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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电网网：由由输输电电、变变电电、配配电电设设备备及及相相 应应辅辅助助系系统统组组成成的的联联系系发发电电与与用用电电的的统统 一整体。一整体。电力
2、系统构成电力系统构成发电发电发电发电用电用电用电用电输电输电输电输电变电变电变电变电配电配电配电配电RTURTURTURTURTURTU数据采集和传输数据采集和传输应用服务器应用服务器应用服务器应用服务器电电电电 网网网网 调调调调 度度度度水库水库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)(EH
3、V)：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,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
4、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 继继电电保保护护（Relay Protection）泛泛指指能能反反应应电电力力系系统统
5、中中电电气气设设备备发发生生的的故故障障（如如短短路路、断断线线）或或不不正正常常运运行行状状态态（如如过过负负荷荷），并并动动作作于于相相应应断断路路器跳闸或发出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。继继电电保保护护装装置置是是保保证证电电力力元元件件安安全全运运行行的的基基本本装装备备，任任何何电电力力元元件件不不得得在在无无继继电电保保护护的的状状态态下下运运行。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 在在分分析析电电网网发发生生故故障障或或不不正正常常运运行行状状态态下下各各种种电电气气量量或或其其他他特特征征物物理理量量（如
6、如变变压压器器油油箱箱内内的的瓦瓦斯斯）的的变变化化规规律律的的基基础础上上，找找出出它它们们与与正正常常运运行行状状态态的的之间的差别，然后制定出合理的保护动作判据。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 根根据据已已经经提提出出的的保保护护原原理理，设设计计实实际际装装置置来来实实现继电保护功能。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）反反应应故故障障（包包括括短短路路和和断断线线）状状态态，保保护护动作于相应断路器跳闸；动作于相应断路器跳闸；2）反反应应不不正正常常运运行行状状态态（如如过过负负荷荷、小
7、小电电流流接接地地系系统统发发生生单单相相接接地地故故障障等等），保保护护动动作作于于告警信号。告警信号。v按保护对象分类按保护对象分类 如如：变变压压器器保保护护、线线路路保保护护、电电容容器器保保护护等。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。主主保保护护满满足足系系统统稳稳定定和和设设备备安安全全要要求求，能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
8、护。可分为主保护、后备保护和辅助保护。后后备备保保护护指指主主保保护护或或断断路路器器拒拒动动时时用用来来切切除除所所保保护护范范围围内内故故障障的的保保护护原原理理或或装装置置，可可分分为为远远后后备备保保护护和和近近后后备备保保护护。远远后后备备保保护护由由相相邻邻电电力力设设备备或或线线路路的的保保护护来来实实现现。近近后后备备保保护护由由本本电电力力设设备备或或线线路路的的另另一一套套保保护护来来实实现现（当当主主保保护护拒拒动动时时），或或者者由由断断路路器器失失灵灵保保护护来来实实现现（当当断断路路器器拒拒动动时时，只只动动作作于于母母联联断断路路器器和和母线分段断路器）。母线分段
9、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、后备保护和辅助保护。可分为主保护、后备保护和辅助保护。辅辅助助保保护护是是为为补补充充主主保保护护和和后后备备保保护护的的性性能能或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 常常规规保保
10、护护原原理理只只反反应应工工频频分分量量。利利用用暂暂态态分分量量可可以以构构成成各各种种超超高高速速保保护护，如如行行波波保保护护、暂暂态态保保护护等。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 主主要要针针对对线线路路保保护护而而言言。可可分分为为有有通通道道保保护护和和无无通通道道保保护护。前前者者包包括括高高频频保保护护、微微波波保保护护、光光纤纤保保护护等等，后后者者包包括括所所有有只只利利用用本本端端测测量量信信号号的的保保护护原理。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
11、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 对对动动作作于于跳跳闸闸的的继继电电保保护护，在在技技术术上上一一般般应应满满足足四四个个基基本本要要求求，即即可可靠靠性性、选选择择性性、速速动动性性和和灵灵敏性。敏性。v可靠性可靠性 包包括括安安全全性性和和信信赖赖性性，是是对对继继电电保保护护性性能能最最根根本本的的要要求求。安安全全性性要要求求继继电电保保护护在在不不需需要要它它动动作作时时可可靠靠不不动动作作，即即不不发发生生误误动动作作。信信赖赖性性要要求求继继电电保保护护在在规规定定的的保保护护范范围围内内发发生生了了应应该该动动作作的的故故障障时
12、时可可靠动作，即不发生拒绝动作。靠动作，即不发生拒绝动作。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v选择性选择性 指指保保护护装装置置动动作作时时，在在可可能能最最小小的的区区间间内内将将故故障障部部分分从从电电力力系系统统中中断断开开，最最大大限限度度地地保保证证系系统统中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）只只应应由由装装在在故故障障元元件件上上的的保保护护装装置置动动作作切切除故障；除故障；2）力力争争相相邻邻元元件件的的保保护护装装置置对对它它起起后后备备保保护护的作用。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
13、择性对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v速动性速动性 故故障障发发生生时时，应应力力求求保保护护装装置置能能迅迅速速动动作作切切除除故故障障元元件件，以以提提高高系系统统稳稳定定性性，减减少少用用户户经经受受电电压压骤骤降降的的时时间间以以及及故故障障元元件件的的损损坏坏程程度。度。故故障障切切除除时时间间等等于于保保护护装装置置和和断断路路器器动动作作时时间间的的总总和和。一一般般快快速速保保护护的的动动作作时时间间为为0.06s0.12s，最最快快的的可可达达0.01s0.04s。一一般般断断路路器器的的动动作作时时间间为为0.06s0.15s，最最快快的的可达可达0.02s0.06
14、s。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求v速动性速动性 保保护护动动作作速速度度越越快快，为为防防止止保保护护误误动动采采取取的的措措施施越越复复杂杂，成成本本也也相相应应提提高高。因因此此，配配电电网网保保护护装装置置在在切切除除故故障障时时往往往往允允许许带带有有一一定定延时。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 指指对对于于保保护护范范围围内内发发生生故故障障或或不不正正常常运运行行状状态态的的反反应应能能力力。在在规规定定的的保保护护范范围围内内发发生生故故障障时时，不不论论短短路路点点的的位位置置、短短路路的的类类型型如如何何，以以及及短短路路点点是是否否
15、有有过过渡渡电电阻阻，保保护护装装置置都都应应能能灵灵敏敏反反应应，没没有有似似动动非非动动的的模模糊糊状状态态。保保护护装装置置的的灵灵敏敏性性通通常常用用灵灵敏敏系系数数来来衡衡量量。根根据据规规程程规规定定，要要求求灵灵敏敏系系数数在在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 实实际际工工作作中中，在在确确定定被被保保护护元元件件的的保保护护方方式式时时，还还要要考考虑虑其其经经济济性性要要求求，即即在在满满足足基基本本保保护护功功能能要要求求的的前前提提下下，应应尽尽可可能能减减少少投投资资。随随着着电电力力市市场场化化进进程程的的深深入入，对对经经济济性性要要求求
16、越越来来越越重重视视，甚甚至至把把它它和和前前面面介介绍绍的的四四个个基基本本要要求求合合在在一一起，称为保护的五个基本要求。起，称为保护的五个基本要求。考考虑虑经经济济性性时时，不不能能仅仅仅仅局局限限于于保保护护装装置置本本身身投投资资的的大大小小，还还应应从从电电网网的的整整体体安安全全及及社社会会利利益益出出发发，按按被被保保护护元元件件在在电电网网中中的的作作用用和和地地位位来来确确定定保保护护方方式式，因因为为保保护护不不完完善善或或不不可可靠靠造造成成的的损损失失，一一般般都都远远远远超超过过即即使使是是最最复复杂杂的的保保护护装装置的投资。置的投资。对继电保护的基本要求对继电保
17、护的基本要求 对对继继电电保保护护装装置置的的各各项项基基本本要要求求是是研研究究分分析析继继电电保保护护性性能能的的基基础础。这这些些要要求求之之间间往往往往是是相相互互制制约约的的，例例如如提提高高保保护护装装置置动动作作可可靠靠性性的的措措施施，一一般般会会造造成成动动作作速速度度及及动动作作灵灵敏敏性性下下降降，并并增增加加保保护护成成本本。因因此此，继继电电保保护护的的研研究究、设设计计、制制造造和和运运行行的的绝绝大大部部分分工工作作就就是是围围绕绕着着如如何何处处理理好好这这些些基基本本要要求求之之间间关系进行的。关系进行的。实实际际工工作作中中，要要根根据据具具体体情情况况以以
18、及及要要解解决决的的主主要矛盾，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 继继电电保保护护原原理理随随着着对对电电网网故故障障特特性性认认识识的的不不断断深深入入而而呈呈现现出出低低速速、高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 继继电电保保护护装装置置随随着着元元器器件件技技术术的的发发展展而而发发展展。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、智能化数字化、智能化无触点化、小型化无触点化、小型
19、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 随随着着电电子子传传感感器器及及高高速速数数据据（光光纤纤）通通信信技技术术的的发发展展，变
20、变电电站站微微机机保保护护装装置置可可以以通通过过通通信信接接口口获获取取来来自自现现场场的的数数字字化化后后的的电电压压、电电流流信信号号，进进而而实实现现保保护护装装置置的的完完全全数数字字化化，使使微微机机保保护护装装置置的的构构成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 定定义义：获获取取电电力力系系统统的的多多点点信信息息，利利用用这这些些信信息息对对故故障障进进行行快快速速、可可靠靠、精精确确的的切切除除，同同时时分分析析切切除除故故障障对对系系统统安安全全稳稳定定运运行行的的影影响并采取相应控制措施的系统。响并采取相应控制措
21、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电电力力系系统统的的故故障障是是通通过过故故障障信信息息来来表表征征的的。故故障障信信息息分分为为内内部部故故障障信信息息和和外外部部故故障障信信息息，其其中中蕴蕴涵涵故故障障发发生生时时间间、故故障障方方向向、故故障障类类型型、故故障障距距离离及及故故障障持持续续时时间间等等信信息息，因因而而是是区区别别正正常常运运行行状状态态与与故故障障状状态态最最本本质质的的特特征。征。v故故障障信信息息的的识识别别、处处理理和和利利用用一一直直是是继继电电保保护及故障测距发展的基础。护及故障测距发展
22、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电电力力系系统统的的故故障障状状态态可可视视为为故故障障前前状状态态与与故故障障附附加加状状态态的的叠叠加加，其其中中故故障障前前状状态态可可以以是是各各种种非非故故障障状状态态，也也可可以以是是前前一一次次故故障障状状态态的的继继续续，而而故故障障附附加加状状态态则则是是由由当当前前故故障障所所激发的。激发的。v故故障障附附加加状状态态中中的的电电气气量量（电电压压、电电流流）称称为故障分量。为故障分量。故障分量的基本概念故障分量的基本概念v 故故障障分分量量
23、是是仅仅在在系系统统发发生生故故障障时时出出现现，而而在在系系统统正正常常运运行行及及不不正正常常运运行行时时不不存存在在的的电电气气分分量量，即即它它随随着着故故障障的的出出现现而而出出现现，随随着着故故障障的的消消失失而而消消失失。所所以以，故故障障分分量量的的存存在，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 故故障障信信息息实实际际上上蕴蕴涵涵于于故故障障分分量量之之中中，因因而而对对故故障障信信息息的的提提取取和和处处理理可可以以转转化化为为对对故故障障分分量量的的提提取取和和处处理理，即即通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
24、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应应用用故故障障分分量量构构成成继继电电保保护护动动作作判判据据时时，只只需需要要寻寻找找区区内内故故障障与与区区外外故故障障的的“差差异异”，而而不不必必考考虑虑正正常常及及不不正正常常情情况况，因因而而，保保护护具具有有较较高高的的灵灵敏敏度度，一一般般也也具具有有较较快快的的动动作作时时间间和和较较好好的的选选择择性性，不不必必采采用用振振荡荡闭闭锁锁等等防止振荡时保护误动的措施。防止振荡时保护误动的措施。故障分量的特点故障分量的特点v 非非故故障障状状态态下下不不存存在在故故障障分分量量，故故障障分分量量仅仅在在故故障
25、障状状态态下出现；下出现；v 故故障障分分量量独独立立于于非非故故障障状状态态，受受电电网网运运行行方方式式的的影影响响不不大（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 故故障障点点的的电电压压故故障障分分量量最最大大，系系统统中中性性点点处处故故障障分分量量电电压为零；压为零；v 保保护护安安装装处处故故障障分分量量电电压压电电流流之之间间的的关关系系，取取决决于于背背后后系系统统的的阻阻抗抗，与与故故障障点点的的远远近近及及过过渡渡电电阻阻的的大大小小没没有有关关系系（但但故故障障分分量量值值的的大大小小受受过过渡渡电电阻阻及及故故障障点点远远近近的的影影响响
26、）。故障分量的分类故障分量的分类v故故障障分分量量分分为为稳稳态态故故障障分分量量和和暂暂态态故故障障分分量量，二二者者都是可以利用的。都是可以利用的。v为为了了研研究究稳稳态态故故障障分分量量，输输电电线线路路模模型型取取为为集集中中参参数数模模型型就就可可以以了了，如如果果还还要要进进一一步步消消除除暂暂态态故故障障分分量量的的影影响响，除除了了采采取取滤滤波波措措施施以以外外，输输电电线线路路模模型型也要加以修正。也要加以修正。v为为了了研研究究暂暂态态故故障障分分量量，输输电电线线路路模模型型必必须须取取为为分分布布参参数数模模型型，如如果果还还要要进进一一步步考考虑虑线线路路损损耗耗
27、及及参参数数的依频特性，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 ：即即故故障障分分量量中中的的工工频频分分量量，可可以以用用来来构构成成工工频频变变化化量量方方向向保保护护、工工频频变变化化量量距距离离保保护护、工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 ：即即全全部部的的故故障障分分量量，可可以以用用来来构构成成电电流流突突变变量量起起动动元元件件、电电流流突突变变量量选选相相元元件件、方方向向行行波波元元件件、行波距离（
28、测距）保护等；行波距离（测距）保护等；v ：暂暂态态分分量量中中的的高高频频部部分分，用用来来构构成成反反映映单端电气量的暂态保护。单端电气量的暂态保护。故障分量的提取与识别方法 来来自自电电压压互互感感器器TV和和电电流流互互感感器器TA的的电电压压电电流流都都是是故故障障后后的的全全电电压压和和全全电电流流，构构成成反反映映故故障障分分量量的的继继电电保保护护时时，应应设设法法将将故故障障分分量量 从从全全电电压压和和全全电电流流中中提提取取出出来来。在在微微机机保保护护中中，故故障障分量的提取方法为（电流）：分量的提取方法为（电流）：故障分量的提取与识别方法通常情况下，取通常情况下，取n
29、1、2或或4：n1：n2：n4：这这样样可可以以计计算算出出故故障障分分量量的的采采样样序序列列，利利用用微微机机保保护护中中的的各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。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目目前前在在电电力力系系统统中中广广泛泛采采用用反反应应工工频频电电气气量量的的微微机机保保护护装装置置，这这类类装装置置利利用用了了由由稳稳态态故故障障分分量量构构成成的的电电流流元元件件、方方向向元元件件、选选相相元元件件和和距距离离元元件件等等分分别别构构成成不不同同原原理理的的保保护护，包包括括电电流流保
30、保护护、方方向向性性保保护护、差动保护、距离保护、纵联保护及自适应保护等。差动保护、距离保护、纵联保护及自适应保护等。v在在这这些些保保护护装装置置中中，暂暂态态故故障障分分量量被被视视作作干干扰扰和和噪噪声声而而被被滤滤除除，因因而而所所有有的的研研究究重重点点在在于于如如何何设设计计性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随随着着电电力力系系统统输输送送功功率率的的不不断断增增加加，电电压压等等级级也也在在不不断断提提高高，系系统统的的暂暂态态稳稳定定性性问问题题也也日日趋趋严严重重，而而提提高高系系统统暂暂态态稳稳定定性性最最直直接接而而又又简简单单有有效效的的方方法
31、法是是超超高高速速切切除除系系统统中中发发生生的各种故障的各种故障。v为为了了适适应应现现代代电电力力系系统统发发展展的的需需要要，研研究究超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由由于于电电压压等等级级的的提提高高，系系统统暂暂态态的的持持续续时时间间加加长长，故故障障后后的的一一次次波波形形严严重重畸畸变变，再再加加上上传传感感器器暂暂态态过过程程的的影影响响，使使得得基基于于工工频频电电气气量量的的继继电电保保护护需需要要采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严严格格来来说说，故故障障信信号号为为一一
32、非非平平稳稳信信号号即即时时变变信信号号，传传统统的的Fourier分分析析方方法法存存在在先先天天不不足足，因因而而常常规规保保护护不不能能较较好好地地解解决决可可靠靠性性与与速速动动性性之之间间的的矛矛盾盾，从从而很难满足超高速动作的要求。而很难满足超高速动作的要求。故障分量的应用v20世世纪纪70年年代代以以来来，国国内内外外许许多多继继电电保保护护工工作作者者一一直直在在致致力力于超高速线路保护的理论研究，并取得丰硕成果。于超高速线路保护的理论研究，并取得丰硕成果。v这这些些研研究究工工作作完完全全摈摈弃弃传传统统的的继继电电保保护护思思想想，而而直直接接分分析析故故障产生暂态分量的特
33、征以期从中提取出有用的故障暂态信息。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。v研研究究表表明明，暂暂态态故故障障分分量量中中含含有有比比稳稳态态故故障障分分量量中中更更多多的的故故障障信信息息，且且这这些些信信息息不不受受系系统统振振荡荡、负负荷荷变变化化及及CT饱饱和和等等因因素素的的影影响响，从从而而为为继继电电保保护护理理论论的的发发展展开开辟辟了了一一条条新新的的途途径，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故故障障测测距距问问题题一一直直困困绕绕着着广广大大的的继继电电保保护护工工作作者者。传传统统的的阻阻抗
34、抗测测距距法法以以及及基基于于单单端端信信息息的的故故障障分分析析法法只只能能通通过过计计算算测测量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为为了了彻彻底底消消除除过过渡渡电电阻阻的的影影响响，必必须须能能够够准准确确获获得得线线路路两两端端的的系系统统参参数数，而而这这在在实实际际系系统统中中是是很很难难的的。基基于于双双端端信信息息的的故故障障分分析析法法不不受受过过渡渡电电阻阻的的影影响响，但但需需要要交交换换两两端端的的信信息息，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此此外外
35、，上上述述测测距距方方法法均均受受传传感感器器误误差差的的影影响响，因因而而测测距距精精度度得不到保证。得不到保证。故障分量的应用v理理论论研研究究和和现现场场运运行行经经验验表表明明，从从暂暂态态故故障障分分量量中中提提取取出出来来的的故故障障行行波波信信息息可可以以用用于于故故障障测测距距，而而且且基基本本不不存存在在上上述述缺缺陷陷，完完全全可可以以将将故故障障距距离离定定位位到到一一个个杆杆塔塔之之内内（误误差差小小于于1km）。因因而而可可以以预预见见，反反应应故故障障行行波波信信息息的的故故障障测测距距技技术术必必将将成成为为快快速速、准准确确查查找找输电线路故障点的有力武器。输电
36、线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利利用用暂暂态态故故障障分分量量的的小小电电流流接接地地故故障障定定位位（选选线线）技技术术可可望望彻彻底底解解决决长长期期困困扰扰电电力力部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启动元件启动元件
37、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 单单相相接接地地故故障障：两两个个非非故故障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）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 两两相相不不接接地地短短路路：非非故故障障相相电电流流为为零零，两两个个故故障障相相电电流流故故障障分
38、分量量之之差差最大。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（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
39、基基本本思思路路：首首先先通通过过检检测测是是否否同同时时存存在在零零序序电电流流和和负负序序电电流流分分量量来来区区分分相相间间短短路路和和接接地地故故障障。对对于于接接地地故故障障，可可通通过过比比较较零零序序电电流流和和负负序序电电流流之之间间的的相相位位差差进进一一步步区区分分单单相相接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Z s
40、et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)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：v保护区外保护区外k2点故障：点故障：v保护区反向保护区反向k3点故障：点故障：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。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（
41、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基基于于基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律的的纵纵联联电电流流差差动动保保护护，是是到到目目前前为为止止最最为为完完善善的的继继电电保保护护原原理理，在在发发电电机机、变变压压器器、母母线线、电电抗抗器器、大大容容量量电电动动机机和和输输配配电电线线路路等等电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
42、压器 电动机电动机 母线母线 线路线路 电抗器等电抗器等纵联电流差动保护分析纵联电流差动保护分析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，继电器不，继电器不会动作。会动作。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。纵联电流差动保护问题纵联电流差动保护问题v在在理理想想情情况况下下，根根据据KD中中是是否否有有电
43、电流流，就就能能够够区区分分出出是是否有内部故障。否有内部故障。v在在实实际际情情况况下下，由由于于电电流流互互感感器器误误差差等等因因素素的的存存在在，在在正正常常运运行行及及外外部部故故障障时时也也会会有有一一定定量量的的不不平平衡衡电电流流流流入入差差动动继继电电器器KD，特特别别是是在在外外部部故故障障电电流流互互感感器器饱饱和和的的情情况况下下，误误差差将将会会大大大大增增加加，会会有有比比较较大大的的不不平平衡衡电电流流流流入入KD。为为防防止止差差动动保保护护误误动动，KD的的动动作作电电流流必必须须按按躲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
44、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。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，
45、制动量选为：通常情况下，制动量选为：v动作表达式：动作表达式：K制动系数，制动系数，0MNiminD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动作量：动作量：制动量：制动量：动作方程：动作方程：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动作量：动作量：制动量：制动量：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护内部故障内部故障时内部故障时：所以只要所以只要满足动作条件，且有较高的灵敏度。满足动作条件，且有较高的灵敏度。kZ NZ M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外部故障时：外部
46、故障时：所以只要所以只要不满足动作条件，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量电流差动保护动作特性0.10.152Kres=0.81.0内内部部故故障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被被保保护护设设备备为为发发电电机机、变变压压器器和和母母线线时时，其其各各侧侧的的电电流流互互感感器器均均在在同同一一个个厂厂站站内内，这这时时可可由由两两种种方方式式实实现现上上述述的电流差动。的电流差动。v一一种种方方式式是是直直接接将将设设备备各各侧侧的的电电流流接接入入到到同同一一个个装装置置中中，由由该该装装置置按按照
47、照差差动动保保护护的的公公式式进进行行分分析析比比较较，判判断断故故障障区间；区间；v另另一一种种方方式式是是每每个个电电流流互互感感器器的的输输出出都都接接到到一一个个采采集集装装置置中中，然然后后通通过过通通信信网网络络将将各各个个采采集集装装置置联联系系在在一一起起，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发发电电机机、变变压压器器一一般般采采用用第第一一种种方方式式，母母线线既既可可以以采采用用第第一一种种方方式式，也也可可以以采采用用第第二二种种方方式式，第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当当被被保
48、保护护设设备备为为输输电电线线路路时时，由由于于两两端端相相距距甚甚远远，需需要要在在每每一一侧侧都都装装设设采采集集装装置置，然然后后利利用用通通信信线线路来交换两端的电流信息。路来交换两端的电流信息。纵联电流差动保护通信纵联电流差动保护通信v可用的通信手段：可用的通信手段：（1）导引线）导引线 （2）载波）载波 （3）微波）微波 （4）光纤）光纤 光光纤纤通通道道具具有有传传输输速速率率高高、抗抗干干扰扰性性能能好好、安安全全可可靠靠性性高高、能能保保持持长长期期不不间间断断地地传传输输信信号号的的特特点点,已成为纵联保护信号传输通道的首选方式。已成为纵联保护信号传输通道的首选方式。纵联（
49、方向）比较式保护纵联（方向）比较式保护v构成构成v纵纵联联（方方向向）比比较较式式保保护护在在被被保保护护设设备备的的每每一一端端都都装装设设一一个个反反映映故故障障方方向向的的测测量元件。量元件。被保护设备被保护设备纵联比较式保护示意图纵联比较式保护示意图被保护设备：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 电抗器等电抗器等纵联（方向）比较式保护纵联（方向）比较式保护v方方向向性性测测量量元元件件是是构构成成纵纵联联分分析析比比较较式式保保护护的的核心，常用的方向元件包括：核心，常用的方向元件包括：（1）故障分量方向元件；）故障分量方向元件；（2）负序功率方向
50、元件；）负序功率方向元件；（3）零序功率方向元件；）零序功率方向元件；（4）方向阻抗元件；）方向阻抗元件；（5）相电压补偿式的功率方向元件等；）相电压补偿式的功率方向元件等；（6）在在单单侧侧电电源源的的情情况况下下，按按躲躲最最大大负负荷荷电电流流整定的过电流元件，也能反映故障方向。整定的过电流元件，也能反映故障方向。纵联（方向）比较式保护纵联（方向）比较式保护v当当每每一一端端的的测测量量元元件件都都指指示示为为正正向向故故障障时时，表明故障为表明故障为“区内故障区内故障”；任任何何一一端端的的测测量量元元件件指指示示为为反反向向故故障障时时，表表明故障为明故障为“区外故障区外故障”。v实