3.8工频故障分量距离保护

EM M 1 Im
~
k
2N
E N
~
U m
发生短路时，短路点的电压为0。U m和 Im 可以测量得到。
EM M 1 Im
k
2N
~
U m
（a图）
+ -+
U
[0] k
Ek

U
[0] k
E N
~
根据电路定理，电压为0的电压源相当于短路，此图和上图等效。
E M
M 1 I[0]
E M
M 1 I[0]
~
U [0]
k
U
[0] k
2N
E N
~
故障前保护1安装处的电压和电流为正常的
工作电压 U [0] 和负荷电流 I[0] ，可以直接测量。
正常工作时，有：U
[0] k
U [0]
E M
M 1 I[0]
~
U [0]
k
+ -
U
[0] k
2N
E N
~
根据电路的替代定理，此图和上图是等效电路。
U op

U
[0] k
带入整理可得： Zs' - Zset Zs' (Zm )
在复阻抗平面上，该特性是以
Z
' s
为圆心，以
Z
' s

Z set
为半径的圆。
-Zm -CRg
Z
' s
Zset
可见，反方向发生短路 时，动作特性为上抛圆，而 测量阻抗位于第三象限，即， 测量阻抗始终落于特性圆之 外，保护不会动作，说明故 障分量距离保护具有明确的 方向性。
下面以 Zs Zset Zs Zm 为对象来研究其动作特性。
Zs Zset Zs Zm
Zset (Zs ) Zm (Zs )
在复阻抗平面上，该特性是以-Zs为圆心，以 Zset (Zs ) 为半径的圆。
可见，正方向发生短路时，
Zset
Байду номын сангаасCRg
Zm
测量阻抗落在圆内，保护动 作，落在圆外保护不动作； 正方向故障时，特性圆的直
3.8.1 工频故障分量的概念
工频故障分量的测量原理：
U U m U [0] I Im I[0]
工频故障分量的特点： （1）故障分量仅在故障后存在，非故障状态下不存在； （2）故障点处的故障分量电压最大，中性点故障分量电压为 零。 （3）保护安装处的故障分量电压、电流间相位关系由保护安 装处到背侧系统中性点间的阻抗决定，不受过渡电阻和系统 电动势的影响。
3.8 工频故障分量距离保护
工频故障分量的概念 工频故障分量距离保护的原理 工频故障分量距离保护的动作特性
3.8.1 工频故障分量的概念
在前面介绍的各种保护中，都是以保护安装处故障后 的全电压、全电流作为保护的测量电压和测量电流。本 节介绍的是采用全电压、全电流中的工频故障分量作为 测量电压和测量电流进行距离保护的方法。
下面分析不同位置发生短路时U和op 的E幅k值关系。
（1）保护区内短路时
Z set
M1
k -
+ Ek
Ek
2N
U op
Uop Ek
（2）保护区外短路时（正向）
Z set
M1
2 Nk
-
+ Ek
U op
Ek
Uop Ek
（3）反方向短路时
Z set
径很大，有很强的带过渡电
Zm+ Zset
阻的能力；虽然特性圆在第
-Zs
三象限有一定的区域，但并
不意味着在反方向故障时保
护会动作，因为特性圆是在
正方向故障为前提推导得出
的。
反方向发生三相短路时的等值网络如图e所示。
I' k Z k
Z set
1 I
Rg
M U
E k
-
+ Zm
Z
' s
2N
~
U [0]
k
+ -
U
[0] k
（b图）
M 1 I
U
（c图）
k
+
E k
2N
E N
~
2N
根据电路的叠加定理，（a）图可以拆解成（b）(c)两图。 即 （a）图中的电压/电流等于（b）（c）中的电压/电流之和。注意 （b）图中的电压/电流就是正常工作时的情况，而（c）图中的电压/
电流在故障时才出现，所以称为工频故障分量。
I Ek Zs Zk
U 0 I Zs I Zs
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
M1
Z s U
I
Z set
k
Zk
（c图）
-
+ Ek
2N
定义保护1的工作电压为：
Uop U I Zset I(Zs Zset )
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
工频故障分量距离保护（也称为工频突变量距离保 护），是一种通过反应工频故障电压、电流而工作的距 离保护。
M 1 I
k
2N
Zs
U
Zk
（c图）
-
+ Ek
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
M 1 I
k
2N
Zs
U
Zk
（c图）
-
+ Ek
3.8.4 工频故障分量距离保护的特点及应用
通过上述分析，可以得出工频故障分量距离保护具有 如下特点：
（1）距离继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电 流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作 性能基本上不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁；
（2）距离继电器仅反应故障分量重的工频量，不反应其中 的高次谐波分量，动作性能较为稳定；
Uop I(Zs Zset ) CIRg I Zs Zset
式中：
C
—
工频故障分量电流助增
系数， C

I I' I
动作判据：
U op

U
[0] k
带入整理可得：
Zs Zset Zs Zm
阻抗动作方程取等号时可得临界动作情况下Zm的轨迹，
（d图）
由图可知：
Uk[0] Ek I(Zs Zk ) CIRg I Zs Zm Uop I(Zs Zset ) I Zs Zset
U
[0] k

Ek

I(Zs Zk ) CIRg

I Zs Zm
（e图）
由图e可知：
U
[0] k

Ek
I(Zs' Zk ) CIRg

I
Z
' s

Zm
U op

I(Z
' s

Zset )

I
Z
' s

Zset
其中：
Zm

Zk
CRg ;C

I I' I
Z
' s
—
从保护安装处到对端系统中性点的等值阻抗。
动作判据：
3.8.3 工频故障分量距离保护的工作原理动作特性
以三相短路故障时的工频距离保护的动作特性为例进
行分析说明，正方向区内发生三相短路时的等值网络如图
d所示。
Z set
M 1 I
k
I' 2 N
U
Zs
Zm
Rg -
+E k
（d图）
Z set
M 1 I
k
I' 2 N
U
Zs
Zm
Rg +-E k
（3）距离继电器动作判据简单，因而实现方便，动作速度 快；
（4）距离继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离 元件，又可以作为方向元件使用；
（5）距离继电器本身具有较好的选相能力；
（6）工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段。
M1
2N
k
-
+ Ek
Ek
U op
Uop Ek
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
综合以上三种情况，可得工频故障分量距离保护元件的 动作条件为：
Uop Ek
因为：
Ek

U
[0] k
U [0]
所以： Uop U [0]
即：若故障点在保护区内，则故障时保护安装处的工作电 压一定大于等于故障前保护安装处的母线电压。