电力系统继电保护教案

继电保护教案

目录

前言2页

1---------电カ系统典型故障分析2页

1.1-------单相接地短路故障分析7页

1.2-------两相短路故障分析8页

1.3-------两相接地短路故障分析10页

1.4-------三相短路故障分析12页

小结13页

2------------继电保护原理14页

2.1-------距离保护原理14页

2.2-------方向保护原理19页

2.3-------纵联保护原理23页

3------------继电保护检验27页

3.1-------新投验收检验的项目及要求27页

3.1.1-----检验前准备工作27页

3.1.2-----二次回路检验28页

3.1.3-----保护装置检验31页

3.1.4-----装置与通道设备的联调检验33页

3.1.5-----装置间的联调检验33页

3.1.6-----保护整组试验34页

3.1.7-----带负荷向量检查34页

3.2---------保护检验的根据及方法35页

3.2.1-----电压、电流保护的检验35页

3.2.2-----保护启动元件的检验36页

3.2.3-------距离保护的检验37页

3.2.4-------零序方向保护的检验38页

3.2.5-------复合电压闭锁方向过电保护的检验40页

3.2.6-------差动保护的检验41页

4------------录波图分析45页

4.1---------单相接地短路录波图分析45页

4.2---------两相短路录波图分析46页

4.3---------两相接地短路录波图分析48页

4.4---------三相短路录波图故障分析49页

4.5---------变压器低压侧两相短路故障录波图分析50页

4.6---------故障实例分析52页

前言

首先我谈一下我从事继电保护的几点体会:

第一点:我们的继电保护专业在电カ系统中是ー个很重要的专业,直接关系到电カ设备的安全和电力系

统的稳定运行;同时继电保护的釆集量来自・次系统、最终服务于一次系统“所以说我们首先应该站在系统的

高度来考虑我们的专业工作;从一次系统的角度出发来考虑我们的继电保护装置、安全自动装置、二次回路接

线等等。例如下图所示系统接线;

变电站二次接线:PT开口三角电压极性端接N600,非极性端接L630;线路CT以母线为正极性;变压器零序

CT以变压器为极性。那么,如果进行变压器零序方向保护试验该如何进行呢?该通入什么角度的测试量?大家都知

道现在的微机变压器零序方向保护都有两项定值:“方向指向母线”和“方向指向变压器"。到底该如何设置这两项

定值呢?

大家看上面系统图,当线路上发生单相接地短路故障时,故障电流由母线流向大地,再从变压器中性点返回,

同时线路阻抗角一般为75度左右，那么由向量图可看岀对于母线一次电气量来说310超前3U0约110度左右，到了

二次回路，由于线路保护CT以母线为正极性抽取，所以线路保护的零序方向也是310超前3U0约110度左右:再看

变压器中性点零序CT,故障电流由大地从CT非极性端流入,使中性点零序二次电流反了180度，也就是说变压器保

护的零序方向是3U0超前310约75度左右。（如向量图示）

通过上述事例,大家可以看出我的着眼点首先从一次系统出发，结合变电站二次冋路实际接线，再去测试保

护装置的动作行为。象上面这个事例,我通入装置的测试量电压超前电流75度,保护应该动作,否则就不对。如果

我把变压器中性点零序CT以大地为极性抽取,那么我通入装置的测试量电流超前电压110度，此时保护应该动作。

第二点:在我们的工作中，有的同志重装置轻回路，有的同志重回路轻装置，这两点都是不对的。继电保护

专业,装置和回路是ー个相互关联、密不可分的整体,像上面的事例，变压器的中性点零序CT的极性端的抽取方式

不同,将会得出截然相反的两种结果，如果我只测试装置的动作行为,而不管实际二次回路接线,那免不了会发生

继电保护误动、拒动事故;反过来说如果装置要求只能采取该种接线，而你又轻装置,认为都由厂家保证了,不了

解该套装置的原理,那免不了也会发生继电保护误动、拒动事故,影响系统稳定运行。所以说一定要树立一个整体

观念。

第三点：安全及专业技术水平的关系。首先树立安全意识是必须的,但继电保护是ー个技术性较强专业,光

有安全意识是不够的,还必须不断提高自身的专业技术水平,只有这样才能全面把握现场工作中的各个环节,充分

考虑各种危险因素，才能彻底杜绝事故的发生，保证安全供电。像我们继电保护专业曾经发生过的许多人为事故,

大多数属于此类,认为这样做没事，结果却发生了事故。这就是因为受专业技术水平的限制没有考虑到它的危险性。

所以说不断提高自身的专业技术水平是继电保护专业保证安全的先决条件。

第一章电力系统典型故障分析

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:ー类是电量保护,如电流保护、电压保护、距离保护、纵联保

护等: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,以实现对电カ系统一次设备的控制及保护。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。

电カ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

其中短路故障称之为横向故障，断线故障称之为纵向故障〇

电カ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及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•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=O；UKA=O。

3)由故障边界条件，通过对称分量法求取特殊相各序分量。

首先介绍ー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。其互换公式如下:

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表示逆时针旋转120”也即向超前方向旋转120",ダ表示逆时针旋转240”也即向超前方向旋转240”

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: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)由各序分量关系，绘制特殊相序网图。

首先介绍ー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オ产生负、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冋路;而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，FMA=(FM-FBFA。)-(Fm.F必FM)=(FAHFA2)-(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)

接下来以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/(XE1+XE2+XE0)

UKA1=IKAI*(XE2+XE0)

UKA2=—IKA2*XE2=—IKAI*XE2

UKAO=—IKAO*XE0=—IKAI*XE2

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及故障点各序分量电流相等

IKA1M=IKAI

IKA2“=IKA2

IKAow=IKAO

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

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。

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。

各相故障点故障电流、故障电压:

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)

各相保护安装处故障电流、故障电压:

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

请大家留意一下我在计算式中标示红色的部分,由前面的计算可知道,母线残压等于短路点电压加上

线路阻抗压降。标示红色的部分实际上就是线路压降。这在讲距离保护时将详细介绍。

请大家再看一下我在计算式中标示兰色的部分:

对于正序分量电压UKAL=UKA1+IKA1*X皿

=IKA1(XE2+XE0+Xu,l)

可得出:线路压降及短路点电压同方向,也就是说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。

对于负序分量电压UKA2«=UKA2+IKA2*X京

=IKA1(XUI2-XE2)

可得出:线路压降及短路点电压反方向，也就是说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。

对于零序分量电压UKAO«=UKAO+IKAO*X曲

=IKA1(XN-XE0)

可得出：线路压降及短路点电压反方向，也就是说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。

通过上述计算还可看出UKAM=IKAI(X,J+X,.„2+Xu0),IKAM=3IKA1I一般各序阻抗角相等,则故障相电

压超前故障相电流一个线路阻抗角。

7)通过计算结果绘制向量图以供分析。

第一节单相接地短路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XE2+XE0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

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

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ー个线路阻抗角。

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。

第二节两相短路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=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、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。(如下图示)

5、计算各序分量向量值：

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

UKC1=UKC2=-IKC2*XE2

6、计算故障点各相全电压、全电流

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。

IKC,=0

IKB„=V3IKCleJ90

IKA,=V3IKClej-w

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

=2UKC1+IKC1(Xzl-XM)因线路X1=X2

=2UKC1

J,8(2

UKB,=UKCle'+aIKCl*XIJ,l+aIKC2*Xt»2因线路X1=X2

=UKCle"8^J3IKCle网・Xuil

Jls<l2

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

=UKCleJ,ao+VSIKCle-^0*X4

保护安装处AB故障相间故障电流、电压

%,.=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,

通过上述计算可看出故障相间电压超前故障相间电流ー个线路阻抗角。

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XE2阻抗:

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

X1M(XL+X1S)=X2J(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ー个线路阻抗角。

第三节两相接地短路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=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、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/(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、计算故障点各相全电压、全电流

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=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

保护安装处AB故障相间故障电流、电压

IKA,«=IKA,-IKB«

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

=[1+XLO/(XE2+XL0)]J3IKC1产

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

通过上述计算可看出故障相间电压超前故障相间电流ー个线路阻抗角。

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X£2〃X£O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

XIノ(XL+Xlx)=X2ノ(X2.+X2Q=X0ノ(XO„+XON)

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ー个线路阻抗角。

7、负、零序电流超前负、零序电压(180度减ー个线路阻抗角)约105度。

第四节三相短路K(3)故障分析

1、以A相为特殊相

2、短路路故障边界条件: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

在前边我们曾讨论过负、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:IKAl=l/3(IKA+aIKB+azIKC)=IKA

IKA2=l/3（IKA+a2IKB+aIKC）=0

IKA0=l/3（IKA+IKB+IKC）=0

4、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/XL1

IKA2=IKA0=0

UKAI二UKA2=UKA0=0

6、计算故隙点各相全电压、全电流

IKA=IKA1=E/XL1

IKB=a2E/XL1

IKC=aE/XLl

UKA=UKB=UKB=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/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

通过上述计算可看出故障相电压超前故障相电流ー个线路阻抗角。

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・个线路阻抗角。

小结:

ー、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；只讲ー下断线及短路的区别及断线故障的特点。

（这里指的断线均指非全相断线）

区别:1、断线故障由两侧电源电势差ふE=ES-ER作用产生短路故障是由电源电势E作用产生；

2、断线故障附加阻抗串于正序网络断线口两侧,短路故障附加阻抗串于正序网络短路点及地之

间。

3、断线故障各序综合阻抗为纵向阻抗（即线路方向阻抗）,等于断线两侧阻抗之和；短路故障

各序综合阻抗为横向阻抗（即短路点横断面阻抗）,等于短路点两侧阻抗之并联值。

特点:1、只有在两侧电源电势ESWER时电势差出现,发生断线故障オ产生负、零序分量；

2、空载线路（如网间联络线正常时无功率交换即负荷电流等于零）发生断线故障正、负、零序

分量均没有；

3、单侧电源线路由于电势差△£=£,发生断线故障时产生负、零序分量;

4、系统振荡当3=180°时,由于电势差发生断线故障产生的电流最大。

二、各种短路故障电流比较:

1、三相短路及两相短路故障相电流比较:

由前几节分析可知|IKJ=E/X£1,

|IK2|=V3E/(XL1+XL2)因X1=X2

=73E/(2XL1)

所以(IKZ|=V3|IK3|/2

2、三相短路及单相接地短路故障相电流比较:

由前几节分析可知!IK,|=E/XL1,

|IK,|=3E/(XL1+XE2+XEO)因X1=X2

=3E/(2XE1+XL0)

因为通常零序阻抗大于正序阻抗,所以|lKd<|lK3|

3、单相接地短路及两相接地短路故障零序电流比较:

由前几节分析可知|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)

因为通常零序阻抗大于正序阻抗所以110KHl<|IOK,|

第二章继电保护原理

在电カ系统中,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カ设备的损坏。因

此保护应能区分正常运行及短路故障;应能区分短路点的远近。下面着重介绍如下几种保护原理。

第一节距离保护原理

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;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。

在前面的分析中大家已经知道:保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降,即U4UK+AU;其中线路

压降△11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,310等于故障相电流IKA:同时考虑线路X1=X2则有:

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

则有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)

这样我们就可得到母线电压计算得一般公式:

yUK.+XuJ(L.+K3IO)

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K31Ko减去了而

已。

ー、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ZJ=UJ/IJ正好成正比于保护安装处至短路点的线路阻

抗ZLM

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

=Zu.(U+K3I0)/U当金属性单相接地短路时UKD

=(1+K)ZLM

它不能正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Zヮ

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リ我们可以在构成阻抗继电器

上做文章,使

ZJ=ZUI(IK«,+K3I0)/(IK«>+K3I0)=Z

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h©+K3I0,常规继电器构成上可以采用L.+K3I0

复合滤序器实现,微机保护更简单,直接通过软件算法实现。

ZJ=UJ/(k,+K310)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・般采用该种接线。

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:

IKM=2IKAM

UK*21KAM*Xh

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、对应相间电流方式接线,则故障时继电器的测量阻抗

ZJ©ゆ二UJo〇/IJ©©

=2IK©*ZIM/2IK4>

=ZLM

能够正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗ZLM

ZJ。ドUJoJlJ。。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、正、反向短路故障测量阻抗比较

假设为金属性短路,故障点电压为零

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

如下图示:

1、正方向短路故障测量阻抗：

ZJ=UJ/IJ=Z1AI

2、反方向短路故障测量阻抗:

ZJ=UJ/IJ=-ZLM

由上式可以看出:在特定的正方向下,测量阻抗具有明显的方向性;也就是说正向故障实际上是由

保护装置背侧电源作用的结果;而反向故障是由对侧电源作用的结果。

四、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ー次设备的保护,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U^U-IjZa

通过这个等式可以看出,LZz。实际上是保护安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・在正向区内、正向区外及反方向故障时同测量电压山测量的相位

关系。

在正向区内K1点发生短路,ZKZzo则U产Uj-LZ*—L(ZZLZJ

U产I小

Uor及U」反向；

在正向区外K2点发生短路，ZDZzo则U行ULLZ后L(ZLZZO)

U尸

ル及U」同向；

在反方向K3点发生短路,Z」〉Z”则UoFUJ-IJZz»=-IJ(ZJ+Za)

U产ー1必

U«•及U」同向;

所以可以通过比较Uw及U,的相位关系来判断区内、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ー项。

极化电压是及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U」

为极化电压可构成方向阻抗继电器、选用U」+LZz。为极化电压可构成全阻抗继电器、选用LR”,为极化电压可构

成电抗性阻抗继电器、选用LXzn为极化电压可构成电阻性阻抗继电器等等。

下面我来介绍ー下方向阻抗继电器的动作特性;

其动作方程为丨l/2Zw|?|Zj—1/2ZM(绝对值比较方程)

或90°Warg(Zj-Zz»)/Z」这270”(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=B-A；D=B+A

当|A|=|B|,且B超前A时,argC/D=90"；

当|A|=|B|,且A超前B时,argC/D=270"；

当|A|〉|B|,且B超前A时,argC/D>90"；

当|A|>|B|,且A超前B时,argC/D<270"；

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90"Warg(B—A)/(B+A)W270"

根据动作方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1,乘转换为电压形式动作方程;9(TWarg(Uj-LZQ/Uj

《270°

构成单相接地阻抗继电器时,测量电流L=IK°+K3I0

构成相间阻抗继电器时,测量电流L=IK,O

五、距离保护应用中的相关辅助措施:

1、测量阻抗Z戸U/L,那么当因某种原因电压断线时,阻抗继电器将会误动作,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及开口三角电压比较实现。微机保护采