工频变化量方向继电器
工频变化量阻抗继电器原理及检验方法_徐勇
3
工频变化量阻抗继电器相间故障校验方法
以线路正方向区内 B、 C 相间故障为例进行计算， 其电气向量 设故障前空载， 电压 UA′＝57.7ej0°V， UB′＝57.7e－j120°V， 图如图 5 所示。 UC′＝57.7ej120°V， 线路正序阻抗角为 75°， 故障电流幅值为 10 A， 整 （3 ） 得： 定阻抗为 1 Ω。根据公式 ｜UBC｜＝2×10×1+ （1－1.05×1.1 ） ×100＝4.5 V
根据相间故障电气量特点， UB 、 UC 在 UB ′ 、 UC ′ 连 线 ［ 2 ］上 ， 且 ｜OM｜＝57.7／2＝28.85 ， 据 此 可 求 得 角 度 θ＝tan－1 4.5 ＝4.637 °， 57.7 4.5 2 ＝28.937 V。 且故障相间电流滞后故 2 。 障相间电压正序阻抗角， 即 IBC滞后 UBC75° 则故障后电气量为： ｜ UB ｜＝｜ UC ｜＝
（1.华东电力设计院， 上海 200001； 2.上海电气输配电工程成套有限公司， 上海 200050 ） 摘 要： 分析了工频变化量阻抗继电器的原理， 推导出其校验公式， 并通过实例介绍了工频变化量阻抗继电器在正方向区内 、 区外及反方向 发生相间短路故障时的校验方法， 以期给同业人员提供一定帮助 。 关键词： 工频变化量阻抗继电器； 校验公式； 相间故障； 校验方法
在反方向 F点发生经过渡电阻故障时的系统网络图如图 4 所 ［ 1］ 为： 示， 其相位比较动作方程 － Z k－2ZR＋Zset 90° ＜arg ＜270° －Zk－Zset
电力系统可以近似看作线性系统，因此故障时电气量可以分 解为故障前正常运行状态及故障后附加状态的叠加 。工频变化量 就是利用故障后附加状态的工频电气量构成的过电压继电器 。其 动作方程如式 （1 ） 所示： ｜ΔUOP｜＞｜ΔUF｜ （1 ） 其中， ΔUOP＝Δ （Um－ImZset ） ＝ΔUm－ΔImZset 为工作电压， 其物理概念 是：从保护安装处到保护末端流的是同一个电流 Im时保护范围末 其物理概念为短路前短路点 F 端电压的变化量。ΔUF为极化电压， 的电压， 因为该电压是未知的， 因此工程实践上用保护范围末端在 短路前的电压来代替 ΔUF。 对于接地阻抗继电器： ΔUOPΦ＝Δ ［UΦ－ （IΦ＋K3I0 ） Zset］ 式中， Φ＝A、 B、 C； K为零序补偿系数。 对于相间阻抗继电器： ΔUOPΦΦ＝Δ （UΦΦ－IΦΦZset ） 式中， ΦΦ＝AB、 BC、 CA。 以图 2 为例分析正方向故障时的动作特性图，保护安装处感 受到的测量阻抗 Zk为短路点 F 到保护安装处的阻抗 Zk′ 和过渡电 阻的附加阻抗 Za之和。则： ΔUOP＝ΔUm－ΔImZset＝－ΔImZS－ΔImZset＝－ΔIm （ZS＋Zset ） 而 ΔUF＝ΔIm （ZS＋Zk ） ， 代入动作方程， 得到： ｜ZS＋Zset｜＞｜ZS＋Zk｜ ［ 1］ 转换成等效的相位比较动作方程 为：
南瑞继电保护技能培训教材
第一章微机保护的硬件和软件系统第一节微机保护的硬件系统一套微机保护由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统是构成微机保护的基础，软件系统是微机保护的核心。
图1-1表示出了微机保护的硬件系统构成，它由下述几部分构成：⑴微机主系统。
它是由中央处理器（CPU）为核心，专门设计的一套微型计算机，完成数字信号的处理工作。
⑵数据采集系统。
完成对模拟信号进行测量并转换成数字量的工作。
⑶开关量的输入输出系统。
完成对输入开关量的采集和驱动小型继电器发跳闸命令和信号工作。
⑷外部通信接口。
⑸人机对话接口。
完成人机对话工作。
⑹电源。
把变电站的直流电压转换成微机保护需要的稳定的直流电压。
微机主系统人机对话接口图1-1 微机保护的硬件构成框图一中央处理器CPU它是微机主系统的大脑，是微机保护的神经中枢。
软件程序需要在CPU的控制下才能遂条执行。
当前，在微机保护中应用的CPU主要有以下一些类型：1.单片微处理器例如Intel公司的80X86系列，Motorola公司的MC683XX系列。
其中32位的CPU例如MC68332具有极高的性能，在RCS900系列的主设备保护装置中得到了应用。
16位的如Intel公司的80296，在RCS900型的线路、主设备保护中用到了该芯片。
2.数字信号处理器（DSP）它将很多器件，包括一定容量的存储器都集成在一个芯片中，所以外围电路很少。
因而这种数字信号处理器的突出特点是运算速度快、可靠性高、功耗低。
它执行一条指令只需数十纳秒（ns），而且在指令中能直接提供数字信号处理的相关算法。
因此特别适宜用于构成工作量较大、性能要求高的微机保护。
在RCS900型的线路、主设备保护中，保护的计算工作都是由DSP来完成的，使用的芯片是AD公司的DSP-2181。
二存储器用以保存程序、定值、采样值和运算中的中间数据。
存储器的存储容量和访问时间将影响保护的性能。
在微机保护中根据任务的不同采用的存储器有下述三种类型的存储器。
南瑞继电保护新原理新技术介绍(含纵差)
‘长期有差流’的装置异常信号
• 无论在TA断线侧和TA未断线侧，在主程 序中有压差流元件动作，10秒后可发‘长 期有差流’信号。
‘长期有差流’的装置异常信号
装置发了‘长期有差流’的信号后 1 • 如果‘TA断线闭锁差动’控制字 则闭锁差动保护。 0 • 如果‘TA断线闭锁差动’控制字 则不闭锁差动保护。但是将差动继电 器的定值抬高到 ‘TA断线差流定 值’。
• 制动电流:
I R I M I N I K I K 2 I K
IK
• 因为 I CD I R 继电器电 流。
输电线路电流纵差保护的主要问题
M IM
I N N
IC
⑴ 电容电流的影响 电容电流是从线路内部流出的 电流，因此它构成动作电流。 由于负荷电流是穿越性的电流， 它只产生制动电流。所以在空 载或轻载下电容电流最容易造 成保护误动。 解决方法： ① 提高起动电流定值 ② 必要时进行电容电流补偿
931保护中差动继电器的种类和特点
I CD
• 工频变化量分相差动继电 器的构成 动作电流:
I CD I M I N
0.75
制动电流:
I R I M I N
IH
I R
I H 取为定值单中‘差动电
流高定值’、4倍实测电容 4U N IH 电流和 中的最大值。由 X C1 于
方向保护原理
方向保护原理一、零序方向保护原理在系统正常运行时，只有正序分量，没有零序分量，当系统发生接地短路故障或不对称断线故障时才产生零序分量，因此零序分量是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
要构成方向保护必须能够区分正、反方向故障。
接下来我们分析一下正、反方向短路故障时零序分量的方向性。
规定正方向：电流由母线指向线路为正方向；电压以电压升为正方向1、正方向短路故障：系统接线及零序序网如下图示通常情况下零序阻抗角按约75度考虑，所以反方向短路时Uo超前Io 约75度。
分析序网要切记一点，在计算某点电压时要由高电位点经过无电源端至低电位点构成回路，如果从电源端计算，则等于电源电压加（或减）两点间压降，而电源电压很可能也是一个未知数。
对于零序网络来说，短路点电压最高，可以看成是零序回路的电源。
由分析可以看出：在特定的正方向下，零序分量具有明确的方向性。
根据上述推导，如果要构成一个零序方向继电器，使它在正方向短路时动作，反方向短路时不动，则该继电器的最大动作灵敏角应为Uo超前Io约-105度。
据此我们可以画出零序方向继电器的动作特性图：由动作特性可得动作方程：165o&learg3UO/3IO&le－15o当我们知道动作特性及动作方程后，就可以构成继电器。
二、负序方向保护原理同样在系统正常运行时，也没有负序分量，当系统发生不对称短路故障或不对称断线故障时才产生负序分量，因此负序分量也是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
接下来我们看一下系统正、反方向短路故障时负序序网图：由图可得：正方向短路U2=－I2×Xs2反方向短路U2=I2×(Xl2+Xr2)通常情况下负序阻抗角按约75度考虑，所以正方向短路时U2超前I2约-105度。
反方向短路时U2超前I2约75度。
由上述分析可以看出：负序分量同零序方向具有相同的动作特性，在特定的正方向下，具有明确的方向性。
（其他分析同零序方向）三、工频变化量方向（突变量方向）保护原理当系统发生短路故障时，根据叠加原理，短路后状态=短路前状态+短路附加状态以两侧为无穷大系统发生金属性短路为例：则短路后状态UK=0。
7距离保护习题
距离保护一、选择题1.距离保护是以距离(A)元件作为基础构成的保护装置。
A ：测量 B)启动 C ：振荡闭锁 D ：逻辑1、距离保护装置一般由（D ）组成A ：测量部分、启动部分；B ：测量部分、启动部分、振荡闭锁部分；C ：测量部分、启动部分、振荡闭锁部分、二次电压回路断线失压闭锁部分；D ：测量部分、启动部分、振荡闭锁部分、二次电压回路断线失压闭锁部分、逻辑部分；2、距离保护的动作阻抗是指能使阻抗继电器动作的（B ）A ：大于最大测量阻抗的一个定值B ：最大测量阻抗C ：介于最小测量阻抗与最大测量阻抗之间的一个值D ：最小测量阻抗3．以电压U 和(U-IZ)比较相位，可构成(B)。
A ：全阻抗特性的阻抗继电器B ：方向阻抗特性的阻抗继电器C ：电抗特性的阻抗继电器D ：带偏移特性的阻抗继电器4．加到阻抗继电器的电压电流的比值是该继电器的(A)。
A ：测量阻抗B ：整定阻抗C ：动作阻抗5．如果用Z m 表示测量阻抗，Z set 表示整定阻抗，Z act 表示动作阻抗。
线路发生短路，不带偏移的圆特性距离保护动作，则说明(B)。
A ；act set set ,m Z Z Z Z <<B ：act set set ,m Z Z Z Z ≤≤C: act set set ,m Z Z Z Z <≤ D: act set set ,m Z Z Z Z ≤≤6．某距离保护的动作方程为90<270J DZ J Z Z Arg Z -<︒，它在阻抗复数平面上的动作特性是以+DZ Z 与坐标原点两点的连线为直径的圆。
特性为以+DZ Z 与坐标原点连线为长轴的透镜的动作方程(δ>0°)是(B)。
．A ：90+<270+J DZ J Z Z Arg Z δδ-<︒B ：90+<270J DZ J Z Z Arg Z δδ-<︒-C ：90-<270+J DZ J Z Z Arg Z δδ-<︒ D ：90-<270J DZ J Z Z Arg Z δδ-<︒-7．模拟型方向阻抗继电器受电网频率变化影响较大的回路是(C)。
南瑞继电保护新原理新技术
南京南瑞继保电气有限公司继电保护新原理新技术介绍线路保护部份光纤电流纵差保护工频变化量阻抗继电器工频变化量方向继电器单侧电源线<a name=baidusnap0></a>路上</B>发生短路防止纵联方向、纵联距离保护拒动的措施在有串联补偿电容线路上</B>的对策（略）工频变化量阻抗继电器重叠原理的应用工频变化量继电器的基本关系式正向短路基本关系式工频变化量继电器的基本关系式反向短路基本关系式工频变化量阻抗继电器的构成用于构成快速距离Ⅰ段。
其动作方程为： Uop为整定值末端电压, 上式代表定值末端电压变化量大于时继电器动作, 否则不动作。
对相间阻抗继电器对接地阻抗继电器为动作门槛，取故障前工作电压的记忆量正向短路动作特性当落在圆内继电器动作保护过渡电阻的能力很强，该能力有很强的自适应能力。
由于与相位相同，所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。
因此区外短路不会超越。
正向出口短路没有死区。
正向出口短路动作速度很快。
保护背后运行方式越大，本线路越长，动作速度越快。
系统振荡时不会误动，不必经振荡闭锁控制。
适用于串补线路。
正向出口短路动作速度很快图中为保护背后电源阻抗，为继电器整定阻抗。
正向出口发生短路，短路点电压变化。
连接线并引长交点垂线于点。
则线为保护范围末端电压变化量。
显见，短路点越近保护安装处、越短、线越长，动作量比制动量大得越多。
，继电器动作越快。
最快可达到现场曾有动作于出口的记录。
反向短路动作特性反向短路时落在第Ⅲ象限，进入不了圆内。
因而继电器不会误动。
而有良好的方向性。
工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器特点单侧电源线路上</B>发生短路纵联保护拒动的原因以闭锁式为例及对策原因：如果负荷侧起动元件未起动,则将由远方起信起动发信,闭锁了电源侧的纵联保护。
对策：负荷侧如果起动元件未起动，则检查当任一个相电压或相间电压降低到小于0.6倍额定电压时,将远方起信推迟100mS。
RCS-931线路工频变化量距离保护原理及零序保护原理
TA断线后对保护的处理
保护判出交流电流断线的同时，在装置总起动元件 中不进行零序电流起动元件的判别，纵联零序方向保 护退出。
对零序电流方向保护作如下处理：判据①判断电流 断线后，将所有零序电流保护退出运行。判据②判断 电流断线后，对不同型号作不同处理。对RCS-901A， 将零序流保护第Ⅲ段退出，保留零序电流保护第Ⅱ段 但不经方向元件控制。对RCS-901B将零序电流保护 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ段退出，第Ⅲ段保留但不经方向元件控 制。对RCS-901D将零序反时限方向过流保护退出， 保留零序电流保护第Ⅱ段但不经方向元件控制。
④ 三相相电压 U 。40V 这样当线路一侧发生高阻接地短路时，近故障点的一侧可由
此跳闸路径先选相跳闸，并向远离故障点的一侧发‘差动动 作’的允许信号。近故障点的一侧跳闸后短路电流重新分配， 远离故障点的一侧起动元件起动或不起动，零序差动继电器 及选相差流元件只要动作，又收到对侧‘差动动作’的允许 信号，也可继续发跳闸命令。
I RBC ： 相制动电流;
动作方程的后两相，是低比率制动系数稳态差动元件，
可作选相元件用。
线路一侧发生高阻接地短路时 使零序差动保护可靠动作的措施
零序差动保护为保护高阻接地而增加的跳闸路径其跳闸条件 为：
① 起动元件起动。
② 零序差动继电器及选相差流元件动作。
③ 3U 0 或3V 3。U2 3V
当三相电压恢复正常后, 经10秒延时TV断线信号 自动复归，保护自动恢复正常。
TA断线的判别与对保护的处理
当TA二次回路断线时或者电流的采样通 道故障时，装置认为交流电流断线。此时电 流的采样值将出现错误并导致出现自产的零 序电流，从而对零序电流保护产生影响。
此外在断线和不断线两种情况下系统发 生短路时由于零序电流的相位不同将可能导 致零序方向继电器在断线下发生短路时的不 正确动作。因此相应的保护要采取一些措施。
RCS-901、902、931保护原理
系。与接地阻抗继电器
配合的叫零序电抗继电
器,与相间阻抗继电器配
合的叫相间电抗继电器。
1 150 1 300 A
R
三段式阻抗继电器动作特性
jX ZR
ZK
Z set R
反向不对称故障动作特性 反向出口短路不会误动
三段式距离保护
• 但是在出口三相短路时正序电压仍然为 零，所以出口三相短路有死区。
三段式阻抗继电器动作特性
jX
Z set
3 2 1
R
对称故障动作特性
三段式距离保护
• 为解决出口短路的死区设置了低压距离 程序。 当正序电压下降至10%U N以下时，进入三 相低压程序，由正序电压的记忆量极化。 工作电压
极化电压
UOPU IZSET
动作方程
UPU1.M
90 oarU gOP90 o UP
⑶ U AU BU C8V，U10.5UN，且起动元件不动作， 使用母线TV,延时1.25秒发断线信号。判三相断 线。
系统振荡对阻抗继电器工作的影响
jX
• 当振荡中心C位于动作特
R
性内时，振荡时测量阻抗
端点的变化轨迹 mn线必
m 2
C
穿过动作特性。当12 时阻抗继电器将误动。
1 n • 为了在系统振荡时距离保
– 对相间阻抗继电器 U O P U I Z S E – 对接地阻抗继电器 U O P U I K 3 I 0 Z S
– UOP为.M动作门槛，取故障前工作 电压的记忆量。
正向短路动作特性
当Z K落在圆内继电器动作
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（一）、正方向短路
arg
U IZ com IZ d
arg
I
Z
I
S Zd
Z
c
om
180
0
arg
U IZ d
arg
IZ S IZ d
00
• 正方向的方向元件灵敏动作， • 反方向的方向元件可靠不动作。
（二）、反方向短路
arg
U I I Zd
Z
com
arg
I
Z R
I
Z
• 所以电压变化量 U IZS 更小。
• 如果在此时不引入 ， Zcom
arg
U IZ com IZ d
arg
I
Z
I
S Zd
Z
com
180
0
arg
U IZ d
arg
IZ S IZ d
00
U
接近于零而不能正确比相。
• 实际上在算法中比较相位的两个电气量 只有都超过门槛值继电器才判别是否动 作。
• 电压变化量和电流变化量之间的相位 • 截然相反！！！
三、RCS-901保护装置 正方向、反方向方向元件
• 正、反方向元件的动作判据：
900 270 0
• 正方向方向元件的测量角度：
arg
U IZcom IZ d
• Zd 装置内部的模拟阻抗（软阻抗），阻 抗角 780 。
• Zcom 为补偿阻抗（软阻抗） 。
• 所以此时正方向的方向元件因没有超过 门槛值而一直没有动作。
• 在反方向方向元件中测量角度时没有引 入 ： Zcom
• 1、在正方向短路时，即使 U 接近于零 反方向方向元件也不会动作。
• 2、在发生反方向短路时，由于 Z R 存在， 的值较U大 。
性能评述
• 1、在正、反方向短路时方向继电器的判 别十分准确、清晰，因而有良好的方向 性。
Z
d
com
00
arg
U I Z
d
arg
I Z R I Zd
1800
• 正方向的方向元件可靠不动作， • 反方向的方向元件灵敏动作。
（三）、Zcom 的作用
• 当保护背后运行方式很大时（ ZS 很小），在长线
路（ Z L 很大）末端短路时正方向的方向元件 能可靠动作。
• 由于此时 I 和Z S 均很小，
工频变化量方向继电器
一、正向短路MI来自mFNI n
ZS U m
Zl Rg
.K
U F
图2-11 正向短路时的短路附加状态
工频变化量继电器正方向短路时基本关系式
• 电流 Im 的正方向以母线流向被保护的方向。 • 电压 Um 的正方向以母线电位为正、中性点电
位为负。
U m Im Z S
• 正方向短路时保护安装处电压变化量是暂态分 • 量电流在保护背后等值阻抗上压降的负值。
• 反方向方向元件的测量角度 ：
arg
U IZd
Zcom 0
Z com
Z set
2
0.4Z L
当 Z S .min 0.5 时 ZL
当 Z S .min 0.5 时 ZL
• 本线路正序阻抗为 Z L 。
• 保护背后电源最大运行方式下的等值正 序阻抗为 。 ZS.min
• 工频变化量距离保护Ⅰ段定值为 。 Zset
Z R
• 假如 Z R 阻抗角 900
arg
U m Im
arg Z R
90 0
arg
U I
arg Z R
90 0
arg I
U
KR 3I0
arg Z R
90 0
• 反向短路时继电器的电压和电流的夹角只与
• 保护正方向等值阻抗的阻抗角有关，等于该
• 阻抗的阻抗角。而与过渡电阻的大小无关。
二、反向短路
S
F
M
I m
N
R
ZL
ZR
Rg
U F
U m
U n
图2-12 反向短路时的短路附加状态
工频变化量继电器在反方向短路时基本关系式
• 反方向短路时保护安装处电压的变化量 • 实际上是暂态分量电流在保护正方向等值 • 阻抗上的压降。
U m Im Z R
U IZ R
U
I
K R 3I0
• 2、工频变化量方向继电器测量的角度与 过渡电阻大小、与负荷电流大小无关 。
• 3、利用接在三个相间的工频变化量方向 继电器，并且用 I 值为最大的一个 所涉及的相间方向继电器来作短路方向 的判别可适应任何故障类型。
• 4、在系统振荡时由于电流、电压变化缓慢，I、U 值很小。工频变化量方向继电器算法中不超过相 应的门槛值，所以正、反方向两个方向元件都没 有动作。即纵联方向保护短路后可一直投入。
• 5、在有串联补偿电容的系统中工频变化量方向 继电器的动作行为也是正确的。
• 6、在单侧电源线路上受电侧的工频变化量方向 继电器的动作行为也是正确的。
• 7、在非全相运行期间和在非全相期间运行相上 再发生短路时，工作在两运行相间的工频变化量 方向继电器的动作行为也是正确的。
U IZS
U
I
K3I0
ZS
—代表相A、B、C；
—代表相间AB、BC、CA。
• 假如 Z S 阻抗角是 900
•
arg
U m Im
arg Z S 900
arg
U I
arg Z S
90 0
arg
I
U
KS 3I0
arg Z S 900
正向短路时继电器电压和电流的夹角只与保护反向 电源的等值阻抗的阻抗角有关，是该阻抗角负值。 而与过渡电阻的大小无关。