电力系统继电保护考点总结

电力系统继电保护考点总结考点1：电力系统继电保护的基本构成、作用、原理及基本要求在电力系统中，继电保护的任务之一就是当一次系统设备故障时，由保护向距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使之从系统中脱离，以保证系统其他部分的安全稳定运行，并最大限度的减少对电力设备的损坏。

因此保护应能区分正常运行与短路故障；应能区分短路点的远近。

考点2：距离保护原理、构成及整定计算系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。

常用于线路保护。

距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的，因为线路的阻抗成正比于线路长度。

在前面的分析中大家已经知道：保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降，即U KM=U K+△U；其中线路压降△U 并不单纯是线路阻抗乘以相电流，它等于正、负、零序电流在各序阻抗上的压降之和，即△U=IK1*X1+ IK2*X2+ IK0*X0 。

接下来我们先以A相接地短路故障将保护安装处母线电压重新推导一下。

因为在发生单相接地短路时，3IO等于故障相电流IKA；同时考虑线路X1=X2 则有：U KAM=U KA+I KA1* X LM1+ I KA2* X LM2+ I KA0* X LM0=U KA+I KA1*X LM1+ I KA2*X LM1+ I KA0*X LM0+ (I KA0* X LM1－I KA0* X LM1)=U KA+ X LM1(I KA1+ I KA2+ I KA0)+ I KA0（X LM0－X LM1）=U KA+X LM1*I KA+ 3I KA0（X LM0－X LM1）*X LM1/3X LM1=U KA+X LM1*I KA[1+（X LM0－X LM1）/3X LM1]令K=（X LM0－X LM1）/3X LM1则有 U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)或 U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)=U KA+X LM1(I KA+KI KA)=U KA+X LM1(I KA+K3I KA0)同理可得U KBM=U KB+ X LM1(I KB+K3I KB0)U KCM=U KC+ X LM1(I KC+K3I KC0)这样我们就可得到母线电压计算得一般公式：U KΦM=U KΦ+ X LM1(I KΦ+K3I0)该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量K3I KC0减去了而已。

一、接地阻抗继电器的测量阻抗我们希望，故障时加入阻抗继电器的电压、电流测量值ZJ=UJ/IJ正好成正比于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM 对于单相接地阻抗继电器来说，如果按相电压、相电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗ZJ=UJ/IJ=Z LM(I KΦ+K3I0)/I KΦ当金属性单相接地短路时U KΦ=0= (1+K)Z LM它不能正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM那么为了使阻抗继电器测量阻抗ZJ正好等于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM我们可以在构成阻抗继电器上做文章，使ZJ=Z LM(I KΦ+K3I0)/(I KΦ+K3I0)=Z LM也就是说使继电器的计算用电压等于相电压、计算用电流等于I KΦ+K3I0，常规继电器构成上可以采用I KΦ+K3I0复合滤序器实现，微机保护更简单，直接通过软件算法实现。

ZJ=UJ/(I KΦ+K3I0)的接线方式称为带零序电流补偿的接地阻抗继电器。

接地阻抗保护一般采用该种接线。

二、相间阻抗继电器的测量阻抗在前面两相短路的分析中，我们得出：IK AB M=2IKA MUK AB M=2IKA M*X1M则有母线处测量阻抗ZJ=2IKA M*X1M/2IKA M=X1M因此对于相间阻抗继电器来说，如果按相间电压、对应相间电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗ZJΦΦ=UJΦΦ/IJΦΦ=2I KΦ*Z LM/2 I KΦ=Z LM能够正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Z LMZJΦΦ=UJΦΦ/IJΦΦ的接线方式称为相间阻抗继电器的0。

接线，相间距离一般采用该种接线。

三、正、反向短路故障测量阻抗比较假设为金属性短路，故障点电压为零规定正方向：电流由母线指向线路为正方向；电压以电压升为正方向如下图示：1、正方向短路故障测量阻抗：ZJ=UJ/IJ=ZLM2、反方向短路故障测量阻抗：ZJ=UJ/IJ=－ZLM由上式可以看出：在特定的正方向下，测量阻抗具有明显的方向性；也就是说正向故障实际上是由保护装置背侧电源作用的结果；而反向故障是由对侧电源作用的结果。

四、距离保护的实现方法不论是常规保护还是微机保护为了实现对一次设备的保护，首先要按照我们的意愿确定一个固定的动作特性（相对应有一个动作方程），若计算出的测量阻抗ZJ落在动作特性内部，继电器就动作。

阻抗继电器一般应包含两个量 1）补偿电压或工作电压2）极化电压或参考电压工作电压U OP=U J－I J Z ZD通过这个等式可以看出，I J Z ZD实际上是保护安装处至整定点的压降。

那么母线电压减去保护安装处至整定点的压降实际上就是整定点的电压。

即保护范围末端的电压。

现在我们结合下图来看一下工作电压U OP在正向区内、正向区外及反方向故障时同测量电压U J测量的相位关系。

在正向区内K1点发生短路，Z J<Z ZD则U OP=U J－I J Z ZD=－I J(Z ZD－Z J)U J=I J Z JU OP与U J反向；在正向区外K2点发生短路，Z J>Z ZD则U OP=U J－I J Z ZD=I J(Z J－Z ZD)U J=I J Z JU OP与U J同向；在反方向K3点发生短路，Z J>Z ZD则U OP=U J－I J Z ZD=－I J(Z J+Z ZD)U J=－I J Z JU OP与U J同向；所以可以通过比较U OP与U J的相位关系来判断区内、区外及反向故障。

只要是按动作方程实现的距离保护就一定含有工作电压这一项。

极化电压是与工作电压比较的参考电压，选用不同的极化电压可以获得不同的动作特性。

例如：选用U J为极化电压可构成方向阻抗继电器、选用U J+I J Z ZD为极化电压可构成全阻抗继电器、选用I J R ZD为极化电压可构成电抗性阻抗继电器、选用I J X ZD为极化电压可构成电阻性阻抗继电器等等。

下面我来介绍一下方向阻抗继电器的动作特性：其动作方程为 |1/2Z ZD|≥|Z J－1/2Z ZD| (绝对值比较方程)或 90o≤arg(Z J－Z ZD)/Z J≤270o (相位比较方程)这两个方程对应同一个动作特性，又是如何等效互换的呢？是根据平行四边形法则实现的互换。

大家看一下下面的四个图形：由图可看出：C=B－A；D=B+A当|A|=|B|，且B超前A时，argC/D=90o；当|A|=|B|，且A超前B时，argC/D=270o；当|A|>|B|，且B超前A时，argC/D>90o；当|A|>|B|，且A超前B时，argC/D<270o；根据上面的关系式就可以将绝对值比较方程等效转换为相位比较方程：|A|≥|B| 可转换为 90o≤arg(B－A)/(B+A)≤270o根据动作方程可绘出方向阻抗继电器的动作特性，大家都知道以圆的直径为斜边交于圆周上的三角形必定是直角三角形。

那么根据相位比较方程可知，若测量阻抗落于圆周上，刚好是临界动作状态。

动作特性如下图示：在实际应用中，若采用阻抗形式动作方程需要计算出测量阻抗值向量；所以在构成继电器的过程中，常常采用电压形式动作方程，即动作方程上下同乘测量电流I J乘转换为电压形式动作方程：90o≤arg(U J－I J Z ZD)/U J≤270o 构成单相接地阻抗继电器时，测量电流I J=I KΦ+K3I0构成相间阻抗继电器时，测量电流I J=I KΦΦ五、距离保护应用中的相关辅助措施：1、测量阻抗Z J= U J/I J，那么当因某种原因电压断线时，阻抗继电器将会误动作，故必须采取电压断线闭锁措施，当发生电压断线时闭锁保护。

通常采用电压互感器二次电压与开口三角电压比较实现。

微机保护采用软件算法实现（例如：启动元件不动作的情况下，三相向量和大于8V；或绝对值和小于额定电压的一半且断路器在运行位置等等）一、实现纵联保护的方式：1、闭锁式：也就是说收不到高频信号是保护动作和跳闸的必要条件。

一般应用于超范围式纵联保护（所谓超范围即两侧保护的正方向保护范围均超出本线路全长）；高频信号采用收发同频，即单频制。

1、允许式：也就是说收到高频信号是保护动作和跳闸的必要条件。

一般应用于超范围式纵联保护（所谓欠范围即两侧保护的正方向保护范围均超过本线路全长的50%以上，但没有超出本线路全长）；高频信号采用收发不同频率，即双频制。

2、直跳式：也就是说收到高频信号是保护跳闸的充分必要条件。

一般应用于欠范围式纵联保护。

3、差动式：也就是说将对侧电气量转化为数字信号传送到本侧进行直接计算二、故障时允许式信号、闭锁式信号的特点闭锁式信号主要在非故障线路上传输允许式信号主要在故障线路上传输所以说，对于闭锁信号可以利用电力线路相-地通道构成闭锁式保护；而允许信号由于主要在故障线路上传输，则只能采用相-相通道或者是复用载波、复用微波、专用光纤通道。

三、闭锁式纵联保护原理逻辑图中，正常态各个与门、或门的输出均为0下面我们以MN线路为例，分析一下闭锁式纵联保护在区内故障、区外故障时的动作行为：一、区内故障（系统在K1点发生故障）两侧保护的启动元件动作，当达到低定值时，经由“与门1”向对侧发送闭锁信号（由于正常时“与门6”输出为0，故“与门1”输出为1）；因为是区内故障所以两侧正方向元件动作、反方向元件不动作，当达到高定值，“与门2”输出为1、“与门3”输出为0；当向对侧发送闭锁信号时，通道存在闭锁信号，收信继电器动作，一方面闭锁“与门7”，一方面经过8ms延时电路使“或门4”动作；“或门4”同“与门2”输出均为1，则“与门5”输出为1，使“或门4”自保持，由于“与门5”输出为1、“与门3”输出为0，所以“与门6”动作，“与门6”输出为1后将“与门1”闭锁，使本侧不再向通道发送闭锁信号；这样两侧均不向通道发送闭锁信号，则收信继电器返回输出为0，同时“与门6”输出为1，所以“与门7”动作；使两侧保护均动作跳闸。

二、区外故障（系统在K2点发生故障）N侧保护启动元件动作，当达到低定值时，经由“与门1”向对侧发送闭锁信号（由于正常时“与门6”输出为0，故“与门1”输出为1）；对于N侧保护来说K2点故障是反方向故障所以反方向元件动作、正方向元件不动作，当达到高定值，“与门2”输出为0、“与门3”输出为1；当向对侧发送闭锁信号时，通道存在闭锁信号，收信继电器动作，一方面闭锁“与门7”，一方面经过8ms延时电路使“或门4”动作；由于“与门2”输出为0，则“与门5”输出为0，“与门6”输出为0，“与门7”输出为0，所以N侧保护不会动作跳闸；同时因“与门6”输出为0不能闭锁“与门1”，使本侧继续向通道发送闭锁信号。