1、现代电网继电保护原理现代电网继电保护原理主要内容主要内容v现代电网概述现代电网概述 v利用故障分量的继电保护理论基础利用故障分量的继电保护理论基础 v利用故障分量的保护元件构成原理利用故障分量的保护元件构成原理 v利用稳态故障分量的纵联保护利用稳态故障分量的纵联保护v利用暂态故障分量的超高速保护利用暂态故障分量的超高速保护v自适应继电保护自适应继电保护v输电线路故障测距输电线路故障测距v小电流接地故障监测小电流接地故障监测现代电网概述现代电网概述电网：电网：由输电、变电、配电设备及相由输电、变电、配电设备及相 应辅助系统组成的联系发电与用电的统应辅助系统组成的联系发电与用电的统 一整体。一整体
2、。 电力系统构成电力系统构成数据采集和传输数据采集和传输水库水库GMM电力网电力网电力系统电力系统动力系统动力系统发电厂发电厂水轮机水轮机 发电机发电机变电所变电所升压变压器升压变压器电力线路电力线路变电所变电所降压变压器降压变压器用户用户用电设备用电设备电力系统构成电力系统构成按电压按电压等级划分等级划分电网电网特高压特高压(UHV)(UHV)：1000kV1000kV及以上及以上超高压超高压(EHV)(EHV)：330kV330kV，500kV500kV，750kV750kV输电输电网网配电配电网网高高 压：压：220kV220kV高压：高压：35kV35kV，66kV,110kV66kV
3、,110kV中压：中压：6kV6kV，10kV, 20kV10kV, 20kV低压：低压：380V/220V380V/220V交流交流直流直流特高压特高压(UHVDC)(UHVDC)：800kV800kV高高 压压(HVDC)(HVDC)：100kV100kV，500kV500kV 数字化变电站屏柜数字化变电站屏柜传统变电站屏柜传统变电站屏柜配电网接线方式配电网接线方式“手拉手”环网接线 单电源辐射网接线v架空配电网接线方式架空配电网接线方式“手拉手”环网接线v电缆配电网接线方式电缆配电网接线方式 单环网配电网接线方式配电网接线方式现代电网发展趋势现代电网发展趋势v超高压、特高压、远距离输电网
4、超高压、特高压、远距离输电网v数字化数字化/智能变电站智能变电站v有源有源/智能配电网智能配电网智能电网的发展，对继电保护技术提出了更高的要求：智能电网的发展，对继电保护技术提出了更高的要求： 1）可靠性、选择性、速动性、灵敏性；）可靠性、选择性、速动性、灵敏性； 2）自适应、智能化）自适应、智能化继电保护基本概念继电保护基本概念 继电保护（继电保护（Relay Protection）泛指泛指能反应电能反应电力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出
5、告警信号的一种器跳闸或发出告警信号的一种自动化技术和装置自动化技术和装置。 继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。行。继电保护研究内容继电保护研究内容v提出保护原理提出保护原理 在分析电网发生故障或不正常运行状态下各种在分析电网发生故障或不正常运行状态下各种电气量或其他特征物理量（如变压器油箱内的瓦斯）电气量或其他特征物理量（如变压器油箱内的瓦斯）的变化规律的基础上，找出它们与正常运行状态的的变化规律的基础上，找出它们与正常运行状态的之间的差别，然后制定出合理的
6、保护动作判据。之间的差别，然后制定出合理的保护动作判据。v研制保护装置研制保护装置 根据已经提出的保护原理，设计实际装置来实根据已经提出的保护原理，设计实际装置来实现继电保护功能。现继电保护功能。继电保护分类继电保护分类v按反应的电网运行状态分类按反应的电网运行状态分类 1）反应故障（包括短路和断线）状态，保护）反应故障（包括短路和断线）状态，保护动作于相应断路器跳闸；动作于相应断路器跳闸； 2）反应不正常运行状态（如过负荷、小电流）反应不正常运行状态（如过负荷、小电流接地系统发生单相接地故障等），保护动作于接地系统发生单相接地故障等），保护动作于告警信号。告警信号。v按保护对象分类按保护对象
7、分类 如：变压器保护、线路保护、电容器保护如：变压器保护、线路保护、电容器保护等。等。继电保护分类继电保护分类v按保护所起的作用分类按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和辅助保护。可分为主保护、后备保护和辅助保护。 主保护主保护满足系统稳定和设备安全要求，能满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除所保护范围内的故障。以最快速度有选择地切除所保护范围内的故障。 继电保护分类继电保护分类v按保护所起的作用分类按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和辅助保护。可分为主保护、后备保护和辅助保护。 后备保护后备保护指主保护或断路器拒动时用来指主保护或断路器拒动时用来切除所保护范
8、围内故障的保护原理或装置，可切除所保护范围内故障的保护原理或装置，可分为远后备保护和近后备保护。远后备保护由分为远后备保护和近后备保护。远后备保护由相邻电力设备或线路的保护来实现。近后备保相邻电力设备或线路的保护来实现。近后备保护由本电力设备或线路的另一套保护来实现护由本电力设备或线路的另一套保护来实现（当主保护拒动时），或者由断路器失灵保护（当主保护拒动时），或者由断路器失灵保护来实现（当断路器拒动时，只动作于母联断路来实现（当断路器拒动时，只动作于母联断路器和母线分段断路器）。器和母线分段断路器）。继电保护分类继电保护分类v按保护所起的作用分类按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和
9、辅助保护。可分为主保护、后备保护和辅助保护。 辅助保护辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或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时所增设的简单保护。当主保护和后备保护退出运行时所增设的简单保护。继电保护分类继电保护分类v按构成保护判据的特征物理量分类按构成保护判据的特征物理量分类 如：电流保护、距离保护、差动保护等。如：电流保护、距离保护、差动保护等。v按利用的故障信号频谱特征分类按利用的故障信号频谱特征分类 1）工频分量；）工频分量；2）暂态分量）暂态分量 常规保护原理只反应工频分量。利用暂态分量常规保护原理只反应工频分量。利用暂态分量可以构成各种超高速保护，如行波保
10、护、暂态保护可以构成各种超高速保护，如行波保护、暂态保护等。等。继电保护分类继电保护分类v按通信通道分类按通信通道分类 主要针对线路保护而言。可分为有通道保护和主要针对线路保护而言。可分为有通道保护和无通道保护。前者包括高频保护、微波保护、光纤无通道保护。前者包括高频保护、微波保护、光纤保护等，后者包括所有只利用本端测量信号的保护保护等，后者包括所有只利用本端测量信号的保护原理。原理。v按保护装置结构型式分类按保护装置结构型式分类 可分为机电型、静态型和微机型。可分为机电型、静态型和微机型。继电保护的工作回路继电保护的工作回路继电保护装置继电保护装置对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 对
11、动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。敏性。 v可靠性可靠性 包括安全性和信赖性，是对继电保护性能最根包括安全性和信赖性，是对继电保护性能最根本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性要求继电保可靠不动作，即不发生误动作。信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。靠动作，即不发生拒绝动作。对继电保
12、护的基本要求对继电保护的基本要求v选择性选择性 指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障部分从电力系统中断开，最大限度地保证系统中障部分从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思：无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思： 1）只应由装在故障元件上的保护装置动作切）只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；除故障； 2）力争相邻元件的保护装置对它起后备保护）力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。的作用。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v选择性选择性对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v速动性速
13、动性 故障发生时，应力求保护装置能迅速动故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障元件，以提高系统稳定性，减少用作切除故障元件，以提高系统稳定性，减少用户经受电压骤降的时间以及故障元件的损坏程户经受电压骤降的时间以及故障元件的损坏程度。度。 故障切除时间等于保护装置和断路器动故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间的总和。一般快速保护的动作时间为作时间的总和。一般快速保护的动作时间为0.06s0.12s，最快的可达，最快的可达0.01s0.04s。一。一般断路器的动作时间为般断路器的动作时间为0.06s0.15s，最快的，最快的可达可达0.02s0.06s。 对继电保护的基本要求对继电保护的
14、基本要求v速动性速动性 保护动作速度越快，为防止保护误动采取的保护动作速度越快，为防止保护误动采取的措施越复杂，成本也相应提高。因此，配电措施越复杂，成本也相应提高。因此，配电网保护装置在切除故障时往往允许带有一定网保护装置在切除故障时往往允许带有一定延时。延时。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v灵敏性灵敏性 指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在规定的保护范围内发生故障时，不的反应能力。在规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，保护装置都
15、应能灵敏反应，没有似否有过渡电阻，保护装置都应能灵敏反应，没有似动非动的模糊状态。保护装置的灵敏性通常用灵敏动非动的模糊状态。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量。根据规程规定，要求灵敏系数在系数来衡量。根据规程规定，要求灵敏系数在1.22之间。之间。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 实际工作中，在确定被保护元件的保护方式时，还要考实际工作中，在确定被保护元件的保护方式时，还要考虑其虑其经济性经济性要求，即在满足基本保护功能要求的前提下，应要求，即在满足基本保护功能要求的前提下，应尽可能减少投资。随着电力市场化进程的深入，对经济性要尽可能减少投资。随着电力市场化进程的深入，对经济性要求
16、越来越重视，甚至把它和前面介绍的四个基本要求合在一求越来越重视，甚至把它和前面介绍的四个基本要求合在一起，称为保护的五个基本要求。起，称为保护的五个基本要求。 考虑经济性时，不能仅仅局限于保护装置本身投资的考虑经济性时，不能仅仅局限于保护装置本身投资的大小，还应从电网的整体安全及社会利益出发，按被保护元大小，还应从电网的整体安全及社会利益出发，按被保护元件在电网中的作用和地位来确定保护方式，因为保护不完善件在电网中的作用和地位来确定保护方式，因为保护不完善或不可靠造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护或不可靠造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。装置的投资。 对继电保护
17、的基本要求对继电保护的基本要求 对继电保护装置的各项基本要求是研究分析继对继电保护装置的各项基本要求是研究分析继电保护性能的基础。这些要求之间往往是相互制约电保护性能的基础。这些要求之间往往是相互制约的，例如提高保护装置动作可靠性的措施，一般会的，例如提高保护装置动作可靠性的措施，一般会造成动作速度及动作灵敏性下降，并增加保护成本。造成动作速度及动作灵敏性下降，并增加保护成本。因此，继电保护的研究、设计、制造和运行的绝大因此，继电保护的研究、设计、制造和运行的绝大部分工作就是围绕着如何处理好这些基本要求之间部分工作就是围绕着如何处理好这些基本要求之间关系进行的。关系进行的。 实际工作中，要根据
18、具体情况以及要解决的主实际工作中，要根据具体情况以及要解决的主要矛盾，统筹兼顾，寻求一个适当的解决方案。要矛盾，统筹兼顾，寻求一个适当的解决方案。继电保护发展概况继电保护发展概况 继电保护原理继电保护原理随着随着对电网故障特性认识的不对电网故障特性认识的不断深入而呈现出低速、高断深入而呈现出低速、高速到超高速的发展趋势。速到超高速的发展趋势。 继电保护发展概况继电保护发展概况 继电保护装置继电保护装置随着元器件技术的发展而发展。随着元器件技术的发展而发展。可以概括为三个阶段、两次飞跃。可以概括为三个阶段、两次飞跃。1970s后期以来后期以来1940s1990s1890s1960s数字化、智能化
19、数字化、智能化无触点化、小型化无触点化、小型化低功耗低功耗电动型电动型整流型整流型晶体管型晶体管型微机型微机型1123静态型静态型电磁型电磁型感应型感应型机电型机电型12微机型微机型2微机型微机型3微机型微机型集成电路型集成电路型继电保护发展概况继电保护发展概况 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点： 1）维护调试方便）维护调试方便 2）可靠性高）可靠性高 3）易于获得附加功能）易于获得附加功能 4）灵活性大）灵活性大 5）保护性能得到很好改善）保护性能得到很好改善继电保护发展概况继电保护发展概况 全数字式微机保护装置全数字式微机保护装置 随着电子传感器及高速数据（光纤）通信技术随着电
20、子传感器及高速数据（光纤）通信技术的发展，变电站微机保护装置可以通过通信接口获的发展，变电站微机保护装置可以通过通信接口获取来自现场的数字化后的电压、电流信号，进而实取来自现场的数字化后的电压、电流信号，进而实现保护装置的完全数字化，使微机保护装置的构成现保护装置的完全数字化，使微机保护装置的构成出现革命性的变化。出现革命性的变化。 继电保护发展概况继电保护发展概况 广域保护系统广域保护系统 定义：获取电力系统的多点信息，利用这些定义：获取电力系统的多点信息，利用这些信息对故障进行快速、可靠、精确的切除，信息对故障进行快速、可靠、精确的切除，同时分析切除故障对系统安全稳定运行的影同时分析切除故
21、障对系统安全稳定运行的影响并采取相应控制措施的系统。响并采取相应控制措施的系统。利用故障分量的继电保护利用故障分量的继电保护理论基础理论基础电力系统故障信息电力系统故障信息v电力系统的故障是通过故障信息来表征的。电力系统的故障是通过故障信息来表征的。故障信息分为内部故障信息和外部故障信息，故障信息分为内部故障信息和外部故障信息，其中蕴涵故障发生时间、故障方向、故障类其中蕴涵故障发生时间、故障方向、故障类型、故障距离及故障持续时间等信息，因而型、故障距离及故障持续时间等信息，因而是区别正常运行状态与故障状态最本质的特是区别正常运行状态与故障状态最本质的特征。征。v故障信息的识别、处理和利用一直是
22、继电保故障信息的识别、处理和利用一直是继电保护及故障测距发展的基础。护及故障测距发展的基础。 电力系统故障状态分析叠加原理故障状态故障状态故障前状态故障前状态故障附加状态故障附加状态故障分量的基本概念故障分量的基本概念v电力系统的故障状态可视为故障前状态与故电力系统的故障状态可视为故障前状态与故障附加状态的叠加，其中故障前状态可以是障附加状态的叠加，其中故障前状态可以是各种非故障状态，也可以是前一次故障状态各种非故障状态，也可以是前一次故障状态的继续，而故障附加状态则是由当前故障所的继续，而故障附加状态则是由当前故障所激发的。激发的。v故障附加状态中的电气量（电压、电流）称故障附加状态中的电气
23、量（电压、电流）称为故障分量。为故障分量。 故障分量的基本概念故障分量的基本概念v 故障分量是仅在系统发生故障时出现，而在系统正常运故障分量是仅在系统发生故障时出现，而在系统正常运行及不正常运行时不存在的电气分量，即它随着故障的出行及不正常运行时不存在的电气分量，即它随着故障的出现而出现，随着故障的消失而消失。所以，现而出现，随着故障的消失而消失。所以，故障分量的存故障分量的存在，是电力系统处于故障状态的表征。在，是电力系统处于故障状态的表征。v 故障信息实际上蕴涵于故障分量之中，因而对故障信息故障信息实际上蕴涵于故障分量之中，因而对故障信息的提取和处理可以转化为对故障分量的提取和处理，即通的
24、提取和处理可以转化为对故障分量的提取和处理，即通过故障分量来判别故障方向、故障类型及故障距离等。过故障分量来判别故障方向、故障类型及故障距离等。 故障分量的基本概念故障分量的基本概念v应用故障分量构成继电保护动作判据时，只应用故障分量构成继电保护动作判据时，只需要寻找区内故障与区外故障的需要寻找区内故障与区外故障的“差异差异”，而不必考虑正常及不正常情况，因而，保护而不必考虑正常及不正常情况，因而，保护具有较高的灵敏度，一般也具有较快的动作具有较高的灵敏度，一般也具有较快的动作时间和较好的选择性，不必采用振荡闭锁等时间和较好的选择性，不必采用振荡闭锁等防止振荡时保护误动的措施。防止振荡时保护误
25、动的措施。故障分量的特点故障分量的特点v 非故障状态下不存在故障分量，故障分量仅在故障状态非故障状态下不存在故障分量，故障分量仅在故障状态下出现；下出现；v 故障分量独立于非故障状态，受电网运行方式的影响不故障分量独立于非故障状态，受电网运行方式的影响不大（有一定的影响，但比传统保护小）；大（有一定的影响，但比传统保护小）；v 故障点的电压故障分量最大，系统中性点处故障分量电故障点的电压故障分量最大，系统中性点处故障分量电压为零；压为零；v 保护安装处故障分量电压电流之间的关系，取决于背后保护安装处故障分量电压电流之间的关系，取决于背后系统的阻抗，与故障点的远近及过渡电阻的大小没有关系系统的阻
26、抗，与故障点的远近及过渡电阻的大小没有关系（但故障分量值的大小受过渡电阻及故障点远近的影响）（但故障分量值的大小受过渡电阻及故障点远近的影响） 。故障分量的分类故障分量的分类v故障分量分为稳态故障分量和暂态故障分量，二者故障分量分为稳态故障分量和暂态故障分量，二者都是可以利用的。都是可以利用的。v为了研究稳态故障分量，输电线路模型取为集中参为了研究稳态故障分量，输电线路模型取为集中参数模型就可以了，如果还要进一步消除暂态故障分数模型就可以了，如果还要进一步消除暂态故障分量的影响，除了采取滤波措施以外，输电线路模型量的影响，除了采取滤波措施以外，输电线路模型也要加以修正。也要加以修正。v为了研究
27、暂态故障分量，输电线路模型必须取为分为了研究暂态故障分量，输电线路模型必须取为分布参数模型，如果还要进一步考虑线路损耗及参数布参数模型，如果还要进一步考虑线路损耗及参数的依频特性，同样要对线路模型予以修正。的依频特性，同样要对线路模型予以修正。故障分量的组成trHztrHziiiuuu5050hiflowftrhiflowftriiiuuuiiiuuupreffpreff故障分量的利用上述这些分量都可以用来构成继电保护：上述这些分量都可以用来构成继电保护：v ：即故障分量中的工频分量，可以用：即故障分量中的工频分量，可以用来构成工频变化量方向保护、工频变化量距离保护、工来构成工频变化量方向保护
28、、工频变化量距离保护、工频变化量差动保护、零序保护、负序保护等；频变化量差动保护、零序保护、负序保护等；v ：即全部的故障分量，可以用来构成电流突：即全部的故障分量，可以用来构成电流突变量起动元件、电流突变量选相元件、方向行波元件、变量起动元件、电流突变量选相元件、方向行波元件、行波距离（测距）保护等；行波距离（测距）保护等；v ：暂态分量中的高频部分，用来构成反映：暂态分量中的高频部分，用来构成反映单端电气量的暂态保护。单端电气量的暂态保护。hifhifiu、iu、HzHziu5050、故障分量的提取与识别方法 来自电压互感器来自电压互感器TV和电流互感器和电流互感器TA的电压电的电压电流都
29、是故障后的全电压和全电流，构成反映故障分流都是故障后的全电压和全电流，构成反映故障分量的继电保护时，应设法将故障分量量的继电保护时，应设法将故障分量 从从全电压和全电流中提取出来。在微机保护中，故障全电压和全电流中提取出来。在微机保护中，故障分量的提取方法为（电流）：分量的提取方法为（电流）： iu、. 321 )2() 1()( ，nNnkikiin故障分量的提取与识别方法通常情况下，取通常情况下，取n1、2或或4： n1： n2： n4：这样可以计算出故障分量的采样序列，利用微机保护中的这样可以计算出故障分量的采样序列，利用微机保护中的各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。各种算法可以求出
30、其幅值、相位等特征量。 )2()()( Nkikiki)N()()( kikiki)N2()()( kikiki故障分量的提取与识别方法以以n2为例，波形如下：为例，波形如下：故障分量的应用v目前在电力系统中广泛采用反应工频电气量的微机目前在电力系统中广泛采用反应工频电气量的微机保护装置，这类装置利用了由保护装置，这类装置利用了由稳态故障分量稳态故障分量构成的构成的电流元件、方向元件、选相元件和距离元件等分别电流元件、方向元件、选相元件和距离元件等分别构成不同原理的保护，包括电流保护、方向性保护、构成不同原理的保护，包括电流保护、方向性保护、差动保护、距离保护、纵联保护及自适应保护等。差动保护
31、、距离保护、纵联保护及自适应保护等。v在这些保护装置中，暂态故障分量被视作干扰和噪在这些保护装置中，暂态故障分量被视作干扰和噪声而被滤除，因而所有的研究重点在于如何设计性声而被滤除，因而所有的研究重点在于如何设计性能较好的工频滤波器。能较好的工频滤波器。 故障分量的应用v随着电力系统输送功率的不断增加，电压等随着电力系统输送功率的不断增加，电压等级也在不断提高，系统的暂态稳定性问题也级也在不断提高，系统的暂态稳定性问题也日趋严重，而日趋严重，而提高系统暂态稳定性最直接而提高系统暂态稳定性最直接而又简单有效的方法是超高速切除系统中发生又简单有效的方法是超高速切除系统中发生的各种故障的各种故障。v
32、为了适应现代电力系统发展的需要，研究超为了适应现代电力系统发展的需要，研究超高速线路保护具有十分重要的现实意义。高速线路保护具有十分重要的现实意义。 故障分量的应用v由于电压等级的提高，系统暂态的持续时间加长，由于电压等级的提高，系统暂态的持续时间加长，故障后的一次波形严重畸变，再加上传感器暂态过故障后的一次波形严重畸变，再加上传感器暂态过程的影响，使得基于工频电气量的继电保护需要采程的影响，使得基于工频电气量的继电保护需要采用大量的滤波措施才能保证测量精度。用大量的滤波措施才能保证测量精度。v严格来说，故障信号为一非平稳信号即时变信号，严格来说，故障信号为一非平稳信号即时变信号，传统的传统的
33、Fourier分析方法存在先天不足，因而常规分析方法存在先天不足，因而常规保护不能较好地解决可靠性与速动性之间的矛盾，保护不能较好地解决可靠性与速动性之间的矛盾，从而很难满足超高速动作的要求。从而很难满足超高速动作的要求。 故障分量的应用v20世纪世纪70年代以来，国内外许多继电保护工作者一直在致年代以来，国内外许多继电保护工作者一直在致力于超高速线路保护的理论研究，并取得丰硕成果。力于超高速线路保护的理论研究，并取得丰硕成果。v这些研究工作完全摈弃传统的继电保护思想，而直接分析故这些研究工作完全摈弃传统的继电保护思想，而直接分析故障产生暂态分量的特征以期从中提取出有用的故障暂态信息。障产生暂
34、态分量的特征以期从中提取出有用的故障暂态信息。v研究表明，暂态故障分量中含有比稳态故障分量中更多的故研究表明，暂态故障分量中含有比稳态故障分量中更多的故障信息，且这些信息不受系统振荡、负荷变化及障信息，且这些信息不受系统振荡、负荷变化及CT饱和等饱和等因素的影响，从而为继电保护理论的发展开辟了一条新的途因素的影响，从而为继电保护理论的发展开辟了一条新的途径，这就是反应故障暂态信息的超高速继电保护。径，这就是反应故障暂态信息的超高速继电保护。故障分量的应用v故障测距问题一直困绕着广大的继电保护工作者。传统的阻故障测距问题一直困绕着广大的继电保护工作者。传统的阻抗测距法以及基于单端信息的故障分析法
35、只能通过计算测量抗测距法以及基于单端信息的故障分析法只能通过计算测量回路的阻抗实现故障测距，这不可避免地受过渡电阻的影响。回路的阻抗实现故障测距，这不可避免地受过渡电阻的影响。v为了彻底消除过渡电阻的影响，必须能够准确获得线路两端为了彻底消除过渡电阻的影响，必须能够准确获得线路两端的系统参数，而这在实际系统中是很难的。基于双端信息的的系统参数，而这在实际系统中是很难的。基于双端信息的故障分析法不受过渡电阻的影响，但需要交换两端的信息，故障分析法不受过渡电阻的影响，但需要交换两端的信息，而且两端的数据采集一般还要求能够同步。而且两端的数据采集一般还要求能够同步。v此外，上述测距方法均受传感器误差
36、的影响，因而测距精度此外，上述测距方法均受传感器误差的影响，因而测距精度得不到保证。得不到保证。 故障分量的应用v理论研究和现场运行经验表明，从暂态故障理论研究和现场运行经验表明，从暂态故障分量中提取出来的故障行波信息可以用于故分量中提取出来的故障行波信息可以用于故障测距，而且基本不存在上述缺陷，完全可障测距，而且基本不存在上述缺陷，完全可以将故障距离定位到一个杆塔之内（误差小以将故障距离定位到一个杆塔之内（误差小于于1km）。因而可以预见，反应故障行波信）。因而可以预见，反应故障行波信息的故障测距技术必将成为快速、准确查找息的故障测距技术必将成为快速、准确查找输电线路故障点的有力武器。输电线
37、路故障点的有力武器。 故障分量的应用v在暂态故障分量中，最引人注目的莫过于在暂态故障分量中，最引人注目的莫过于行行波分量波分量，迄今为止的绝大多数超高速保护及，迄今为止的绝大多数超高速保护及高精度故障测距原理都是基于行波理论提出高精度故障测距原理都是基于行波理论提出的。的。故障分量的应用v利用暂态故障分量的小电流接地故障定位利用暂态故障分量的小电流接地故障定位（选线）技术可望彻底解决长期困扰电力部（选线）技术可望彻底解决长期困扰电力部门的小电流接地故障定位问题。门的小电流接地故障定位问题。利用故障分量的保护元件利用故障分量的保护元件构成原理构成原理 启动元件启动元件启动元件启动元件)()-()
38、()()()()()(mmmkmmmkniNnininitiTtititi)()2-()()-()()(mmmmmkniNniNniNninini启动元件启动元件方向元件方向元件正方向故障正方向故障反方向故障反方向故障选相元件选相元件（1）意义）意义有助于投入故障特征最明显的阻抗测量元件；有助于投入故障特征最明显的阻抗测量元件；可用于选相跳闸。可用于选相跳闸。选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理利用电流故障分量选相利用电流故障分量选相 单相接地故障单相接地故障：两个非故障：两个非故障相电流故障分量之差为零。相电流故障分量之差为零。选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理
39、）选相算法的基本原理利用电流故障分量选相利用电流故障分量选相 两相不接地短路两相不接地短路：非故：非故障相电流为零，两个故障相电流为零，两个故障相电流故障分量之差障相电流故障分量之差最大。最大。选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理利用电流故障分量选相利用电流故障分量选相 两相接地短路两相接地短路：两个故：两个故障相电流故障分量之差障相电流故障分量之差最大。最大。选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理利用电流故障分量选相利用电流故障分量选相 三相短路三相短路：三个相电流故障分量差的有效值：三个相电流故障分量差的有效值均相等。均相等。选相元件选相元件（
40、2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理利用电流故障分量利用电流故障分量选相选相选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理对称分量选相对称分量选相 基本思路基本思路：首先通过检测是否同时存在零序：首先通过检测是否同时存在零序电流和负序电流分量来区分相间短路和接地电流和负序电流分量来区分相间短路和接地故障。对于接地故障，可通过比较零序电流故障。对于接地故障，可通过比较零序电流和负序电流之间的相位差进一步区分单相接和负序电流之间的相位差进一步区分单相接地短路和两相接地短路。地短路和两相接地短路。选相元件选相元件（2）选相算法的基本原理）选相算法的基本原理对称分量选相对称分量选相
41、距离元件阻抗判据距离元件阻抗判据距离元件动作条件：距离元件动作条件：距离元件阻抗判据距离元件阻抗判据距离元件动作条件：距离元件动作条件：距离元件电压判据距离元件电压判据()()opmmsetsetssetUUIZUI ZIZZ Z set定义：定义：Um、Im为线路故障后的保护为线路故障后的保护安装处电压、电流相量安装处电压、电流相量k1zZ setk2k3(a)(b)(c)(d)opUopUopU1kE2kEUUU距离元件电压判据距离元件电压判据v保护区内保护区内k1点故障：点故障：1kopEUv保护区外保护区外k2点故障：点故障：2opkUE v保护区反向保护区反向k3点故障：点故障： 3
42、opkUE 距离元件电压判据距离元件电压判据保护动作判据：保护动作判据： 满足该条件，说明为区内故障，否则为区外故障。满足该条件，说明为区内故障，否则为区外故障。opZUU123kkkZEEEU 距离元件电压判据距离元件电压判据利用稳态故障分量的利用稳态故障分量的纵联保护原理纵联保护原理 纵联保护纵联保护v纵联电流差动保护纵联电流差动保护v纵联（方向）比较式保护纵联（方向）比较式保护 闭锁式闭锁式 允许式允许式 直跳式直跳式纵联电流差动保护纵联电流差动保护v基于基尔霍夫电流定律的纵联电流差动基于基尔霍夫电流定律的纵联电流差动保护，是到目前为止最为完善的继电保保护，是到目前为止最为完善的继电保护
43、原理，在发电机、变压器、母线、电护原理，在发电机、变压器、母线、电抗器、大容量电动机和输配电线路等电抗器、大容量电动机和输配电线路等电气设备中都得到了应用。气设备中都得到了应用。纵联电流差动保护基本原理纵联电流差动保护基本原理MI被保护设备被保护设备*I-I纵联电流差动保护示意图纵联电流差动保护示意图TA1TA2KD被保护设备：被保护设备： 发电机发电机 变压器变压器 电动机电动机 母线母线 线路线路 电抗器等电抗器等NInImIdI纵联电流差动保护分析纵联电流差动保护分析21TANTAMnmdnInIIII即流入到差动继电器即流入到差动继电器KD中的电流为中的电流为0，继电器，继电器不会动作
44、。不会动作。021TANTAMdnInII正常及外部故障时：正常及外部故障时：纵联电流差动保护分析纵联电流差动保护分析v被保护设备发生故障时（区内故障时）：被保护设备发生故障时（区内故障时）： 流入流入KD的电流为故障电流的二次值，的电流为故障电流的二次值，KD动作。动作。 可见，可见，差动保护是一种反映故障分量的保护差动保护是一种反映故障分量的保护。TAFTANTAMdFNMnInInIIIII21，纵联电流差动保护问题纵联电流差动保护问题v在理想情况下，根据在理想情况下，根据KD中是否有电流，就能够区分出是中是否有电流，就能够区分出是否有内部故障。否有内部故障。v在实际情况下，由于电流互感
45、器误差等因素的存在，在在实际情况下，由于电流互感器误差等因素的存在，在正常运行及外部故障时也会有一定量的不平衡电流流入正常运行及外部故障时也会有一定量的不平衡电流流入差动继电器差动继电器KD，特别是在外部故障电流互感器饱和的情，特别是在外部故障电流互感器饱和的情况下，误差将会大大增加，会有比较大的不平衡电流流况下，误差将会大大增加，会有比较大的不平衡电流流入入KD。为防止差动保护误动，。为防止差动保护误动，KD的动作电流必须按躲的动作电流必须按躲过外部故障的最大不平衡电流来整定。过外部故障的最大不平衡电流来整定。纵联电流差动保护问题纵联电流差动保护问题v带来的问题是动作值过大，内部故障的灵敏度
46、降带来的问题是动作值过大，内部故障的灵敏度降低。低。v采用带制动特性的差动保护，是解决可靠性与灵采用带制动特性的差动保护，是解决可靠性与灵敏性之间矛盾的有效措施。敏性之间矛盾的有效措施。maxunbrelopIKI电流差动保护比率制动特性电流差动保护比率制动特性单斜率差动保护动作特性单斜率差动保护动作特性IrestraintIzIoperate动作区动作区制动区制动区IsdIr1Ir2双斜率差动保护动作特性双斜率差动保护动作特性123、Iunbmax电流差动保护判据电流差动保护判据v在图示参考方向下动作量：在图示参考方向下动作量：v通常情况下，制动量选为：通常情况下，制动量选为：v动作表达式：
47、动作表达式： K制动系数，制动系数，0MNiminDNMdIII2NMresIIKIzNMNMIIIKII2电流差动保护故障分量的判据电流差动保护故障分量的判据NMdIII动作量：动作量：制动量：制动量：2resNMresIIKI动作方程：动作方程：2NMresNMIIKII故障分量电流差动保护的分析故障分量电流差动保护的分析无内部故障时内部故障时0)()(fdNMNprefNMprefMNMdIIIIIIIIIII动作量：动作量：制动量：制动量：resNMresIIIKI2res即动作量与全电流差动保护完全一样。即动作量与全电流差动保护完全一样。故障分量电流差动保护内部故障故障分量电流差动保
48、护内部故障，就能保证：2resK222NMNMNMNMZZZZIIII内部故障时内部故障时：所以只要所以只要2NMresNMIIKII满足动作条件，且有较高的灵敏度。满足动作条件，且有较高的灵敏度。kZ NZ MEMININMNMNMNMNMNMNMNMNNMMZZZZEZEZEIIZZZZEZEZEIIZEIZEI故障分量电流差动保护外部故障故障分量电流差动保护外部故障，就能保证：15.0resK15.01 .02NMNMIIII外部故障时：外部故障时：所以只要所以只要2NMresNMIIKII不满足动作条件，且有较大的裕度。不满足动作条件，且有较大的裕度。故障分量电流差动保护动作特性故障分
49、量电流差动保护动作特性0.10.152Kres=0.81.0内部故障内部故障区区外部故障区域外部故障区域纵联电流差动保护分析纵联电流差动保护分析v被保护设备为发电机、变压器和母线时，其各侧的电流被保护设备为发电机、变压器和母线时，其各侧的电流互感器均在同一个厂站内，这时可由两种方式实现上述互感器均在同一个厂站内，这时可由两种方式实现上述的电流差动。的电流差动。v一种方式是直接将设备各侧的电流接入到同一个装置中，一种方式是直接将设备各侧的电流接入到同一个装置中，由该装置按照差动保护的公式进行分析比较，判断故障由该装置按照差动保护的公式进行分析比较，判断故障区间；区间；v另一种方式是每个电流互感器
50、的输出都接到一个采集装另一种方式是每个电流互感器的输出都接到一个采集装置中，然后通过通信网络将各个采集装置联系在一起，置中，然后通过通信网络将各个采集装置联系在一起，实现差动算法。实现差动算法。纵联电流差动保护分析纵联电流差动保护分析v发电机、变压器一般采用第一种方式，母线既可发电机、变压器一般采用第一种方式，母线既可以采用第一种方式，也可以采用第二种方式，第以采用第一种方式，也可以采用第二种方式，第二种方式实现的差动保护成为分布式母线保护。二种方式实现的差动保护成为分布式母线保护。v当被保护设备为输电线路时，由于两端相距甚远，当被保护设备为输电线路时，由于两端相距甚远，需要在每一侧都装设采集
