变电运行继电保护原理

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Um
与测量电流
Im 之比，即
Zm
Um
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式中， Zm为一复数， Im
在复平面上既可以 Zm Zm m Rm jXm
用极坐标形式表示， 也可以用直角坐标
式中
形式表示，即
Zm ——测量阻抗的阻抗值； m ——测量阻抗的阻抗角； Rm ——测量阻抗的实部，称测量电阻；
X m ——测量阻抗的虚部，称测量电抗
继电保护原理
第3章 电网的距离保护
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电力系统正常运行时， Um 近似为额定电压， Im 为负荷电流，Zm为负荷阻
抗。负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角(一般功率
因数不低于0.9，对应的阻抗角不大于25.8°)，阻抗性质以电阻性为主。
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当线路故障时，母线测量电压为 U m U K ，输电线路上测量电流为
设
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U KA ,U KB ,U KC
——故障点k处A、B、C的三相电压；
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I A,I B,IC
——流过保护安装处的三相电流；
•• •
I A1, I A2, I A0
——流过保护安装处A相的正序、负序、零序电流；
Z1, Z2, Z0 ——被保护线路单位长度的正序、负序、零序阻抗，
一般情况下可按正、负序阻抗相等考虑；
继电保护原理
第3章 电网的距离保护
1. 单相接地短路故障 K 1
以A相接地为例，当A相发生金属性短路时，
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UkA
0
若令：U• mA
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UA
•
•
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ImA IA K 3I0
则有：
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U
A
•
I
A
K
•
3I0
Z1LK
则上式变为
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UmA ImA Z1Lk••••
与右式具有相同的形式 U m I m Zm I m ZK I m Z1LK
A0
Z0 Z1 3Z1
Z1 LK
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U
KA
•
I
A
K
3
•
I
0
Z1LK
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加一个 I• A0 Z1LK 减一个 I A0 Z1LK
再进行整理
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UB
•
U
KB
•
I
B
K
3
•
I
0
Z1LK
•
UC
•
U
KC
•
I
C
K
3
•
I
0
Z1LK
对于不同类型和相别的短路， 故障点的边界条件是不同的， 下面就几种故障情况予以分析。
无法变成
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U m I m Z1LK
所以B、C两非故障相的U•测C 量U•电KC压 、I• C电 K流不3 I•能0 Z准1L确K 地无反法应变故成障的U距• m离。I• m Z1LK
即A相单相接地时，B、C两相的工作状态与正常负荷状态相差不大，所以在 A相故障时，B、C两相电压、电流算出的测量阻抗接近负荷阻抗，对应的距 离一般都大于整定距离，由它们构成的距离保护一般都不会动作。
因而由
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U
mA
,
•
I
mA
算出的测量阻抗能够正确反应故障的距离，从而可以实现对
故障区段的比较和判断。
对于非故障相B、C，若令
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U mB
•
UB
•
•
•
ImB IB K 3I0
•
•
•
•
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UmC UC ImC IC K 3I0
由于
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U
KB
•
,U
KC
不为零，
•
U
B
•
U
KB
•
I
B
K
•
3I0
Z1
LK
•
UmB ImB Z1Lk
•
•
UmC UC
•
•
•
ImC IC K 3I0
可以得到
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UmC ImC Z1Lk
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上两式均与式 U m I m Z1LK 形式相同，所以由 U mB , I mB 或
的测量和判断都能够正确反应故障距离。
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U
mC
,
•
I
mC
作出
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•
•
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非故障相A相故障点处的电压UKA≠0， U mA, I mA之间不存在 U m I m Z1LK 关
有测量电压、测量电流之间满足该式，测量阻抗才能准确反应故障的距离。
在实际三相系统中，可能发生多种不同的短路故障，而在各种 不对称短路时，各相的电压、电流都不再简单地满足上式，需 要寻找满足上式的电压、电流接入保护装置，以构成在三相系 统中可以用的距离保护。
继电保护原理
第3章 电网的距离保护
现以下图所示网络中k点发生短路故障时的情况为例，对此问题予以分析
继电保护原理
同理，B相或C相单相接地时情况与此一样。
第3章 电网的距离保护
2. 两相接地短路故障 K 1,1
系统发生金属性两相接地故障时，故障点处两接地相的电压都为0，以B、C两相接地
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故障为例，即 UkB 0 UkC 0
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令 UmB UB ImB IB K 3I0
可以得到
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距离保护的实质是用整定阻抗Zset与被保护线路的测量阻抗Zm比较。当短 路点在保护范围以内时，即Zm＜Zset时，保护动作；当Zm＞Zset时，保 护不动作。因此，距离保护又称低阻抗保护。
继电保护原理
第3章 电网的距离保护
3.1.2 三相系统中测量电压和测量电流的选取
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在单相系统中，测量电压 Um 就是保护安装处的电压，测量电流 Im 就是
第3章 电网的距离保护
第3章 电网的距离保护
3.1 距离保护的基本原理
3.1.1 距离保护的基本原理
距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作
时限的一种保护装置。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护
安装处至故障点之间的阻抗（称测量阻抗）大小，故又称阻抗保护。
测量阻抗通常用Zm表示，它定义为保护安装处测量电压
系，且保护安装处的电压、电流均接近正常值，所以B、C两相接地故障时，
被保护元件中流过的电流，系统金属性短路时两者间的关系为
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U m I m Zm I m ZK I m Z1LK
式中，Z1 r1 jx1 为单位长度线路的复阻抗，单位为 / km
r1、x1分别为单位长度线路的正序电阻和正序电抗。
上式是距离保护能够用测量阻抗来正确表示故障距离的前提和基础，即只
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I m I K 这时测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗，即
••
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Zm U m/ I m U K/ I K ZK
在短路以后，母线电压下降，而流经保护安装处的电流增大，这样短路阻 抗比正常时测量到的阻抗大大降低，所以距离保护反应的信息量测量阻 抗Zm在故障前后的变化比电流变化大，因而比反应单一物理量的电流保 护灵敏度高。
K——零序电流补偿系数， K Z0 Z1 可以是复数。
3Z1
继电保护原理
第3章 电网的距离保护
按照对称分量法，可以算出K点短路时M母线上各相的电压为
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U A U KA I A1 Z1LK I A2 Z2 LK I A0 Z0 LK
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U
KA
•
I
A1
•
I
A2
•
I
A0
•
3I