工频故障分量距离保护.pdf

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1、第四节工频故障分量距离保护一、故障分量的提取与特点图5-1给出了一个简化电力系统图，当线路上k点发生短路故障后的状态称为故障状态，利用叠加原理可以把故障状态进行分解。在图5-1.(a)中k点的故障支路中两个串联的大小相等、方向相反的电压U&，U&是故障发生之前k点的电压。根据叠加原理，故障状态（图f[0]f[0]5-1.(a)）可以等效为非故障状态（图5-1.(b)）与故障附加状态（图5-1.(c)）的叠加。故障附加状态的电气量称为故障分量，也称为突变量或变化量。电力系统中含有大量电感、电容、电阻设备，因此由故障附加状态产生的故障分量u、i一定包含有工频分量和各谐波暂

2、态分量。所谓工频故障分量是指故障分量中的正弦工频分量，也称为工频突变量（或工频变化量）。E&E&mI&I&nmnU&mU&nE&E&mI&mI&nnU&mU&f[0]U&n−U&f[0]I&I&m[0]n[0]U&U&E&m[0]U&n[0]E&nmf[0]ΔI&ΔI&mnΔU&ΔU&m−U&nf[0]图5-1系统故障分解图（图中换成小写字母）（a）故障状态（b）非故障状态（c）故障附加状态图中U&、I&分别为故障状态下m端的工频电压、电流；U&、I&分别为非故障状mmm[0]m[0]态下m端的运行电压、负荷电流；ΔU&、ΔI&分别为m端电压、电流的工频故障分量；Z、

3、mmsmZ分别为m、n两端的等值系统阻抗。sn显然，故障分量提取需从故障量中减去负荷分量才能得到，以m端为例有：Δu=u−u（5-1）mmm[0]Δi=i−i（5-2）mmm[0]现代数字式保护强大的存储功能可以很方便的将故障前的电压、电流记忆存储下来，于是通过下式即可计算得到k时刻的故障分量（以m端为例）：Δum()k=um()k−um(k−nN)（5-3）Δim()k=im()k−im(k−nN)（5-4）式中k为采样序列的序号；N为每工频周期的采样个数；n为任意整数。在正常运行情况下，任意相差整倍数周期的采样点大小相等，因此Δu()=0、mkΔim()k=0。只

4、有在发生故障时，Δum()k、Δim()k才有输出。显然，n越大可以保证故障发生后故障分量Δu()、Δi存在的时间延长。但事实上，故障的存在必然破坏了原来系统mkm()k的功率平衡关系，系统中各个电源电动势相角发生变换，即负荷分量发生变化。系统功角变化后，数字式保护中所存储的故障前的负荷分量就不再能代表按叠加原理从当前系统状态中分解出来的负荷分量了，而变化后的负荷分量是无法测量和计算的。一般来讲，式（5-1）、（5-2）所表示的故障分量仅在故障发生后两个周波内存在。因此，反映于工频故障分量ΔU&、ΔI&的保护原理可以作为被保护元件的快速主保护。mm由图5-1的分析可知

5、，故障分量具有以下特点：（1）故障分量仅在故障时出现，正常运行时为零。因此，反应故障分量的保护在正常运行时不会起动，因而灵敏度高；（2）故障分量独立于非故障状态，但仍受系统运行方式的影响（体现为系统阻抗Z、Z的变化）；mn（3）故障点的电压故障分量最大（即−U&），系统中性点的电压为零。f[0]（4）保护安装处的电压故障分量和电流故障分量间的相量关系由保护安装处到系统中性点的阻抗决定（以m侧为例，ΔU&=−ΔI&Z），不受系统电势和故障mmm点过渡电阻的影响；（5）线路两端故障分量电流之间的相位关系分别由故障点到两侧系统中性点的阻抗决定，不受两侧电势和故障点过渡电阻的

6、影响。二、工频故障分量距离保护的构成原理常规距离保护反映的是补偿电压U&=U&−I&Z相位的变化，所谓工频故障分量距离保opset护反应的是补偿电压幅值的突变量ΔU，通常也称为工频变化量距离保护。下面分析输电op线路不同位置故障时，补偿电压幅值突变量ΔU的大小，从而构成工频故障分量距离保护。op如图5-2.(a)所示输电线路，设保护位于m侧，其保护范围末端为y点，即整定阻抗为Z，set保护安装处到故障点的测量阻抗为Z。当在保护的正方向，即输电线路上发生金属性短路k故障时，故障分量网络如图5-1.(c)所示，流过保护安装处的电流工频突变量可以表示为：−U&=−ΔI&(Z

7、+Z)（5-5）f[0]smk因此可得保护安装处的电压工频突变量为：ΔU&=−ΔI&Z（5-6）sm由式（5-5）、（5-6）可得补偿电压的突变量为：Z+Z()smsetΔU&=ΔU&−I&Z=ΔU&−ΔI&Z=−U&f[0]（5-7）opsetsetZ+Zsmk显然，当区外故障时（如k1点故障），Zk>Zset，所以ΔU&opU&f[0]，如