利用电压相量图法分析距离继电器的

四川大学网络教育学院本科生(业余)毕业论文（设计）题目大峡水电站继电保护及二次回路设计办学学院四川大学网络教育学院校外学习中心专业电气工程及其自动化年级 2010年秋指导教师学生姓名学号2012年 9 月 5 日利用电压相量图法分析距离继电器的动作行为学生： 指导老师：摘要：电压相量图法是一种定性地分析电力系统正常运行状态和故障后的稳态量的方法。

利用其分析复杂原理的距离继电器，克服了在阻抗平面上分析时困难的缺点。

本文利用电压相量图法分析了几种情况下不同距离保护的动作行为，得出了一些有用的结论，以指导生产实践。

关键词： 电压相量图、姆欧继电器、零序电抗继电器、以正序电压为极化电压距离继电器0 引言现代距离继电器的原理日趋复杂，不再反应单一的电流电压，其动作特性很难、甚至不可能在阻抗平面上表示出来，这给继电保护人员在阻抗平面上分析距离继电器的动作行为带来困难。

电压相量图法是一种定性地分析电力系统正常运行状态和故障后的稳态量的方法。

它是运用电工中基本的定理或定律及几何基础知识，在电压平面上绘制出故障点的电压、电流相量,保护安装处的电压、电流相量及其组合相量(补偿电压等),甚至系统中任意点的电压相量。

电压相量图用来分析距离保护的动作行为时,其物理意义非常清楚，很适合距离继电器的动作分析。

本文利用电压相量图法分析短路、断线时姆欧继电器、零序电抗继电器、以正序电压为极化电压距离继电器的几种动作行为。

1、双侧电源发生两相经过渡电阻短路时接地距离继电器的动作行为假如如图1所示系统BC 相发生经过渡电阻短路，我们分析姆欧继电器的动作行为。

∙E ∙NE图1 系统短路示意图姆欧继电器的电压动作方程为：︒〈︒〈∙∙270arg90JY U U ，其中Zd J J Y Z I U U ∙∙∙-=为工作电压，∙J U 为极化电压。

我们首先作出故障前系统电压相量。

我们知道，两相经过渡电阻短路，当过渡电阻g R 取0时，等效为两相短路接地，故障相电压为0；当过渡电阻g R 为∞时，等效为两相短路，故障相电压为非故障相电压的21-；当过渡电阻介于两者之间时，故障相电压轨迹为从0=g R 至∞=g R 对应电压之间的半圆弧。

根据这个结论，可以作出故障时故点电压相量，进而可以按比例作出故障时母线电压以及工作电压的相量。

图2 系统BC 相发生经过渡电阻短路时各电压相量图如图２所示，我们分析区外故障送电侧B 相接地距离继电器的动作行为，可以直观地看出，当过渡电阻较小时，︒〉∙∙90argJY U U ，过渡电阻在送电电源以及超前相的双重影响下，呈很强的阻容性，使得区外故障接地距离继电器严重超越。

同理，我们也可以根据电压相量图得到，受电侧C 相接地距离继电器由于过渡电阻呈很强的阻感性而区内故障极易拒动。

而对于送电侧C 相以及受电侧B 相接地距离继电器的动作行为，则要根据送受电电源与超前滞后相的强弱关系以及过渡电阻大小决定。

需要指出的是当过渡电阻产生的附加阻抗呈阻容性时，只有在过渡电阻较小时，区外故障接地距离继电器才会误动作，从电压相量图上看，随着过渡电阻的增大，∙∙JY U U arg反而减小，这是因为，当过渡电阻产生的阻容性附加阻抗抵消线路感性阻抗后，其幅值也会使测量阻抗变大，接地距离继电器不会动作。

2、双侧电源发生经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为零序电抗继电器与其他继电器配合使用，用来减少区外经过渡电阻短路而过渡电阻产生g R阻容性附加阻抗导致阻抗继电器的超越，其动作特性随过渡电阻产生的附加阻抗的角度的变化有一定自适应功能，该动作特性在阻抗平面内较难分析，用电压相量图却能较清楚的表示。

零序电抗继电器的电压动作方程为：︒〈-︒〈︒∙∙∙270arg90900j ZdJ J eI Z I U ，即︒〈-︒〈∙∙∙360arg1800I Z I U ZdJ J 。

设如图1所示系统A 相发生经过渡电阻短路，保护安装处 0I 与短路点F I 0同相。

2.1 分析送电侧区外经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为：图3 系统A 相发生经过渡电阻短路时送电侧电压、电流相量图由图３可以看出，不论过渡电阻多大，Zd J J Y Z I U U ∙∙∙-=始终超前0I 一个小角度，零序电抗继电器不会动作，能够减少区外短路过渡电阻产生阻容性附加阻抗导致阻抗继电器的超越。

2.2 分析受电侧区外经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为，分两种情况： 2.2.1 经较小过渡电阻短路图2.2.2 经较大过渡电阻短路图5 系统A 相发生经大过渡电阻短路时受电侧电压、电流相量图通过电压相量法画图4、图5，可以很明显看出，当过渡电阻较大时，受电侧区外经过渡电阻短路时Zd J J Y Z I U U ∙∙∙-=滞后0I 一个小角度，零序电抗继电器将会不正确动作。

但零序电抗继电器与其他继电器配合使用时，在该情况下，例如受电侧姆欧继电器由于过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性将会不动作，弥补了零序电抗继电器在这种情况下的缺陷。

3、PT 二次单相断线时距离继电器的动作行为3.1 电压互感器二次引出回路断线 3.1.1分析各相电压图6为电压互感器二次引出回路A 相断线的电路图，1Z 、２Z 、３Z 为电压互感器二次负载阻抗，２1Z 、２３Z 、１３Z 为相间负载阻抗，设二次负载对称，即1Z ＝２Z ＝３Z 、２1Z ＝２３Z ＝１３Z ，在电压互感器二次Ｂ、Ｃ相感应电动势Ｂ∙U 、Ｃ∙U 的作用下，用叠加原理可求得Ａ相上电压为∙+A U Z Z Z 12112－，其余各相不变。

电压相量图如图7所示。

断线前相、相间电压分别为：A U ∙、B U ∙、A U ∙、AB U ∙、BC U ∙、CA U ∙，断线后相、相间电压分别为： 'AU∙、'B U ∙、'C U ∙、'AB U ∙、'BC U ∙、'CA U ∙。

图6电压互感器二次引出回路A 相断线的电路图 图7电压互感器二次引出回路A 相断线的电压相量图由图7可以看出，B 、C 、BC 相距离继电器由于电压、电流都没有发生变化，因而不会误动。

当２1Z ＝０时。

∙∙-=A A U U 21'。

'CA U ∙比断线前相角滞后了︒60，幅值变为原来的21，'AB U ∙比断线前相角超前了︒60，幅值变为原来的21。

因此本文将以送电侧为例，分析对比A 、CA 、AB 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

3.1.2 A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

图8 二次引出回路A 相断线送电侧A 相电压相量图经电压相量图8分析可知，对于姆欧型继电器，比较'Y U ∙与'AU∙间夹角小于︒90，因此'A U ∙'CA U ∙'BC U ∙'AB U ∙BC U ∙CA U ∙A U ∙B U ∙C U ∙AB U ∙'Y U ∙A 相姆欧继电器不会误动。

对于以正序电压为极化电压距离继电器，由于∙∙∙∙∙∙∙∙=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=A C B A C B A U U a aU U U a U a U U ２１＋２１－'2'''2'''13131，'1∙U 与A U ∙同相位，比较'Y U ∙与'1∙U 间夹角可能大于︒90，因此A 相以正序电压为极化电压距离继电器会误动。

3.1.3 AB 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

图9 二次引出回路A 相断线送电侧AB 相电压相量图经电压相量图9分析可知，对于姆欧型继电器，比较'Y U ∙与'ABU∙间夹角可能大于︒90，因此AB 相间姆欧继电器会误动。

对于以正序电压为极化电压距离继电器，'1∙U 与AB U ∙同相位，比较'Y U ∙与'1∙U 间夹角，除非系统发生振荡，一般不可能大于︒90，因此在正常负荷下AB 相间以正序电压为极化电压距离继电器不会误动。

3.1.4 CA 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

图10 二次引出回路A 相断线送电侧CA 相电压相量图经电压相量图10分析可知，在正常负荷下，对于姆欧型继电器，比较'Y U ∙与'CA U ∙间夹角不可能大于︒90，因此CA 相间姆欧继电器不会误动。

对于以正序电压为极化电压距离继电器，'1∙U 与'CA U ∙同相位，比较'Y U ∙与'1∙U 间夹角，可能大于︒90，因此CA 相间以正序电压为极化电压距离继电器会误动。

3.2电压互感器二次引入到保护装置的电压回路断线 3.2.1分析各相电压电压互感器二次引入到保护装置的电压回路断线比较简单，即断线相电压为0，其余各相不变。

以A 相断线为例，，电压相量图如图所示。

断线前相、相间电压分别为：A U ∙、B U ∙、Ｃ∙U 、AB U ∙、BC U ∙、CA U ∙，断线后相、相间电压分别为： 'A U ∙、'B U ∙、'C U ∙、 'AB U ∙、'BC U ∙、'CA U ∙。

图11 引入到保护装置的电压回路断线电压相量图如图11所示，同样，B 、C 、BC 相距离继电器由于电压、电流都没有发生变化，因而不会误动。

'AU∙变为0，'CA U ∙比断线前相角滞后了︒30，幅值变为原来的31，'ABU∙比断线前相角超前了︒30，幅值变为原来的31。

可以看出，与电压互感器二次引出回路断线相比，除了A 相电压有较大区别外，AB 、CA 相电压相角、幅值只是数值上有所不同，因此可与3.1.3、3.1.4相同分析，结论相同，因此这里只分析A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

3.2.2 A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。

0'=∙A U 'CA U ∙'BC U ∙'AB U ∙BC U ∙CA U ∙A U ∙B U ∙C U ∙AB U ∙图12 引入到保护装置的电压回路断线电压相量图送电侧A 相电压相量图经电压相量图12分析可知，对于姆欧型继电器，比较'Y U ∙与'AU∙间夹角可能大于︒90，因此A 相姆欧继电器会误动。

对于以正序电压为极化电压距离继电器，由于∙∙∙∙∙∙∙=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=A C B C B A U U a aU U a U a U U 323131'2''2'''1，'1∙U 与A U ∙同相位，比较'Y U ∙与'1∙U 间夹角可能大于︒90，因此A 相以正序电压为极化电压距离继电器也会误动。