董双桥继电保护讲义

董双桥继电保护讲义

第一部分基础知识

电力系统。电力系统是由电力生产的5个环节：发电、输电、变电、配电和用电组成的

整体。输电网和配电网统称为电网。完成一次能源转换成电能并输送和分配到用户的统一系

统称为一次系统；对一次系统进行保护、控制、测量、调节、监视、通信等相应的辅助系统

称为二次系统。

继电保护。当电力系统中的电力元件发生故障时，向运行值班人员及时发出警告信号,

或者向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现

这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的一般称为继电保护装置。

安全自动装置。当电力系统本身发生故障或危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时

发出警告信号，或者向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措

施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力系统的通称为电力系统安全

自动装置。

功率。有功功率：用电设备真实消耗掉的功率称为有功功率。有功与频率相关；无功功

率：在完成电能转换为机械能的过程中，建立电、磁场需要的功率称为无功功率，无功与电

压相关。

功率的方向。一次，以母线流向线路为电流正方向；母线对地为电压正方向。

二次，极性端流入继电保护装置为电流正方向；极性端对地为电压正方向。

高压母线

电流互感器

电压互感器

三道防线。1常见的普通故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行和正常供电;

2为出现概率较低的较严重的故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行，但允许损

失部分负荷；3为罕见的严重复杂故障，电力系统在承受此类故障时，如不能保持系统稳定

运行，则必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。1合理的电网结构和电源布局，保护重合

闸和开关正确动作，必须聚持稳定和正常供电；2保护重合闸和开关正确动作，必须保持稳

定，但允许损失部分负荷（切机、切负荷、解列）；3振荡解列、低周低压减载等。

符号法。正弦量三要素，振幅、频率和初相角，在研究稳态工频量时，频率是常数，由

欧拉公式，可以将同频率的正弦量转换为复数运算。=ea\cos/3+jsin/7]

对称分量法。可以用三相线路电压方程

引入概念。

.一1;

Jf-*11

L1皿

=12

3-a

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一IBUA=EA-IA21-10(ZO-21)

---------0

1ICUB=EB-IBZi-IO(Z0-Z1)

==t-----O

3-310UC=EC-ICZ1-IO(Z0-Z1)

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ZKUAIA

♦J4O

ZFUBIBUA=EA-IAZA-IBZAB-ICZCA

IC,UB=EB-IAZAB-IBZB-ICZBC

~^荣1310^J^EC-IAZCA-IBZBC-ICZC

特点：

1二序网相互独立。将相量的满阵转换为对角J阵。

2正常运行和对称故障只有正序。不接地两相短路有正序和负序。接地短路和不对称断

线有正、负、零序。

3负序和零序属故障分量，其对应的序网络是无源网络，外加源在故障点。

“四性”。可靠性（可信赖性和安全性），选择性，快速性，灵敏性。

继电保护的配置原则，超高压（220kV及以上），双重化原则，近后备+断路器失灵。

高压（220kV以下），主、备独立，远后备。主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以

最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护是主保护或断路摘拒动

时，用来切除故障的保护。远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路

的保护来实现的后备保护，近后备保护当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护

来实现的后备保护。当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。辅助保护是为补

充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。异常运行的

保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

超高压线路保护。主保护（纵联保护）一分相电流纵差、高频方向、高频距离。

分相电流纵差。利用基尔霍夫电流定律，需要线路两侧电流进行运算，判别线路内部、

外部短路，决定是否跳闸s因此，要求通道传送对侧电流（模拟量）。特点是容量大、同步

要求高（同时刻两侧电流进行运算），通常只能通过光纤或微波通道传送（64k或2M）。

高频方向、高频距离。方向或距离只是原理不同，都是判别正、反向故障。方向只是超

范围；距离乂分超范围或欠范围。高频方向、高频距离的通道命令分为闭锁命令或允许命令。

无论如何，都是接受对侧命令加上本侧的方向元件一并判别线路内部、外部短路，决定是否

跳闸。

直跳命令。这是保护原理上的叫法，主要应用过电压、失灵和电抗器保护，从原理上讲

接受命令就可以跳闸，但对通道的安全性要求极高，为防误动对载波命令要加就地闭锁，有

些地区对光纤命令取消就地闭锁。直跳命令把安全性放在重要位置，复用载波机多采用编码

命令，因而牺牲速度称为慢速命令25~35ms。

TV、TA的安装位置与保护范围的关系。一般横向故障由TA的安装位置决定保护范围,

这是因为TA两边故障的电流方向不同，而TV两边故随的电压相同；纵向故障由TV的安

装位置决定保护范围，这是因为TV两边故障的电压方向不同，而TA两边故障的电流相同。

第二部分保护原理

1.数字式继电器

概述

目前，数字式保护几乎全面替代模拟式保护。数字式保护相对模拟式保护具有不可比拟

的优越性，这一点早已深入人心，形成普遍共识。数字技术为数字保护中的数字式继电器提

供了广阔的创新空间。数字式继电器是，根据电力系统故障分析理论和应用需求，寻求继电

器原理，通过采样得到的数字序列，采用恰当的算法实现继电器功能。以故障时刻开数据窗,

随时间的推移数据窗增长，数据窗长短，决定获取故障信息量多少，一般来说，故障信息量

越多故障判断越准确，因而存在继电器动作的快速性与数据窗长度的矛盾。对于严重故障，

期望快速切除故障；对于轻微故障，能够忍耐慢速切除故障。值得庆幸的是，故障量的大小

能够弥补故障信息量的不足。通常的做法是：故障初始阶段，直接采用采样值算法，故障越

严重，故障量越大，继电器动作速度越快，积分运算完全匹配这种特性。当数据窗长度达到

一个工频周期，转为全波富氏算法。对于工频量原理的继电器而言，全波富氏算法是一个正

确的选择。从故障分析的理论可以清楚地得出结论，突变量继电聘较之稳态量继电蹲性能优

良得多。因为突变量包含有故障前后的全部信息，稳态量只含故障后信息。但是，故障前信

息是通过微机记忆获得的，故障前电气量不是恒定的，它随时间变化而变化，特别在系统振

荡中会加剧变化。这一点要引起足够地重视。理论和实践证明，只要系统未发生静态稳定和

暂态稳定破坏，故障初始短时间内可以认为故障前电气量是不变的。通常的做法是：故障后

较短时间内采用突变量，随后采用稳态量。虽然稳态量继电器性能不如突变量继电器，但是

稳态量继电器适应能力远远超过突变量继电器，这一点对于转换性故障、发展性故障以及复

故障格外重要。

I.启动继电器

启动继电器是用于判别故障的有无，灵敏性和快速性是启动继电器的基本要求。灵敏性

和安全性的最高要求：在保护范围内有故障动作，无故障不动作；灵敏性和安全性的最低要

求：在保护范围内，启动继电器动作的灵敏度高于测量继电器的灵敏度，尽量避免无故障动

作。由于启动继电器快速性要求，通常采用突变量采样值算法。

三相同时刻采样值启动继电器

采用两次突变的启动继电器

=||/(r)-/(r-T)l-l/("2T)IA/W(1)

T一一电流的工频周期。

线路保护中的启动继电器

线路保护中的启动继电器与静稳电流继电渊配合，判别暂态稳定或静态稳定破坏实现振

荡闭锁。要求无故障全相振荡时启动继电器不动作，起码要求在无故障全相振荡初期(静稳

电流继电器动作前)启动继电器不动作。确保在静态稳定破坏导致距离保护误动作前，可靠

地进入振荡闭锁。如果静态稳定破坏，静粒电流继电器动作前启动继电器误动作，启动继电

器动作后，短时间(160ms)误开放距离保护导致误动作。当启动继电器动作时，静稳电流

继电器未动作，认为可能会产生暂态稳定破坏。但是，从引起启动继电器动作的扰动开始计

采用相位比较式

।A有立1丝区丝卜90P或|A「gU「（）呼/99。）（4）

pZgpZ》12

ZL=ZV+Z；op——正实数，在（4）式中无关紧要。

众所周知，相位比较继电器与绝对.值比较继电器可以互换。（4）式改写为：

|U2-1网工+O.25Z2J/2|>|U2+（pZz-O.25Z2/）/2|（5）

方向继电渊一般是比较两个相量的相位或比较两个用量和、差的绝对值。理论上，这种

比较只与两相量的相位有关，与绝对值无关。实际上，当其中•个相量的绝对值很小时，在

技术处理上就难确定其相位，无法作相位比较；当其中一个相量的绝对值远大于另一个相量

的绝对值，两个向量的和、差绝对值之比约等于1,同样无法作绝对值比较。数学上易证，

两个幅值相等的相量比较相位转换为比较绝对值时，对•相角的敏感度最高。所以令：（4）式

的分子等于分母-O.25Z2/2\=\P^2h正向故障Z2v+0.257^1=1^1，反向故障

I-0.25Z2/|=|仅%|,两式相加，解得夕=（）.5。假设Zf=5O（）Z2£/L（500KM线路

的负序阻抗）。这只是一种假设，但是假设越接近实际系统情况越准确。将ZZ=50QZY/L

和夕=0.5代入（5）式得

.1000+L-।।»•,1000—L„•.

1%--Tj—1>1^2+4/ZJI（6）

L-----线路长度；Z2L------线路负序阻抗。

负序电抗线

方向元件也不能对正方向放任。为了限制正方向的保护范围，增加•条负序电抗线，负

序电抗线必须对本线路末端有足够的灵敏度（高频方向灵敏度不宜过高，若用做零序过电流

的方向元件灵敏度应更高些。）。另外增加负序电流监控（华中：高频3,2>50（14）,零序

3/2>30Q4o即使经高阻接地，也有故障点负序电压U修AO。.仰

负序电抗线动作方程：

|Arg〃=亿+女/°62_£&0iR|>0.0刈"&3/,>300A

1-—20-2…十”.

二是提高切高阻能力

20

3.距离继电器

一位继电保护权威曾说过：“对距离保护的研究归根结底是对极化量的研究。”一语道破

距离保护原理的本质。距离继电器通常有两个量：一个是工作电压，另一个是极化电压。工

作电压亳无例外地选择补偿到整定点的补偿电压（这也是距离保护也称为阻抗保护的原因，

补偿阻抗决定保护范围，保护范围正比于补偿阻抗）。故障分析的结论可以明确指出，区内

外、正反向短路，工作电压在电压平面的区域。当选定电压平面的参考量，就可以划定工作

电压在电压平面的动作区域。电压平面的参考量必须由“故障前工况”确定，这里所说的“故

障前工况”不是完全意义下的线路发生“短路前工况”的意思，它是故障分析中的“故障前

工况”。这两者有何差异呢？举例说明，系统全相振荡中线路发生单相接地短路，短路电流

随振荡变化而变化，这是由于故障分析中的“故障前”的故障点电压随振荡变化而变化。当

然，线路实际发生短路时刻“短路前”的故障点电压是不变的。很显然在故障后得到“故障

前工况”是距离继电器原理的关犍所在。极化电压就是充当这一重要角色，所谓极化电压就

是参考电压。众所周知，微机保护出现后突变量保护取得了极大的成功，在原理上得茹于微

机的记忆功能，带记忆的极化量轻而易举地得到“故障前工况”。然而，故障后随时间的推

移，发电机的励磁、功角发生变化，记忆也就不能反映“故障前工况”，因此使用记忆是有

条件的。正确的做法是，突变量保护和稳态量保护配合使用，协同工作。综上所述距离保护

原理的三要素：工作电压、极化电压和动作特性。

工作电压选择补偿到整定点的补偿电压。所谓补偿电压是从保护安装点计算出补偿点电

压。看短路电压三角形，由于保护安装点至故障点间流过同一电流，保护安装点电压;故障

点电压+保护安装点电压至故障点间线路压降，u=uF+zri.区外故障，保护安装点至

整定点间流过同一电流，保护安装点电压=整定点电压+保护安装点电压至整定点间线路压

降，U=或乙=U—z3由于整定阻抗为常数，通过保护安装点的电压、

电流可以计算出整定点电压。我们定义工作电压U'=U-Zs”/。区外故障，工作电压等

于整定点电压；区内故障，工作电压不等于整定点电压。

外故障IZ尸|>|Z的L

U=Uzj=uz,i।(zF=zj/

区内故障|Zg|>|Z〃I。保护安装点至整定点间存在短路分支，保护安装点至故障点间

流过同•电流，故障点至整定点间电流不可知。这样计算出的工作电压无任何物理意义，是

一个虚拟电压。

f

u=u-zJ=u-zFi-（z^t-z）=z"

工作电压的相量图。区外故障，工作电压相量落在保护安装点电压与故障点电压的连线

上。区内故障，工作电压相后落在保护安装点电压与故障点电压连线的延长线上。这就是选

择工作电压为补偿电压的几何意义.

图1是双电源系统的一次接线图，保护安装在M处，F0一—末端短路；F1一一区内短

路；F2一一正向区外短路；F3一一反向短路。图2是送、受端区内、外短路补偿电压的轨

迹。

EMSEH

/2。左。

图1双电源系统一次接线图

©2补偿电压轨迹

在计算工作电压时，要计算线路压降，由于三相线路间存在互感，总不愿意计算-■相电

压另两相电流参与运算。假设三相线路对称，有：三相自感Z［相等，三相相间互感Z”相

等。线路压降，％=/%+弋3（3,0_牛）+乙房+4夕”出”,由此可以导出零序

补偿系数的两种表示形式。所谓零序补偿系数就是消除互感，电工理论告诉我们，消除互感

就是在自感中减夫百感乙—Z,w=Z,.公共回路（零序回路）中加上互感乙+3Z.=%

为了让线路压降正比于正序阻抗，引入零序补偿系数。

%.=R（+L］请■+&3i0+LM

相量表示

七=乙，+乙“3/0=4（乙+犬31。）

相量表示

乙=R亿+“31。/+jX、&+Kx3/0）

阻抗表示的零序补偿系数电阻表示的零序补偿系数电抗表示的零序补偿系数

_ZM_Z。-Z|_RM_&-XJX。XI

4—3Z,一五一36X,3X1

特别提醒KHKS

极化电压就是在电压平面上选定参考相量，当选定电压平面的参考量，就可以划定工作

电压在电压平面的动作区域。例如大家熟知的方向阻抗继电器，它是以故障后电压为极化电

压，工作电压在电压平面的动作区域为半平面.，灵敏角为负的极化电压。再例如著名的4Z,

它是以故障前整定点电压为极化电压，工作电压在电压立面的动作区域为一个圆，圆心为极

化电压的末端，半径为极化电压的模值，圆外为动作区。它们在阻抗平面上的动作区如何呢？

方向阻抗继电器

[]，7_7

|4望方|>90°,|4吆号工|>9。）

Cz乙

突变量距离继电器AZ

|A吆.".

|<9tf

。'-2%

要在阻抗平面上表达动作区，上式中故障前后不同时刻的量无法做运算，必须将故障前

的量用故障后的量表示，需要找到一个故障前后不变的作为桥梁，这个量就是系统电势。用

故障后的电压、电流计算系统电势，正方向故障只能计算背侧系统电势，反方向故障只能计

算对侧侧系统电势，所以，正、反故障阻抗平面上的动作特性完全不同，这一点正是我们期

望的。另一方面，故隙前整定点电压不能简单地表示为系统电势，它们之间的关系与故障前

的潮流相关，所以，送、受端，轻、重载阻抗平面上的旬作特性不完全一样，这也是我们期

望的。两点期望说明了继电器的自适应性。举例空载短路。

正方向故障

U，__z-zu,z

-'-2%==U—2（U+Z“J）=+

极化电压突变量距离继电器选择故障前补偿电压，稳态量距离继电器选择正序电压。

振荡与振荡闭锁

同步稳定

电力系统受到扰动后恢复同步运行的能力。

有静态稳定、动态稳定和暂态稳定。

静态稳定——如果在任一小扰动后达到和扰动前运夕亍情况•样和接近。

暂态稳定——如果在该扰动后达到允许的静态运行情况。

振荡闭锁

静态稳定破坏。启动继电器△△/（，）不动作、静稳电流继电器/.动作，判静态稳定破坏进

入荡闭锁。

暂态稳定破坏。静稳电流继电器/加不动作、启动继电器△△/”加动作，安全开放160ms

后，判暂态稳定破坏进入荡闭锁。

160ms的来历：当系统受到大扰动（如：短路），启动继电器动作时，静稳电流继电器

未动作，认为可能会产生暂态稳定破坏。但是，从引起启动继电器动作的扰动开始计时，到

产生暂态稳定破坏导致距离保护误动作，是要历经一段时间（一般认为不小于250ms\在

这段时间内距离保护是安全的，可以放心地开放距离保护。

振荡闭锁中的保护再开放

不对称开放——6与Z协同工作。8大时，闭锁Z；5小时，开放Z。利用电流不对称度开

放Z。无故障时，电流对称闭锁Z。振荡中心附近故障，3大时电流不对称度低；3小时

电流不对称度高。远离振中故障，电流不对称度对8敏感度降低。但是利用分支系数，远端

故障，电流不对称度低；近端故障，电流不对称度高。

对称开放——利用振荡中心电压随8变化而变化;短路点电压基本不变化（约0.05pu）°UCOS

小，无故障时是振荡中心电压；三相短路时是短路点电压。带短延时区分振荡和三相短路。

躲负荷抗振荡及过渡电阻

线路保护避开最大事故过负荷、系统振荡不误动和可切除振荡中故障是线路保护•个原则。

对超高压线路主要针对的是距离保护，避开最大事故过负荷和耐过渡电阻能力是一对矛盾，

一致认为相间距离耐过渡电阻的能力不低于20Q/相（相间40Q）便可，恰当地整定容易避

开最大事故过负荷。接地短路可能有大的接地电阻，但接地距离也只能对■付不太大的过渡电

阻（如小于80Q/相），对于大接地过渡电阻（如3。0。/相）只有靠零序电流切除。

4.选相继电器

突变量选相

故障点北故障相电流为零。几=0/Q+M/2=。鲂/尸o+妨〃+妨/门=U

j.印j__U2_

F

°2ZS04-ZZ1‘°Z£(1+2Z£I

非故障相故障电流分量

统屋+所1尸1+妨%

=kfoiF0-kfjF0+kfjF0+kfjFl+kfjF2

=凶。一kfjiFO

接地短路：A3/o=A/4(r)+AZ/,(r)+A/c(r)>3zw,z

&6A=|须⑺一△如=14笛）一*（川

两相电流差突变量选相

编号反应量单相接地短路两相接地或不接地短路三相短路

ABCABBCCAABC

1-++++++

△秘

2+-+++++

△匕

3△‘AB++-++++

稳态量选相

A区：A相接地K(AN),BC两相接地K(BCN),AB两相经高电阻接地K(ABRFN)o

用零、负序电流只是一个初选，再必须引入电压，一般用阻抗，最终区分初选结果中的一种

故障类型。

第三部分事故分析

凤磁线高频零序方向保护误动作

根据短路计算理论，A相接地短路，零序电压(ULN)与A相电压几乎反向，相量图如

黑色。从集中录波数据：Ua=32V、U0=77VoUAL=110Vo由于N线开断，N-N，产生压差，

N漂移到NL从零序中路清整看出，自产3U0(TV变比Ue/57.7V).开口三角3U0(TV变比

Ue/l00V)o在两个零序电压的作用下，得到N，的电位。保护装置的自产3U0,从3U0=UAN+

UBN+UCN改变成3U0=UAN，+UBN'+UCN\从与A相且压几乎反向改变成与A相电压几乎

同向。零序电压根本性改变，当然零序方向根本性改变，当然零序方向误动作。

•N

•N,

▼L

中阻抗母线差动保护不正确动作事故分析

RADSS/S母线保护原理简述

差动保护是根据基尔霍夫电流定律，任何一个节点流入电流等于流出电流，即节点电流

的代数和为零»=0。理论上，差动保护无区内短路差动电流为零，区内短路差动电流等

于短路点电流。实际上，TA的传变误差使得区外短路产生不平衡差动电流，不平衡电流随

穿越电流增加而增加，自然想到将差动保护的动作特性设计成比率制动。RADSS/S母线保

护选用绝对值和作为制动量TA的传变另一个误差是TA饱和，所谓TA饱

和就是TA的励磁电抗降低。RADSS/S母线保护在差动回路中串联一个中阻抗，当区外短

路TA饱和时，利用中阻抗与饱和TA的二次回路阻抗形成分流，分流至饱和TA的二次回

路的电流只产生制动电流、不产生差动电流，有效地防止了区外短路TA饱和误动作。

TA二次绕组

图1RADSS/S母线保护原理图

中阻母差原理图。图中CU为启动继电器；CDL为动作继甩器；DXJ为TA断线监视继电

器；Rs为制动电阻；Red和R差动回路电阻：Tmd为差回路变流器；Idl为差动电流；IT3

为制动电流。

结合图1分析中阻抗母线差动保护的工作过程：1）区内无短路、TA未饱和。差动电流Idl=O,

穿越电流在两个制动电阻RS/2上产生制动压降，对差动继电器CDJ施加反向电压，CDJ可

靠不动作。2）区内短路。将短路后电流分为短路点电流和穿越电流。短路点电流流经差动

回路（Red、Tmd、DXJ）,经差流变流器整流后，对差动继电器CDJ施加正向电压起驱动

作用。穿越电流对差动继电器CDJ起制动作用。这样就形成了差动继电器的制动特性，3）

区外短路、TA饱和。可以将饱和TA看成一个纯电阻，它不能提供电流平衡其它TA提供的

电流，因而产生差动电流，从另一方面看，这个纯电阻串上一个RS/2和二极管与差动回路

并联。流过并联回路的电流在两个RS/2上产生制动电压，防止了区外短路TA饱和差动保

护误动作。

仓颉变电站RADSS/S母线保护拒动分析

2006年2月14日河南省仓颉变电站发生500kVI母B相接地短路，两套RADSS/S母

级保护拒动。拒动原因十分简单，安装人员将两个备用间隔辅助变流器一次侧短接。我们将

短接的辅助变流器从二次恻看成一个等效电阻Rdx,如图2虚线所示，由于一次侧短路，

Rdx阻值远小于差动回路电阻Red和Ro当发生500kVI母B相接地短路时，被短接辅助

变流器旁路了中阻抗差动保护的差动回路，旁路电流只产生制动电流、不产生差动电流，因

此差动电流远小于制动电流，差动保护拒动。中阻抗母线差动保护的原理就是在差动I口I路串

联•个中阻抗，防止区外短路TA饱和差动保护误动作。仓颉变电站母线保护拒动事故，就

是人为地将备用间隔辅助变流器一次侧短接完全模拟了区外短路TA饱和，造成RADSS/S

母线保护拒动。

TA二次绕组

图2仓颉RADSS/S母线保护拒动原理图

葛洲坝二江发电厂RADSS/S母线保护不正确动作分析

2006年3月14日葛洲坝二江发电厂发生220kVH母A相接地短路，RADSS/S母线保

护I母误动、II母拒动。葛洲坝母线保护不正确动作相对仓颉变电站更杂得多。葛洲坝二江

发电厂主接线为双母线带旁路，旁路母线分段。事故前，葛一江电厂220kV系统单母线运

行，I母停运，H母运行；5台机组和8回出线在220kV【I母线正常运行。

母线保护不正确动作原因是：#2发变组单元的双位置继电器的其中一付常开接点击穿（如

图3所示），该继电器由#2发变组接入母线的刀闸控制，自动切换接入母差的电流、接跳断

路器等。被击穿接点将#2发变组电流被同时接入I、II母差动保护，使得I、II母差动保

护产生了直接电的联系。

I母差动保护误动原因分析：

由于【母停运，理应I母差动保护无任何电流。#2发变组切换继电器接点击穿，所以

流入I母差动仅为该接点电流，它既是差动电流，也是制动电流，其动作斜率为1,保护的

制动系数为0.8,因此，只要该电流达到动作电流就动作。该电流不仅是#2发变组分得的短

路电流，由于I、n母差动保护产生了直接电的联系，它还会从II母差动保护中获得大量的

电流（这一点在分析n母拒动中说明）。它远远大于动作电流，造成I母的差动保护误动。

n母差动拒动原因分析：

由于II母接有5台发变组和8条送出线路，仅从分流的观点看，即便#2发变组电流全

部被分流至I母母差，也不会造成II母母差保护拒动。II母母差保护拒动的根本原因是，I、

H母差动保护的差动回路被并联。并联回路是：一端是中间变流器二次侧中性点，另一端是

#2发变组切换继电器的切换电流接点（I母击穿，II母正常闭合）。

图4国洲坝RADSS/S母线保护不正确动作简化图

我们把图3简化为图4。假设：#2发变组电流为Ik,其它4台发变组和8条送出线路的电

流为K倍的Ik；I母差动电流为Id,H母差动电流为P倍的hi；整个差动回路的等效电阻

为Rd。保守的估计K>5。若D1导通、D2截止肯定P>5。B点的电位高于C点P倍，A点

的电位高于B点的电位。由于Rs远小于Rd（下面证明），D点的电位略高于C点的电位。

A点的电位高于D点的电位，所以D1必然截止。只要P>1,B点的电位高于C点，也就高

于D点，就有D1截止、D2导通。从图4可见，DI截止、D2导通，I、II母差动回路基

本对称，II母差动电流略大于I母差动电流（即P略大于1）。

证明如下：

见图3,S=Idl/IT3=Rs/（nmdXR+Rs/2）,厂家推荐制动系数S=0.8,nmd=10o

nmd一一差回路变流器变比。

Rs

vS==0.8

%xR+Rs/2

n.xR=1.5RJ2

整个差动回路等效电阻

Rd=R,d+*xR

=Red+nmdXL5R5/2

=R(d+15xR$/2

/.R(,»Rs/2

从I母差动回路计算D点的电压

Uo=〃x(&/+Rs/2)+0.7(1)

0.7---管压降

从II母差动回路计算D点的电压

UD=PxI(/xR#—11)2x.Rs/2—0.7(2)

ID2——流经二极管D2的电流

计算D节点的电流

ID2=Jd-1K

计算0节点的电流

IK+KXIK="+PXL

（1+以/厂〃）=依_尸）〃

将（3）式代入（2）后，再与（1）式联立

ldx（七+Rs/2）+0.7=PxxR「〃x勺/2-0.7忽略管压降0.7,同除以Id

I+K

K_p

Rf+Rs/2.PxRd--^-Rs/2

1iA

p_（l+K）Rd+（l+2K）RJ2

~（l+K）R“+Rs/2

•.•4/»/^/2，.二孙各大于1

P略大于1说明：只要DI截止、D2导通。此时，II母的制动电流和#2发变组的短路电流

汇集成为【母的差动电流，【母的差动保护轻而易举地误动作。被【母拉走的II母的差动电

流反作为II母的制动电流，II母的差动保护必然拒绝动作。

葛洲坝二江发电厂母线故障事故的调查过程

根据事故现象，列出产生母线保护不正确动作的几种可能性：

一、二次定义交叉。将【母母差定义为I【母母差；n母母差定义为I母母差。即招I母

电流切换至n母母差；将II母电流切换至I母母差。接跳回路：I母母差动作跳I母；H母

母差动作跳n母。如果这样动作后果完全符合事故现象。

切换继电器动作错误,

（1）切换继电器误动作，造成In母互联，将H母与差电流全部切换至I母母差，接跳

In母所有断路器。如果这样I【母短路，虽然只有」母母差动作，但是跳闸后果与事故现象

不符合。

（2）切换继电器电流切换接点粘连，正常运行便会出现差流，差流告警继电器会动作告警。

二次回路1II母母差保护窜电。

验证试验过程：

（1）停运母差保护，检测1n母复合电压的对应关系。检测结果完全对应，动作信号正确，

返回时信号返回。

（2）测量In母母差保护差动电压及制动电压。B、c相I母无、n母有；A相【H母均

有。说明一、二次定义无交叉，A相In母母差产生电联系。

（3）不短接电流互感器二次回路，外加电流，进•步发现A相的差动电压及制动电压同时

随外加电流变化而变化，I、H母分别外加电流反应趋势一致。进一步说明A相III母母

差存在直接电的联系，母差保护不能运行。B、C相正常。

（4）短接电流互感器二次回路，做母差保护动作特性。做I母时，将所有元件切换至II母;

做n母时，将所有元件切换至【母。除I母A相外，其它相特性基本正常。试验中发现I

母A相差动回路短路。为查找短路回路，断开中间变流器二次中性线与I母A相差动回路,

分别外加电流。当更接在差动回路加电流时，甩开了短路回路，保护动作特性基本正常；当

在中间变流器二次中性线加电流时，回路被短接。由于所有元件切换至II母，回路本应开路,

出现短路说明电流切换接点粘连。最终查找到#2发变组切换继电器的切换电流接点击穿。

（5）更换#2发变组切换继电器保护装置一切正常。

五民线故障五岗线误动

2004年2月15日，五强溪电厂#2机一台机带五民线、五岗线运行。500kV五民线BC

相间短路故障（240ms后发展为BC相间短路接地故障），故障点靠近民丰侧。民丰侧距离

一段动作。五强溪电厂侧距离二段动作。事故中，500kV五岗线岗市侧CSL-101A保护高频

负序方向误动作。

高频负序方向保护误动作分析

五民线高频通道为B、C相耦合，线路发生B、C相故障造成高频通道全阻塞，五民线

允许式高频保护均不能动作。五民线开始故障时，五岗线两侧CSL101A正确感受故障，7ms

时保护启动，由于五民线的长度为五岗线两倍，因此五岗线CSL101A保护的正、反方向距

离元件都不动作，按照CSL101A保护设计原理，五侧满足弱饿发信条件（即在启动元件启

动后，若高频距离正、反方向元件都不动作的情况下，同时满足低电压动作条件发允许跳闸

信号），在故障后25ms时五侧发信（RKTX）,加上西门子载波机发信展宽100ms,这样在

岗市侧故障开始50ms内，虽然正方向距离元件不能感受五民线故障，但50ms后开放的负

序正方向元件有很高的灵敏度，负序正方向元件感受到故障而动作，此时五强溪侧的反方向

负序元件也判断为反方向故障而停止发允许跳闸信号，口于载波机的发信展宽功能，使得岗

市在50ms后仍能收到五侧的允许信号，造成高频负序方向保护误动作。

线路差动保护。当两恻TA变比不一致时都引入TA调整系数，它只是一个平衡系数。

用户只要求，线路两侧的电流整定值与对侧无关，各自独立整定计算，两侧的相关性是由

TA调整系数完成的。实际上线路两侧是两个差动继电器，它们的一次电流整定值应该整定

一致，但是TA变比不一致，二次电流整定值肯定不一致。假定一次电流整定值"set。

「M侧：IM2set=Ilset/MTA=Ilset*IM2/IM1-（I1set*IM2；IMl）/mTA=Ilset*I/IMl

《将N侧电流转换至MM：11set-*11set/NTA=I1set*IN2/INI->（IIset*IN2/INI）/nTA=

L11set*I/h1-（Hset*I/IN1）*（TA一次额定电流比：本侧/对侧）二IIset*I/IMl

NM：IN2set=I1set/NTA=I1set*IN2/IN1,之后道理同M侧。

建议：TA调整系数，以木侧TA一次额定电流和对恻TA一次额定电流方式表达，无大

小之分、无主从之分，永远不会混淆。

11

MTA=IM1/IM2NTA=IN1/IN2

MN

ITIM2/IM1二次定值IVIN2/IN1

mTA=IM2/lIAAZJnTA=IN2/l

-o-in/IN1D

AIMAIN

TA调整系数

线路电流差动保护原理接线图

变压器差动保护。变压器差动保护在理论上首先是平衡问题，差动范围内无故障差动电流

等于零。以Yo/A-U为例，假定差动继电器在Y侧（基准侧）AIM,Y侧3个分相电流差

动继电器，直接对应Y侧的3相二次电流，非基准侧（△侧）的3相二次电流遵循下面规

则折算至基准侧。

A-Yo变换(1)

（1）式中左右两边的对应量构成Y侧3个分相电流差动继电器。

Y侧不接地短路1。=0,若Y侧单侧提供短路电流，每相电流就是差动电流。Y侧接地短

路hWO,若Y侧单侧提供短路电流，每相电流减去I。才是差动电流。若通单相电流如A相

校验整定值，IMA-IO=2/3XIMA,lMA>3/2Xhi2set变压器差动保护动作。若通两相电流如A、

B相IMA=-IMB校验整定值,用IMA>hf2set或IMB>【M2set。

A侧不接地短路1。=0,若△侧单侧提供短路电流，按（1）式折算至Y侧，才是每相电流

差动电流。若通两相电流如A、B相INA=」NB校验整定值，

j_1NTA.

’17两;而"A

-2NTA-

A-Y()变换JJ37r/AMTA(2)

■_1NTAj

=

1MC~rr7777,"A

J3〃y/AMTA

l3,0=儿+小+心=°

2NTA

/仍＞〃2皿（灵敏度）

"L高二赤

若通对称一相电流校验整定值，

.1NTA-

C1I4A=NAC

%/AMTA

1NTAi

MB~

A-Yo变换