最新版电力系统继电保护课件第八节-工频故障分.ppt

1、 与反应故障后工频电压、电流的距与反应故障后工频电压、电流的距离保护不同，工频故障分量距离保离保护不同，工频故障分量距离保护是通过反应故障前后电压电流量护是通过反应故障前后电压电流量的的工频变化量工频变化量而工作的。而工作的。当系统在当系统在k点发生金属性短路点发生金属性短路时，故障点的电压降为时，故障点的电压降为0，这，这时故障系统可以用一等值电路时故障系统可以用一等值电路来代替。来代替。等值电路中两附加电压源的电等值电路中两附加电压源的电压大小相等、符号相反。假定压大小相等、符号相反。假定电力系统为线性系统，则根据电力系统为线性系统，则根据叠加原理，可以将其分解成叠加原理，可以将其分解成故

2、故障前负荷状态障前负荷状态和和短路附加状态短路附加状态两个子系统。两个子系统。故障前负荷状态故障前负荷状态对应于故障对应于故障前的正常系统，各点处的电前的正常系统，各点处的电压电流均与故障前的稳态负压电流均与故障前的稳态负荷情况一致。荷情况一致。短路附加状态短路附加状态中各点的电压中各点的电压电流是由故障引起的电压电电流是由故障引起的电压电流的变化量，其中的工频成流的变化量，其中的工频成分，就是工频变化量。分，就是工频变化量。系统故障时，保护安装系统故障时，保护安装处处电流、电压电流、电压的工频变的工频变化量可以分别表示为：化量可以分别表示为：kskEIZZ skkUI ZEI Z 取工频变化

3、量距离元件的工作电压为补偿电压的变取工频变化量距离元件的工作电压为补偿电压的变化量，即：化量，即：()()opmmsetsetssetUUIZUI ZIZZ 式中式中 Z Zsetset为保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗为保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗 的的80808585。稳态时就是保护范围末端稳态时就是保护范围末端z z点的电压。点的电压。opU在保护区内在保护区内k1点短路时，点短路时，在在0与与 连线的连线的延长线上，这时有延长线上，这时有:opU1kE1opkUE k1z1kEUU1kEopU0在正向区外在正向区外k2点短路时，点短路时，在在0与与 的连线的连线上，这时有上

4、，这时有:opU2kE2opkUE k2zZ setUU2kEopU02kEk3zZ setUU3kEopU0在反向区外在反向区外k3点短路时，点短路时，在在0与与 的连线的连线上，这时有上，这时有:opU3kE3opkUE 3kE可见，比较工作电压与故障附加网络电源电压的大可见，比较工作电压与故障附加网络电源电压的大小，就能够区分出区内外的故障。小，就能够区分出区内外的故障。、和和 的幅值分别等于的幅值分别等于k1、k2和和k3点故障点故障前电压的幅值，假设短路前系统为空载，则它们的前电压的幅值，假设短路前系统为空载，则它们的幅值都相等，且等于电源电动势的幅值幅值都相等，且等于电源电动势的幅

5、值 。若设。若设动作门槛为动作门槛为 ，则工频变化量距离元件的动作，则工频变化量距离元件的动作判据可以表示为判据可以表示为:3kE2kE1kEEzUE00opzkmUUUU满足该式判定为区内故障，保护动作；满足该式判定为区内故障，保护动作；不满足该式，判定为区外故障，保护不动作。不满足该式，判定为区外故障，保护不动作。k kz zZ ZsetsetZ Zs sR Rg gZ Zk kZ Zm mkEUII1.1.正向故障时正向故障时 0()kkskgsmUEI ZZC IRIZZ ()opssetssetUI ZZIZZ 式中：式中：为正向故障时测量元件的测量阻抗；为正向故障时测量元件的测量阻

6、抗；mkgZZCR为工频故障分量电流助增系数。为工频故障分量电流助增系数。IIIC将其代入动作判据表达式将其代入动作判据表达式ssetsmZZZZ00opzkmUUUU可以得到可以得到 ：其中，系统阻抗其中，系统阻抗Z Zs s和整定阻抗和整定阻抗Z Zsetset都为常数，测量阻都为常数，测量阻抗抗Z Zm m随着短路距离和过渡电阻随着短路距离和过渡电阻R Rg g的变化而变化，上式的变化而变化，上式取等号，可以得到临界动作情况下的轨迹，即动作取等号，可以得到临界动作情况下的轨迹，即动作的特性为：的特性为：ssetsmZZZZ在阻抗复平面上，该特性是以在阻抗复平面上，该特性是以-Zs为圆心，

7、为圆心，以以 为半径的圆。为半径的圆。ssetZZ当测量阻抗当测量阻抗Z Zm m落在圆内时，满足落在圆内时，满足动作判据表达式，测量元件动作，动作判据表达式，测量元件动作，所以圆内为动作区。圆外为不动所以圆内为动作区。圆外为不动作区。作区。可见，在正向故障时，特性圆的直径可见，在正向故障时，特性圆的直径很大，有很强的允许过渡电阻能力。很大，有很强的允许过渡电阻能力。尽管过渡电阻数值上仍受助增电流的影响，但由于尽管过渡电阻数值上仍受助增电流的影响，但由于 一般与一般与 同相位，过渡电阻地影响始终呈电阻性，与同相位，过渡电阻地影响始终呈电阻性，与R R轴平行，不存在由轴平行，不存在由于对侧电流助

8、增引起的稳态超越问题。于对侧电流助增引起的稳态超越问题。IIZ Zsetsetz zZ Zm mZ Zk kUkEZ Zs sk kII1.1.反向故障时反向故障时 0()kkskgsmUEI ZZC IRIZZ ()opssetssetUI ZZIZZ 将其代入动作判据表达式可以得到将其代入动作判据表达式可以得到 ：()ssetsmZZZZ 式中：式中：为反向故障时测量元件的测量阻抗；为反向故障时测量元件的测量阻抗；mkgZZCR为工频故障分量电流助增系数。为工频故障分量电流助增系数。IIIC类似于对正向故障情况的分析，可以得到在反向故障类似于对正向故障情况的分析，可以得到在反向故障情况下的

9、动作特性情况下的动作特性 在阻抗复平面上，继电器的动作区域是以在阻抗复平面上，继电器的动作区域是以 的末端为的末端为圆心，以圆心，以 为半径的圆。由于动作的区域在第一为半径的圆。由于动作的区域在第一象限，而测量阻抗象限，而测量阻抗-Z-Zm m位于第三象限，所以继电器不可位于第三象限，所以继电器不可能动作，具有明确的方向性。能动作，具有明确的方向性。sZssetZZ1.1.阻阻抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流为测抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能基本上量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能基本上不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁。不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁。2.2.阻抗继电器仅反应故障分量中的工频稳态量，不反应其中的阻抗继电器仅反应故障分量中的工频稳态量，不反应其中的暂态分量，动作性能较为稳定。暂态分量，动作性能较为稳定。3.3.阻抗继电器的动作判据简单，实现方便，动作速度快。阻抗继电器的动作判据简单，实现方便，动作速度快。4.4.阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，也可以作为方向元件使用。也可以作为方向元件使用。5.5.阻抗继电器本身具有较好的选相能力。阻抗继电器本身具有较好的选相能力。