电气系统继电保护第4章 反映故障分量的线路保护

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1、第4章反映故障分量的线路保护一、反映故障分量的继电保护基本原理由电工学知识可知，在线性电路的假设的前提下，可用叠加原理来研究故障的特性。因为故障信息在非故障状态下不存在，仅在电力系统发生故障时才出现，所以可以将电力网络内发生的故障视为非故障状态与故障附加状态的叠加。(一）故障信息1、故障状态的叠加原理发生短路故障时，可在短路复合序网的故障支路中引入幅值和相位相等、但反向串联连接的两个电压源。两个电压源在数值上等于短路前K1点的开路电压，根据叠加原理可将图4.1（a）分解为图4.1（b）和图4.1（c）两个状态的叠加。附加状态中

2、的附加电势又可称为故障点的工频电压变化量；由附加电势产生的电流，称为工频电流变化量。附加电势和工频电流就是故障点的故障信息。以中性点直接接地系统线路为例，如图4.2（a）所示，为一双电源输电线路在K1点短路的示意图，图4.2（b）是该系统在短路前的状态图，图4.2（c）是在K1点发生故障时的故障附加状态网络图。2、附加状态的故障信息故障点的附加电势为，由故障点K1看进去，内部的电势均为零.，在正向短路时，附加电势是加在M端系统阻抗和线路阻抗ZK上，在M端母线上产生一个附加电压，并在线路上产生了相应的工频电流变化量。附加电压和工

3、频电流变化量就是M点保护安装处的故障信息。显然，故障附加状态中所出现的和只包含故障信息，它们与故障前的负荷状态的电压、电流无关。1、消除非故障分量法根据叠加原理，电力系统网络故障可以看做故障前的非故障状态与故障瞬时的附加状态叠加。原理上，在发生短路时，由保护装置的实测故障时的电压减去非故障状态下的电压（）就可以得到电压的故障分量，用表示。对于快速保护，可以认为电压中非故障分量等于其故障前电气量。因此，可以将故障前的电压先储存起来，然后从故障时测量得到的相应量中减去已储存的有关部分，就可以得到故障分量。（二）故障信息的提取对于非

4、快速保护，就要考虑其他一系列有关因素的影响。例如，故障发生后发电机励磁调节器的作用、发电机的干扰、系统的振荡、负荷的变化等。2、故障特征检出法对称分量法的基本原理：在正常工作状态下的电压和电流特征是正序分量的电压和电流；接地短路时会出现零序分量的电压、电流；不对称短路时会出现负序电压、电流。负序分量包含有故障信息，它可用于检出故障。在保护技术中得到广泛应用，其缺点是不能反映三相短路。在各种类型故障中都包含有正序分量，因此，正序分量中也包含有故障信息，这一特殊的性质也应当用于检出故障。各种对称和不对称短路时都会出现正序分量，而在

5、消除正常运行分量后，正序分量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征，即正序分量中包含有更丰富的故障信息。故障信息中除了工频分量信息外，还有高频分量信息。如图4.2（c）中的、就是故障时的工频分量正序故障信息。通常用零序分量反映接地短路的故障分量，用正序和负序分量的电压或电流的综合分量反映相间短路的故障分量。在用正序、负序综合分量表示时，可写成和。工频变化量方向保护的电压、电流综合故障分量就是用和综合方式表示的，其目的是为了提高不对称短路的灵敏度。3、门槛法和浮动门槛法门槛法：是以同一种电气量的某定值为门槛检出故障的，

6、当电流增大、电压降低或阻抗降低，而越过固定门槛值时，即判断为发生故障。此方法简单易行，但会因灵敏度不满足要求而得不到足够的故障信息。浮动门槛法：定值不固定，随着非故障因素引起的故障分量不平衡输出的大小定值而浮动变化的。在正常运行的情况下，理论的不平衡输出为零，而实际上输出回路不可能为零。在一般情况下，输出的不平衡量较小；在特殊情况下，如频率偏离额定值较大，或者电力系统发生振荡时就有较大的不平衡输出。为此，可以设置一个浮动门槛值，它随着非故障因素引起的不平衡大小而自动改变输出。浮动门槛设计的优劣是构成实用保护的技术关键。微机继

7、电保护往往设置了自适应的浮动门槛，根据短路引起的不平衡瞬间变化，而非故障因素产生的不平衡是缓慢变化的特点。利用此规律可实测出非故障分量产生的不平衡输出值，设置门槛值。（三）利用故障分量的方向元件利用故障分量构成方向元件，只要它具有明确的方向性，就可以利用故障分量实现保护方向的判断。图4.3是双端电源输电线路在正反方向故障时的附加状态网络。在反方向F2点短路时的故障电压为：由式（4.1）和式（4.2）可知，在正向故障时，滞后，在反向故障时超前，按故障分量和比相原理构成的方向元件具有明确的方向性。假设电流的正方向由母线指向线路，在

8、正方向F1点短路时故障分量电压为：故障分量具有如下几个特征：①故障分量可由附加状态网络计算获取，相当于在短路点加上一个与该点非故障状态下大小相等、方向相反的电势△EF，并令网络内所有电动势为零的条件下得到。②非故障状态下不存在故障分量的电压和电流，故障分量只有在故障状态下才会