工频故障分量距离保护资料
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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。
+Ek
（d图）
Z set
M 1 I
k
I' 2 N
U
Zs
Zm
Rg +-Ek
（d图）
由图可知：
U k [ 0 ] E k I ( Z s Z k ) C I R g I Z s Z m U o p I ( Z s Z s) e t I Z s Z set
U k [ 0 ] E k I ( Z s Z k ) C I R g I Z s Z m U o p I ( Z s Z s) e C t I R g I Z s Z set
M 1 I
Z set
k
Zs
U
Zk
（c图）
-
+ Ek
2N
定义保护1的工作电压为：
U o p U I Z s e t I ( Z s Z s) et
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
Uop
UopEk
（2）保护区外短路时（正向）
其中：
ZmZk CRg;CII I' Zs' —从保护安装处到 统对 中端 性系 点的等值
动作判据： Uop Uk[0] 带入整理可得： Zs' -Zse t Zs' (Zm)
在复阻抗平面上，该特性是以
Z
' s
为圆心，以
Z
' s
Zset
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。
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。
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 -
~
k
2N
EN
~
Um
发生短路时，短路点的电压为0。Um和 Im 可以测量得到。
EM M 1 Im
~
Um
（a图）
k
2N
+ --
Uk[ 0
]
+ Ek Uk[0]
EN
~
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。
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
（b图）
k
+ -
Uk[ 0
]
M 1 I
U
（c图）
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
CRg
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
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
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
k
Uk[ 0 ]
2N
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：Uk[0] U[0]
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
k
+ -
Uk[
0
]
2N
EN
~
EN
~
根据电路的替代定理，此图和上图是等效电路。
EM M 1 Im
k -
+ Ek
2N
EN
~
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。
3.8.1 工频故障分量的概念
工频故障分量的测量原理：
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
Zs
U
Zk
（c图）
k -
+ Ek
2N
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
M 1 I
Zs
U
Zk
（c图）
k -
+ Ek
2N
I Ek Zs Zk
U0IZs IZs
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
式中：
C—工频故障分系 量数 电 C， 流 I I助 I ' 增 动作判据： Uop Uk[0]
带入整理可得：
ZsZse t ZsZm
阻抗动作方程取等号时可得临界动作情况下Zm的轨迹，
下面以 ZsZse t ZsZm 为对象来研究其动作特性。
ZsZse t ZsZm
Zse t( Zs)Zm( Zs)
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；
Z set
M1
2 Nk
-
+ Ek
Uop
Ek
UopEk
（3）反方向短路时
Z set
k M1
-
+ Ek
2N
源自文库
Ek
Uop
UopEk
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：
UopEk 因为： E k Uk[0]U[0]
所以： Uop U[0]
UUm 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。
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
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
M
Rg
U
Ek
-
+ Zm
Z
' s
2N
（e图）
由图e可知：
U k [ 0 ] E k I ( Z s ' Z k ) C I R g I Z s ' Z m U o p I (Z s ' Z s) e t I Z s ' Z set
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。
+Ek
（d图）
Z set
M 1 I
k
I' 2 N
U
Zs
Zm
Rg +-Ek
（d图）
由图可知：
U k [ 0 ] E k I ( Z s Z k ) C I R g I Z s Z m U o p I ( Z s Z s) e t I Z s Z set
U k [ 0 ] E k I ( Z s Z k ) C I R g I Z s Z m U o p I ( Z s Z s) e C t I R g I Z s Z set
M 1 I
Z set
k
Zs
U
Zk
（c图）
-
+ Ek
2N
定义保护1的工作电压为：
U o p U I Z s e t I ( Z s Z s) et
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
Uop
UopEk
（2）保护区外短路时（正向）
其中：
ZmZk CRg;CII I' Zs' —从保护安装处到 统对 中端 性系 点的等值
动作判据： Uop Uk[0] 带入整理可得： Zs' -Zse t Zs' (Zm)
在复阻抗平面上，该特性是以
Z
' s
为圆心，以
Z
' s
Zset
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。
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。
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 -
~
k
2N
EN
~
Um
发生短路时，短路点的电压为0。Um和 Im 可以测量得到。
EM M 1 Im
~
Um
（a图）
k
2N
+ --
Uk[ 0
]
+ Ek Uk[0]
EN
~
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。
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
（b图）
k
+ -
Uk[ 0
]
M 1 I
U
（c图）
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
CRg
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
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
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
k
Uk[ 0 ]
2N
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：Uk[0] U[0]
EM
M 1 I[0]
~
U[ 0 ]
k
+ -
Uk[
0
]
2N
EN
~
EN
~
根据电路的替代定理，此图和上图是等效电路。
EM M 1 Im
k -
+ Ek
2N
EN
~
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。
3.8.1 工频故障分量的概念
工频故障分量的测量原理：
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
Zs
U
Zk
（c图）
k -
+ Ek
2N
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
M 1 I
Zs
U
Zk
（c图）
k -
+ Ek
2N
I Ek Zs Zk
U0IZs IZs
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
式中：
C—工频故障分系 量数 电 C， 流 I I助 I ' 增 动作判据： Uop Uk[0]
带入整理可得：
ZsZse t ZsZm
阻抗动作方程取等号时可得临界动作情况下Zm的轨迹，
下面以 ZsZse t ZsZm 为对象来研究其动作特性。
ZsZse t ZsZm
Zse t( Zs)Zm( Zs)
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；
Z set
M1
2 Nk
-
+ Ek
Uop
Ek
UopEk
（3）反方向短路时
Z set
k M1
-
+ Ek
2N
源自文库
Ek
Uop
UopEk
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：
UopEk 因为： E k Uk[0]U[0]
所以： Uop U[0]
UUm 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。
3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理
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
M
Rg
U
Ek
-
+ Zm
Z
' s
2N
（e图）
由图e可知：
U k [ 0 ] E k I ( Z s ' Z k ) C I R g I Z s ' Z m U o p I (Z s ' Z s) e t I Z s ' Z set