宜宾电业局继电保护工作手册

继电器的比相方程 －90°＜arg ＜ 90° (式3.5)

工作电压：Uop=U－I*Zzd 极化电压：Up=－U1m

在图3.10中，线路K点发生故障时, U1m=E m*e , EM= (ZK+Zs)*I , Uop=(ZK－Zs)*I,

EM

EM=E

jδ

~ Us M Uk K N EN=E

~ Up=－(ZK+Zs) *I*e

jδ

图3.10 M δ N

EN

图3.11

这里需要解释δ角的存在，如果考虑正常运行情况下负荷的潮流情况，上面分析的是电流从M侧流向N侧，必须要有电势角（也就是两边要有电位差）。如图3.11，系统电势EM超前M点电压δ角，即公式中的δ＜0。如果电流是从EN流向EM，则EM落后M点电压δ角，即公式中的＞0。

把以上的公式带入式3.5，最后得到

jδ

－90°＜arg 〔(Zk－Zzd)/(Zs+Zk) *e 〕＜ 90°

① 图3.12

图3.12给出了在δ=0、δ=－30°和δ=30°的三种动作区间，结合上面的公式分析，在送电侧δ＜0，动作区间偏向第一象限，克服过渡电阻的能力强，在受电侧，动作区间偏向第二象限，能较好的躲避负荷阻抗。

这里要注意两点：1、记忆回路提供的极化量并不是一直不变的，它只在故障瞬间保持故障前的状态，只有它幅值逐渐衰减，但在衰减的过程中保持相位不变。用图3.13可以表示出该动作区间的变化过程，①是故障瞬间的暂态圆，②是故障过程中极化量衰减时的过渡圆，③是最终的稳态圆。2、取用极化量是－U1m，而不是U1m，如果采用U1m，就得不到该动作区间。

以上主要解释了在三相短路时候的动作方程及特征区间，反应接地故障的接地距离继电器和反应相间故障的相间距离继电器与其原理基本一致，不同的地方有两点：

1、极化量的选取，三相故障时选用记忆量，其他距离继电器选用故障的正序分量，前面已经很详细的说明了。

作出上式的动作特征区间，有图3.12。

δ=30°

δ=0

Zzd

－Zs

δ=－30°

③ 0 －Zs －Zs’ ② 29

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2、接地距离继电器由于零序电流的存在引入了零序补偿系数K，所以它的工作为 Uop=U－（I+3K*I0）Zzd , 下面以A相故障为例，推导零序补偿系数K的公式。

UA=U1+U2+U0= Z1*I1+Z2*I2+Z0*I0

= Z1*I1+ Z1* I2+ Z1* I0+ Z0*I0－Z1* I0 （一般的Z1 =Z2） = Z1（I1+ I2+ I0）+ （Z0 －Z1）* I0

Z0 －Z1

= Z1*IA+3 Z1*（ ）* I0

3 Z1 Z0 －Z1

= Z1*IA+3K* I0 Z1 （令K= ）

3 Z1

=（IA+3K* I0）*Z1

一般情况下，可一取K=0.67。 Uφ UA 同时，变换公式得到Z1= I A +3K* I 0 ，得到单相继电器的接线方式为 。 Iφ+3K* I0

南瑞系列保护接地距离I、II段还提供了可以整定的稳态角θ ，θ 可以取0°，15°和30°动作区间向第一象限偏移θ 角，提高抗过渡电阻的能力。如图3.14

Zzd 12° θ=0 Zzd

－Zs －Zs θ=30° θ=15° 图3.15

图3.14

为了防止对侧助增电流引起的超越，在I、II段中还提供了电抗继电器，该继电器大约向下倾斜12°，故其动作区间如图3.15。作为远后备保护的III段距离继电器不设电抗继电器，因为即使是下一段故障超越进本段的距离III段范围内，下一段的距离I、II、III段动作时间也比本段的距离III段动作时间快，因此不需要。

第三节 距离继电器的超越

在上一节中提到加入电抗继电器是为了防止超越，这一节就分析为什么会出现超越。 在系统中，线路通过过渡电阻R接地，如图3.16

M侧的距离继电器测量阻抗 EM=E EN=E Um I2 N M I1 K ZJ =

I1 ~ ~ 因为Um = Zk*I1+(I1+I2)*R Zk （两边同时除以I1） R I2 I1+I2 所以ZJ = Zk+ R+ I 1 *R Zs 图3.16

I2

I 1 =K*e jθ 2 k=︱ I ︱ I1

θ为I1和I2的夹角。

最后得到公式ZJ = Zk+ R+ K* R* e

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jθ

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因此，ZJ在特征区间可以用图3.17表示，当I1超前I2，θ＜0，I1落后I2，θ＞0，由于对侧助增电流的角度的不确定性，在θ＜0时，测量阻抗ZJ小于实际的阻抗（Zk+R），在II段的故障就有可能落在I段动作。所以，我们设计了电抗继电器来躲避这种情况。

θ＞0 K R θ=0 Zk θ＜ 0 距离II段 距离I段

－Zs 图3.17 第四节 复合距离继电器

在高频保护中，南瑞公司902系列保护采用复合距离继电器作为高频方向元件。复合距离继电器由两部分组成，一部分是第一节讲述的工频变化量距离继电器，另一部分是四边形距离继电器。因此称作复合距离继电器。

四边形距离继电器动作特征如图3.18，Zzd=1.5ZL, Zx=0.05Zzd, Zzd阻抗角78°，Φ1=Φ2=30°，Rzd⊥Zzd。只需要整定Rzd和Zzd，四边形的区间大小就可以确定下来了。

Z 为了防止在双电源下线路故障出现A 距离保护超越现象，AB边不与R轴平行，Zzd 而是向下倾斜10°~15°，为了防止出口经B 过渡电阻接地也能可靠动作，CD边也要向

下倾斜，Rzd由过渡电阻有可能的最大值决Φ1 定，为了保证经过渡电抗接地也能可靠动

R 作，取Φ1=Φ2=30°得到A、B两点。 Φ2 D Zzd Rzd 图3.18 C

图3.17

工频变化量的整定值分两个，一个是在后备保护中的距离I段Zzd1，它与四边形距离继电器共同构成快速独立跳闸元件，即△Z，动作时间小于10 ms。必须注意理解的是△Z也是复合距离继电器，而不仅仅是工频变化量距离继电器。△Z的动作特征区间如图3.19。第二个是以超范围整定到对端电源的工频变化量阻抗保护DzzdF，它与四边形距离继电器构成高 频距离保护Z++的方向元件。它的动作区间如图3.20。

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这里看到Z++的动作区间就是四边形距离继电器，似乎工频变化量距离没有用处，其实由于四边形是固定的，在反方向和区外故障时候工频变化量是一个远离四边形的上抛圆，与四边形无交集，也就没有动作区，所以能很好的防止非故障区故障时候高频正方向元件的误动。

Zzd DzzdF Zzd1 Zzd

图3.20 图3.19

第五节 保护闭锁系统振荡的原理

有关什么是系统振荡，和发生振荡时，系统中各点的电压，电流，相角变化规律以及振荡对不同地点距离保护的影响的问题在《技术问答》上有详细的讲解，这里只对南瑞公司保护的开放闭锁元件的四个判据作详细的分析。

在系统发生振荡时，应该由手动或自动减少发电机机端出力和有选择性的切除负荷，不应由保护无选择的任意解列系统。因此，对有可能出现电网振荡的保护必须加装振荡闭锁元件。

正常运行时，振荡闭锁元件一直是投入的，它闭锁了距离保护等的动作，在网络异常时，保护会启动，该元件必须立刻判断出异常是什么原因造成的。如果是系统振荡，则该元件继续投入，如果是故障，该闭锁元件应立刻开放。下面就讲南瑞保护区别振荡和故障用的四个判据。

一、保护启动瞬间开放160ms.

即使是保护由于系统振荡的原因而启动，系统两侧电势由正常功角θ摆至振荡中心角180°的时间也远大于200ms。这样振荡的轨迹还没有进入动作区间闭锁元件就已经复归。

如图3.21，正常运行在Ａ点，振荡时振荡轨迹是从Ａ点到Ｂ点（θ由θ1到θ2）的时间远远超过160ms。轨迹在这个时间内不能EM=0 EN=0 N M 进入保护动作区。此时若是故障引起的保护

~ ~ θ2 启动，闭锁元件已经开放，保护可以动作。B 所以这个判据在系统振荡时候不会误动，在

故障时候不会拒动。该判据只在启动瞬间开θ1 放160ms，之后就永久闭锁（保护整组复归

A 时才复归），即使是在系统振荡时候再有故障也不开放，这就需要其他判据。 图3.21

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