电网的距离保护65

第3章电网的距离离保护3.1距离离保保护护的的基基本本原原理理3.1.1距离离保保护护的的基基本本原原理理距离离保保护护是是反应应保保护护安安装装处处至至故故障障点点的的距距离离，，并并根根据据距距离离的的远远近近而而确确定定动动作作时时限限的的一一种种保保护护装装置置。。测量量保保护护安安装装处处至至故故障障点点的的距距离离，，实实际际上上是是测测量量保保护护安安装装处处至至故故障障点点之之间间的的阻阻抗抗（（称称测测量量阻阻抗抗））大大小小，，故故又又称称阻抗抗保保护护。测量量阻阻抗抗通通常常用用Zm表示示，，它它定定义义为为保保护护安安装装处处测测量量电电压压与与测测量量电电流流之比比，，即即式中中，，Zm为一一复复数数，，在在复复平平面面上上既既可可以以用用极极坐坐标标形形式式表表示示，，也也可可以以用用直直角角坐坐标标形形式式表表示示，，即即式中中———测量量阻阻抗抗的的阻阻抗抗值值；；———测量量阻阻抗抗的的阻阻抗抗角角；；———测量量阻阻抗抗的的实实部部，，称称测测量量电电阻阻；；———测量量阻阻抗抗的的虚虚部部，，称称测测量量电电抗抗继电电保保护护原原理理电力力系系统统正正常常运运行行时时，，近似似为为额额定定电电压压，，为为负负荷荷电电流流，，Zm为负负荷荷阻阻抗抗。。负负荷荷阻阻抗抗的的量量值值较较大大，，其其阻阻抗抗角角为为数数值值较较小小的的功功率率因因数数角角(一般般功功率率因因数数不不低低于于0.9，对对应应的的阻阻抗抗角角不不大大于于25.8°)，阻阻抗抗性性质质以以电电阻阻性性为为主主。。当线线路路故故障障时时，，母母线线测测量量电电压压为为，，输输电电线线路路上上测测量量电电流流为为这时时测测量量阻阻抗抗为为保保护护安安装装处处到到短短路路点点的的短短路路阻阻抗抗，，即即在短短路路以以后后，，母母线线电电压压下下降降，，而而流流经经保保护护安安装装处处的的电电流流增增大大，，这这样样短短路路阻阻抗抗比比正正常常时时测测量量到到的的阻阻抗抗大大大大降降低低，，所所以以距距离离保保护护反反应应的的信息息量量测量量阻阻抗抗Zm在故故障障前前后后的的变变化化比电流流变变化化大大，，因因而而比比反反应应单单一一物物理理量量的的电电流流保保护护灵灵敏敏度度高高。。距离离保保护护的的实质质是用用整整定定阻阻抗抗Zset与被被保保护护线线路路的的测测量量阻阻抗抗Zm比较较。。当当短短路路点点在在保保护护范范围围以以内内时时，，即即Zm＜Zset时，，保保护护动动作作；；当当Zm＞Zset时，，保保护护不不动动作作。。因因此此，，距距离离保保护护又又称称低阻阻抗抗保保护护。继电电保保护护原原理理3.1.2三相相系系统统中中测测量量电电压压和和测测量量电电流流的的选选取取在单单相相系系统统中中，，测测量量电电压压就就是是保保护护安安装装处处的的电电压压，，测测量量电电流流就就是是被被保保护护元元件件中中流流过过的的电电流流，，系系统统金金属属性性短短路路时时两两者者间间的的关关系系为为式中，，为单位位长长度度线线路路的的复复阻阻抗抗，，单单位位为为r1、x1分别别为为单单位位长长度度线线路路的的正正序序电电阻阻和和正正序序电电抗抗。。上式式是是距距离离保保护护能能够够用用测测量量阻阻抗抗来来正正确确表表示示故故障障距距离离的的前前提提和和基基础础，，即即只只有有测测量量电电压压、、测测量量电电流流之之间间满满足足该该式式，，测测量量阻阻抗抗才才能能准准确确反反应应故故障障的的距距离离。。在实实际际三三相相系系统统中中，，可可能能发发生生多多种种不不同同的的短短路路故故障障，，而而在在各各种种不不对对称称短短路路时时，，各各相相的的电电压压、、电电流流都都不不再再简简单单地地满满足足上上式式，，需需要要寻寻找找满满足足上上式式的的电电压压、、电电流流接接入入保保护护装装置置，，以以构构成成在在三三相相系系统统中中可可以以用用的的距距离离保保护护。。继电电保保护护原原理理现以以下下图图所所示示网网络络中中k点发发生生短短路路故故障障时时的的情情况况为为例例，，对对此此问问题题予予以以分分析析———故障障点点k处A、B、C的三三相相电电压压；；———流过过保保护护安安装装处处的的三三相相电电流流；；———流过过保保护护安安装装处处A相的的正正序序、、负负序序、、零零序序电电流流；；———被保保护护线线路路单单位位长长度度的的正正序序、、负负序序、、零零序序阻阻抗抗，，一般般情情况况下下可可按按正正、、负负序序阻阻抗抗相相等等考考虑虑；；K———零序序电电流流补补偿偿系系数数，，可可以以是是复复数数。。设继电保护护原理按照对称称分量法法，可以以算出K点短路时M母线上各各相的电电压为对于不同同类型和和相别的的短路，，故障点点的边界界条件是是不同的的，下面面就几种种故障情情况予以以分析。。加一个减一个再进行整整理继电保护护原理1.单相接地地短路故故障以A相接地为为例，当当A相发生金金属性短短路时，，则则有有：若令：则上式变变为与右式具具有相同同的形式式因而由算算出的的测量阻阻抗能够够正确反反应故障障的距离离，从而而可以实实现对故故障区段段的比较较和判断断。对于非故故障相B、C，若令由于不不为零零，无法变成成无法变成成所以B、C两非故障障相的测测量电压压、电流流不能准准确地反反应故障障的距离离。即A相单相接地时时，B、C两相的工工作状态态与正常常负荷状状态相差差不大，，所以在在A相故障时时，B、C两相电压压、电流流算出的的测量阻阻抗接近近负荷阻阻抗，对对应的距距离一般般都大于于整定距距离，由由它们构构成的距距离保护护一般都都不会动动作。同理，B相或C相单相接接地时情情况与此此一样。。继电保护护原理2.两相接地地短路故故障系统发生生金属性性两相接接地故障障时，故故障点处处两接地地相的电电压都为为0，以B、C两相接地地故障为为例，即即令可以得到到可以得到到上两式均均与式形形式相同同，所以以由或或作作出的测测量和判判断都能能够正确确反应故故障距离离。非故障相相A相故障点点处的电电压UKA≠0，之间不存存在关关系系，且保保护安装装处的电电压、电电流均接接近正常常值，所所以B、C两相接地地故障时时，用算算出的距距离不能能正确反反应故障障的距离离，且一一般均大大于整定定距离。。因则B、C两相接地地时可得得令也可得到到形形式，因因而用它它们作为为距离保保护的测测量电压压和测量量电流，，同样能能够正确确反应故故障距离离。继电保护护原理由于在B、C两相接地地故障的的情况下下，之之间不不存在的的关系，，所以由由它们构构成测量量电压、、测量电电流都不不能正确确测量故故障距离离。由于在测测量电压压、电流流中含有有非故障障相的电电压、电电流，且且电压高高、电流流小，因因此它们们一般不不会动作作。同理可知知A、B两相或C、A两相接地地故障时时各故障障相和非非故障相相元件的的动作情情况与B、C两相接地地时相同同。继电保护护原理3.两相不接接地短路路故障在金属性性两相短短路的情情况下，，故障点点处两故故障相的的对地电电压相等等，各相相电压都都不为0，现以A、B两相故障障为例，，因则有令可得形式而非故障障相C相故障点点处的电电压与故故障相电电压不等等，作相相减运算算时不能能被消掉掉，所以以它不能能用来进进行故障障距离的的判断。。4.三相对称称短路三相对称称短路时时，故障障点处的的各相电电压相等等，且三三相系统统对称时时均为0。这种情情况下，，选用任任意一相相的电压压、电流流或任意意两相间间的电压压、电流流差作为为距离保保护的测测量电压压和电流流，都可可得到与与式相相同的形形式，即即能正确确判断故故障距离离。继电保护护原理5.故障环路路的概念念及测量量电压、、电流的的选取由以上对对各种短短路类型型下正确确测量故故障距离离的分析析，可以以寻找出出接入距距离保护护中电压压、电流流间的规规律。在系统中中性点直直接接地地系统中中，发生生单相接接地时，，故障电电流在故故障相与与大地之之间流通通；两相相接地短短路时，，故障电电流既可可在两故故障相与与大地间间流通，，也可在在两故障障相间流流通；两两相不接接地短路路时，故故障电流流在两故故障相间间流通；；而三相相短路时时，故障障电流可可在任何何两相间间流通。。如果把故障电流流可以流流通的通通路称为为故障环环路，则在单单相接地地短路时时，存在在一个故故障相与与大地之之间的故故障环路路(相－地故故障环路路)；两相接接地短路路时，存存在两个个故障相相与大地地间的(相－地)故障环路路和一个个两故障障相间的的(相－相)故障环路路；三相相短路接接地时，，存在三三个相－－地故障障环路和和三个相相－相故故障环路路。上述分析析表明，，故障环环路上的的电压和和环路中中流通的的电流之之间满足足用用它它们作为为测量电电压和测测量电流流所算出出的测量量阻抗，，能够正正确反应应保护安安装处到到故障点点的距离离。而非非故障环环路上的的电压、、电流之之间不满满足由它们算算出的测测量阻抗抗就不能能正确反反应故障障距离。。继电保护护原理距离保护护应取故故障环路路上的电电压、电电流作为为判断故故障距离离的依据据，而用非非故障环环路上的的电压、、电流计计算得到到的距离离一般大大于保护护安装处处到故障障点的距距离。对于接地地短路，取相－－地故障障环路，，测量电电压为保保护安装装处故障障相对地地电压，，测量电电流为带带有零序序电流补补偿的故故障相电电流，由由它们算算出的测测量阻抗抗能够准准确反应应单相接接地故障障、两相相接地故故障和三三相接地地故障下下的故障障距离，，这种合理选取取相—地环路中中电流、、电压的的方法称称为接地地距离保保护接线线方式。对于相间间短路，故障环环路为相相－相故故障环路路，取测测量电压压为保护护安装处处两故障障相的电电压差，，测量电电流为两两故障相相的电流流差，由由它们算算出的测测量阻抗抗能够准准确反应应两相短短路、三三相短路路和两相相接地短短路情况况下的故故障距离离，这种种合理选取取相—相环路中中电流、、电压的的方法称称为相间间距离保保护接线线方式。两种接线线方式的的距离保保护在各各种不同同类型短短路时的的动作情情况如表表3-1所示。继电保护护原理3.1.3距离保护护的时限限特性距离保护护是利用用测量阻阻抗来反反应保护护安装处处至短路路点之间间的距离离，当两两个故障障点分别别发生在在线路的的末端或或下一级级线路始始端时，，保护同同样存在在无法区区分故障障点选择择性的问问题，为为了保证证选择性性，目前前获得广广泛应用用的是阶梯形时时限特性性，这种时时限特性性与三段段式电流流保护的的时限特特性相同同，一般般也做成成三阶梯梯式，即即有与三三个动作作范围相相对应的的三个动动作时限限，如图图所示。。距离I段为无延时时的速动动段，其其动作时时限仅为为保护装装置的固固有动作作时间。。距离II段为带延时时的速动动段，其其动作时时限和启启动值要要与相邻邻下一条条线路保保护的I段和II段相配合合。距离III段为本线路路和相邻邻线路(元件)的后备保保护，其其动作时时限的整整定原则则与过电电流保护护相同，，即比下下一条变变电站母母线出线线保护的的最大动动作时限限大一个个时限级级差，其其动作阻阻抗应按按躲过正正常运行行时的最最小负荷荷阻抗来来整定。。继电保护护原理3.1.4距离保护护的组成成距离保护护装置一一般由以以下五个个部分组组成：1.启动部分分作用：当被保护护线路发发生故障障时，瞬瞬间启动动保护装装置，以以判断线线路是否否发生了了故障，，并兼有有后备保保护的作作用。所用元件件：通常采用用过电流流继电器器或阻抗抗继电器器。为了了提高元元件的灵灵敏度，，也可采采用反应应负序电电流或零零序电流流分量的的复合过过滤器。。2.测量部分分作用：用来测量量保护安安装处至至故障点点之间的的距离，，并判别别短路故故障的方方向。所用元件件：通常采用用带方向向性的阻阻抗继电电器作测测量元件件。如果果阻抗继继电器是是不带方方向性的的，则需需增加功功率方向向元件来来判别故故障的方方向。3.延时部分分作用：用来提供供距离保保护Ⅱ段、Ⅲ段所需要要的动作作时限特特性。所用元件件：通常采用用时间继继电器或或延时电电路作为为时间元元件。4.振荡闭锁锁部分作用：用来防止止当电力力系统发发生振荡荡时，距距离保护护的误动动作。在在正常运运行或系系统发生生振荡时时，将保保护闭锁锁，而当当系统发发生短路路时，解解除闭锁锁开放保保护。5.电压回路路断线失失压闭锁锁部分用来防止止电压互互感器二二次回路路断线失失压时，，引起阻阻抗继电电器的误误动作。。继电保护护原理3.2阻抗继电电器及其其动作特特性阻抗继电电器是距距离保护护装置的的核心元元件，它它主要用用来作测量元件件，也可以以作启动元件件兼作功率方向向元件。阻抗继电电器种类类繁多：：按其构成方式式不同分为为电磁型型、整流流型、晶晶体管型型、集成成电路型型和微机机型；按其构成原理理不同可分分为幅值值比较、、相位比比较和多多输入量量时序比比较；按其动作特性性不同可分分为圆特特性、直直线特性性、四边边形特性性、苹果果形特性性等；按阻抗继继电器的的接线方式式不同可分分为单相相式、多多相式、、滤序式式、多相相补偿式式等。继电保护护原理3.2.1用复数阻阻抗平面面分析阻阻抗继电电器的特特性按相测量量阻抗的的继电器器称为单相式阻阻抗继电电器，加入继继电器中中的量只只有一个个电压和和一个电电流。由由于电压压与电流流之比是是阻抗，，所以测测量阻抗抗可以通通过测量量电压和和电流来来实现。。继电器动动作情况况取决于于测量阻阻抗的值值Zm，当测量阻阻抗小于于预定的的整定值值时动作作，大于于整定值值时不动动作。因测量阻阻抗Zm可以写成成R+jX这种复数数形式，，故可以以在复数数阻抗平平面上用用作图法法表示出出来，如如图所示示。图中相量量Zm的模值为为幅角为继电保护护原理对于输电电线路，，同样可可以在复复数阻抗抗平面上上用相量量Z表示其阻抗。。如图所示的的系统，如果各段线路路的阻抗角相相同，则该线线路在复数阻阻抗平面上的的形状是一条条直线，并超前R轴角角，将线路BC的B端(保护B的安装处)置于坐标原点点，保护B正方向的线路路阻抗画在第第Ⅰ象限，并超前前R轴角，用用相量ZBC表示；保护B反方向的线路路AB的阻抗画在第第Ⅲ象限，用ZAB表示，如图所所示。继电保护原理理对于单相阻抗抗继电器的动动作范围，原原则上在阻抗抗复数平面上上用一个小方方框表示就可可以满足要求求，如图所示示。但是当短路点点有过渡电阻阻存在时，阻阻抗继电器的的测量阻抗将将不在幅角为为的直线线上。此外，电压互互感器，电流流互感器都存存在角误差，，这样也将使使测量阻抗角角发生变化。。所以，要求阻阻抗继电器的的动作范围不不是以为为幅角的的直线，应将将其动作范围围扩大，扩大大为一个面或或圆(但整定值不变变)。目前已经实现现的有圆特性，椭圆特性，橄榄特性，苹果特性，直线特性，四边形特性等。在以上各种特特性的继电器器中，以圆特性和直线特性的继电器最为为简单，应用用也最为普遍遍。继电保护原理理3.2.2比幅原理和比比相原理在线性器件中中，两个正弦弦交流电气量量之间的关系系包括幅值大小和相位关系。因此，可以利利用比较其幅幅值大小和相相位关系来构构成继电器，，其中反映两电气量量幅值大小关关系的继电器器称为幅值比比较继电器，，简称比幅器器；反映相位关系系的继电器为为相位比较继继电器，简称称比相器。1.比幅原理任何按比幅原原理工作的阻阻抗继电器都都具有两个输输入量，其中中一个构成动作量，另一个构成成制动量。比较两个电气气量的幅值，，就是只比较较其幅值大小小，而不管它它们的相位如如何。例如，，有两个正弦弦交流电气量量，其数学表表达式为它们的幅值分分别用和和表表示。比幅器的动作作边界条件为为当当继电器动作继电器不动作作继电保护原理理按比幅原理工工作的继电器器基本方框图图如图所示基本原理：输入继电器的的电压和和电电流流，通过电压压形成回路，，按继电器的的某种特性方方程关系，形形成和和两两个被被比较的交流流电气量，然然后分别整流流、滤波，取取幅值后，将将其输入比幅幅电路。比幅电路有均均压法和环流流法两种，但一般都采采用环流法接线。比幅电路根根据比较的结结果，输出直直流电压信号号作用于执行行元件。继电保护原理理2.比相原理比相器的动作作决定于被比比较两电气量量的相位，而而与它们的幅幅值大小无关关。用和和表表示这两个正正弦交流电气气量，其数学学表达式为按比相原理构构成的继电器器动作条件一一般可写为式中，符号表示取复数的相角当相量超前时时，相角为为正，反之为为负。动作范围为-90°～90°的继电器称为为余弦型比相相器，其动作作特性如图所所示。继电保护原理理按比相原理工工作的继电器器，其方框图图如图所示。。基本原理：反应被保护元元件工作情况况的电压及电电流，通过电电压形成回路路，按继电器器的某种特定定关系，转换换成相位比较较的两个电气气量和和，，送入比相相电路进行比比较，根据两两电气相量相相位比较结果果，输出一直直流电压信号号作用于执行行元件。继电保护原理理3.比幅与比相之之间的转换关关系比幅和比相虽虽然是两种不不同的原理和和方法，但可可以构成同一一特性的继电电器。它们之之间存在着一一定的内在关关系，在一定定条件下可以以互换，把输输入量作适当当的组合就可可以利用比幅幅式实现相位位比较。反之之，也可利用用比相式实现现幅值比较。。按比幅原理工工作的继电器器，以和和表表示比幅的的两个电气量量，而且继电电器动作条件件为按比相原理工工作的继电器器，以和和表表示比相的两两个电气量，，它的动作条条件为这两类继电器器的动作条件件，恰好可以以用在复数平平面上平行四四边形的两条条边与对角线线的关系来表表示，如下图图：继电保护原理理由图可以看出出：不管和和的大大小如何，若若为900或－900时，相位比较较正好处于临临界状态，这这时图形为一一矩形，两对对角线长短相相等，即当－900＜＜900时，相位比较较处于动作状状态，幅值比较也处处于动作状态态；当＞900或﹤－900时，两类继电器都都不在动作区区内。继电保护原理理由此得出两种种比较原理的的两组比较量的互换关系，，即同样可得由于是比较相相位，左式中中的常数1/2不影响C和D的比较结果，，故可把左式式变为上述关系说明明，动作条件为为－90°≤≤90°的相位比较与与动作条件为为的幅幅值比较等效效，利用上式式，即可由一一种比较原理理的比较量算算出另一种比比较原理的比比较量，它们们所构成的动动作特性完全全相同。注意：在应用幅值比比较与相位比比较转换关系系式时应注意意其条件：当当幅值比较继继电器动作条条件为时，则相位比比较继电器的的动作角度范范围为=－90°～90°；如果相位比比较继电器的的动作边界不不是90°，则不能应用用上述的转换换关系。此外外，这种转换换关系只能适适用于正弦波波的交流电气气量。继电保护原理理3.2.3阻抗继电器的的动作特性和和动作方程阻抗继电器动动作区域的形形状称为动作作特性。例如动作区区域为圆时称称为圆特性；；动作区域为为四边形时称称为四边形特特性。动作特性既可以用阻抗抗复平面上的的几何图形来来描述，也可可用复数的数数学方程来描描述，这种方方程称为动作方程。本节主要讲圆特性阻抗继继电器根据动作特性性圆在阻抗复复平面上位置置和大小的不不同，圆特性又分为为偏移圆特性性、方向圆特特性和全阻抗抗圆特性三种种。1)偏移圆特性偏移圆特性的的动作区域如如图所示，它它有两个整定定阻抗，即正正方向整定阻阻抗Zset1和反方向整定定阻抗Zset2，两整定阻抗对对应相量末端端的连线就是是圆的直径。。特性圆包含坐坐标原点，圆心位于：：圆内为动作区区，圆外为非非动作区。当当测量阻抗正正好落在圆周周上时，阻抗抗继电器临界界动作。半径为：继电保护原理理对应于该特性性的动作方程程，可以有两两种不同的表表达式：一种是比较两两个量大小的的幅值比较原原理的表达式式；另一种是比较较两个量相位位的相位比较较原理的表达达式。(1)幅值比较原理理当测量阻抗Zm落在圆内或圆圆周上时，Zm末端到圆心的的距离一定小小于或等于圆圆的半径；而而当测量阻抗抗Zm落在圆外时，，Zm末端到圆心的的距离一定大大于圆的半径径。所以动作作条件可表示示为当Zm满足上式时，，阻抗继电器器动作，否则则不动作。上式就是偏移移圆特性阻抗抗继电器的幅幅值比较动作作方程。继电保护原理理(2)相位比较原理理：如上所述，Zset1与Zset2相量末端的连连线，就是圆圆特性的直径径，它将圆分分成两部分，，即右下部分分和左上部分分，如图所示示。由图可见，当当测量阻抗落落在右下部分分圆周的任一一点上时，有有当测量阻抗落落在左上部分分圆周的任一一点上时，有有当测量阻抗落落在圆内任一一点时，有当测量阻抗落落在圆外时有有或因而测量元件件的动作条件件可表示为上式就是偏移移圆特性阻抗抗继电器的相相位比较动作作方程继电保护原理理使阻抗元件处处于临界动作作状态所对应应的阻抗称为为动作阻抗，通常用ZOP表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继电器器而言，当测测量阻抗Zm的阻抗角不同同时，对应的的动作阻抗是是不同的。当测量阻抗Zm的阻抗角与正正向整定阻抗抗Zset1的阻抗角相等等时，阻抗继继电器的动作作阻抗最大，，正好等于Zset1，即，，此此时继电器最最灵敏，所以以Zset1的阻抗角又称称为最大灵敏角。最大灵敏角是是阻抗继电器器的一个重要要参数，一般般取为被保护护线路的阻抗抗角。当测量阻抗Zm的阻抗角与反反向整定阻抗抗Zset2的阻抗角相等等时，动作阻阻抗最小，正正好等于Zset2，即由上述分析可可见:偏移圆特性的的阻抗继电器器在反向故障障时有一定的的动作区。如如果Zset2的方向正好与与Zset1的方向相反，，则Zset2可以用表表示示，ρ称为偏移特性性的偏移率。偏移特性的的阻抗元件通通常用在距离离保护的后备备段(如第Ⅲ段)中。继电保护原理理2)方向圆特性在上述的偏移移圆特性中，，如果令Zset2=0，Zset1=Zset，则动作特性就就变成方向圆特性，动作区域如如图所示。特性圆经过坐坐标原点，圆圆心位于Zset/2处，半径为将Zset2=0，Zset1=Zset代入偏移园特性幅幅值比较动作作方程，可得到方向向圆特性的的幅值比较较动作方程程为将Zset2=0，Zset1=Zset代入偏移园特性性相位比较较动作方程程，可得到方向向圆特性的的相位比较较动作方程程为与偏偏移移阻阻抗抗圆圆特特性性类类似似，，方方向向圆圆特特性性对对于于不不同同阻阻抗抗角角的的Zm，动作作阻阻抗抗也也是是不不同同的的。。在在整整定定阻阻抗抗的的方方向向上上，，动动作作阻阻抗抗最最大大，，正正好好等等于于整整定定阻阻抗抗；；其其他他方方向向的的动动作作阻阻抗抗都都小小于于整整定定阻阻抗抗；；在在整整定定阻阻抗抗的的反反方方向向，，动动作作阻阻抗抗为为0,反向向故故障障时时不不会会动动作作，，所所以以阻阻抗抗元元件件本本身身具有有方方向向性性。继电电保保护护原原理理3)全阻阻抗抗圆圆特特性性在偏偏移移园园特特性性中中，，如如果果令令Zset2=-Zset，Zset1=Zset，则动动作作特特性性就就变变为为圆圆特特性性，，动动作作区区域域如如图图所所示示。。特性性圆圆的的圆圆心心位位于于坐坐标标圆圆点点处处，，半半径径为为将Zset2=-Zset，Zset1=Zset代入入偏移移园园特特性性幅幅值值比比较较动动作作方方程程，，可得得到到全全阻阻抗抗圆圆特特性性的的幅幅值值比比较较动动作作方方程程为为将Zset2=-Zset，Zset1=Zset代入入偏移移园园特特性性相相位位比比较较动动作作方方程程，，可得得到到全全阻阻抗抗圆圆特特性性的的相相位位比比较较动动作作方方程程为为全阻阻抗抗圆圆特特性性在在各各个个方方向向上上的的动动作作阻阻抗抗都都相相同同，，它它在在正正向向或或反反向向故故障障的的情情况况下下具具有有相相同同的的保保护护区区，，即即阻阻抗抗元元件件本本身身不不具具有有方方向向性性。。全全阻阻抗抗圆圆特特性性的的阻阻抗抗元元件件可可以以应应用用于于单单侧侧电电源源的的系系统统中中；；当当应应用用于于多多侧侧电电源源时时，，应应与与方方向向元元件件相相配配合合。。继电电保保护护原原理理3.3阻抗抗继继电电器器的的实实现现方方法法对于于动动作作于于跳跳闸闸的的继继电电保保护护功功能能而而言言，，最最重重要要的的是是判判断断出出故故障障处处于于规规定定的的保保护护区区内内还还是是区区外外，，至至于于区区内内或或区区外外的的具具体体位位置置，，一一般般并并不不需需要要确确切切地地知知道道。。这样样，，就就可可以以用用两种种不同同的的方方法法来来实实现现距距离离保保护护：：一种种是首首先先精精确确地地测测量量出出Zm，然后后再再将将它它与与事事先先确确定定的的动动作作特特性性进进行行比比较较。。当当Zm落在在动动作作区区域域之之内内时时，，判判为为区区内内故故障障，，给给出出动动作作信信号号；；当当落落在在动动作作区区域域之之外外时时，，继继电电器器不不动动作作。。另一一种种方法法无无需需精精确确地地测测出出Zm，只需需间间接接地地判判断断它它是是处处在在动动作作边边界界之之内内还还是是处处在在动动作作边边界界之之外外，，即即可可确确定定继继电电器器动动作作或或不不动动作作。。阻抗抗继继电电器器一一般般可可根根据据已已经经推推导导出出的的幅幅值值比比较较动动作作方方程程和和相相位位比比较较动动作作方方程程来来实实现现，，也也可可以以按按照照距距离离保保护护原原理理的的要要求求由由其其他他方方法法实实现现。。继电电保保护护原原理理3.3.1幅值值比比较较原原理理的的实实现现幅值值比比较较的的动动作作条条件件是是令在幅幅值值比比较较的的条条件件式式两两端端同同乘乘以以测测量量电电流流并令令则幅幅值值比比较较的的动动作作条条件件又又可可表表示示为为：：称为为电电压压形形式式的的幅幅值值比比较较方方程程在传传统统的的模模拟拟式式距距离离保保护护中中，，幅幅值值比比较较原原理理就就是是以以电电压压比比较较的的形形式式实实现现的的。。根根据据动动作作特特性性的的需需要要，，首首先先形形成成两两个个参参与与比比较较的的电电压压量量、、，，然然后后在在幅幅值值比比较较电电路路中中比比较较两两者者的的大大小小，，满满足足上上式式时时，，发发出出动动作作信信号号。。在集集成成电电路路型型的的模模拟拟式式保保护护中中，，比比较较电电压压的的形形成成既既可可以以用用回回路路连连接接的的办办法法实实现现，，也也可可用用模模拟拟加加、、减减法法器器通通过过对对测测量量电电压压、、电电流流和和整整定定阻阻抗抗进进行行模模拟拟运运算算的的办办法法实实现现。。下面面以以圆圆特特性性的的方方向向阻阻抗抗元元件件为为例例，，来来说说明明其其实实现现的的原原理理：：继电电保保护护原原理理在图图中中，，T为电电压压变变换换器器，，它它将将电电压压互互感感器器的的输输出出电电压压变变换换为为适适合合弱弱电电回回路路运运算算的的电电压压，，它它有有一一个个输输入入绕绕组组和和一一个个输输出出绕绕组组，，输输出出电电压压接接入入阻阻抗抗继继电电器器的的电电压压形形成成回回路路。。变变换换器器的的变变换换系系数数KU为没没有有量量纲纲的的实实数数，，所所以以变变换换器器的的输输出出电电压压与与输输入入电电压压同同相相位位，，幅幅值值为为UR为电电抗抗互互感感器器，，它它有有一一个个输输入入绕绕组组和和三三个个输输出出绕绕组组，，输输入入来来自自电电流流互互感感器器的的二二次次电电流流，，三三个个输输出出绕绕组组中中，，其其中中一一个个绕绕组组接接调调节节电电阻阻，，另外外两两个个绕组组接接阻阻抗抗继继电电器器的的电电压压形形成成回回路路。。接接电电压压形形成成回回路路的的两两个个绕绕组组的的输输出出电电压压都都为为其中中KI为具具有有阻阻抗抗量量纲纲的的复复数数变变换换系系数数，，改改变变匝匝数数可可以以改改变变变变换换系系数数的的值值，，改改变变调调节节绕绕组组中中的的调调节节电电阻阻，，可可以以改改变变其其阻阻抗抗角角。。继电电保保护护原原理理电抗抗互互感感器器的的铁铁芯芯有有气气隙隙，，其其输输出出电电压压近近似似为为输输入入电电流流的的导导数数，，对对输输入入电电流流中中不不同同频频率率成成分分的的影影响响是是不不同同的的，，对对于于输输入入信信号号中中的的直直流流分分量量，，其其输输出出基基本本没没有有反反映映，，即即可可以以滤滤除除直直流流分分量量，，而而当当输输入入中中含含有有高高频频信信号号时时，，它它将将会会有有较较大大的的放放大大作作用用。。由图中可可以得到到则幅值比比较回路路的动作作条件为为两侧同除除以并令则得到用用阻抗表表示的具具有方向向圆特性性的阻抗抗继电器器的动作作条件继电保护护原理3.3.2相位比较较原理的的实现相位比较较的动作作条件为为令则动作条条件又可可以表示示为称为电压压形式相相位比较较方程在模拟式式保护中中，相位位比较原原理也是是以电压比较较的形式实实现的。。它也应应根据动动作特性性的需要要，首先先形成两两个参与与相位比比较的电电压量与与，，然后后在相位位比较电电路中比比较两者者的相位位关系，，满足其其动作方方程时，，发出动动作信号号。电压的形形成也有有依靠回回路串、、并联连连接和用用模拟加加、减法法器运算算两种方方式。以圆特性性的方向向阻抗元元件为例例，介绍绍电压形形式的相相位比较较原理的的实现。。其接线如如图所示示：继电保护护原理在图中，，电压变变换器T有两个输输出绕组组，输出出的电压压均为；；电电抗互感感器UR也有两个个输出绕绕组，其其中一个个的输出出电压为为，，另一个个绕组接接相角调调节电阻阻。按照照图示的的连接，，可以得得到则相位比比较回路路动作条条件为上式中分分子、分分母同除除以，，并并令，，就可可以得到到这就是方向向园特性性的阻抗抗元件的的动作方方程继电保护护原理3.4影响距离离保护正正确工作作的因素素在距离保保护中，，最根本的的要求是是阻抗继继电器能能正确测测量短路路点至保保护安装装处的距距离。当故障障发生在在保护区区内时，，测量的的阻抗应应小于动动作阻抗抗，继电电器动作作，当故故障发生生在区外外时，测测量阻抗抗大于动动作阻抗抗，继电电器应不不动作，，从而保保证选择择性。为了保证证这一要要求的实实现，除除了采用用正确的的接线方方式外，，还应充充分考虑虑在实际际运行中中保护装装置会受受到一些些不利因因素的影影响，使使之发生生误动。。一般来说说，影响响距离保保护正确确动作的的因素主主要有：：（9个因素））(1)短路点的的过渡电电阻在此之前前，分析析和整定定继电保保护装置置时，都都是用金金属性短短路作为为依据(不计短路路点的过过渡电阻阻)。然而，，在实际际的电力力系统中中，当发发生相间间短路或或接地短短路时，，短路点点通常具具有阻抗，例如电电弧电阻阻、外物物电阻、、导线和和大地间间的电阻阻(当导线落落地时)、杆塔接接地电阻阻以及利利用木质质绝缘的的木杆电电阻等。。分析和实实验表明明，这些些阻抗是是电阻性的，因此此常称之之为过渡电阻阻。显然，过过渡电阻阻的存在在，将使使阻抗继继电器的的测量阻阻抗发生生变化，，影响距距离保护护的正确确动作。。在一般般情况下下使测量量电阻增增大，距距离保护护Ⅰ段保护范范围缩短短，距离离保护Ⅱ段保护灵灵敏度降降低，但但有时也也可能引引起保护护超范围围动作或或反方向向误动。。继电保护护原理(2)电力系统统振荡电力系统统未受扰扰动处于于正常运运行状态态时，系系统中所所有发电电机处于于同步运运行状态态，发电电机电势势间的相相位差较较小，并并且保持持恒定不不变，此此时系统统中各处处的电压压、电流流有效值值都是常常数。当电力系系统受到到大的扰扰动或小小的干扰扰而失去去运行稳稳定时，，机组间间的相对对角度随随时间不不断增大大，线路路中的潮潮流也产产生较大大的波动动。在继继电保护护范围内内，把这种并并列运行行的电力力系统或或发电厂厂失去同同步的现现象称为为振荡。电力系统统发生振振荡的原原因是多多方面的的，归纳纳起来主主要有以以下几点点：①电网的建建设规划划不周，，联系薄薄弱，线线路输送送功率超超过稳定定极限。。②系统无功功电源不不足，引引起系统统电压降降低，没没有足够够的稳定定储备。。③大型发电电机励磁磁异常。。④短路故障障切除过过慢引起起稳定破破坏。⑤继电保护护及自动动装置的的误动、、拒动或或性能不不良。⑥过负荷。。⑦防止稳定定破坏或或恢复稳稳定的措措施不健健全及运运行管理理不善等等。继电保护护原理电力系统统振荡是是电力系系统的重重大事故故。振荡时，，系统中中各发电电机电势势间的相相角差发发生变化化，电压压、电流流有效值值大幅度度变化，，以这些些量为测测量对象象的各种种保护的的测量元元件就有有可能因因系统振振荡而动动作，对对用户造造成极大大的影响响，可能能使系统统瓦解，，造成大大面积的的停电。。但运行经经验表明明，当系系统的电电源间失失去同步步后，它它们往往往能自行行拉入同同步，有有时当不不允许长长时间异异步运行行时，则则可在预预定的解解列点自自动或手手动解列列。显然，，在振振荡之之中不不允许许继电电保护护装置置误动动，应应该充充分发发挥它它的作作用，，消除除一部部分振振荡事事故或或减少少它的的影响响。电力系系统振振荡时时，阻阻抗继继电器器是否否误动动、误误动的的时间间长短短与保保护安安装处处位置置、保保护动动作范范围、、动作作特性性的形形状和和振荡荡周期期的长长短等等有关关。安安装位位置距距振荡荡中心心越近近、整整定值值越大大时，，越容容易受受振荡荡的影影响，，振荡荡周期期越长长，误误动的的几率率越高高。但并不不是安安装在在系统统中所所有的的阻抗抗继电电器在在振荡荡时都都会误误动，，但是是在出出厂时时都要要求阻阻抗继继电器器配备备振荡闭闭锁，使之之在系系统振振荡时时闭锁距距离保保护。。继电保保护原原理(3)测量互互感器器误差差阻抗继继电器器是通通过电电流互互感器器和电电压互互感器器接入入电气气量的的，测测量互互感器器的变变比误误差和和角误误差必必然给给阻抗抗继电电器的的正确确测量量带来来影响响，关关于这这种影影响通通常在在计算算阻抗抗继电电器的的动作作阻抗抗时，，用可可靠系系数来来考虑虑。(4)电网频频率的的变化化在相位位比较较方向向阻抗抗继电电器中中，用用记忆忆极化化电压压作为为一个个比较较量，，由于于电压压记忆忆回路路是调调整在在额定定工频频下谐谐振，，因此此对系系统频频率的的变化化最为为敏感感。当当系统统的工工作频频率与与谐振振频率率发生生偏移移时，，将使使阻抗抗继电电器特特性曲曲线在在阻抗抗复平平面向向左、、右方方向偏偏移。。(5)在Y/△△-11变压器器后发发生短短路故故障当保护护安装装处与与短路路点具具有Y/△△接线变变压器器时，，阻抗抗继电电器的的工作作将受受变压压器的的阻抗抗和一一、二二次电电压相相角差差的影影响。。例如如方向向阻抗抗继电电器对对Y/△△变压器器另一一侧的的两相相短路路反应应能力力很差差，一一般不不能起起后备备作用用。继电保保护原原理(6)线路串串联补补偿电电容的的影响响在线路路或变变电所所内装装设串串联补补偿电电容后后，破破坏了了阻抗抗继电电器的的测量量阻抗抗与距距离成成比例例的关关系，，同时时它的的电抗抗部分分还会会改变变符号号，使使保护护的方方向性性被破破坏，，对阻阻抗继继电器器的正正确工工作带带来影影响。。(7)过渡过过程及及二次次回路路断线线在电力力系统统正常常运行行中，，电压压互感感器的的一次次回路路或二二次回回路有有可能能出现现断线线的情情况，，当电电压回回路断断线后后，二二次侧侧接至至保护护回路路的相相电压压或线线电压压都可可能降降低至至零，，由于于这时时电力力系统统处于于正常常运行行状态态，仍仍然有有负荷荷电流流，所所以测测量阻阻抗可可能小小于动动作阻阻抗，，使阻阻抗继继电器器误动动作。。(8)平行双双回路路互感感的影影响当发生生接地地短路路故障障时，，双回回路中中的接接地阻阻抗继继电器器的测测量阻阻抗，，受双双回路路零序序互阻阻抗的的影响响，产产生阻阻抗测测量上上的误误差。。(9)在短路路点与与保护护安装装处之之间有有分支支电路路下面重重点分分析这这种情情况继电保保护原原理(9)在短路路点与与保护护安装装处之之间有有分支支电路路当保护护安装装处与与短路路点有有分支支线时时，分分支电电流对对阻抗抗继电电器的的测量量阻抗抗有影影响，，现分分两种种情况况予以以分析析：①助增电电流的的影响响下图为为助增增电流流对测测量阻阻抗影影响的的示意意图当线路路BD上k点发生生短路路故障障时，，由于于在短短路点点k和保护护装置置之间间，还还有分分支电电路CB存在，，因此此、两两个电电源均均向短短路点点提供供短路路电流流。这这时故故障线线路中中的电电流为为，，流流过非非故障障线路路CB的电流流为。。电流流流流向故故障点点，但但不流流过保保护装装置KZA。若短路路点k在距离离保护护装置置KZA的第Ⅱ段范围围内，，则此此时阻阻抗继继电器器KZA的测量量阻抗抗为=式中Kb称为分分支系系数(助增系系数)，其定定义为为一般情情况下下，Kb为一复复数，，但在在实用用中可可近似似认为为与与同同相位位，因因此可可以认认为是是一实实数。。继电保保护原原理前已指指出，，在单单侧电电源辐辐射形形电网网中，，继电电器的的测量量阻抗抗只与与短路路点到到保护护安装装处之之间的的距离离成正正比。。但上式式说明明，当当短路路点与与保护护安装装处有有分支支电路路时，，由于于分支支电流流的的存存在，，使保保护装装置KZA第Ⅱ段的测测量阻阻抗不不仅取取决于于短路路点至至安装装点的的距离离，而而且还还取决决于电电流与与的的比值值，因因为故故Kb＞1，所以实实际增增大了了测量量阻抗抗(与无分分支电电路相相比)。这种使测量量阻抗抗增大大的分分支电电流称称为助助增电电流，，其分分支系系数亦亦称之之为助助增系系数。分支系系数与与系统统的运运行方方式有有关，，在整整定计计算时时应取取实际际可能能运行行方式式下的的最小值值，以保保证保保护的的选择择性。。因为为这样样整定定后，，如果果运行行方式式变化化出现现较大大的分分支系系数时时，使使得测测量阻阻抗增增大，，保护护范围围缩小小，不不至于于造成成非选选择性性动作作。反之，如果果取实实际可可能运运行方方式下下的较较大值值，则则当运运行方方式变变化，，使分分支系系数减减小时时，将造成成阻抗抗继电电器的的测量量阻抗减小小，保保护范范围伸伸长，，有可能使使保护护无选选择性性动作作。继电保保护原原理②汲出电电流的的影响响如果保保护安安装处处与短短路点点连接接的不不是分分支电电源而而是负负荷或或单回回线与与平行行线相相连的网网络，，短路路点位位于平平行线线上，，则阻阻抗继继电器器的测测量阻阻抗亦亦相应应的变变化。。图示为为单回线线与平平行线线相连连的网网络，，当在在平行行线之之一的的k点发生生相间间短路路时，，由A侧电源源供给给短路路电流流送至至变电电所ＢＢ时就就分成成两路路流向向短路路点k，其中非非故障支支路电电流为为，，故故障支支路电电流为为，，它它们之之间的的关系系流过保保护装装置KZA的电流流比故故障支支路电电流大大。此此时距距离保保护装装置KZA第II段的测量量阻抗抗为式中Kb称为分分支系系数(汲出系系数)。由于于所所以以Kb＜1。与无分分支电电路的的情况况相比比，保保护装装置KZA的第II段测量量阻抗抗有所所减小小。这种使测量量阻抗抗减小小的电电流(分支电电流)称为汲汲出电电流。。继电保保护原原理由于汲汲出电电流的的存在在，使使测量量阻抗抗减小小，也也即伸伸长了了保护护区的的长度度，可可能造造成保保护的的无选选择性性动作作。为了防防止这这种非非选择择性动动作，，在整整定计计算时时引入入一个个小于于1的分支支系数数，使使保护装装置KZA的第Ⅱ段动作作阻抗抗适当当减少少，以以抵偿偿由于于汲出出电流流的影影响致致使保护范范围伸伸长的的结果果，使使保护护装置置在任任何情情况下下都能能保证证有选选择地地动作作。汲出系系数也也与系系统的的运行行方式式有关关，在整整定计计算时时仍应应采用用各种种运行行方式式下最最小的的汲出出系数数。综上分分析可可知，Kb是一个个与电电网接接线有有关的