线路保护培训材料

1、继电保护专业实现对继电保护系统的运行维护，是保障电力系统安全稳定运行的主要防线之一，继电保护系统的任务是通过电流互感器、电压互感器及相应的状态量采集装置（开关量输入等），对一次系统的运行状态（正常运行、系统故障、设备异常、系统振荡等）进行正确的分析与反应，并根据实现制定的控制策略（定值、元件特性）进行相应的处理（信号、调节、跳闸等）。要了解继电保护系统运行特性，重点就要完成上述内容中各环节的分析与理解，并且正确把握运行维护方法。今天的主要内容是线路保护的讲座，主要内容有两个部分，一是线路保护的基本工作原理，主要针对RCS-931AM、CSC-103B、RCS-901A、CSL-101B装置相关

2、的原理进行简要的阐述，在原理讲解过程中完成设备的缺陷处理及事故分析等内容；二是系统故障分析与故障录波图的分析，丰富大家通过故障录波分析保护动作行为的能力，希望大家在课后认真自学，提高大家判断故障的能力，对录波图正确阅读的基础是大家对向量分析方法的熟悉，这是继电保护专业人员有效开展工作的重要工具。在此之前，对必要的知识储备进行简单的回顾。一、向量分析方法不同电器元件电流与电压的相位关系，正是由于这一特性在电力系统的分析中的综合电流、电压向量分析才变得异常复杂。（1）向量的超前与滞后本讲座中，提及A向量超前B向量，指以B向量为参考，A向量逆时针旋转相应的角度；A向量滞后B向量，指以B向量为参考，A

3、向量顺时针旋转相应的角度；（2）电阻性元件电阻元件的电流与其两端电压同相位，从波形上来讲电流与电压具有相同的变化方向，仅在幅值上有所差异。在向量图中分析，电流向量与电压向量方向相同，仅有幅值的差异。（3）电感性元件电感元件的电流滞后其两端电压90°，从波形上来讲以电压从负到正的过零点为参考向后看，电流从负到正的过零点滞后电压90°（/2）。在向量图中分析，以电压向量为参考，电流向量顺时针旋转90°。（4）电容性元件电容元件的电流超前其两端电压90°，从波形上来讲以电压从负到正的过零点为参考向后看，电流从负到正的过零点滞后电压270°（3/2）。

4、在向量图中分析，以电压向量为参考，电流向量逆时针旋转90°（顺时针旋转270°）。（5）电阻电感性元件以电压为参考向量，电流滞后电压的角度在0°-90°之间；夹角大小取决于电阻分量与电感分量的比值；（6）电阻电容性元件以电压为参考向量，电流超前电压的角度在090°之间；夹角大小取决与电阻分量与电容分量的比值；（7）电容与电感串联根据容性分量与感性分量的大小不同，综合电抗呈现容性或感性；在这种配合中，系统中最为典型的应用是串联谐振和并联谐振（串联谐振的特征、并联谐振的特征）比如专用闭锁式通道中的阻波器是并联谐振的应用、耦合电容器与结合滤波器是串联

5、谐振的典型应用，另外在抗干扰技术中谐振的应用也非常广泛，用于短路或阻断需要消除的信号。另外需要指出的是，在系统中谐振的发生也是有很大危害的，如小接地电流系统中有消弧线圈接地补偿电容电流时，发生全补偿就是并联谐振，会产生很高的谐振过电压；还有铁磁谐振过电压易造成电压互感器的爆炸。二、故障分析继电保护的任务就是反应系统的不正常工作状态并进行相应的处理，所以在分析继电保护动作状况时必须要正确分析系统中故障发生时产生的电气特性。所以在了解向量的基础上需要进行故障分析的简单回顾。（1）学习典型故障分析的目的：继电保护按采集量划分，大致分为两类：一类是电量保护，如电流保护、电压保护、距离保护、纵联保护等；

6、另一类是非电量保护，如非全相保护、变压器瓦斯保护等。对于电量保护直接反映一次电气量的变化，并最终作用于一次设备，以实现对电力系统一次设备的控制与保护。所以说必须掌握典型故障的分析方法以及各种故障情况下电气量的变化规律；这对我们今后工作中分析故障、分析继电保护动作行为（是正确动作、拒动还是误动）都是非常重要的。（2）电力系统典型故障的类型：1） 单相接地短路故障 用K（1）表示2） 两相短路故障 用K（2）表示3） 三相短路故障 用K（3）表示4） 两相接地短路故障 用K（1.1）表示5） 单相断线故障（两相运行） 用F（1.1）表示6） 两相断线故障（单相运行） 用F（1）表示其中短路故障称之

7、为横向故障，断线故障称之为纵向故障。（3）电力系统典型故障分析的一般方法：1） 选取特殊相进行分析。也就是说选取三相中与其他两相特征不一样的相别进行分析。例如：A相接地短路故障，A相有故障电流，B、C两相没有，则A相为特殊相，所以用A相进行分析；AB两相短路故障及AB两相接地短路故障，A、B两相有故障电流，C相没有，则C相为特殊相，所以用C相进行分析；A相断线故障，A相有没电流，B、C两相有负荷，则A相为特殊相，所以用A相进行分析；AB两相断线故障，A、B两相没有电流，C相有负荷电流，则C相为特殊相，所以用C相进行分析。其他相别同理。2） 由故障特征确定故障边界条件，其实边界条件就是等式或者为

8、零的量，找边界条件就是根据故障的类型判断相等的电量和为零的电量。例如：A相接地短路故障，A相有故障电流，A 相电压为零，B、C两相没有故障电流，则边界条件为：IKB=IKC=0；UKA=0。3） 由故障边界条件，通过对称分量法求取特殊相各序分量。首先介绍一下对称分量法的基本公式：如下图所示：当系统发生不对称故障时，通过对称分量都可以将不对称的故障量转换为三个对称分量的叠加。这样做的目的是便于我们分析、计算，将不对称量的分析转换成对称系统的分析，这样可以用一相进行分析后通过移向因子进行旋转后得到三相的分量。其互换公式如下：FA1=1/3(FA+aFB+a2FC)FA2=1/3(FA+a2FB+a

9、FC)FA0=1/3(FA+FB+FC)FA=FA1+FA2+FA0FB=FB1+FB2+FB0=a2FA1+aFA2+FA0)FC=FC1+FC2+FC0=aFA1+a2FA2+FA0)式中 a表示逆时针旋转120o也即向超前方向旋转120o, a2表示逆时针旋转240o也即向超前方向旋转240o这六个公式在我们的短路故障分析中经常用到的，首先需要通过它将全电压、全电流分解成三个对称的相序分量进行分析、计算；然后需要通过它将计算结果还原为全电压、全电流。因此必须熟练掌握。下面以A相接地短路故障为例，介绍序分量的求取方法边界条件为：IKB=IKC=0；UKA=0。则：IKA1=1/3（IKA+

10、aIKB+a2IKC）IKA2=1/3（IKA+a2IKB+aIKC）IKAo=1/3（IKA+IKB+IKC）又因IKB=IKC=0所以IKA1=IKA2=IKAo=1/3IKAUKA= UKA1+UKA2+UKAo=04） 由各序分量关系，绘制特殊相序网图。首先介绍一下序网图的绘制方法：A在序网图中，只有正序网络图包含电源电势，负、零序网络图中没有电源电势。这是因为系统正常运行时只有正序分量，当发生不对称故障时才产生负、零序电压电流，也就是说负、零序电压电流是由故障点产生的。B 在序网图中，正、负序阻抗画到短路点结束，负荷侧阻抗不画；这是因为正、负序的短路通路由短路点到电源构成闭合回路；而

11、零序阻抗要画到变压器接地点结束，这是因为零序的短路通路由短路接地点到变压器接地点构成闭合回路；变压器三角侧以后零序阻抗不画，因为三角形接线方式将零序分量滤去了使它不能往下级传变，FA- FB =（FA1+FA2+FA0 ）-（FB1+FB2+FB0）= （FA1+FA2 ）-（FB1+FB2）；变压器星型侧中性点不接地，其以后零序阻抗不画，因为星型侧中性点不接地对零序来说相当于无群大阻抗。（如下图示）以A相接地短路故障为例，介绍序分量的求取方法由第三步各序分量关系可看出，A相各序电流相等，各序电压相加为零；由于各序分量由故障量中分解所得，所以网络最终要合成一个闭和回路，通过上述条件可得只有各序

12、网络头尾串联可实现。如下图示：5） 由序网图计算短路点各序分量向量值及保护安装处各序分量向量值。例如A相接地短路故障，短路点各序分量计算：IKA1= IKA2=IKAo=E/（X1+ X2+X0）UKA1= IKA1*（X2+X0）UKA2=IKA2* X2=IKA1* X2UKA0=IKA0* X0=IKA1* X2保护安装处各序分量计算：对于单端电源网络保护安装处各序分量电流与故障点各序分量电流相等IKA1M= IKA1IKA2 M = IKA2IKAo M = IKA0对于双端电源网络保护安装处各序分量电流等于故障点各序分量电流乘以M、N两侧的阻抗分配系数IKA1M = IKA1* X1

13、N /（X1M +X1N）IKA2M = IKA2* X2N /（X2M +X2N）IKAoM = IKA0* X0N /（X0M +X0N）IKA1N = IKA1-IKA1MIKA2N = IKA2-IKA2MIKAoN = IKA0-IKA0M保护安装处各序分量电压等于故障点各序分量电压加上各序保护安装处至故障点的电压降（请注意，保护安装处各序电压等于故障点各序电压加上各序电流在相应序阻抗上的压降这是成立的，但保护安装处的电压并不等于故障点的电压加上电流在线路上的压降，见后续分析）。UKA1M = UKA1+ IKA1M *X LM1UKA2M = UKA2+IKA1M *X LM 2U

14、KA0M = UKA0+IKA0M *X LM 0UKA1N = UKA1+ IKA1N *X LN1UKA2N = UKA2+IKA1N *X LN 2UKA0N = UKA2+IKA0N *X LN 06）由各序分量，通过对称分量法计算各相故障点故障电流、故障电压及保护安装处故障电流、故障电压。采用对称分量法分析可以可出结论：短路点正序电压最低，越往电源端走正序电压越高，电源点正序电压最高等于电源电势。短路点负序电压最高，越往电源端走负序电压越低，电源点负序电压最低等于零。短路点零序电压最高，越往主变接地点走零序电压越低，主变接地点零序电压最低等于零。具体的分析方法是：在通过序网图分析可以

15、看出，负序分量电流与零序分量电流与正序电流的方向是相反的，从宏观的角度来讲，电流的流向总是从高电位点流向低电位点的，故而直观的判断必然是故障点的零序电压、负序电压最高。从复合序网图也可以看出，负序和零序分量仅在故障点存在。7）通过计算结果绘制向量图以供分析。单相接地短路K（1）故障分析单相接地短路故障在上面介绍分析方法时已详细介绍，在此不在重复，现在着重介绍一下单相接地短路故障的特点：1、出现负、零序分量；2、序网构成中正、负、零序分量串联，也即在正序的基础上串入了X2+X0阻抗；3、接地故障必然产生零序分量；4、不对称故障必然产生负序分量；5、短路点非故障相电流为零，对于单电源网络保护安装处

16、非故障相电流也为零，对于双电源网络当各序分量阻抗分配系数X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）=X0N/（X0M+X0N）时保护安装处非故障相电流为零；不等时不为零。（此处所说的是故障分量，不包括故障前的负荷电流）6、故障相电压超前故障相电流一个线路阻抗角。7、负、零序电流超前负、零序电压（180度减一个线路阻抗角）约105度。两相短路K（2）故障分析以AB两相短路进行分析：1、 特殊相为C相2、 短路故障边界条件： IKC=0；IKA= -IKB；UKA=UKB。3、 各序分量：IKC1=1/3（aIKA+a2IKB+IKC）=1/3IKAej90IKC2=1/3（a2IKA

17、+aIKB+IKC）=1/3IKAej-90IKC0=1/3（IKA+IKB+IKC）=0所以IKC1= -IKC2UKC1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=1/3（UKC+3UKAej180）UKC2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=1/3（UKC+3UKAej180）UKC0=1/3（UKA+UKB+UKC）=1/3（UKC+2UKA）所以UKC1=UKC24、 绘制序网图：由上步计算结果可看出，零序分量电流等于零，也即没有零序分量；正、负序电压相等、方向相同，即正、负序网络只能是同相并联；正、负序电流大小相等、方向相反，且全电流为零，即同一节点电流为零符合同相并联要求。

18、（如下图示）5、 计算各序分量向量值：IKC1= -IKC2=E/（X1+X2）UKC1=UKC2= -IKC2* X26、 计算故障点各相全电压、全电流IKC=0IKB= aIKC1+a2IKC2+IKC0=3IKC1ej90IKA= a2IKC1+aIKC2+IKC0=3IKC1ej-90UKC=2UKC1UKB= aUKC1+a2UKC2+UKC0=UKC1ej180UKA= a2UKC1+aUKC2+UKC0=UKC1ej180以单端系统为例计算保护安装处各相全电压、全电流通过前面的分析大家已经知道：单端系统保护安装处电流等于故障点电流；双端系统保护安装处各序电流等于故障点各序电流乘各

19、序阻抗分配系数；保护安装处电压等于故障点处电压加上线路压降。IKCM =0IKBM=3IKC1ej90IKAM=3IKC1ej-90UKCM=2UKC1+IKC1*X LM1+ IKC2*X LM2=2UKC1+IKC1（X LM1-X LM2） 因线路X1=X2=2UKC1UKBM=UKC1ej180+aIKC1*X LM1+ a2IKC2*X LM2 因线路X1=X2= UKC1ej180+3IKC1ej90*X LM1UKAM=UKC1ej180+a2IKC1*X LM1+ aIKC2*X LM2 因线路X1=X2= UKC1ej180+3IKC1ej-90* X LM1保护安装处AB故

20、障相间故障电流、电压IKABM= IKAM -IKBM=3IKC1ej-90 -3IKC1ej90=23IKC1ej-90=2IKAMUKABM=UKAM -UKBM= UKC1ej180+3IKC1ej-90*X1M -UKC1ej180-3IKC1ej90*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1-3IKC1ej90*X LM1=23IKC1ej-90*X1M=2IKAM*X1M通过上述计算可看出故障相间电压超前故障相间电流一个线路阻抗角。7、绘制向量图以供分析。两相短路故障的特点：1、出现负序分量；没有零序分量。2、序网构成中正、负序分量同相并联，也即在正序的基础上串入了X2阻抗；

21、3、不对称故障必然产生负序分量；4、短路点非故障相电流为零，对于单电源网络保护安装处非故障相电流也为零，对于双电源网络当各序分量阻抗分配系数X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）时保护安装处非故障相电流为零；不等时不为零。（此处所说的是故障分量，不包括故障前的负荷电流）通常认为正、负序阻抗相等X1=X2，所以对于两相短路故障来说可以认为保护安装处非故障相电流为零。5、故障相间电压超前故障相间电流一个线路阻抗角。两相接地短路K（1.1）故障分析以AB两相接地短路进行分析：1、 特殊相为C相2、 短路故障边界条件： IKC=0； UKA=UKB=0。3、 各序分量：IKC1=1/3

22、（aIKA+a2IKB+IKC）=1/3（aIKA+a2IKB）IKC2=1/3（a2IKA+aIKB+IKC）=1/3（a2IKA+aIKB）IKC0=1/3（IKA+IKB+IKC）=1/3（IKA+IKB）IKC=IKC1+IKC2+IKC0=0UKC1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=1/3UKCUKC2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=1/3UKCUKC0=1/3（UKA+UKB+UKC）=1/3UKC所以UKC1=UKC2=UKC04、 绘制序网图：由上步计算结果可看出，正、负、零序电压相等、方向相同，即正、负、零序网络只能是同相并联；又因全电流为零，即同一节点电

23、流为零符合同相并联要求。（如下图示）5、 计算各序分量向量值：IKC1=E/（X1+X2X0）IKC2= -IKC1* X0/（X2+X0）IKC0= -IKC1* X2/（X2+X0）UKC1=E-IKC1* X1UKC2= -IKC2* X2UKC0= -IKC0* X0UKC1=UKC2=UKC06、 计算故障点各相全电压、全电流IKC=0IKB= aIKC1+a2IKC2+IKC0= aIKC1- a2IKC1* X0/（X2+X0）-IKC1* X2/（X2+X0）IKA= a2IKC1+aIKC2+IKC0= a2IKC1- aIKC1* X0/（X2+X0）-IKC1* X2/（

24、X2+X0）UKC=3UKC1UKB= aUKC1+a2UKC2+UKC0=0UKA= a2UKC1+aUKC2+UKC0=0以单端系统为例计算保护安装处各相全电压、全电流单端系统保护安装处电流等于故障点电流；双端系统保护安装处各序电流等于故障点各序电流乘各序阻抗分配系数；保护安装处电压等于故障点处电压加上线路压降。IKCM=IKCIKBM=IKBIKAM=IKA了;.UKCM=3UKC1+IKC1*X LM1+ IKC2*X LM2+ IKC0*X LM0UKBM=aIKC1*X LM1+ a2IKC2*X LM2+ IKC0*X LM0UKAM=a2IKC1*X LM1+ aIKC2*X

25、LM2+ IKC0*X LM0保护安装处AB故障相间故障电流、电压IKABM= IKAM -IKBM=3IKC1ej-90+3IKC1ej-90* X0/（X2+X0）=1+ X0/（X2+X0）3IKC1ej-90UKABM=UKAM -UKBM=3IKC1ej-90* X LM1+3IKC2ej90*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1-3IKC1ej90* X0/（X2+X0）*X LM1=3IKC1ej-90* X LM1+3IKC1ej-90* X0/（X2+X0）*X LM1=1+ X0/（X2+X0）3IKC1ej-90*X1M通过上述计算可看出故障相间电压超前故障相间

26、电流一个线路阻抗角。7、绘制向量图以供分析。两相接地短路故障的特点：1、出现负、零序分量；2、序网构成中正、负、零序分量同相并联，也即在正序的基础上串入了 X2X0阻抗；3、接地故障必然产生零序分量；4、不对称故障必然产生负序分量；5、短路点非故障相电流为零，对于单电源网络保护安装处非故障相电流也为零，对于双电源网络当各序分量阻抗分配系数X1N/（X1M+X1N）=X2N/（X2M+X2N）=X0N/（X0M+X0N）时保护安装处非故障相电流为零；不等时不为零。（此处所说的是故障分量，不包括故障前的负荷电流）6、故障相间电压超前故障相间电流一个线路阻抗角。7、负、零序电流超前负、零序电压（18

27、0度减一个线路阻抗角）约105度。三相短路K（3）故障分析1、 以A相为特殊相2、 短路点路故障边界条件： UKA=UKB=UKC=0。|IKA|=|IKB|=IKC|3、各序分量：UKA1=1/3（aUKA+ a2UKB+UKC）=0UKA2=1/3（a2UKA+aUKB+UKC）=0UKA0=1/3（UKA+UKB+UKC）=0我们曾讨论过负、零序电压在短路点最高，而从上式看短路点负、零序分量电压均为零，也就是说负、零序网络中无任何电源，所以，三相短路只有正序分量。可得：IKA1=1/3（IKA+aIKB+a2IKC）=IKAIKA2=1/3（IKA+ a2IKB+aIKC）=0IKA0=

28、1/3（IKA+IKB+IKC）=04、 绘制序网图：由上步计算结果可看出，三相短路只有正序分量。（如下图示）5、 计算各序分量向量值：IKA1=E/X1IKA2=IKA0=0UKA1=UKA2=UKA0=06、 计算故障点各相全电压、全电流IKA=IKA1= E/X1IKB= a2E/X1IKC= aE/X1UKA=UKB=UKC=0以单端系统为例计算保护安装处各相全电压、全电流单端系统保护安装处电流等于故障点电流；双端系统发生三相短路，保护安装处电流等于故障点电流乘正序阻抗分配系数；保护安装处电压等于故障点处电压加上线路压降。IKAM = E/X1IKBM= a2E/X1IKCM= aE/

29、X1UKAM=IKA1*X LM1= E* X LM1/X1UKBM= IKB1*X LM1= a2E* X LM1/X1UKCM= IKC1*X LM1= aE* X LM1/X1通过上述计算可看出故障相电压超前故障相电流一个线路阻抗角。7、绘制向量图以供分析。三相短路故障的特点：1、只有正序分量；没有负、零序分量。2、序网构成中同样只有正序分量，也可以说在正序的基础上串入了阻抗零；3、故障相电压超前故障相电流一个线路阻抗角。小结因为两相断线故障（单相运行）分析方法同单相接地短路故障分析方法相同；单相断线故障（两相运行）分析方法同两相接地短路故障分析方法相同，在此就不作分析；第一章 继电保护

30、原理在电力系统中，继电保护的任务之一就是当一次系统设备故障时，由保护向距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使之从系统中脱离，以保证系统其他部分的安全稳定运行，并最大限度的减少对电力设备的损坏。因此保护应能区分正常运行与短路故障；应能区分短路点的远近。下面着重介绍如下几种保护原理（各装置采用相关的元件，原理是一样的）。第一节 保护装置启动元件（1） 启动元件主体以反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流过流继电器互相补充。变化量启动元件主要用于开放快速动作的变化量保护（工频变化量方向、工频变化量零序方向元件构成的纵联保护及快速动作的工频变化量阻抗继电器等，主要是保证动作的快速性

31、，零序启动元件主要是保证在经大过渡电阻接地时，变化量元件可能灵敏度降低而不能正确开放的情况，主要是保证在上述情况下启动元件开放的可靠性）。（2） 零序过流元件启动，当外界和自产零序电流均大于整定值时，零序启动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。问题分析：如下图电流回路接线方式：结论：如果零序电流不接或异常短接，则所有与零序电流相关的保护均不能动作，如零序差动、零序过流等。（3）启动元件不动作造成的保护拒动问题。 在继电保护装置中，均设置装置的总启动元件，用于开放出口继电器的正（或者负）电源，这是国内继电保护发展过程中的一个重要举措，充分防止了当保护装置单元件发生故障时，继电保护装置的误

32、动问题。但也引来了一定的问题，就是当由于整定原因，管理板的总启动元件定值整定不合理，在故障发生情况下不能正确开放出口继电器正电源，造成拒动，但这一问题是通过规范操作和提升人员技术水平进行解决的。（4）位置不对应启动元件 在南瑞和四方线路保护中，该启动元件均通过控制字进行投退，主要是作为重合闸出口的启动元件，用于本装置保护未动作，但本保护的重合闸功能投入且正常的情况。是传统中重合闸的一种启动方式的选择和投入。 （5）纵联差动或远跳启动 发生区内三相故障，若电源侧电流元件可能不动作，此时若收到对侧的差动保护允许信号，则判别差动继电器动作相关相、相间电压，若小于65%额定电压，则辅助电压启动元件动作

33、，去开放出口继电器正电源7秒； 当本侧收到对侧的远跳信号且定值中“不经本侧启动控制”置“1”时，去开放出口继电器正电源500MS。（分析弱馈方式启动元件动作的必要性，空载线路及变压器组，负荷情况下，变压器中性点接地与否的影响）第二节 保护装置选相元件根据保护动作特性分析，除分相电流差动保护能够自动实现选相外，其他需要选相跳闸的保护可能不具备选相的功能（如零序差动保护、零序过流保护等），需要装置逻辑中设置专门的选相元件，在保护发生单相故障时实现保护动作选单相跳闸。（1）电流差动选相元件分相式电流差动保护其保护原理本身具有选相功能，即原理本身就是计算线路两侧同名相电流的向量及大小关系。案例分析：由

34、于一侧保护装置接入的电流互感器A、B相接反，在线路带负荷时造成差动保护动作。（带负荷瞬间，突变量元件可以启动，同一侧A、B两相负荷电流有120度相位差，两侧计算差流很大，画图分析）。这种接线错误可以在二次接线核对及电流互感器“点极性”工作进行发现并解决，所以在现场实际工作中，如果上述两项工作已经全部结束，则不允许任何人在电流回路上进行拆接线工作！（2）相间电流突变量差选相元件电流突变量选相元件采用相间电流突变量IAB、IBC、ICA，通过对三个相间电流的大小比较，得到故障相别。如下表所示（“+”表示较大，“+”表示很大，“-”表示较小）。A相接地B相接地C相接地AB相间BC相间CA相间三相短路

35、IAB+-+IBC-+ICA+-+大小排序结果即为选相结果。选相特征特别明显。该选相元件主要是利用其选相精度高、动作速度快，快速动作保护均由该元件选相开放，尽管选相元件在进入故障稳态后选相作用消失，但由于保护逻辑中已经把正确选相的结果固定下来。（3）工作电压变化量选相元件工作电压的意义：UOP=UJ-IJ*ZSET（UJ、IJ为阻抗继电器接线方式中的电压和电流，对于接地举例继电器UJ为故障相电压，IJ为经过零序补偿的故障相电流；对于相间阻抗继电器，UJ为故障相间电压，IJ为故障相间电流），用系统电压分析图表明工作电压的意义实际是整定范围末端的电压，工作电压变化量就是整定范围末端电压的变化量，其

36、选相的优势用电压分布图进行分析，由于是电压变化量，所以不考虑正常负荷的影响，仅由故障发生瞬间在故障点叠加的与正常电压方向相反、大小相等的故障电压产生。故障模型=正常的符合状态+故障附加状态。（画图分析并推出工作电压变化量选相元件的工作原理）（4）稳态序分量选相元件（稳态的序分量加阻抗选相元件）稳态序分量选相元件主要根据零序电流和负序电流的角度关系（比较I0与I2A之间的相位关系），再加以相间故障排除法进行选相。零序和负序电流选相原理分析以A相接地与BC两相接地为例，通过向量图进行分析，这时选相元件动作情况相同，均为I0超前I2A的角度在正负60度之间；所以必须通过相间阻抗判别元件来区别是单相故

37、障还是相间故障。（5）低电压选相元件低电压选相元件主要是为了满足若电源保护选相的要求，在电流突变量选相和零负序稳态分量选相失败的情况下，且未出线TV断线时，投入低电压选相元件。低电压选相的判据为：一是任一相电压小于0.5UN，且其他两相电压都大于0.8UN，则判为第三相单相故障；二是相间电压低于0.5UN，则判为相间故障。（6）选相元件的重要作用 选相元件是实现保护选相跳闸的主要条件，但根据规程的要求选相元件一是要灵敏的反应故障相或故障相间，不应该影响保护元件的动作行为；二是要有措施当选相元件拒动或不能正确选相时可靠实现三相跳闸的措施，所以在继电保护装置功能中有“选相失败三跳”的逻辑功能。第三

38、节 距离保护系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低（解释电流保护受系统运行方式影响严重）；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。常用于线路保护。距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的，因为线路的阻抗成正比于线路长度。大家已经知道：保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降，即UKM=UK+U；其中线路压降U并不单纯是线路阻抗乘以相电流，它等于正、负、零序电流在各序阻抗上的压降之和，即U=IK1*X1+ IK2*X2+ IK0*X0 。接下来我们先以

39、A相接地短路故障将保护安装处母线电压重新推导一下。因为在发生单相接地短路时，3I0等于故障相电流IKA；同时考虑线路X1=X2 则有：UKAM=UKA+IKA1* X LM1+ IKA2* X LM2+ IKA0* X LM0=UKA+IKA1*X LM1+ IKA2*X LM1+ IKA0*X LM0+ (IKA0* X LM1IKA0* X LM1)=UKA+ X LM1(IKA1+ IKA2+ IKA0)+ IKA0（X LM0X LM1）=UKA+X LM1*IKA+ 3IKA0（X LM0X LM1）*X LM1/3X LM1=UKA+X LM1*IKA1+（X LM0X LM1）/

40、3X LM1令 K=（X LM0X LM1）/3X LM1则有 UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K)或 UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K)=UKA+X LM1(IKA+KIKA)=UKA+X LM1(IKA+K3I KA0)同理可得 UKBM=UKB+ X LM1(IKB+K3I KB0)UKCM=UKC+ X LM1(IKC+K3I KC0)这样我们就可得到母线电压计算得一般公式：UKM=UK+ X LM1(IK+K3I0)结论：（1） 输电线路的压降不一定是输电线路中该相电流乘以线路阻抗，这主要是由于在三相系统中有互感的原因；对于单相输电线路上述情况成立，即简单满足欧

41、姆定律；（2） 线路上的某相压降=(相电流+K3I0)*Z1,K3I0*Z1是三相零序电流经过互感在该相上产生的压降，在电压计算中不能将K3I0这一项漏掉，只有在三相短路或两相短路时，由于I0=0，K3I0=0.（3） 上述计算公式既适用于故障相（相间）电压的计算，也适用于非故障相（相间）电压的计算。（4） 也适用于振荡中发生短路时对母线电压计算。（5） 本公式适用非全相运行相上发生短路时对母线电压的计算。（6） 该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量K3I KC0减去了而已。一、接地阻抗继电器的测量阻抗我们希望，故障时加入阻抗继电器的电压、电流测量值

42、ZJ=UJ/IJ正好成正比于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM 对于单相接地阻抗继电器来说，如果按相电压、相电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗ZJ=UJ/IJ=Z LM(IK+K3I0)/IK 当金属性单相接地短路时UK=0= (1+K)Z LM它不能正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM那么为了使阻抗继电器测量阻抗ZJ正好等于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM我们可以在构成阻抗继电器上做文章，使ZJ=Z LM(IK+K3I0)/(IK+K3I0)=Z LM也就是说使继电器的计算用电压等于相电压、计算用电流等于IK+K3I0，常规继电器构成上可以采用IK+K3I0复合滤序器实现，

43、微机保护更简单，直接通过软件算法实现。ZJ=UJ/(IK+K3I0)的接线方式称为带零序电流补偿的接地阻抗继电器。接地阻抗保护一般采用该种接线。在这里我们提出，考虑究竟采用什么样的电压和电流接入继电器就是常说的继电保护的接线方式，在微机保护以前的保护装置，阻抗继电器的接线方式是通过回路接线完成各种电流或电压的组合，而在微机保护中所谓的接线方式就是采用什么样的电压和电流进行计算。二、相间阻抗继电器的测量阻抗在前面两相短路的分析中，我们得出：IKABM=2IKAMUKABM=2IKAM*X1M则有母线处测量阻抗ZJ=2IKAM*X1M/2IKAM=X1M因此对于相间阻抗继电器来说，如果按相间电压、

44、对应相间电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗ZJ=UJ/IJ= 2IK*Z LM/2 IK=Z LM能够正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Z LMZJ=UJ/IJ的接线方式称为相间阻抗继电器的0。接线，相间距离一般采用该种接线。三、分析几种距离继电器特性及距离保护的实现方法不论是常规保护还是微机保护为了实现对一次设备的保护，首先要按照我们的意愿确定一个固定的动作特性（相对应有一个动作方程），若计算出的测量阻抗ZJ落在动作特性内部，继电器就动作。阻抗继电器一般应包含两个量 1）补偿电压或工作电压2）极化电压或参考电压工作电压UOP=UJIJZZD通过这个等式可以看出，IJZZD实际上是保护安

45、装处至整定点的压降。那么母线电压减去保护安装处至整定点的压降实际上就是整定点的电压。即保护范围末端的电压。现在我们结合下图来看一下工作电压UOP在正向区内、正向区外及反方向故障时同测量电压UJ测量的相位关系。在正向区内K1点发生短路，ZJ<ZZD则UOP=UJIJZZD=IJ(ZZDZJ)UJ=IJZJUOP与UJ反向；在正向区外K2点发生短路，ZJ>ZZD则UOP=UJIJZZD=IJ(ZJZZD)UJ=IJZJUOP与UJ同向；在反方向K3点发生短路，ZJ>ZZD则UOP=UJIJZZD=IJ(ZJ+ZZD)UJ=IJZJUOP与UJ同向；所以可以通过比较UOP与UJ的相

46、位关系来判断区内、区外及反向故障。只要是按动作方程实现的距离保护就一定含有工作电压这一项，因为这一相反应了阻抗继电器的保护范围，所以要组成阻抗继电器就要能够正确反应测量阻抗，必须正确反应故障点至保护安装处的距离，所以该项是固定的。极化电压是与工作电压比较的参考电压，选用不同的极化电压可以获得不同的动作特性。例如：选用UJ为极化电压可构成方向阻抗继电器、选用UJ+IJZZD为极化电压可构成全阻抗继电器、选用IJRZD为极化电压可构成电抗性阻抗继电器、选用IJXZD为极化电压可构成电阻性阻抗继电器等等。（介绍常用的继电器动作特性及应用特点，并给出一种由阻抗继电器方程直接绘制阻抗继电器动作特性的方法

47、）结论：如果阻抗形式的相位比较式动作方程中，分子分母都有ZJ这一项，而且两个边界是90°和270°，那么它的以ZJ为自变量的动作特性是以某两点连线为直径的圆，这两个点由分子分母各决定一个点，决定的方式是除ZJ外，把其他的电气量取负值。既然我们有一种较好的方法可以直接由阻抗表达式方程绘出动作特性的方法，但有些时候给出的动作方程是绝对值比较方程，一般建议大家采用的方法是将绝对值比较方程变换成阻抗表达式的方程，并通过调整分子分母的角度，使得动作边界为90°和270°。下面我来介绍一下方向阻抗继电器的动作特性：其动作方程为 |1/2ZZD|ZJ1/2ZZD| (

48、绝对值比较方程) 或 90oarg(ZJZZD)/ZJ270o (相位比较方程)这两个方程对应同一个动作特性，又是如何等效互换的呢？是根据平行四边形法则实现的互换。大家看一下下面的四个图形：由图可看出：C=BA；D=B+A当|A|=|B|，且B超前A时，argC/D=90o；当|A|=|B|，且A超前B时，argC/D=270o；当|A|>|B|，且B超前A时，argC/D>90o；当|A|>|B|，且A超前B时，argC/D<270o；根据上面的关系式就可以将绝对值比较方程等效转换为相位比较方程：|A|B| 可转换为 90oarg(BA)/(B+A)270o根据动作方

49、程可绘出方向阻抗继电器的动作特性，大家都知道以圆的直径为斜边交于圆周上的三角形必定是直角三角形。那么根据相位比较方程可知，若测量阻抗落于圆周上，刚好是临界动作状态。动作特性如下图示：在实际应用中，若采用阻抗形式动作方程需要计算出测量阻抗值向量；所以在构成继电器的过程中，常常采用电压形式动作方程，即动作方程上下同乘测量电流IJ乘转换为电压形式动作方程：90oarg(UJIJZZD)/UJ270o构成单相接地阻抗继电器时，测量电流IJ=IK+K3I0构成相间阻抗继电器时，测量电流IJ=IK五、距离保护应用中的相关辅助措施：1、测量阻抗ZJ= UJ/IJ，那么当因某种原因电压断线时，阻抗继电器将会误

50、动作，故必须采取电压断线闭锁措施，当发生电压断线时闭锁保护。通常采用电压互感器二次电压与开口三角电压比较实现。微机保护采用软件算法实现（例如：启动元件不动作的情况下，三相向量和大于8V；或绝对值和小于额定电压的一半且断路器在运行位置等等）。需要指出的是现在的微机保护都采用电流变化量或故障电流分量作为启动元件，可以较好的防止电压断线造成的保护误动作。2、当系统振荡时，振荡中心的电压降低、电流升高；那么处于振荡中心的阻抗继电器因感受到的测量阻抗降低，所以也必须采取振荡闭锁措施，当发生振荡时闭锁保护。并遵循振荡不消失，闭锁不解除的原则。通常引入正序元件，负、零序电流或电流增量元件及采用短时开放来监视

51、静稳破坏。3、在正方出口短路时可能拒动，反方向出口短路时可能误动；通常采用使极化电压带“记忆”来实现。常规保护引入第三相电压构成RLC串联谐振回路，使故障时保持故障前相位；微机保护直接读取故障前数据。所以说，真正构成一套距离保护至少包含以下几个部分：启动元件、阻抗测量元件、电压闭锁元件、振荡闭锁元件、逻辑回路。第四节 方向保护原理一、 零序方向保护原理在系统正常运行时，只有正序分量，没有零序分量，当系统发生接地短路故障或不对称断线故障时才产生零序分量，因此零序分量是构成保护的一种很可利用的故障特征量，并且由于正常情况下不存在仅在故障发生时产生，所以具有很高的灵敏度。要构成方向保护必须能够区分正

52、、反方向故障。接下来我们分析一下正、反方向短路故障时零序分量的方向性。规定正方向：电流由母线指向线路为正方向；电压以电压升为正方向1、 正方向短路故障：系统接线及零序序网如下图示由图可得： Uo=Io×Xso通常情况下零序阻抗角按约75度考虑，所以正方向短路时Uo超前Io约-105度。2、 反方向短路故障：零序序网如下图示由图可得： Uo=Io×(Xlo+Xro)通常情况下零序阻抗角按约75度考虑，所以反方向短路时Uo超前Io约75度。分析序网要切记一点，在计算某点电压时要由高电位点经过无电源端至低电位点构成回路，如果从电源端计算，则等于电源电压加（或减）两点间压降，而电源

53、电压很可能也是一个未知数。对于零序网络来说，短路点电压最高，可以看成是零序回路的电源。由分析可以看出：在特定的正方向下，零序分量具有明确的方向性。根据上述推导，如果要构成一个零序方向继电器，使它在正方向短路时动作，反方向短路时不动，则该继电器的最大动作灵敏角应为Uo超前Io约-105度。据此我们可以画出零序方向继电器的动作特性图：由动作特性可得动作方程：165oarg3UO/3IO15o当我们知道动作特性及动作方程后，就可以构成继电器。二、 负序方向保护原理同样在系统正常运行时，也没有负序分量，当系统发生不对称短路故障或不对称断线故障时才产生负序分量，因此负序分量也是构成保护的一种很可利用的故

54、障特征量。接下来我们看一下系统正、反方向短路故障时负序序网图：由图可得： 正方向短路 U2=I2×Xs2反方向短路 U2=I2×(Xl2+Xr2)通常情况下负序阻抗角按约75度考虑，所以正方向短路时U2超前I2约-105度。反方向短路时U2超前I2约75度。由上述分析可以看出：负序分量同零序方向具有相同的动作特性，在特定的正方向下，具有明确的方向性。（其他分析同零序方向）三、 工频变化量方向（突变量方向）保护原理当系统发生短路故障时，根据叠加原理，短路后状态=短路前状态+短路附加状态以两侧为无穷大系统发生金属性短路为例：则短路后状态UK=0。那么等效图如下图示：图中： I=

55、I-If U=U-Uf大家可以看出I、U其实就是工频变化量（或称突变量），利用I、U构成的继电器称为工频变化量继电器。接下来我们分析一下正、反方向短路故障时工频变化量I、U的向量关系：1、正方向短路：由图可得： 正方向短路 U =I×Zs1、反方向短路：由图可得： 反方向短路 U =I×（ZL+ZR）由上两关系式可看出：正方向短路U 、I方向相反；反方向短路U 、I方向相同，具有明确的方向性。结论：之所以三种方向元件的动作特性基本上相同，主要是由于在序网分析中电源均为故障点产生的附加电源电势作用的效果，性质是相同的，均为故障分量电源。第五节 纵联保护我们先来看一下反映一侧电气量变化的保护有什么不足？对于反映单侧电气量变化的M侧保护来说，它无法区分是本侧线路末端故障还是下级线路始端故障。所以在保护整定上要将它瞬时段的