第四节选相方法第五六节课件

1、选相方法选相方法 为什么要选相为什么要选相 为反映各种不同的故障类型和相别，需要设置不同为反映各种不同的故障类型和相别，需要设置不同的阻抗测量元件，接入不同的交流电压和电流。这些阻的阻抗测量元件，接入不同的交流电压和电流。这些阻抗元件都是并行工作的，它们同时在测量着各自分管的抗元件都是并行工作的，它们同时在测量着各自分管的故障类型的阻抗，因此，在选相跳闸时，要配合专门的故障类型的阻抗，因此，在选相跳闸时，要配合专门的选相元件。选相元件。 在微机保护中，为实现选相跳闸，同时防止非故障相在微机保护中，为实现选相跳闸，同时防止非故障相的影响，通常要设置一个故障类型、故障相别的判别程序。的影响，通常要

2、设置一个故障类型、故障相别的判别程序。 选相程序的作用：选相程序的作用：2.在阻抗继电器中做到仅投入故障特征最明显的阻抗测在阻抗继电器中做到仅投入故障特征最明显的阻抗测量元件。量元件。 1.用于选相跳闸；用于选相跳闸；一、突变量电流选相一、突变量电流选相 相别切换：相别切换： 在突变量启动元件检出系统有故障后，先由它判别故在突变量启动元件检出系统有故障后，先由它判别故障类型和相别，然后针对已知的相别提取相应的电压、电障类型和相别，然后针对已知的相别提取相应的电压、电流对，进行阻抗计算。流对，进行阻抗计算。 1 单相接地故障（以单相接地故障（以A 相为例）相为例） 设设Z1=Z2，A 相接地时，

3、流过保护安装处的电流向量图：相接地时，流过保护安装处的电流向量图： 反相反相同相同相或或特征：两个非故障相电流之差为零。特征：两个非故障相电流之差为零。 AIAIBICICIBI2两相不接地短路两相不接地短路 非故障相电流为零。非故障相电流为零。 AICIBI特征：三种不同相电流差中，两个故障相电流之差最大。特征：三种不同相电流差中，两个故障相电流之差最大。 3两相接地短路两相接地短路（以（以BC 两相短路为例）两相短路为例） AICIBI特征：三种不同相电流差中，特征：三种不同相电流差中，两个故障相电流之差最大。两个故障相电流之差最大。 4三相短路三相短路特征：三个相电流差的有效值均相等。特

4、征：三个相电流差的有效值均相等。 故障相判别程序的流程图故障相判别程序的流程图 二、对称分量选相二、对称分量选相 电流突变量选相元件在故障初始阶段有较高的灵敏电流突变量选相元件在故障初始阶段有较高的灵敏度和准确性，但是，突变量仅存在度和准确性，但是，突变量仅存在20-40ms ，过了这个，过了这个时间后，由于无法获得突变量，所以突变量选相元件就时间后，由于无法获得突变量，所以突变量选相元件就无法工作了。无法工作了。 1. 三相短路和两相间短路均不出现稳态的零序电流；三相短路和两相间短路均不出现稳态的零序电流； 各种短路类型中的序分量：各种短路类型中的序分量：3. 单相和两相接地短路同时出现零序

5、和负序分量。单相和两相接地短路同时出现零序和负序分量。2. 两相间短路出现负序分量；两相间短路出现负序分量；1单相接地短路单相接地短路 单相接地复合序网单相接地复合序网 在故障支路，无论是金属性短路，在故障支路，无论是金属性短路，还是经过渡电阻短路，均有还是经过渡电阻短路，均有kkkIII0210argargarg02002202mmkmkmCCICICII、 分别为保护安装地点的负序和零序电流分配系数； mC2mC002II、保护安装地点的零序和负序电流。 结论：保护安装地点的故障相负结论：保护安装地点的故障相负序电流序电流 与零序电流与零序电流 基本上仍然为同相。基本上仍然为同相。2I0I

6、在保护安装地点在保护安装地点 1） A相接地时相接地时 0arg02IIA0IAI2CI2BI202）B相接地时相接地时 0arg02IIB120arg02IIA0IAI2CI2BI20IAI2CI2BI21201203）C相接地时相接地时 0arg02IIC120arg02IIA2 两相接地短路两相接地短路 复合序网复合序网 在故障支路有在故障支路有 考虑各对称分量的分配系数后，考虑各对称分量的分配系数后，保护安装地点保护安装地点的非故的非故障相负序电流与零序电流相位关系仍为：障相负序电流与零序电流相位关系仍为： 900arg02IIRg=0 0arg02IIRg趋向趋向 02argII90

7、3选相方法选相方法 各种接地短路时，保护安装地点的各种接地短路时，保护安装地点的A 相负序电流与零相负序电流与零序电流之间的相位关系序电流之间的相位关系 以以 为基准相量的选相区域图为基准相量的选相区域图 0I 0arg02mmCC实用的序分量选相区域实用的序分量选相区域 问题：问题：如何判别同一个相位区域内是单相接地还是两如何判别同一个相位区域内是单相接地还是两相接地？相接地？ 用阻抗确认用阻抗确认 30arg3002IIAl）当当 时，时， 30arg3002IIA若ZBZ，则判为A相接地。 当发生当发生段外的段外的BC两相接地两相接地时，即使按时，即使按A相接地短路处理，相接地短路处理，

8、由于，这时由于，这时ZA测量阻抗较大，测量阻抗较大，保护的动作元件不会动作。保护的动作元件不会动作。 各种选相方法的适用范围：各种选相方法的适用范围：对称分量选相只能在同时有零序和负序电流时才起作用。对称分量选相只能在同时有零序和负序电流时才起作用。电流突变量选相仅在短路初始阶段（电流突变量选相仅在短路初始阶段（2040ms）有效；）有效；输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 在距离保护中，主要是作阻抗测量计算。上面介绍的各种在距离保护中，主要是作阻抗测量计算。上面介绍的各种算法，都可以作阻抗计算。可以在算出电压、电流的幅值和相位算法，都可以作阻抗计算。可以在算出电压、

9、电流的幅值和相位后再计算阻抗或电感值，也可以利用电压、电流的计算公式直接后再计算阻抗或电感值，也可以利用电压、电流的计算公式直接导出阻抗或电感的计算公式。除了上述算法外，还有一种将输电导出阻抗或电感的计算公式。除了上述算法外，还有一种将输电线路简化为线路简化为R-L物理模型的阻抗算法，称为解微分方得法。该算物理模型的阻抗算法，称为解微分方得法。该算法根据法根据R-L物理模型列写出微分方程，求解方程得出阻抗值。物理模型列写出微分方程，求解方程得出阻抗值。一、一、R-L模型的微分方程算法模型的微分方程算法 这一算法是假设输电线路这一算法是假设输电线路由电阻和电感组成。由电阻和电感组成。输电线路简化

10、输电线路简化R-L模型模型 (一一)金属短路时金属短路时 此时，短路点电压为，则有此时，短路点电压为，则有 dtdiLRiu)(dtdiiLRLu或或 输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 写成离散形式为写成离散形式为 )2(11skkkkTiiiLRLu因对输电线路，因对输电线路， LR为常数，故得为常数，故得 kskkkskkkkiTiiLuRTiiiuL/ )2()2/(1111)21/(11skkkkTiiiuR或或 根据根据 即可算出电抗值。事实上，电感即可算出电抗值。事实上，电感L与短路点距离成正与短路点距离成正比。用电感值作为距离量，还可以不受系统频率变化

11、的影响。比。用电感值作为距离量，还可以不受系统频率变化的影响。 Lx输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法(二二)短路点经过渡电阻短路时短路点经过渡电阻短路时 电力系统中的短路点实际上经常是有过渡电阻的。短路点的过电力系统中的短路点实际上经常是有过渡电阻的。短路点的过渡电阻给阻抗继电器的测量带来误差。为克服它的不利影响，已经渡电阻给阻抗继电器的测量带来误差。为克服它的不利影响，已经提出了许多种原理和方法。这里介绍的仅仅是其中的一种，是用于提出了许多种原理和方法。这里介绍的仅仅是其中的一种，是用于单相接地时的一种方法。单相接地时的一种方法。 单相接地时，对故障线段可写出下面

12、微分方程单相接地时，对故障线段可写出下面微分方程fRLuiKiRiKidtdLu)3()3(001103LLLKL其中其中 1103=RRRKR，uf为短路点电压。为短路点电压。 写成离散形式时为写成离散形式时为fkkRkkkLkkskuiKiiiKiiTLu)3()(3210101011令令 )3()(3210101011kRkkkLkkskiKiiiKiiTD（1）输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 Dk式中各量均为测量值及常数，故式中各量均为测量值及常数，故Dk为可计算出的系数。为可计算出的系数。)3()(3210101011kRkkkLkkskiKiiiKii

13、TDfkkkuLDu+=计算计算L值需要知道值需要知道ufk，ufk是短路点电压，无法测得。是短路点电压，无法测得。 相对来说，零序网络变化不大，如假定网络结构己知，则有相对来说，零序网络变化不大，如假定网络结构己知，则有fffffRKiRiu00033式中，式中，Rf为短路点过渡电阻；为短路点过渡电阻； ffiiK000零序电流分配系数。零序电流分配系数。 如假定短路点两侧零序网络阻抗角相同，则如假定短路点两侧零序网络阻抗角相同，则Kf0为实常数。为实常数。3i0为流过继电器的零序电流，是可测量的量。此外，如再假定在为流过继电器的零序电流，是可测量的量。此外，如再假定在23个采样时间间隔内过

14、渡电阻个采样时间间隔内过渡电阻Rf值保持不变，则在两个采样时刻根据值保持不变，则在两个采样时刻根据式式(1)可写出下列方程组可写出下列方程组输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 解得解得010110033ffkkkffkkkKRiLDuKRiLDu(2)kkkkkkokkiDiDiuiuL0110011(3) 本算法的前提是假定短路点的电流本算法的前提是假定短路点的电流i0f与流过继电器的电流与流过继电器的电流i0同相同相位。实际网络中两者是有相位差的，因此计算结果存在一定的误差。位。实际网络中两者是有相位差的，因此计算结果存在一定的误差。此外，假定送至计算机的电流、电

15、压信号是忠实于一次系统的电流、此外，假定送至计算机的电流、电压信号是忠实于一次系统的电流、电压信号的，实际上由于电流互感器、电流、电压变换器及其模拟电压信号的，实际上由于电流互感器、电流、电压变换器及其模拟滤波通道等的影响，使加在计算机的信号，在暂态过程中带来一些滤波通道等的影响，使加在计算机的信号，在暂态过程中带来一些畸变，也将引起计算误差。特别是非周期分量的衰减、高频分量的畸变，也将引起计算误差。特别是非周期分量的衰减、高频分量的相位移等因素使得畸变更大，误差也更大。当采用较完善的滤波方相位移等因素使得畸变更大，误差也更大。当采用较完善的滤波方法时，本算法可变为正弦模型下的微分方程算法，仍

16、可保持良好的法时，本算法可变为正弦模型下的微分方程算法，仍可保持良好的克服过渡电阻影响的优点。克服过渡电阻影响的优点。输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 二、二、R-L模型的积分方程算法模型的积分方程算法 下面介绍的分段积分阻抗算法，是从电路的微分方程出发导出下面介绍的分段积分阻抗算法，是从电路的微分方程出发导出积分方程，然后计算线路电阻及电感的方法。积分方程，然后计算线路电阻及电感的方法。 设电流的瞬时值为设电流的瞬时值为i(t)，电压的瞬时值为，电压的瞬时值为u(t)，则当电流通过电，则当电流通过电阻电感时，有阻电感时，有dttdiLtRitu)()()(在时间段

17、在时间段t1t2及及t3t4间进行积分间进行积分 212121+=ttttttditLidtRudt同理同理434343+=ttttttditLidtRudt 各积分值在一般在线计算时，为了使计算时间尽可能短，多用各积分值在一般在线计算时，为了使计算时间尽可能短，多用梯形积分法，利用采样值，梯形积分法，利用采样值，求得求得R和和L值值 )(22121212iiLTiiRTuuss)(22343434iiLTiiRTuuss输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 由于采用了梯形积分法，这就要求采样频率远大于工频频率，由于采用了梯形积分法，这就要求采样频率远大于工频频率，否则

18、将产生较大的误差。否则将产生较大的误差。 另一方面，在超高压长输电线上突然短路时，由于线路的分另一方面，在超高压长输电线上突然短路时，由于线路的分布参数及串联补偿电容的影响，使得短路初瞬间的电流电压值含布参数及串联补偿电容的影响，使得短路初瞬间的电流电压值含有各种高次和低次谐波。当谐波频率较接近采样频率时，梯形积有各种高次和低次谐波。当谐波频率较接近采样频率时，梯形积分法也会带来很大的误差。此外，由于电流互感器铁芯的影响，分法也会带来很大的误差。此外，由于电流互感器铁芯的影响，使副方电流的非周期分量与原方电流有较大的畸变，对积分计算使副方电流的非周期分量与原方电流有较大的畸变，对积分计算也有一

19、定的影响。也有一定的影响。三、单三、单模型的微分方程算法模型的微分方程算法 对超高压远距离输电线来说，分布电容比较大，其影响不能忽对超高压远距离输电线来说，分布电容比较大，其影响不能忽视。如用简单的视。如用简单的R-L模型来模拟，则在暂态过程中甚至稳态过程中模型来模拟，则在暂态过程中甚至稳态过程中测量时，都会引起误差。为了将分布电容的影响考虑在内，用一个测量时，都会引起误差。为了将分布电容的影响考虑在内，用一个型网络来模拟。型网络来模拟。输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 加到继电器的电压瞬时值为加到继电器的电压瞬时值为u，电流瞬时值为，电流瞬时值为i，在短路时，在短

20、路时，假定短路点过渡电阻假定短路点过渡电阻Rf相对很小，此时短路点处的电容不起很相对很小，此时短路点处的电容不起很大作用，大作用， 0fU)()(1ClClllliidtdLiiRdtdiLiRu22dtudCLdtdiLdtduRCiRulll输电线路简化物理模型的阻抗算法输电线路简化物理模型的阻抗算法 连续几次采样，上式的离散形式写成矩阵时为连续几次采样，上式的离散形式写成矩阵时为3212234242432123131322122212111111222222222222kkkkllllskkkskkskkkskkkskkskkkskkkskkskkkskkkskkskkkuuuuCLCR

21、LRTuuuTuuTiiiTuuuTuuTiiiTuuuTuuTiiiTuuuTuuTiii用矩阵解法可以解出用矩阵解法可以解出Rl和和Ll值。值。 这种算法的计算工作量很大。另外它是以一个这种算法的计算工作量很大。另外它是以一个型网络模拟分型网络模拟分布参数线路的，这对稳态情况下的工频电气量是可以的，主要的特布参数线路的，这对稳态情况下的工频电气量是可以的，主要的特征频率的误差不是很大的，但对其他频率范围的电气量，误差就比征频率的误差不是很大的，但对其他频率范围的电气量，误差就比较大。较大。1. 要求输入信号为纯基频分量的一类算法要求输入信号为纯基频分量的一类算法 特点：特点：所需的数据窗很短，计算量很小。所需的数据窗很短，计算量很小。 适用范围：适用范围：输入信号中暂态分量不丰富或计算精度要求输入信号中暂态分量不丰富或计算精度要求不高的保护中。不高的保护中。 低压网络的电流、电压后备保护；低压网络的电流、电压后备保护； 配备一些简单的差分滤波器以削弱电流中衰减的直流分配备一些简单的差分滤波器以削弱电流中衰减的直流分量作为电流速断保护，加速出口故障时的切除时间；量作为电流速断保护，加速出口故障时的切除时间； 复杂保护的启动元件的算法，如距离保护的电流启动元件。复杂保护的启动元件的算法，如距离保护的电流启动元件。 如：如：2. 傅氏算法傅氏算法