電力系統(tǒng)繼電保護教案

繼電保護教案

目錄

前言2頁

1---------電カ系統(tǒng)典型故障分析2頁

1.1-------單相接地短路故障分析7頁

1.2-------兩相短路故障分析8頁

1.3-------兩相接地短路故障分析10頁

1.4-------三相短路故障分析12頁

小結13頁

2------------繼電保護原理14頁

2.1-------距離保護原理14頁

2.2-------方向保護原理19頁

2.3-------縱聯(lián)保護原理23頁

3------------繼電保護檢驗27頁

3.1-------新投驗收檢驗的項目及要求27頁

3.1.1-----檢驗前準備工作27頁

3.1.2-----二次回路檢驗28頁

3.1.3-----保護裝置檢驗31頁

3.1.4-----裝置與通道設備的聯(lián)調(diào)檢驗33頁

3.1.5-----裝置間的聯(lián)調(diào)檢驗33頁

3.1.6-----保護整組試驗34頁

3.1.7-----帶負荷向量檢查34頁

3.2---------保護檢驗的根據(jù)及方法35頁

3.2.1-----電壓、電流保護的檢驗35頁

3.2.2-----保護啟動元件的檢驗36頁

3.2.3-------距離保護的檢驗37頁

3.2.4-------零序方向保護的檢驗38頁

3.2.5-------復合電壓閉鎖方向過電保護的檢驗40頁

3.2.6-------差動保護的檢驗41頁

4------------錄波圖分析45頁

4.1---------單相接地短路錄波圖分析45頁

4.2---------兩相短路錄波圖分析46頁

4.3---------兩相接地短路錄波圖分析48頁

4.4---------三相短路錄波圖故障分析49頁

4.5---------變壓器低壓側兩相短路故障錄波圖分析50頁

4.6---------故障實例分析52頁

前言

首先我談一下我從事繼電保護的幾點體會:

第一點:我們的繼電保護專業(yè)在電カ系統(tǒng)中是ー個很重要的專業(yè),直接關系到電カ設備的安全和電力系

統(tǒng)的穩(wěn)定運行;同時繼電保護的釆集量來自?次系統(tǒng)、最終服務于一次系統(tǒng)“所以說我們首先應該站在系統(tǒng)的

高度來考慮我們的專業(yè)工作;從一次系統(tǒng)的角度出發(fā)來考慮我們的繼電保護裝置、安全自動裝置、二次回路接

線等等。例如下圖所示系統(tǒng)接線;

變電站二次接線:PT開口三角電壓極性端接N600,非極性端接L630;線路CT以母線為正極性;變壓器零序

CT以變壓器為極性。那么,如果進行變壓器零序方向保護試驗該如何進行呢?該通入什么角度的測試量?大家都知

道現(xiàn)在的微機變壓器零序方向保護都有兩項定值:“方向指向母線”和“方向指向變壓器"。到底該如何設置這兩項

定值呢?

大家看上面系統(tǒng)圖,當線路上發(fā)生單相接地短路故障時,故障電流由母線流向大地,再從變壓器中性點返回,

同時線路阻抗角一般為75度左右，那么由向量圖可看岀對于母線一次電氣量來說310超前3U0約110度左右，到了

二次回路，由于線路保護CT以母線為正極性抽取，所以線路保護的零序方向也是310超前3U0約110度左右:再看

變壓器中性點零序CT,故障電流由大地從CT非極性端流入,使中性點零序二次電流反了180度，也就是說變壓器保

護的零序方向是3U0超前310約75度左右。（如向量圖示）

通過上述事例,大家可以看出我的著眼點首先從一次系統(tǒng)出發(fā)，結合變電站二次冋路實際接線，再去測試保

護裝置的動作行為。象上面這個事例,我通入裝置的測試量電壓超前電流75度,保護應該動作,否則就不對。如果

我把變壓器中性點零序CT以大地為極性抽取,那么我通入裝置的測試量電流超前電壓110度，此時保護應該動作。

第二點:在我們的工作中，有的同志重裝置輕回路，有的同志重回路輕裝置，這兩點都是不對的。繼電保護

專業(yè),裝置和回路是ー個相互關聯(lián)、密不可分的整體,像上面的事例，變壓器的中性點零序CT的極性端的抽取方式

不同,將會得出截然相反的兩種結果，如果我只測試裝置的動作行為,而不管實際二次回路接線,那免不了會發(fā)生

繼電保護誤動、拒動事故;反過來說如果裝置要求只能采取該種接線，而你又輕裝置,認為都由廠家保證了,不了

解該套裝置的原理,那免不了也會發(fā)生繼電保護誤動、拒動事故,影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。所以說一定要樹立一個整體

觀念。

第三點：安全及專業(yè)技術水平的關系。首先樹立安全意識是必須的,但繼電保護是ー個技術性較強專業(yè),光

有安全意識是不夠的,還必須不斷提高自身的專業(yè)技術水平,只有這樣才能全面把握現(xiàn)場工作中的各個環(huán)節(jié),充分

考慮各種危險因素，才能徹底杜絕事故的發(fā)生，保證安全供電。像我們繼電保護專業(yè)曾經(jīng)發(fā)生過的許多人為事故,

大多數(shù)屬于此類,認為這樣做沒事，結果卻發(fā)生了事故。這就是因為受專業(yè)技術水平的限制沒有考慮到它的危險性。

所以說不斷提高自身的專業(yè)技術水平是繼電保護專業(yè)保證安全的先決條件。

第一章電力系統(tǒng)典型故障分析

學習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:ー類是電量保護,如電流保護、電壓保護、距離保護、縱聯(lián)保

護等: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備,以實現(xiàn)對電カ系統(tǒng)一次設備的控制及保護。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。

電カ系統(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

其中短路故障稱之為橫向故障，斷線故障稱之為縱向故障〇

電カ系統(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及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?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=O；UKA=O。

3)由故障邊界條件，通過對稱分量法求取特殊相各序分量。

首先介紹ー下對稱分量法的基本公式:

如下圖所示:

當系統(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。其互換公式如下:

F“=l/3(F,*aFB*aR)

FM=1/3(F.a~FaaFc)

F*o=l/3(FA?FB?FC>

FA=FAI?FA2*FAO

FB=FBl?FB2*FB0=a'FAl?aFA2*FA0)

Fc=Fci*Fc24Fco-HFAl*a'FA2*FAO>

式中a表示逆時針旋轉120”也即向超前方向旋轉120",ダ表示逆時針旋轉240”也即向超前方向旋轉240”

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:IKAl=l/3(TKA+aIKB+a2IKC)

IKA2=l/3(IKA+a2IKB+aIKC)

IKAo=l/3(IKA+IKB+IKC)

又因IKB=IKC=0

所以IKAl=IKA2=IKAo=l/3IKA

UKA=UKAl+UKA2+UKAo=0

4)由各序分量關系，繪制特殊相序網(wǎng)圖。

首先介紹ー下序網(wǎng)圖的繪制方法：

A在序網(wǎng)圖中,只有正序網(wǎng)絡圖包含電源電勢，負、零序網(wǎng)絡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，當發(fā)生不對稱故障時オ產(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束，負荷側阻抗不畫;這是因為正、負序的短路通路由短

路點到電源構成閉合冋路;而零序阻抗要畫到變壓器接地點結束,這是因為零序的短路通路由短路接地點到

變壓器接地點構成閉合回路;變壓器三角側以后零序阻抗不畫,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)MA=(FM-FBFA。)-(Fm.F必FM)=(FAHFA2)-(FB1.FB2):變壓器星型側中性點不接地,

其以后零序阻抗不畫,因為星型側中性點不接地對零序來說相當于無群大阻抗。(如下圖示)

接下來以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)絡最終要合成一個閉和回路,通過上

述條件可得只有各序網(wǎng)絡頭尾串聯(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/(XE1+XE2+XE0)

UKA1=IKAI*(XE2+XE0)

UKA2=—IKA2*XE2=—IKAI*XE2

UKAO=—IKAO*XE0=—IKAI*XE2

保護安裝處各序分量計算:

對于單端電源網(wǎng)絡保護安裝處各序分量電流及故障點各序分量電流相等

IKA1M=IKAI

IKA2“=IKA2

IKAow=IKAO

對于雙端電源網(wǎng)絡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兩側的阻抗分配系

數(shù)

IKAI,=IKAI*XI?/(XI.+X1S)

IKA2.=IKA2*X2N/(X2.+X2?)

IKAo,=IKAO*X0?/(XO,+X0O

IKA1?=IKAI-IKAI,

IKA2H=IKA2-IKA2?

IKAo?=IKAO-IKAOM

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。

UKAI,=UKA1+IKA1?*X皿

UKA2,=UKA2+IKAL*XU(2

UKAO,=UKAO+IKAO”*Xし,0

UKAh=UKA1+IKAL*Xud

UKA21t=UKA2+IKA1S*XU2

UKAO?=UKA2+IKA0s*X川0

6)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。

各相故障點故障電流、故障電壓:

IKA=IKA1+IKA2+IKAO=3E/(XE1+XE2+XE0)

IKB=a2IKAl+aIKA2+IKA0=0

IKC=aIKAl+a2IKA2+IKA0=0

UKA=O

UKB=a2UKAl+aUKA2+UKA0

=a2IKAI*(XE2+XE0)—IKAI(XE0+aXE2)

=IKA1*(a2XE2-aXE2+a2XSO-XEO)

=J3*IKA1*(XE2e」wXEOeJ-lM)

UKC=aUKAl+a2UKA2+UKA0

=aIKAI*(XE2+XE0)—IKAI(XE0+a2XE2)

=IKA1*(aXE2-a2XE2+aXEO-XEO)

=J3*IKA1*(XE2e」",XEOeJ,S0)

各相保護安裝處故障電流、故障電壓:

UKAM=UKAI,+UKA2M+UKAO,

=IKAI(XE2+XE0+X"l)+IKAI(Xu12-XE2)+IKAI(XM-XEO)

=IKAI(Xul+X?2+XuO)

=IKAI*XU.1+IKA2*XL,2+IKAO*XuX)

UKBM=aUKAl,+aUKA2,+UKAd

=a2IKAl(XE2+XE0+Xu,l)+aIKAI(Xu<2-XE2)+IKAI(X^O-XEO)

=J3*IKA1*(X￡2e」知*XEOザ劭+IKA1(a2Xu<l+aXu<2+Xu(0)

=J3*IKA1*(XE^e'-^XEOザ6?+IKB1*Xi?l+IKB2*Xu<2+IKBO*Xu,0

UKBM=aUKAl,+a2UKA2?+UKAO,

=alKAl(XE2+XE0+Xul)+a21KAi(Xu,2-XE2)+IKAI(XLMO-XEO)

=J3*IKA1*(XE2e^XEOeJ1S0)+IKA1(aXuJ+a2XL.12+X加)

…3*IKA1*(XE2ejw，XEOejl50)+IKC1*Xu<l+IKC2*X0IKCO*X曲

請大家留意一下我在計算式中標示紅色的部分,由前面的計算可知道,母線殘壓等于短路點電壓加上

線路阻抗壓降。標示紅色的部分實際上就是線路壓降。這在講距離保護時將詳細介紹。

請大家再看一下我在計算式中標示蘭色的部分:

對于正序分量電壓UKAL=UKA1+IKA1*X皿

=IKA1(XE2+XE0+Xu,l)

可得出:線路壓降及短路點電壓同方向,也就是說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。

對于負序分量電壓UKA2?=UKA2+IKA2*X京

=IKA1(XUI2-XE2)

可得出:線路壓降及短路點電壓反方向，也就是說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。

對于零序分量電壓UKAO?=UKAO+IKAO*X曲

=IKA1(XN-XE0)

可得出：線路壓降及短路點電壓反方向，也就是說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。

通過上述計算還可看出UKAM=IKAI(X,J+X,.?2+Xu0),IKAM=3IKA1I一般各序阻抗角相等,則故障相電

壓超前故障相電流一個線路阻抗角。

7)通過計算結果繪制向量圖以供分析。

第一節(jié)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，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)構成中正、負、零序分量串聯(lián)，也即在正序的基礎上串入了XE2+XE0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)絡保護安裝處非故障相電流也為零,對于雙電源網(wǎng)絡當各序分

量阻抗分配系數(shù)

XIノ(XL+XL)=X2S/(X2X+X2N)=X0N/(XO.+XO?)

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ー個線路阻抗角。

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。

第二節(jié)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=O；IKA=-IKB：UKA=UKB。

3、各序分量:IKCl=l/3(aIKA+a2IKB+IKC)=1/V3IKAej90

IKC2=l/3(a2IKA+aIKB+IKC)=1/J31KAe」的

IKC0=l/3(IKA+IKB+IKC)=0

所以IKC1=-IKC2

UKCl=l/3(aUKA+aセKB+UKC)=1/3(UKC+J3UKA*)

UKC2=l/3(a'UKA+aUKB+UKC)=1/3(UKC+V3UKAeJ,60)

UKC0=l/3(UKA+UKB+UKC)=1/3(UKC+2UKA)

所以UKCl=UKC2

4、繪制序網(wǎng)圖:由上步計算結果可看出,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。(如下圖示)

5、計算各序分量向量值：

IKC1=-IKC2=E/(XE1+XE2)

UKC1=UKC2=-IKC2*XE2

6、計算故障點各相全電壓、全電流

IKC=0

IKB=aIKCl+a2IKC2+IKC0=-J3IKCleiw

IKA=a2IKCl+aIKC2+IKC0=J31KC1e」ゆ

UKC=2UKC1

UKB=aUKCl+a2UKC2+UKC0=UKC1eJ180

UKA=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。

IKC,=0

IKB?=V3IKCleJ90

IKA,=V3IKClej-w

UKCK=2UKC1+IKC1*X,4+1KC2*XIJI2

=2UKC1+IKC1(Xzl-XM)因線路X1=X2

=2UKC1

J,8(2

UKB,=UKCle'+aIKCl*XIJ,l+aIKC2*Xt?2因線路X1=X2

=UKCle"8^J3IKCle網(wǎng)?Xuil

Jls<l2

UKA,=UKCle+aIKCl*X,.),1+aIKC2*Xu,2因線路X1=X2

=UKCleJ,ao+VSIKCle-^0*X4

保護安裝處AB故障相間故障電流、電壓

%,.=IKA?-IKB,=V3IKCleJ-*-V3IKCleJW

=2J3IKClei=2IKAM

UKH?=UKA,-UKB,

JMjieoj90

=UKCle'叫73IKCle-*Xl?-UKCle-73IKCle*X,.ul

=V3IKCle^°*Xwl-J3IKCle幽?XuJ

=2J3IKCle‘倒?XL

=2IKAM*X1,

通過上述計算可看出故障相間電壓超前故障相間電流ー個線路阻抗角。

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)構成中正、負序分量同相并聯(lián),也即在正序的基礎上串入了XE2阻抗:

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)絡保護安裝處非故障相電流也為零,對于雙電源網(wǎng)絡當各序分

量阻抗分配系數(shù)

X1M(XL+X1S)=X2J(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ー個線路阻抗角。

第三節(jié)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=O；UKA=UKB=O。

3、各序分量:IKCl=l/3(aIKA+a2IKB+IKC)=1/3(aIKA+a2IKB)

IKC2=l/3(a2IKA+aIKB+IKC)=1/3(a2IKA+aIKB)

IKC0=l/3(IKA+IKB+IKC)=1/3(IKA+IKB)

IKC=IKC1+IKC2+IKCO=O

UKCl=l/3(aUKA+a2UKB+UKC)=1/3UKC

UKC2=l/3(a2UKA+ab'KB+UKC)=1/3UKC

UKC0=l/3(UKA+UKB+UKC)=1/3UKC

所以UKC1=UKC2=UKCO

4、繪制序網(wǎng)圖:由上步計算結果可看出,正、負、零序電壓相等、方向相同，即正、負、零序網(wǎng)絡只能

是同相并聯(lián);又因全電流為零,即同一節(jié)點電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/(X￡1+X￡2〃X￡O)

1KC2=-IKC1*XEO/(XE2+XE0)

IKCO=-IKC1*X￡2/(XE2+XE0)

UKC1=E-IKC1*XE1

UKC2=-IKC2*XE2

UKCO=-IKCO*XEO

UKC1=UKC2=UKCO

6、計算故障點各相全電壓、全電流

IKC=O

IKB=alKCl+a-IKC2+IKCO

=alKCl-a2IKCl*XEO/(XE2+XE0)-IKC1*XE2/(XE2+XE0)

IKA=a2IKCl+aIKC2+IKC0

=a2IKCl-alKCl*XEO/(XE2+XE0)-IKC1*XE2/(XE2+XE0)

UKC=3UKC1

UKB=aUKCl+a2UKC2+UKC0=0

UKA=a2UKCl+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=IKC

IKB,=IKB

IKA?=IKA

UKCII=3UKC1+IKC1*XU,1+IKC2*Xu,2+IKCO*XL?0

UKB尸aIKCl*X/+a21KC2*X京+IKCO*X,?0

2

UKA11=aIKCl*X1,Ml+aIKC2*Xu2+IKCO*X,?0

保護安裝處AB故障相間故障電流、電壓

IKA,?=IKA,-IKB?

=V3IKCleJ-*+V31KCleJ_90*XZO/(XE2+XL0)

=[1+XLO/(XE2+XL0)]J3IKC1產(chǎn)

UKM*=UKA,-UKB,

iS0

=73IKCle卜"*X項1+J3IKC2e*Xb,l

=V3IKCleJ_90*XDJ-J3IKCle幽?XLO/(XL2+XL0)*X,.,1

W0

=V3IKCle*Xul+VSIKCle^*X￡0/(XL2+XL0)*XI)I1

=[1+XLO/(XZ2+XZ0)]J3IKCle」如?XL

通過上述計算可看出故障相間電壓超前故障相間電流ー個線路阻抗角。

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)構成中正、負、零序分量同相并聯(lián),也即在正序的基礎上串入了X￡2〃X￡O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)絡保護安裝處非故障相電流也為零,對于雙電源網(wǎng)絡當各序分

量阻抗分配系數(shù)

XIノ(XL+Xlx)=X2ノ(X2.+X2Q=X0ノ(XO?+XON)

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ー個線路阻抗角。

7、負、零序電流超前負、零序電壓(180度減ー個線路阻抗角)約105度。

第四節(jié)三相短路K(3)故障分析

1、以A相為特殊相

2、短路路故障邊界條件:UKA=UKB=UKB=O?|IKA|=IIKB|=IKC

3、各序分量:UKAl=l/3(aUKA+a2UKB+UKC)=0

UKA2=l/3(a2UKA+aUKB+UKC)=0

UKA0=l/3(UKA+UKB+UKC)=0

在前邊我們曾討論過負、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)絡中無任何電源,所以,三相短路只有正序分量。

可得:IKAl=l/3(IKA+aIKB+azIKC)=IKA

IKA2=l/3（IKA+a2IKB+aIKC）=0

IKA0=l/3（IKA+IKB+IKC）=0

4、繪制序網(wǎng)圖:由上步計算結果可看出,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/XL1

IKA2=IKA0=0

UKAI二UKA2=UKA0=0

6、計算故隙點各相全電壓、全電流

IKA=IKA1=E/XL1

IKB=a2E/XL1

IKC=aE/XLl

UKA=UKB=UKB=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/XE1

2

IKBM=aE/XEl

IKCM=aE/XEl

UKAM=IKA1*Xml

=E*Xml/XLl

UKBM=!KB1*X

2

=aE*XLMI/XLI

UKCM=!KC1*Xu.1

=aE*XLMI/XSI

通過上述計算可看出故障相電壓超前故障相電流ー個線路阻抗角。

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)構成中同樣只有正序分量,也可以說在正序的基礎上串入了阻抗零；

3、故障相電壓超前故障相電流?個線路阻抗角。

小結:

ー、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；只講ー下斷線及短路的區(qū)別及斷線故障的特點。

（這里指的斷線均指非全相斷線）

區(qū)別:1、斷線故障由兩側電源電勢差ふE=ES-ER作用產(chǎn)生短路故障是由電源電勢E作用產(chǎn)生；

2、斷線故障附加阻抗串于正序網(wǎng)絡斷線口兩側,短路故障附加阻抗串于正序網(wǎng)絡短路點及地之

間。

3、斷線故障各序綜合阻抗為縱向阻抗（即線路方向阻抗）,等于斷線兩側阻抗之和；短路故障

各序綜合阻抗為橫向阻抗（即短路點橫斷面阻抗）,等于短路點兩側阻抗之并聯(lián)值。

特點:1、只有在兩側電源電勢ESWER時電勢差出現(xiàn),發(fā)生斷線故障オ產(chǎn)生負、零序分量；

2、空載線路（如網(wǎng)間聯(lián)絡線正常時無功率交換即負荷電流等于零）發(fā)生斷線故障正、負、零序

分量均沒有；

3、單側電源線路由于電勢差△￡=￡,發(fā)生斷線故障時產(chǎn)生負、零序分量;

4、系統(tǒng)振蕩當3=180°時,由于電勢差發(fā)生斷線故障產(chǎn)生的電流最大。

二、各種短路故障電流比較:

1、三相短路及兩相短路故障相電流比較:

由前幾節(jié)分析可知|IKJ=E/X￡1,

|IK2|=V3E/(XL1+XL2)因X1=X2

=73E/(2XL1)

所以(IKZ|=V3|IK3|/2

2、三相短路及單相接地短路故障相電流比較:

由前幾節(jié)分析可知!IK,|=E/XL1,

|IK,|=3E/(XL1+XE2+XEO)因X1=X2

=3E/(2XE1+XL0)

因為通常零序阻抗大于正序阻抗,所以|lKd<|lK3|

3、單相接地短路及兩相接地短路故障零序電流比較:

由前幾節(jié)分析可知|IOK/=E/(X￡l+X￡2+X￡0)因X1=X2

=E/(2XL1+XZ0)

110Ki」=E/(X￡l+X￡2〃X￡0)*X￡2/(X￡2+X￡0)因X1=X2

=E/(XL1+2XL0)

因為通常零序阻抗大于正序阻抗所以110KHl<|IOK,|

第二章繼電保護原理

在電カ系統(tǒng)中,繼電保護的任務之一就是當一次系統(tǒng)設備故障時,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カ設備的損壞。因

此保護應能區(qū)分正常運行及短路故障;應能區(qū)分短路點的遠近。下面著重介紹如下幾種保護原理。

第一節(jié)距離保護原理

系統(tǒng)在正常運行時,不可能總工作于最大運行方式下,因此當運行方式變小時,電流保護的保護范圍將縮

短,靈敏度降低;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。

在前面的分析中大家已經(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U4UK+AU;其中線路

壓降△11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A相接地短路故障將保護安裝處母線電壓重新推導一下。

因為在發(fā)生單相接地短路時,310等于故障相電流IKA:同時考慮線路X1=X2則有:

UKW^UKA+IMI*XLM1+IKA2*XU(2+IKAO*XLMO

=UKA+IM1*XIKA2*Xul,+IKAO*Xui0+(IKAO*Xuil—IKAO*Xuil)

=UKA+Xt?l(Il?l+IKA2+IXAO)+IKAO(XLBO-XUID

=U?+XU-1*IKA+31Mo(XuX)-Xuil)*XU-1/3Xuil

=Un+XuJ?レ[1+(XuO-Xul)/3XU<1]

令K=(XixO-Xud)/3XuJ

則有U?=UKA+IK*XL?1(1+K)

或U?=UKA+IKA*XL,1(1+K)

=UM+X"1(IM+KIM)

^K.+XU.KIKA+KSIXAO)

同理可得IU=UKB+Xul(IKB+K3IKBO)

U??=UKC+XUKIKC+KSIKCO)

這樣我們就可得到母線電壓計算得一般公式:

yUK.+XuJ(L.+K3IO)

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K31Ko減去了而

已。

ー、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ZJ=UJ/IJ正好成正比于保護安裝處至短路點的線路阻

抗ZLM

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

=Zu.(U+K3I0)/U當金屬性單相接地短路時UKD

=(1+K)ZLM

它不能正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗Zヮ

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リ我們可以在構成阻抗繼電器

上做文章,使

ZJ=ZUI(IK?,+K3I0)/(IK?>+K3I0)=Z

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h?+K3I0,常規(guī)繼電器構成上可以采用L.+K3I0

復合濾序器實現(xiàn),微機保護更簡單,直接通過軟件算法實現(xiàn)。

ZJ=UJ/(k,+K310)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?般采用該種接線。

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:

IKM=2IKAM

UK*21KAM*Xh

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、對應相間電流方式接線,則故障時繼電器的測量阻抗

ZJ?ゆ二UJo〇/IJ??

=2IK?*ZIM/2IK4>

=ZLM

能夠正確反映保護安裝處至短路點的線路阻抗ZLM

ZJ。ドUJoJlJ。。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、正、反向短路故障測量阻抗比較

假設為金屬性短路,故障點電壓為零

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

如下圖示:

1、正方向短路故障測量阻抗：

ZJ=UJ/IJ=Z1AI

2、反方向短路故障測量阻抗:

ZJ=UJ/IJ=-ZLM

由上式可以看出:在特定的正方向下,測量阻抗具有明顯的方向性;也就是說正向故障實際上是由

保護裝置背側電源作用的結果;而反向故障是由對側電源作用的結果。

四、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)對ー次設備的保護,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U^U-IjZa

通過這個等式可以看出,LZz。實際上是保護安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。

現(xiàn)在我們結合下圖來看一下工作電壓?在正向區(qū)內(nèi)、正向區(qū)外及反方向故障時同測量電壓山測量的相位

關系。

在正向區(qū)內(nèi)K1點發(fā)生短路,ZKZzo則U產(chǎn)Uj-LZ*—L(ZZLZJ

U產(chǎn)I小

Uor及U」反向；

在正向區(qū)外K2點發(fā)生短路，ZDZzo則U行ULLZ后L(ZLZZO)

U尸

ル及U」同向；

在反方向K3點發(fā)生短路,Z」〉Z”則UoFUJ-IJZz?=-IJ(ZJ+Za)

U產(chǎn)ー1必

U??及U」同向;

所以可以通過比較Uw及U,的相位關系來判斷區(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ー項。

極化電壓是及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U」

為極化電壓可構成方向阻抗繼電器、選用U」+LZz。為極化電壓可構成全阻抗繼電器、選用LR”,為極化電壓可構

成電抗性阻抗繼電器、選用LXzn為極化電壓可構成電阻性阻抗繼電器等等。

下面我來介紹ー下方向阻抗繼電器的動作特性;

其動作方程為丨l/2Zw|?|Zj—1/2ZM(絕對值比較方程)

或90°Warg(Zj-Zz?)/Z」這270”(相位比較方程)

這兩個方程對應同一個動作特性，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=B-A；D=B+A

當|A|=|B|,且B超前A時,argC/D=90"；

當|A|=|B|,且A超前B時,argC/D=270"；

當|A|〉|B|,且B超前A時,argC/D>90"；

當|A|>|B|,且A超前B時,argC/D<270"；

根據(jù)上面的關系式就可以將絕對值比較方程等效轉換為相位比較方程;

|A|>|B可轉換為90"Warg(B—A)/(B+A)W270"

根據(jù)動作方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1,乘轉換為電壓形式動作方程;9(TWarg(Uj-LZQ/Uj

《270°

構成單相接地阻抗繼電器時,測量電流L=IK°+K3I0

構成相間阻抗繼電器時,測量電流L=IK,O

五、距離保護應用中的相關輔助措施:

1、測量阻抗Z戸U/L,那么當因某種原因電壓斷線時,阻抗繼電器將會誤動作,故必須采取電壓斷線閉鎖措

施,當發(fā)生電壓斷線時閉鎖保護。通常采用電壓互感器二次電壓及開口三角電壓比較實現(xiàn)。微機保護采