《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二版》讀書筆記

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》讀書筆記

1.緒論

1.1電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)

一般將電能通過的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，對一次備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測量、

控制和保護(hù)的設(shè)備稱為二次設(shè)備。

一般正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，其發(fā)電、輸電和變電設(shè)備還保持一定的備用容量，能滿足

負(fù)荷隨機(jī)變化的需要，同時(shí)在保證安全的條件下，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；能承受常見的干撓，

從一個正常狀態(tài)和不正常狀態(tài)、故障狀態(tài)通過預(yù)定的控制連續(xù)變化到另一個正常狀態(tài)，而不

致于進(jìn)一步產(chǎn)生有害的后果。

不正常運(yùn)行狀態(tài)指部分參量超過安全工作限額但又不是故障的工作狀態(tài)，如因負(fù)荷潮流

超過電氣設(shè)備的額定上限造成的電流升高（又稱為過負(fù)荷），系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的

頻率降低，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)頻率升高，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)

中的單相接地引起的非接地相對地電壓的升高，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等。

電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種類型的短路，包括三相短

路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路，其中以單相接地短路為主，其次為兩相短路。

電力系統(tǒng)自動化（控制）：為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動化技術(shù)

與裝備，主要進(jìn)行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動調(diào)節(jié)，動作速度相對緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個

電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對象。

為了在故障后迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，消除故障，保證持續(xù)供電，常采用以下的

自動化措施：輸電線路自動重合閘，備用電源自動投入，低電壓切負(fù)荷，按頻率自動減負(fù)荷,

電氣制動、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)，完成這些任

務(wù)的自動裝置統(tǒng)稱為電網(wǎng)安全自動裝置。

繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于

斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。

1.2繼電保護(hù)的基本原理及構(gòu)成

實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)需區(qū)分電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的差異，具有明顯差異的電氣量有：流

過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的

電壓與電流的比值即“測量阻抗”等。

線路短路后，從電源端至短路點(diǎn)，離短路點(diǎn)越近，電壓降得越低，短路點(diǎn)的相間或?qū)Φ?/p>

電壓降低到零。而對短路電流，不同的短路點(diǎn)隨距電源端的距離變化，短路電流相應(yīng)連續(xù)變

化，短路點(diǎn)越遠(yuǎn)電流越小。

在正常運(yùn)行時(shí)，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負(fù)荷的等值阻抗及負(fù)

荷阻抗角（即功率因數(shù)角，電流與電壓之間的相位角，正常運(yùn)行時(shí)一般小于30°）,阻抗值

一般較大，阻抗角較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測量點(diǎn)到短路點(diǎn)之

間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時(shí)，一般正比于該線路段的距離（長度），

阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構(gòu)成距離（低

阻抗）保護(hù)。

如果電力系統(tǒng)發(fā)生的不是三相對稱短路，而是不對稱短路，則在供電網(wǎng)絡(luò)中會出現(xiàn)某些

不對稱分量，如負(fù)序或零序電流和電壓等，并且其幅值較大，利用這些序分量構(gòu)成的保護(hù)，

一般都有良好的選擇性和靈敏性。

保護(hù)裝置的動作整定值，常用的方法是預(yù)先給定各電力元件保護(hù)的保護(hù)范圍，求出保護(hù)

范圍末端發(fā)生短路時(shí)的電氣量，并考慮適當(dāng)?shù)目煽啃栽６群笞鞒鲋怠?/p>

階段式保護(hù)特性：為單端電氣量的保護(hù)，需要上、下級保護(hù)（離電源的近、遠(yuǎn)）動作整

定值和動作時(shí)間的配合來切除不同點(diǎn)的短路。

電力元件的主保護(hù)，只在被保護(hù)元件內(nèi)部故障時(shí)動作，可以快速切除被保護(hù)元件內(nèi)部任

意點(diǎn)的故障，被認(rèn)為具有絕對的選擇性。常見主保護(hù)有：利用每個電力元件在內(nèi)部與外部短

路時(shí)兩側(cè)電流相量的差別可以構(gòu)成電流差動保護(hù)，利用兩側(cè)電流相位的差別可以構(gòu)成電流相

位差動保護(hù)，利用兩側(cè)功率方向的差別可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用兩側(cè)測量阻抗的

大小和方向等還可以構(gòu)成其他原理的縱聯(lián)保護(hù)。利用某種通信通道同時(shí)比較被保護(hù)元件兩側(cè)

正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣量差異的保護(hù)，稱為縱聯(lián)保護(hù)。

保護(hù)裝置的構(gòu)成:相應(yīng)輸入量一測量比較元件f邏輯判斷元件f執(zhí)行輸出元件f跳閘或

信號。

測量比較元件：測量值與給定值比較并給出0、1邏輯信號，有被測電氣量超過給定值

動作的過量繼電器，如過流繼電器、過壓繼電器、高周波繼電器等；低于給定值動作的欠量

繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器、低周波繼電器；被測電壓、電流之間相位角滿足一

定值而動作的功率方向繼電器等。

在堆電保護(hù)的工作網(wǎng)路中一般包括：

將通過次電力設(shè)備的電流，電承線性地

傳變?yōu)檫m合繼電保護(hù)等.次設(shè)各使用的電

流、電壓,并使一次設(shè)籥與二次設(shè)備隔離

的設(shè)備.如電流.電壓瓦由器及其與保護(hù)

裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圖及與

保護(hù)裝置出口間的連接電纜，指示保護(hù)裝

長動作情況的信號設(shè)備；保護(hù)裝置及跳

閘、信號回路設(shè)拓的工作電源等.圖L4

以過電流保護(hù)為例.展示了一個簡電的保

護(hù)工作回路的原理接線.

電源互感器TA將一次額定電流變換

圖1.4過電海保護(hù)工作回路原理接線圖為二次額定電流5A或IA.送入電潦繼電

HKA（測?比較元件）.當(dāng)流過電潦繼電器的電流大于其憤定的動作值（整定值，可調(diào)整）

時(shí)其輸出啟動時(shí)間韁電器KT（邃輯部分3經(jīng)預(yù)定（可調(diào)整）的犍時(shí)（逆輯運(yùn)算）后,時(shí)

間繼電器的輸出啟動中間繼電器KM（執(zhí)行輸出）并使或接點(diǎn)閉合，接通斷路器的跳閘回

路，同時(shí)使信號繼電器KS發(fā)出動作信號.在正常運(yùn)行時(shí),由于負(fù)荷電漉小于電流繼電器的

曼定電流，電流繼電器不動作，整套保護(hù)不動作.當(dāng)被保護(hù)的線路發(fā)生短路后，線路中流過

的短路電流一般是嵌定負(fù)荷電流的數(shù)倍至數(shù)十倍，電流互感器二次側(cè)泊出的電流線性增大,

濾過電源維電器的電漉大于整定電流而動作，啟動時(shí)間繼電器，經(jīng)預(yù)定的延時(shí)后，時(shí)間繼電

U的觸點(diǎn)閉合啟動中間繼電中間悔電器的觸點(diǎn)信時(shí)閉合,當(dāng)斷路器QF處于合閘位置

時(shí)?其位置觸點(diǎn)QF是閉合的，使斷路器的跳閘線圖YR帶電.在電磁力的作用下使脫扣機(jī)

構(gòu)弗放?斷路if在跳閘彈簧力F的作用F跳開，故障設(shè)備被切除.短路電湎消失.電流韁

電H返回，整套保護(hù)裝置復(fù)歸,做好下次動作的準(zhǔn)番.

每一套保護(hù)都有預(yù)先嚴(yán)格劃定的保護(hù)范圍，一般借助于斷路器實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍的劃分。

近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，遠(yuǎn)后備保護(hù)安裝在上級（近電源側(cè)）元件的

斷路器處。

斷路器失靈保護(hù)：當(dāng)斷路器失靈時(shí)，由失靈保護(hù)啟動跳開所有與故障元件相連的電源側(cè)

斷路器。

1.3對繼電保護(hù)的基本要求

繼電保護(hù)基本要求：（1）可靠性，即安全性（不誤動），和信賴性（不拒動）；（2）選擇

性；（3）速動性;（4）靈敏性。

對220KV及以上電壓的超高壓電網(wǎng)，更強(qiáng)調(diào)保護(hù)不拒動的信賴性，要求裝設(shè)兩套完全不

同的保護(hù)，各自獨(dú)立跳閘。對母線保護(hù)，更強(qiáng)調(diào)不誤動的安全性，一般以兩套保護(hù)出口觸點(diǎn)

串聯(lián)后跳閘的方式。

2.電網(wǎng)的電流保護(hù)

2.1繼電器

繼電器分類：按動作原理分電磁型、感應(yīng)型、整流￡,一[

型、電子型和數(shù)字型；按反應(yīng)的物理量分電流繼電器、62I

電壓?、功率方向?、阻抗?、頻率?和氣體（瓦斯）?

等；按在保護(hù)回路中所起的作用分啟動繼電器、量度?、

時(shí)間?、中間?、信號?、出口?。

防止當(dāng)輸入量在整定值附近波動時(shí)輸出不停地跳

變，繼電器有一個返回值，返回值與啟動值的比值稱為E,?$3,

繼電器的返回系數(shù)，繼電器的啟動和返回動作明確、迅?一

速、不可能停留在某一中間位置，這種特性稱之為“繼I----------------七--------+--------r

電特性”。

圖2.2繼電特性曲線

2.2單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)

110KV及以上電網(wǎng)主要承擔(dān)輸電任務(wù)，形成多電源環(huán)網(wǎng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，其

主保護(hù)一般為縱聯(lián)保護(hù)；110KV以下電網(wǎng)主要承擔(dān)供配電任務(wù)，發(fā)生單相接地后為保證繼續(xù)

供電，中性點(diǎn)采用非直接接地方式，其主保護(hù)一般為階段式電流保護(hù)。

單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)：電流速斷保護(hù)，限時(shí)電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流

保護(hù)，反時(shí)限過電流保護(hù)。

負(fù)荷電流與供電電壓之間的相位角就是通常所說的功率因數(shù)角，一般小于30°。

當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)與電源間線路中的短路電流包

括短路工頻周期分量、暫態(tài)高頻分量和衰減直流分量。其短路工頻周期分量近似計(jì)算式為

Ik=Eo/Zz=K.X（E,?/Zs+Zk）,式中為系統(tǒng)等效電源的相電動勢，對應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)

行狀態(tài)，心為短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗，對應(yīng)于兩者的距離，心為保護(hù)安裝處到系統(tǒng)

等效電源之間的阻抗，對應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，電為短路類型系數(shù)，三相短路取1,兩相

短路取，3/2。隨整個電力系統(tǒng)開機(jī)方式、保護(hù)安裝處到電源之間電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒇?fù)荷水

平的變化，E“和乙都會變化，造成短路電流h的變化。

隨短路點(diǎn)距等值電源的距離（阻抗Z工）變化，短路電流連續(xù)變化，越遠(yuǎn)電流越小，并

且在本線路末端和下級線路出口短路，電流沒有差別。

圖2.3電流曲線..

在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時(shí)，當(dāng)流過保護(hù)安裝處的電流h最大時(shí)，對繼電而言

稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，此時(shí)對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最??；當(dāng)h最小時(shí)，稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行

方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最大。取最大方式下的三相短路和最小運(yùn)行方式兩相短路，則系

統(tǒng)所有運(yùn)行方式下，相同地點(diǎn)發(fā)生不同類型的短路時(shí)的電流介于這兩個短路電流之間。階段

式電流保護(hù)的整定值需按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式來先擇，而靈敏性需用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式來校

驗(yàn)。

電流速斷保護(hù)通常是優(yōu)先保證動作的選擇性，動作值的整定大于下一條線路出口處（即

本線路末端）短路時(shí)可以出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運(yùn)行方式下的三相短路電流。動作

電流為I1…，引入可靠性配合系數(shù)K'rci=l.2-1.3是考慮非周期分量的影響、

實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值、保護(hù)裝置的實(shí)際動作值可能小于整定值和一定的裕度等因

素。動作的整定值以一次值計(jì)算，二次值與一次值關(guān)系式為I%=KwXnn為CT

變比，K8n為CT接線系數(shù)（接線方式），當(dāng)CT二次側(cè)為三相*形或兩相*形接線時(shí)為1,當(dāng)

為△接線時(shí)為J3,速斷保護(hù)動作時(shí)間要躲過線路中避雷器的放電時(shí)間，一般為60—80ms。

電流速斷保護(hù)在個別情況下，當(dāng)快速切除故障是首要條件時(shí)，就采用無選擇性的速斷保

護(hù)，而以自動重合閘來糾正這種無選擇性動作。

當(dāng)電網(wǎng)的終端線路上采用線路一變壓器組的接線方式，由于線路和變壓器可以看成是一

個元件，因此速斷保護(hù)就可以按照躲開變壓器

低壓側(cè)線路出口處的短路來整定，由于變壓器

的阻抗一般較大，因此低壓側(cè)線路出口處的短

路電流就大為減小，這樣整定之后，電流速斷

就可以保護(hù)線路的全長，并能保護(hù)變壓器的一

部分。

限時(shí)電流速斷保護(hù)要求保護(hù)本線路的全

長，因此它的保護(hù)范圍必然要延伸到下級線路

中去，按躲開下一級線路電流速斷保護(hù)的最大

保護(hù)范圍來整定，可靠系數(shù)

K%=1.1?1.2,時(shí)間通常取0.5s。當(dāng)為與下

一級線路的限時(shí)電流速斷相配合時(shí)取1—1.2圖2.8限時(shí)電流速斷動作特性的分析

D

Soc

能快速切除全線路各種故障能力的保

護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。

對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護(hù)(a)

裝置，靈敏系數(shù)的含義是K=保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)

生金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的計(jì)算值/保護(hù)

裝置的動作參數(shù)值，要求大于1，故障參

數(shù)如電流、電壓等的計(jì)算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際

(b|

情況合理采用最不利于保護(hù)動作的系統(tǒng)運(yùn)

行方式和故障類型來選定。

過電流保護(hù)作為下級線路主保護(hù)拒動

和斷路器拒動時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為

本線路主保護(hù)拒動時(shí)的近后備保護(hù)，也作

為過負(fù)荷時(shí)的保護(hù)。分定時(shí)限和反時(shí)限兩

圖2.9限時(shí)電流速斷動作時(shí)限的配合關(guān)系

種。保護(hù)范圍為本線路的全長和相鄰線路

系蛻接線圖?(b)與電流速新足合?

全長。

(c)與限時(shí)電流速斷配合

定時(shí)限過流保護(hù)啟動電流按躲開本元

件最大負(fù)荷電流來整定，同時(shí)還需考慮外

部故障切除后電壓恢復(fù)，負(fù)荷自啟動電流

作用下保護(hù)裝置返回，返回電流應(yīng)大于該

負(fù)荷自啟動電流(I"皿=Ksslkmax)，而負(fù)荷

自啟動電流大于正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電

流(LJ=K"'relLs.?,,?)?定時(shí)限過流保護(hù)啟

動電流為返回電流除以繼電器返回系數(shù)(I

n

"L<=1/KreXIr/)o上述表達(dá)式中KL為

可靠系數(shù)1.15?1.25,k為自啟動系數(shù)，圖2.II單醐電源放射形網(wǎng)絡(luò)中過電

降為繼電器的返回系數(shù)0.85-0.95。流保護(hù)動作時(shí)限選擇說明

保護(hù)裝置過電流保護(hù)的啟動和返回是

通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，因此繼電器返回電流與啟動電流之間的關(guān)系也就代表著保護(hù)裝置

返回電流與啟動電流之間的關(guān)系。

各個過電流保護(hù)之間需要靈敏系數(shù)的配合，對同一故障點(diǎn)而言，要求越靠近故障點(diǎn)的保

護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。

圖2.13階段式電流保護(hù)的配合和實(shí)際動作時(shí)間的示意圖

具有電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過電源保護(hù)的單相原理框圖如圖2.14所示.

電流速斷部分由電流元件KA1和信號元件KS1組

成;限時(shí)電流速斷部分由電流元件KAL時(shí)間元件

K0和信號元件KS，組成，過電流部分則由電流元

件KA，時(shí)間元件KT■和信號元件KS■組成.由

于三段的啟動電流和動作時(shí)間整定的均不相同,因

此必須分別使用二個串聯(lián)的電流元件和曲個不同時(shí)

限的時(shí)間元件?而信號元件則分別用以發(fā)出I、U.

UI段動作的信號.

反時(shí)限過電流繼電器電流元件和時(shí)間元件的職能由同一個繼電器來完成,在一定程度上

具有三段式電流保護(hù)的功能。

反時(shí)限過電流保護(hù)主要用于單側(cè)電源供電的終端線路和較小容量的電動機(jī)上。

電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中的電流繼電器與電流互感器之間的連接方式，目前廣泛

采用的是三相星形和兩相星形接線方式。

兩相星形接線用裝設(shè)在A、C相上的兩相電流互感器與兩個電流繼電器分別按相連接在

一起，B相未裝設(shè)保護(hù)，B相接地時(shí)，保護(hù)不能動作，AB和BC相間短路時(shí)只有A相或C相

一個繼電器動作。

變壓器三角形側(cè)繞組中Ia+1b+Ic=0,各相出線電流IA、IB、IC與各相繞組中的電流

la、lbs1c關(guān)系為lA=Ia-Ib,IB=Ib-Ic,IC=Ic-Ia?

圖2.22Ydll接線降壓變壓器兩相短跖時(shí)的電流分析及過電流保護(hù)的原理接線

（a）電流保護(hù)原理接戰(zhàn)國，（b）饒組中電流分布?（c）三角形惻

電流相依圖t（＜i）星形例電流相it用

CT三相星形接線或兩相星形接線的電流保護(hù)可以反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)和非直接接

地系統(tǒng)中的各種相間短路和中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的單相接地短路（CT兩相星形接線時(shí)不

能反應(yīng)B相接地）。

中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)短時(shí)運(yùn)行。因此在多級網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)生多處的

接地故障點(diǎn)時(shí)，希望只切除一個故障點(diǎn)，以最大限度縮小停電范圍。

中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路時(shí)，故障相電壓為0,故障相電流與零序電流31.相

等；發(fā)生相間短路時(shí)，短路兩相電壓大小和方向都相同，而電流則大小相同，方向相反；中

性點(diǎn)接地系統(tǒng)中發(fā)生任何接地或相間短路時(shí)所有非故障相電流為0。

YdH接線的變壓器，某側(cè)A—B或B—C短路時(shí)，在另一側(cè)有IA=IC,IB=-2lA,即接

于B相上的繼電器有較其他兩相大1倍的電流，因此靈敏系數(shù)增大1倍，但如保護(hù)采用兩相

星形接線，則需在兩相星形接線的中性線上再接入一個繼電器才能提高靈敏系數(shù)。

圖2.23三段式電漉保護(hù)的原理接線圖

<a>原用接線圖；(b)交去回路展開圖?(c)■搬回路?開圖

2.3雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)

多電源網(wǎng)絡(luò)中相間短路時(shí)需采用方向性電流保護(hù)，在線路兩側(cè)的保護(hù)中加裝功率方向元

件。

圖2.24雙制電源網(wǎng)絡(luò)及其保護(hù)動作方向的規(guī)定

（c）各保護(hù)動作方向的燒定，<d>方向過電渥保滬的階梯扉時(shí)限衿性

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時(shí)流過線路的短路功率一般指短路時(shí)母線電壓與線路電流相乘

所得到的感性功率，方向是從電源經(jīng)由線路流向短路點(diǎn)。短路功率的流動方向正是保護(hù)應(yīng)該

動作的方向。

方向性電流保護(hù)即在電流保護(hù)的

基礎(chǔ)上加裝一個判別短路功率流動方

向元件。當(dāng)功率方向由母線流向線路

（正方向）時(shí)才動作，而反方向故障時(shí)，

使保護(hù)閉鎖。并與電流保護(hù)共同工作。

方向性電流保護(hù)既利用電流的幅值特

征，又利用功率方向的特征。

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的方向電流保護(hù)可

以拆開看成是不同方向上的兩組單側(cè)

電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，各組保護(hù)反應(yīng)于各側(cè)

電源供給的電流。兩組保護(hù)之間不要求

有配合關(guān)系。

圖2.25方向過電流保護(hù)的單相胡理接線圖

功率的方向即電流、電壓之間的相

位關(guān)系，而電流滯后對應(yīng)相電壓的角度稱為線路阻抗角（鼠。電力系統(tǒng)任何線路任何情況下

0°<弧<90°。如果規(guī)定流過保護(hù)的電流正方向是從母線指向線路，在正方向故障時(shí)流過

保護(hù)的電流Ir=L滯后母線電壓U的相角為g,0°<4>k<90°；而在反方向故障時(shí)Ir=

-L,滯后母線電壓U的相角為180°+4>k,180°<（180°+4>k）<270°,即兩種情況下

相位相差180°。

用以判別功率的方向或測定電流、電壓之間相位角的元件稱為功率方向元件（繼電器）。

由于它主要反應(yīng)于加入繼電器中電流和電壓之間的相位而工作，因此用相位比較方式來實(shí)現(xiàn)

最為簡單。

功率方向元件（即功率方向繼電器）接入向量為電壓Ur,電流Ir,兩者的相角為arg（U

r/Ir）,用如表示。功率方向繼電器當(dāng)輸入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出值（轉(zhuǎn)矩或

電壓）隨兩者相位差的大小而改變。功率方向元件動作最靈敏時(shí)的角度稱為其最大靈敏角

又為了保證當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電阻、線路阻抗角必在0°?90°范圍內(nèi)變化情況下正

方向故障時(shí)，繼電器都能可靠動作，功率方向元件動

作的角度應(yīng)該有一個范圍，考慮實(shí)現(xiàn)的方便性，這個

范圍通常取為小.±90°。當(dāng)Ur、Ir為故障相電壓

和電流時(shí)，功率方向元件動作角度范圍為垂直于最大

靈敏角的一條直線，方程式6M—90°<arg（Ur/I

o1

r）<<j>Sen+90,即一90°<arg（Ore"（^"/Ir）<

90°,功率形式表示為Urlrcos（3>0,臨

界條件為COS（4>r—4>SCn）=1,即4>1—4>Seno最大

靈敏角6sen=線路阻抗角<bk=60°?

功率方向元件為消除短路時(shí)的電壓死區(qū)，采用非

圖2.27三相短路外=60?時(shí)的相量圖

故障相的相間電壓作為接入功率方向元件的電壓參

考相量，判別故障相電流的相位。（非故障的相間電壓與故障相電壓相差90。角），即所謂

90°接線（當(dāng)cos。=1時(shí)，IA和UBC相位相差90°,只是稱呼方便，沒有物理意義）。

當(dāng)采用90。接線方式特性的功率方向元件時(shí)，功率方向元件的最大靈敏角6劍=如一

90°=-30°,取90°—弧=a（稱為功率方向繼電器的內(nèi)角），則功率方向元件的動作特

性方程式為一90°-a<arg（Ur/Ir）<90°—a,功率形式表式為Urlrcos（3+a）

>0,功率方向繼電器動作最靈敏的條件應(yīng)根據(jù)三相短路時(shí)使cos（4>,+a）=1來決定.

功率方向判別元件的作用是比較加在元件上電壓與電流的相位，并在滿足一定關(guān)系時(shí)動

作。其實(shí)現(xiàn)方法有相位比較法和幅值比較法。其實(shí)現(xiàn)手段有感應(yīng)型、集成電路型、和數(shù)字型

等。目前廣泛采用的相位比較法是相量Ur和Ir轉(zhuǎn)換成電壓，測量兩個電壓瞬時(shí)值同時(shí)為正

（或同時(shí)為負(fù)）的持續(xù)時(shí)間來進(jìn)行的。

對功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性問題，否則

會造成正方向短路拒動，而反方向上誤動。

電流保護(hù)及方向性電流保護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)：在電流速斷保護(hù)中能用電流整定值和動作時(shí)限保

證選擇性的，盡量不加方向元件；對線路兩端的保護(hù)能在一端保護(hù)中加方向元件后滿足選擇

性要求的，不在兩端保護(hù)中加方向元件。

當(dāng)一條母線上有多條電源線路時(shí)，除動作時(shí)限最長的一個過電流保護(hù)不需要裝方向元件

外，其余都要裝方向元件。

線路中，保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電流或線路兩種分支電路，參與的電流分別稱為

助增電流和外汲電流，上級限時(shí)電流速斷保護(hù)整定時(shí)，應(yīng)引入分支系數(shù)Kb,得lL.2=（K"

rel!Kb）Isei.1o

2.4中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)

正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)是三相對稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓理論上為零；多數(shù)的短路

故障是三相不對稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓會很大。

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時(shí)（如單相接地或兩相

接地短路），將出現(xiàn)很大的零序電壓和零序流。利用零序電壓、零序電流來構(gòu)成接地短路的

保護(hù)，被廣泛應(yīng)用在110KV及以上電壓等級的直接接地（中性點(diǎn)接地變壓器）的電網(wǎng)中。

在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，可以利用對稱分量的方法將電流和電壓分解為正序、負(fù)序、零

序分量，并利用復(fù)合序網(wǎng)來表示它們之間的關(guān)系。

零序電流是由在故障點(diǎn)施加的零序電壓產(chǎn)生的，由故障點(diǎn)經(jīng)由線路、大地和接地的中性

點(diǎn)（或接地變壓器的接地支路）構(gòu)成回路。零序電源在故障點(diǎn)（接地點(diǎn)）的零序電壓最高，

距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，取決于測量點(diǎn)到大地間阻抗的大小。

零序電流的規(guī)定正方向?yàn)橛赡妇€流向線路，零序電壓的正方向規(guī)定線路高于大地的電壓

為正。對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)嶋H上

都是由線路流向母線的。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果輸電線路和中性點(diǎn)接地變壓器位置、數(shù)目不變，則零

序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。而此時(shí)，系統(tǒng)的正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著運(yùn)行方式而

變化，會間接影響零序分量的大小。

如忽略線路回路電阻（包括輸電線路零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗）時(shí)，故

障點(diǎn)兩側(cè)零序電流將超前零序電壓90°,當(dāng)計(jì)及回路電阻時(shí)，此值將大于90°。

零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而

與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。

零序電壓32（-0a+0b+0c）的取得：⑴電壓互感器二次繞組接成開口三角形；⑵保

護(hù)裝置內(nèi)部加法器合成零序電壓；⑶當(dāng)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器（或消弧線圈）接地時(shí);

可以從它的二次繞組取得。零序電壓保護(hù)應(yīng)躲開正常運(yùn)行和相間短路產(chǎn)生的不平衡電壓的影

響。

零序電流的取得：⑴電流互感器采用三相星形接線，在中性線上的電流就是3%⑵保

護(hù)裝置內(nèi)部將三個相電流相量相加獲得；⑶電纜線路采用零序電流互感器。

在正常運(yùn)行和一切非接地的相間短路，三個相電流的相量和理論上是為零的，只是電流

互感器由于勵磁電流的不相等（鐵芯的磁化曲線不完全相同），在二次側(cè)產(chǎn)生了不平衡電流。

零序電流保護(hù)應(yīng)躲開它們的影響。

三段零序電流保護(hù)：零序電流I段（速斷）分⑴靈敏I段，按躲開下級線路出口處單相

或兩相接地時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流31。.和斷路器三相觸頭不同期合閘出現(xiàn)的最大零序

電流31°.?。ㄈ绻b置動作時(shí)間大于不同期合閘時(shí)間，則可以不考慮這一條件）整定，相應(yīng)

整定式為11,=葭2義31。,*和Ki”為可靠系數(shù)取1.2?1.3。整定值選

取以上兩者中較大者。當(dāng)按照后者考慮時(shí)，有時(shí)會使啟動電流過大而使保護(hù)范圍縮小，可以

采用在手動合閘以及三相自動重合閘時(shí)，使零序I段帶有一個小延時(shí)（約0.1s）,以躲開三

相不同期合閘的時(shí)間，這樣在定值上就無需考慮此條件了；⑵不靈敏I段，按躲開線路上采

用單相重合閘而在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流整定。

零序H段保護(hù)啟動電流首先考慮與下級線路的零序電流速斷保護(hù)范圍的末端相配合，并

帶有高出一個At的時(shí)限。零序III段保護(hù)整定原則是按照躲開在下級線路出口處相間短路時(shí)

所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定。

零序電流m段保護(hù)的作用相當(dāng)于相間短路的過電流保護(hù)，繼電器啟動電流按照躲開在下

in

級線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，l"'Se[=KrelIu?b,?1ax,K'"rcl為可靠系

數(shù)取1.1~1.2。

圖2.44零序過電流保護(hù)的時(shí)跟特性

方向性零序電流保護(hù)：在雙側(cè)或多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器的中性點(diǎn)一般至少有一

臺要接地，多臺變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)考慮零序電流保護(hù)動作方向。零序功率方向元件接

入零序電壓30。和零序電流31”反應(yīng)于零序功率的方向而動作。31.超前于30。為95°?110°,

對應(yīng)于保護(hù)安裝地點(diǎn)背后的零序阻抗角85。?70°,4>se?=-95°-110°。由于越靠近

故障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序功率方向元件沒有電壓死區(qū)。而當(dāng)故障點(diǎn)距離保護(hù)安裝處

越遠(yuǎn)時(shí)，保護(hù)安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，必須校驗(yàn)方向元件在這種情況下的靈

敏系數(shù)。

零序電流保護(hù)與相電流保護(hù)相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):①零序過電流保護(hù)按躲開不平衡電流整

定，且發(fā)生單相接地短路時(shí)，故障相的電流與零序電流31。相等，因此它比相電流保護(hù)靈敏

度高，動作時(shí)限也較短；②相電流保護(hù)直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響很大，而零序電流保

護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響小很多。另外由于線路零序阻抗較遠(yuǎn)較正序阻抗大，X°=（2~3.5）X“

故線路始端與末端短路時(shí)，零序電流變化顯著，因此零序保護(hù)的保護(hù)范圍較大，也較穩(wěn)定；

③系統(tǒng)不正常運(yùn)行狀態(tài)如系統(tǒng)振蕩、短時(shí)過負(fù)荷等時(shí)，三相是對稱的，相間短路的電流保護(hù)

要受它們的影響，而零序電流保護(hù)則不會；④方向性零序保護(hù)沒有電壓死區(qū)。另外其它故障

往往是由單相接地故障發(fā)展起來的，零序保護(hù)為絕大部分的故障情況提供了保護(hù)。

當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級的電網(wǎng)（如110KV和220KV電網(wǎng)），則任一電

網(wǎng)中的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流。

2.5中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)

中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性經(jīng)電阻接地等系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中性點(diǎn)非直接

接地系統(tǒng)，又稱小接地電流系統(tǒng)。發(fā)生單相接地時(shí)故障電流很小，而且三相之間的線電壓仍

然保持對稱，三相負(fù)荷電流對稱，相對于故障前沒有變化，對負(fù)荷的供電沒有影響，因此,

在一般情況下，都允許再繼續(xù)運(yùn)行1一2上

非直接接地系統(tǒng)在單相接地時(shí)，一般只要求繼電保護(hù)能選出發(fā)生接地的線路并及時(shí)發(fā)出

信號，而不必跳閘；但當(dāng)單相接地對人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動作于跳閘。能完成

這種任務(wù)的保護(hù)裝置稱為接地選線裝置。

輸電線路的零序電阻遠(yuǎn)小于電容

產(chǎn)生的零序電流，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的

零序電流由系統(tǒng)各元件對地的等值電

容產(chǎn)生，并由各元件對地的等值電容構(gòu)

成通路，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，在

接地點(diǎn)處接地相對地電壓為零,對地電

容被短接，電容電流為零，而其他兩相

的對地電壓升高J3倍，對地電容電流

也相應(yīng)增大J3倍。發(fā)生單相接地時(shí)，

相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個值與該接

地相故障前相電壓大小相等,方向相反

圖2.48單相接地時(shí)，用三相系統(tǒng)的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序

表示的電容電流分布圖電壓。接地相對地電壓、電流為零，非

接地相中的零序電流為其本身的對地

電容電流，而接地相中流過的零序電流（等于流過接地點(diǎn)的電流）為全系統(tǒng)非故障元件對地

電容電流之總和（相量和）（但不包括故障線路本身），其有效值（絕對值）是正常運(yùn)行時(shí)單

相對地電容電流的3倍。故障相電容性無功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，而非故障相電容

性無功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向線路。利用各相零序電流大小的不同或功率方向的差別可判

別故障線路。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序網(wǎng)絡(luò)由同級電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)

成通路，與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)由接地的中性點(diǎn)構(gòu)成通路有極大的不同，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很

大。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障特點(diǎn)：在中性點(diǎn)接入一個電感線圈，當(dāng)單相

接地時(shí)，在接地點(diǎn)就有一個電感分量的電流流過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消(兩

電流相位相差180。),可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，熄滅電弧，因此稱為消弧線圈。

當(dāng)全系統(tǒng)電容電流超過下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈：3—6KV電網(wǎng)30A,10KV電網(wǎng)20A,

22—66KV電網(wǎng)10A。

m2.50消弧線網(wǎng)接地電網(wǎng)中單相接地時(shí)的電流分布

(?)用三相系境表dr<b>不序?qū)懶ЬW(wǎng)絡(luò)

消弧線圈電流補(bǔ)償由于在完全補(bǔ)償時(shí)會產(chǎn)生LC串聯(lián)諧振，欠補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)有線路切除時(shí),

又會形成完全補(bǔ)償，因此均不能采用，而應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。過補(bǔ)償度P=(II-lex)/lex,

范圍為5%?10%。

在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，只要本級電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地故障，則在同一電壓等

級所有發(fā)電廠和變電所的母線上，都將出現(xiàn)數(shù)值較高的零序電壓。利用這一特點(diǎn)，可在母線

上裝設(shè)監(jiān)視裝置，通過取自接于電壓互感器二次側(cè)開口三角形的繞組的零序電壓，形成零序

電壓保護(hù)。零序電壓保護(hù)是沒有選擇性的，需要依次分合每一條線路來找出故障線路。

3.電網(wǎng)距離保護(hù)

3.1距離保護(hù)的基本原理成構(gòu)成

測量阻抗(定義式)=IZ,?IZ<t>.(極坐標(biāo))=R.+jX.(直角坐標(biāo)),一、

為保護(hù)安裝處測量電壓與測量電流，忸為測量阻抗的阻抗角，R.為測量阻抗的實(shí)部，即測

量電阻，X.為測量阻抗的虛部，即測量電抗。

正常運(yùn)行時(shí)，3為負(fù)荷阻抗，以電阻性為主，阻抗角3為功率因數(shù)角(cos>0.9,

則3W25.8°)，發(fā)生短路時(shí)，阻抗角較大，阻抗性質(zhì)以電感性為主。

對某相：U=l+(I+kX3nz心，加為故障點(diǎn)k處的電壓，晨為至故障點(diǎn)的距離，U>I

為保護(hù)安裝處的相電壓、電流，保護(hù)裝置可取U,“=U,L-I+kX3l?,k為零序電流補(bǔ)償系數(shù)

=(Z?-Z1)/3ZuZ?Z。分別為單位長度的正序、零序阻抗。

3.2阻抗繼電器及其動作特性

實(shí)際情況下，由于互感器誤差，故障點(diǎn)過渡電阻等因數(shù)，繼電器實(shí)際測量到的Z,.一般

并不能嚴(yán)格地落在與Z的相同的直線上，而是落在該直線附近的一個區(qū)域中，在阻抗復(fù)平面

上為一個包括Z,,“對應(yīng)線段在內(nèi)，但在Zs“方向上不超過Zs,,的區(qū)域。

阻抗繼電器在阻抗復(fù)平面動作區(qū)域的形狀，稱為動作特性。動作特性既可以用阻抗復(fù)平

面上的幾何圖形來描述，也可以用復(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)方程來描述，這種方程稱為動作方程。

阻抗保護(hù)元件最大靈敏角6sen為正方向整定阻抗的阻抗角，此方向上動作阻抗值

最大，保護(hù)范圍最大。即當(dāng)測量阻抗Z.阻抗角在靈敏角時(shí)，阻抗繼電器工作最靈敏。為使

阻抗元件工作在最大靈敏角條件下，常將阻抗元件的最大靈敏角整定為線路阻抗角。

偏移圓特性的阻抗繼電器在反向故障時(shí)有動作區(qū)，通常用在距離保護(hù)的后備段（如第1H

段中）。方向圓特性的阻抗元件通常用在距離保護(hù)的主保護(hù)段（I段和n段）中。

與圓特性阻抗元件相比，蘋果形特性的阻抗元件在R方向上的動作區(qū)較大，測量阻抗中

含有較大電阻性成分時(shí)也可能進(jìn)入其動作區(qū)，所以區(qū)內(nèi)經(jīng)較大過渡電阻短路時(shí)也能夠動作，

有較高的耐受過渡電阻的能力。但當(dāng)負(fù)荷阻抗中的電阻較小時(shí)，可能進(jìn)入動作區(qū)，因而它耐

受過負(fù)荷的能力比較差。而橄欖形特性的阻抗元件與蘋果形特性阻抗元件正好相反，耐受過

負(fù)荷能力較強(qiáng)，但耐過渡電阻能力較差。

3.3阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法

阻抗繼電器一般根據(jù)已經(jīng)導(dǎo)出的

絕對值比較動作方程和相位比較動作

方程來實(shí)現(xiàn)，也可以按照距離保護(hù)原理

的要求由其他的方法來實(shí)現(xiàn)。

絕對值比較阻抗繼電器的動作方

程式為a|w|z/,相位比較原理的阻絕

抗元件動作條件的一般表達(dá)式為一90°對

值

WargZc/ZW90°。當(dāng)%和ZD之間滿比

足所在關(guān)系式時(shí)，備和Z.之間必然滿足較

網(wǎng)

所在關(guān)系式；反之亦反。路

絕對值比較式的阻抗元件，既可以

用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn)，也可以用電壓

比較的方式實(shí)現(xiàn)，即在阻抗比較的方程

式兩端同乘以測量電流I0得電壓比較

的方程式。

距離保護(hù)中的工作電壓又稱為補(bǔ)

償電壓，通常用。表示，定義為保護(hù)安

裝處測量電壓L與測量電流1“的線性組

合，即Zset一整定阻抗，

相

即從母線M到整定點(diǎn)z的線路阻抗。工、位

%，即分別為母線M處和整定點(diǎn)z點(diǎn)的殘比

余電壓。以工作為參考相量，根據(jù)不同較

固

故障情況下對5相位的“差異”，就B

可以“區(qū)分”出故障點(diǎn)所在區(qū)段，即必，

與L相位相反時(shí)，判斷為區(qū)內(nèi)故障，即。

0P與&相位相同時(shí)，判斷為區(qū)外故障。

電壓工的作用就是作為判斷品，相位的參

考，所以又稱為參考電壓或極化電壓，圖3.19相位比較的電壓形成

參考電壓或極化電壓除可以選測量電壓工外，還可以選用正序電壓或記憶電壓。

線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地相電壓為0,非接地相故障前后電壓基本相等，正序電流等

負(fù)序電流等于零序電流，接地相電流等于零序電流的3倍。

線路相間短路時(shí)，短路點(diǎn)相間電壓為0,保護(hù)安裝處短路相間電壓為UAB=（IA-IB）Z?.?

發(fā)生接地、短路故障前后，接地故障相或短路兩相相間的正序電壓的相位與該正序電壓

故障前相位相同，而幅值大小在單相接地故障時(shí)為故障前的2/3,在兩相接地短路時(shí)為故障

前的1/3（包括故障相電壓和故障相間電壓），在兩相短路時(shí)為故障前的1/2（包括故障相電

壓和故障相間電壓）。

3.4距離保護(hù)整定計(jì)算與對距離保護(hù)的評價(jià)

當(dāng)距離保護(hù)用于雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)時(shí)，一般要求I、II段采用具有方向性的測量元件,

第in段為后備段，包括對本線路I、II段保護(hù)的近后備、相鄰下一級線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備和反

向母線保護(hù)的后備，所以通常采用帶有偏移特性的測量元件，用較大的延時(shí)保證其選擇性。

距離I段為無延時(shí)的速動段，按躲過

本線路末端短路時(shí)的測量阻抗來整定。

=K；iLzi,L為被保護(hù)線路的長度，zi為被

保護(hù)線路單位長度的正序阻抗，Q/km,K'

r”為可靠系數(shù)，取0.8?0.85。

距離H段整定應(yīng)考慮助增分支電路和

外汲分支電路對測量阻抗的影響，Z,n=K

1

幻（Z?+Kb..i?ZM）,1,為本線路的正序阻

抗，K―為分支系數(shù)，助增分支時(shí)大于1,

外汲分支時(shí)小于1。

距離保護(hù)H段的整定阻抗，應(yīng)按兩個

原則進(jìn)行計(jì)算：1）能保護(hù)線路全長，并與

圖3.24距離保護(hù)各段動作區(qū)域示意圖

相鄰線路距離保護(hù)I段配合，其動作范圍

不應(yīng)該超過下級保護(hù)I段的動作范圍，并較之延時(shí)大一個時(shí)間級差A(yù)t；2）與相鄰變壓器的

快速保護(hù)（一般是變壓器差動保護(hù)）相配合，不應(yīng)超出該保護(hù)動作范圍。

當(dāng)被保護(hù)線路末端母線上的出線或變壓器采用電流速斷保護(hù)時(shí)，為了整定計(jì)算以形成保

護(hù)配合，應(yīng)將電流保護(hù)的動作范圍換算成阻抗。

距離保護(hù)的阻抗測量原理，除可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)外，還可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變

壓器保護(hù)中，作為后備保護(hù)。

3.5距離保護(hù)的振蕩閉鎖

并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)

振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動勢間的相角差（即功角）8可能在0°?360°

范圍內(nèi)作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護(hù)

的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性的變化。

電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴(yán)重的不正常運(yùn)行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠

通過自動裝置的調(diào)節(jié)自行恢復(fù)同步。因此為防止誤動，需進(jìn)行振蕩閉鎖。振蕩閉鎖一般用在

較高電壓等級電力系統(tǒng)的距離保護(hù)中。

1

圖3.31系統(tǒng)振蕩時(shí)的電流和電壓

（?）相?圖,（b）電濠有效值變化曲線，（c）電壓有效值變化曲蝮

電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電壓最低的這一點(diǎn)稱為振蕩中心，在系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等的情

況下，振蕩中心的位置就位于阻抗中心1/2Z工處。當(dāng)兩側(cè)等效電動勢間的夾角（即功角）6

為0°時(shí)，兩側(cè)電動勢相量麻、品與振蕩中心的電壓相量Uos相同，當(dāng)6=180。時(shí)，Uos-Oo

電力系統(tǒng)振蕩與短路時(shí)電氣量的差異：（1）振蕩時(shí)三相完全對稱，沒有負(fù)序分量和零序

分量出現(xiàn)；而當(dāng)短路時(shí)總要長時(shí)（不對稱短路過程中）或瞬時(shí)（在三相短路開始時(shí)）出現(xiàn)負(fù)

序分量或零序分量，三相對稱短路時(shí)，一般由不對稱短路發(fā)展而來，短時(shí)也會有負(fù)序、零序

分量輸出。（2）振蕩時(shí)，電氣量呈周期性的變化，其變化速度（dU/dt、dl/dt、dZ/dt

等）與系統(tǒng)功角的變化速度一致，比較慢，當(dāng)兩側(cè)功角擺開至180°時(shí)相當(dāng)于在振蕩中心發(fā)

生三相短路；而電氣量從短路前到短路后其值會突然變化，速度很快，而短路后短路電流、

各點(diǎn)的殘余電壓和測量阻抗在不計(jì)衰減時(shí)是不變的。（3）振蕩時(shí)，若阻抗測量元件誤動作，

則在一個振蕩周期內(nèi)動作和返回各一次；而短路時(shí)，阻抗測量元件如果動作（區(qū)內(nèi)短路），

則一直動作，直至故障切除，如果不動作（區(qū)外短路），則一直不動作。

距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施：1.利用電流的負(fù)序、零序分量或突變量實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖；2.

利用測量阻抗變化率不同構(gòu)成振蕩閉鎖；3.利用動作的延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖，即讓距離保護(hù)IH

段動作的延時(shí)大于系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗落入其動作區(qū)的時(shí)間。

反映電流突變量的故障判斷元件是根據(jù)在系統(tǒng)正常運(yùn)行或振蕩時(shí)電流變化比較慢，而在

系統(tǒng)故障時(shí)，電流會出現(xiàn)突變這一特點(diǎn)來進(jìn)行故障判斷的。

電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，測量阻抗Z“由負(fù)荷阻抗Zi突變?yōu)槎搪纷杩棺?；在系統(tǒng)振蕩

時(shí)，測量阻抗由負(fù)荷阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處到振蕩中心點(diǎn)的線路阻抗，這樣，根據(jù)測量阻

抗的變化速度不同就可以構(gòu)成振蕩閉鎖。即在一個限定的At時(shí)間內(nèi)，阻抗值能由預(yù)設(shè)的一

個較大值KZ1變?yōu)橐粋€較小值KZ2,則保護(hù)才開放。

距離保護(hù)啟動元件用來完成系統(tǒng)是否發(fā)生短路的判斷，它僅需要判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了短

路，而不需要判斷短路的遠(yuǎn)近及方向。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，啟動元件即動作，在固定輸

出時(shí)間內(nèi)若阻抗判別元件動作，則允許距離保護(hù)動作。整組復(fù)歸元件在故障或振蕩消失后再

經(jīng)過一個延時(shí)動作，將觸發(fā)器復(fù)歸。

距離保護(hù)中故障判斷的啟動元件主要有反映電壓、電流中負(fù)序分量或零序分量的判斷元

件和反映電流突變量的判斷元件兩種。

3.6故障類型判別和故障選相

目前數(shù)字式保護(hù)常用相電流差（即兩相電流的相量差）的突變量進(jìn)行選相。

根據(jù)測量電流是否含有零序分量判定是接地還是不接地短路。如果是接地短路，在三個

相電流差突變量中如有兩個值遠(yuǎn)大于另一個值則判斷出是某單相接地短路，如為一個值大于

另外兩個值，則為兩相接地短路，該值對應(yīng)的兩相就是故障相。兩相非接地短路根據(jù)兩相電

流突變量遠(yuǎn)大于第三相電流突變量值判定。

根據(jù)測量電流中是否含有負(fù)序分量，可確定故障是兩相短路還是三相短路，在判為兩相

故障的情況下，求三個相電流差突變量的最大值，與之對應(yīng)的兩相就是故障相。

3.7距離保護(hù)特殊問題的分析

短路點(diǎn)的過渡電阻&是指當(dāng)接地短路或相間短路時(shí)，短路點(diǎn)電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地

流回中性點(diǎn)或由一相流到另一相的路徑中所通過物質(zhì)的電阻，包括電弧電阻，中間物質(zhì)的電

阻，相導(dǎo)線與大地之間的接觸電阻，金屬桿塔的接地電阻等。

相間故障時(shí)，過渡電阻主要由電弧電阻組成。電弧電阻大小與電弧弧道的長度成正比，

而成電弧電流的大小成反比。相間故障的電弧電阻一般在數(shù)歐至十幾歐之間。

導(dǎo)線接地短路時(shí)，對于500KV的線路，最大過渡電阻可達(dá)300Q,而對220KV線路，最

大過渡電阻約為100Q。

距離保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過渡電阻影響越大；同時(shí)，保護(hù)裝置的整定阻抗越小

（相當(dāng)于被保護(hù)線路越短），受過渡電阻的影響越大。

單側(cè)電源線路上在沒有助增和外汲分支時(shí)，過渡電阻中的短路電流與保護(hù)安裝處的電流

為同一個電流。過渡電阻的存在總是使繼電器的測量阻抗值增大，阻抗角變小，保護(hù)范圍縮

短，會出現(xiàn)保護(hù)拒動或越級跳閘。

雙側(cè)電源線路上，保護(hù)安裝處的總測量阻抗可能會因過渡電阻的影響而減小，嚴(yán)重情況

下，可能使測量阻抗落入其距離保護(hù)I段范圍內(nèi)，造成誤動，這種因過渡電阻的存在而導(dǎo)致

保護(hù)測量阻抗變小，進(jìn)一步引起保護(hù)誤動作的現(xiàn)象稱為距離保護(hù)的穩(wěn)態(tài)超越。也可能造成測

量阻抗的增大，使n段保護(hù)拒動。

接地故障時(shí)，過渡電阻遠(yuǎn)大于相間故障的過渡電阻，所以過渡電阻對接地距離元件的影

響要大于對相間距離元件的影響。

在整定值相同的情況下，動作特性在+R軸方向所占的面積越小，受過渡電阻R,的影響

就越大。反之，耐受過渡電阻的能力越強(qiáng)。因此偏移圓阻抗動作特性比方向圓耐受過渡電阻

的能力強(qiáng)。

四邊形特性測量元件的上邊適當(dāng)?shù)南蛳聝A斜一個角度，可以有效地避免穩(wěn)態(tài)超越問題。

在遠(yuǎn)距離的高壓或超高壓輸電系統(tǒng)中，為了增大線路的傳輸能力和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，

可以采用線路串聯(lián)補(bǔ)償電容的方法來減小系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗。

系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路后，負(fù)序電源在故障點(diǎn)處，負(fù)序電流由故障點(diǎn)經(jīng)線路等流向系統(tǒng)中

性點(diǎn)。

3.8工頻故障分量距離保護(hù)

系統(tǒng)故障時(shí)，相當(dāng)于系統(tǒng)故障分量狀態(tài)突然接入，電壓、電流的故障分量，就相當(dāng)于無

源系統(tǒng)對于故障點(diǎn)處突然加上的附加電壓源的響應(yīng)。

在任何運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)安裝處測量到的全電壓及、全電流im

可以看作是故障前狀態(tài)下電壓/“、電流i：°J與故障分量電壓Au、電流Ai的疊加。即U.

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