下（上述的第一種方式），同步采樣可以利用采樣/保持器來實(shí)現(xiàn)；在分布式母線保護(hù)和輸電線路保護(hù)的情況下，各電流的采集是在不同的裝置中完成的，特別是線路保護(hù)的情況，電流的采集是由安裝在相距甚遠(yuǎn)的兩地的裝置分別采集的，必須采取特殊的同步措施。分析表明，如果要求同步角誤差不大于0.1，要求時(shí)間誤

46、差不大于5s?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題v目前采用的同步方式主要有兩種，一種是利用GPS同步，另一種是精確計(jì)及通信通道延時(shí)，由一側(cè)向另一側(cè)發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)。vGPS精度較高（時(shí)間誤差不大于1s），且接受也比較簡(jiǎn)單，但因受制于國(guó)外，安全性差，不能作為獨(dú)立的同步時(shí)鐘源；v第二種同步方法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，且精度較差，但因安全性好，仍可以應(yīng)用。一般考慮采用兩種方式配合完成時(shí)間同步，一般情況下用GPS，GPS失效時(shí)改用其他同步方法。應(yīng)用應(yīng)用GPS實(shí)現(xiàn)同步問題實(shí)現(xiàn)同步問題uGPS determines a users position in 3-D spaceuGPS also dete

47、rmines a users position in timeGPS接收器接收器vin-view of 4 satellitesvprinciple = time difference of arrival of signals from satellitesvunknowns - receivers 3D location and universal timevsince 4 satellites, 4 equations available hence:- solve for 4 unknownsvreceivers clock locked to GPS universal timeGP

48、S SyncDifferentialrelayCommsGPS SyncDifferentialrelayCommsBreakersBreakersGPSreceiverGPSreceiverI1I2I1I2I1I2Internal faultExternal faultI2I1If=-GPSCTsCTsLoss of GPS Signal unsynchronised phasors 012340246Bias Current (p.u.)Differential Current (p.u.)0.555ms1.388ms2.222ms40 phase shift25 phase shift1

49、0 phase shift采樣時(shí)刻調(diào)整法TStdtdts1tr1tmtm1ts2tr2tm2ttr3tttm3ts3ts4tm4td采樣時(shí)刻調(diào)整法從站主站縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題tTs：采樣間隔；tmj：主站采樣點(diǎn)tsi：從站采樣點(diǎn)td：通道延時(shí) td=0.5(tr2-tm1-tm)t：主、從站采樣時(shí)刻間的誤差 tts3 -tm3 =ts3 - (tr3-td)為使兩站同步采樣，從站下次采樣時(shí)刻應(yīng)調(diào)整為：ts4=(ts3+Ts)- t縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題v采樣數(shù)據(jù)修正法tttmtd1td2A端B端tA1tA2tA3tA4tA5tAtA6tB1

50、tB2tBtB3tB4tB5tB3縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題vA端計(jì)算的通道延時(shí)：td=td1=td2=0.5(tA-tA1-tm) tB3=(tA-td)與tA4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的B端電流向量：同理可計(jì)算出tA3時(shí)刻對(duì)應(yīng)的B 端電流向量BAttfBBeII4234縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問題220kV及以上輸電線路的繼電保護(hù)（1）輸電線路的距離保護(hù)；（2）輸電線路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)；（3）輸電線路的縱聯(lián)比較式保護(hù)；（4）輸電線路的綜合重合閘?？v聯(lián)（方向）比較式保護(hù)縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)v構(gòu)成構(gòu)成v縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)在被保護(hù)設(shè)備縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)在被保

51、護(hù)設(shè)備的每一端都裝設(shè)一個(gè)反映故障方向的測(cè)的每一端都裝設(shè)一個(gè)反映故障方向的測(cè)量元件。量元件。被保護(hù)設(shè)備縱聯(lián)比較式保護(hù)示意圖被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線 線路 電抗器等縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)v方向性測(cè)量元件是構(gòu)成縱聯(lián)分析比較式保護(hù)的方向性測(cè)量元件是構(gòu)成縱聯(lián)分析比較式保護(hù)的核心，常用的方向元件包括：核心，常用的方向元件包括： （1）故障分量方向元件；）故障分量方向元件； （2）負(fù)序功率方向元件；）負(fù)序功率方向元件； （3）零序功率方向元件；）零序功率方向元件； （4）方向阻抗元件；）方向阻抗元件； （5）相電壓補(bǔ)償式的功率方向元件等；）相電壓補(bǔ)償式的功率方向元件等

52、； （6）在單側(cè)電源的情況下，按躲最大負(fù)荷電流）在單側(cè)電源的情況下，按躲最大負(fù)荷電流整定的過電流元件，也能反映故障方向。整定的過電流元件，也能反映故障方向。工頻變化量方向保護(hù)判據(jù)v正方向元件的測(cè)量相角表達(dá)式：v反方向元件的測(cè)量相角表達(dá)式：其中：v下表12表示該電氣量為正、負(fù)序綜合分量，無零序分量vZd為模擬阻抗vZcom為補(bǔ)償阻抗。如果系統(tǒng)線路阻抗比Zs/ZL0.5時(shí)，Zcom0，否則取Zcom為Z整定阻抗的一半dcomZIZIUArg121212/dZIUArg1212/工頻變化量方向保護(hù)分析XLE0RgFIUEF正向短路工頻變化量方向保護(hù)分析v假設(shè)Zs為電源正序阻抗，系統(tǒng)的正序阻抗等于負(fù)序

53、阻抗。將工頻變化量電壓電流分解為對(duì)稱分量，有：v 設(shè)系統(tǒng)阻抗角與Zd阻抗角一致時(shí)，有：SZIU11SZIU22SSZIZIMIUMUU12212112180/dcomSZZZArg0/dSZZArg工頻變化量方向保護(hù)分析反向短路RgFEFIUE0ZLZSZS工頻變化量方向保護(hù)分析vZs為線路至對(duì)側(cè)系統(tǒng)的正序阻抗，將電流電壓分解為對(duì)成分量：SZIU11SZIU22SZIU12120/dcomSZZZArg180/dSZZArg縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)v當(dāng)每一端的測(cè)量元件都指示為正向故障時(shí)，當(dāng)每一端的測(cè)量元件都指示為正向故障時(shí)，表明故障為表明故障為“區(qū)內(nèi)故障區(qū)內(nèi)故障”； 任何一

54、端的測(cè)量元件指示為反向故障時(shí)，表任何一端的測(cè)量元件指示為反向故障時(shí)，表明故障為明故障為“區(qū)外故障區(qū)外故障”。v實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)方法： 閉鎖式和允許式兩種比較方法。閉鎖式和允許式兩種比較方法?？v聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)的工作方式是當(dāng)任一側(cè)方向元件判斷為反方向時(shí)，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，而且由發(fā)信機(jī)向?qū)?cè)發(fā)出閉鎖信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)接收到閉鎖信號(hào)后，閉鎖該側(cè)保護(hù)。在外部故障時(shí)是近故障側(cè)的方向元件判斷為反方向故障，所以是近故障側(cè)閉鎖遠(yuǎn)故障側(cè)；在內(nèi)部故障時(shí)兩側(cè)方向元件都判為正方向，都不發(fā)送閉鎖信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)接收不到閉鎖信號(hào)，也就不會(huì)去閉鎖保護(hù)，于是兩側(cè)方向元件均作用于跳閘。

55、縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式ABCD12F3456I1W&收信跳閘I2W+&發(fā)信(閉鎖)縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式 工作過程:當(dāng)外部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)1和2的情況，在A端的保護(hù)1功率方向?yàn)檎?，在B端的保護(hù)2功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，兩側(cè)的起動(dòng)元件1均動(dòng)作起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信。發(fā)信機(jī)發(fā)出的閉鎖信號(hào)一方面為自己的收信機(jī)所接收，一方面經(jīng)過高頻通道，被對(duì)端的收信機(jī)接收。當(dāng)收到信號(hào)后，保護(hù)被閉鎖。此外，起動(dòng)元件2也同時(shí)動(dòng)作閉合其觸點(diǎn)，準(zhǔn)備了跳閘回路。在短路功率方向?yàn)檎囊欢?保護(hù)1)，其方向元件動(dòng)作，停止發(fā)信。在方向?yàn)樨?fù)的一端(保護(hù)2)，方向元件不起動(dòng)。因此，發(fā)信

56、機(jī)繼續(xù)發(fā)送閉鎖信號(hào)。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v在這種情況下，保護(hù)1和保護(hù)2均不能動(dòng)作，保護(hù)就一直被閉鎖。待外部故障切除，起動(dòng)元件返回以后，保護(hù)即復(fù)歸原狀。v當(dāng)兩端供電的線路內(nèi)部故障時(shí)，兩端的起動(dòng)元件1和2均動(dòng)作，其作用同上。之后兩端的方向元件動(dòng)作，即停止了發(fā)信機(jī)的工作，保護(hù)能立即動(dòng)作分別使兩端的斷路器跳閘。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v需要兩套起動(dòng)元件。由以上分析可以看出，在外部故障時(shí)，距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)一端的保護(hù)所感覺到的情況，和內(nèi)部故障時(shí)完全一樣，此時(shí)主要是利用靠近故障點(diǎn)一端的保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，來防止遠(yuǎn)端保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在外部故障時(shí)保護(hù)正確動(dòng)作的必

57、要條件是靠近故障點(diǎn)一端的高頻發(fā)信機(jī)必須起動(dòng)，而如果兩端起動(dòng)元件的靈敏度不相配合時(shí)，就可能發(fā)生誤動(dòng)作。因而保護(hù)需要兩個(gè)起動(dòng)元件1和2，其靈敏度選擇的不同，靈敏度較高的起動(dòng)元件1只用來起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)以發(fā)出閉鎖信號(hào)，而靈敏度較低的起動(dòng)元件2則準(zhǔn)備好跳閘的回路。任何一端發(fā)出閉鎖信號(hào)的元件的靈敏度都應(yīng)保證高于對(duì)端保護(hù)動(dòng)作跳閘元件的靈敏度，也就是說必須保證兩端保護(hù)靈敏度的配合，否則可能誤動(dòng)。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v單電源線路內(nèi)部故障。當(dāng)只從一端供電的線路內(nèi)部故障時(shí)，在受電端的半套保護(hù)不起動(dòng)，也不發(fā)送高頻閉鎖信號(hào)，而在電源端的保護(hù)動(dòng)作情況則和上述分析相同，此時(shí)能夠立即動(dòng)作使電源端的斷

58、路器跳閘。v單電源線路外部故障。與雙電源情況類似，近故障端測(cè)量元件反映為反向故障，不會(huì)誤動(dòng)。縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v通道破壞。由于閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)的工作原理是利用非故障線路的一端發(fā)出閉鎖該線路兩端保護(hù)的高頻信號(hào)，而對(duì)于故障線路兩端則不需要發(fā)出高頻信號(hào)，這樣就可以保證在內(nèi)部故障并伴隨有通道的破壞時(shí)(例如通道所在的一相接地或是斷線)，保護(hù)裝置仍然能夠正確地動(dòng)作，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，也是這種高頻信號(hào)工作方式得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v系統(tǒng)振蕩。對(duì)接于相電流和相電壓(或線電壓)上的方向元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí)

59、，由于兩端的功率方向均為正，保護(hù)將要誤動(dòng)，這是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。而對(duì)于反應(yīng)故障分量或負(fù)序、零序的方向元件，則不受振蕩的影響。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v動(dòng)作速度。根據(jù)繼電保護(hù)動(dòng)作的要求，閉鎖信號(hào)只有在外部故障時(shí)才傳送。所以為了保證保護(hù)在外部故障時(shí)不誤動(dòng)，必須等到確定已無閉鎖信號(hào)，才能送出跳閘脈沖。因此必須延緩跳閘時(shí)間以保證時(shí)間配合，這樣就使高頻保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)，降低了保護(hù)的動(dòng)作速度，這也是這種保護(hù)的主要缺點(diǎn)。 v總之，閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作可靠性高，缺點(diǎn)是需要兩端元件的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度配合，故較復(fù)雜和動(dòng)作速度慢。 縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式v由于閉

60、鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)采用短時(shí)發(fā)信方式，故高頻發(fā)信機(jī)需用起動(dòng)元件。常用的起動(dòng)元件有故障分量電流起動(dòng)元件、序分量電流元件、反方向的功率方向元件等。此外通常還采用遠(yuǎn)方起動(dòng)方式，保證只要一側(cè)的起動(dòng)元件動(dòng)作，兩側(cè)的發(fā)訊機(jī)都會(huì)發(fā)信。v對(duì)起動(dòng)元件的要求：應(yīng)保證線路正常運(yùn)行與系統(tǒng)振蕩時(shí)起動(dòng)元件不動(dòng)作，而在發(fā)生其他所有故障時(shí)均能夠靈敏地動(dòng)作?？v聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式ABCD12F3456I1W&收信跳閘I2W+&發(fā)信(閉鎖)t1縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式v允許式縱聯(lián)方向保護(hù)利用通道傳送允許信號(hào)，收到允許信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。在外部故障時(shí)近故障方向元件判斷為反方向，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，也不向?qū)?cè)發(fā)送允許信