第四节 工频故障分量阻抗元件

第六章微机保护应用介绍第一节方向元件第二节故障类型判别和故障选相第三节距离保护第四节工频变化量阻抗测量元件第五节变压器差动保护第六节变压器励磁涌流识别方法第七节微机保护测试技术第八节数字继电保护介绍12011-12-5电气工程学院第四节几种阻抗元件特性介绍1.测量阻抗2.距离保护的实现—直接法测量阻抗与整定阻抗的比较3.距离保护的实现—间接法比较工作电压相位原理4.工频故障分量阻抗元件5.正序电压为极化电压的阻抗元件6.零序电抗阻抗元件77.振荡与故障的识别方法故障分量的基本概念障基本概故障分量又称为故障附加分量或故障叠加分量是指仅在Á故障分量又称为故障附加分量或故障叠加分量，是指仅在系统发生故障时出现，而在系统正常运行及不正常运行时不存在的电气分量，即它随着故障的出现而出现，随着故不存在的电气分量即它随着故障的出现而出现随着故障的消失而消失。

所以，故障分量的存在，是电力系统处故障态的表征于故障状态的表征。

Á应用故障分量构成继电保护动作判据时，只需要寻找区内故障与区外故障的“差异”，而不必考虑正常及不正常情况，因而，保护具有较高的灵敏度，一般也具有较快的动作时间和较好的选择性，不必采用振荡闭锁等防止振荡时保护误动的措施。

故障分量的特点障点非故障状态下不存在故障分量故障分量仅在故障状态下Á非故障状态下不存在故障分量，故障分量仅在故障状态下出现；Á故障分量独立于非故障状态，受电网运行方式的影响不大（有一定的影响，但比传统保护小）；Á故障点的电压故障分量最大，系统中性点处故障分量电压零为零；Á保护安装处故障分量电压电流之间的关系，取决于背后系统的阻抗，与故障点的远近及过渡电阻的大小没有关系（但故障分量值的大小受过渡电阻及故障点远近的影响）。

故障分量的分析方法－－叠加原理短路状态故障前负荷状态故障叠加状态故障分量的组成uu u pref f Δ+=ii i pref f Δ+=trHz u u u Δ+Δ=Δ50trHz i i i Δ+Δ=Δ50hiflowf tr u u u Δ+Δ=Δhif lowf tr i i i Δ+Δ=Δ故障分量的利用上述这些分量都可以用来构成继电保护上述这些分量都可以用来构成继电保护：Á：即故障分量中的工频分量，可以用来构成工频变化量方向保护工频变化量距离保护工Hz Hz i u 5050ΔΔ、构成，工频变化量方向保护、工频变化量距离保护、工频变化量差动保护、零序保护、负序保护等；Á：即全部的故障分量，可以用来构成电流突变量起动元件、电流突变量选相元件、方向行波元件、i u ΔΔ、行波距离（测距）保护等；Á：暂态分量中的高频部分，用来构成反映单i u ΔΔ、高频部用成映单端电气量的暂态保护。

hifhif故障分量的提取与识别方法来自电压互感器TV 和电流互感器TA 的电压电流都是故障后的全电压和全电流，构成反映故障分量的继电保护时，应设法将故障分量从全电压和全电流中提取出来。

在微机保护中故障分量的提取方法为（电流）iu ΔΔ、护中，故障分量的提取方法为（电流）：1 ⋅−−−=ΔN n k i k i i n...... 321 )2()()(，，=n故障分量的提取与识别方法通常情况下，取n ＝1、2或4：n ＝1：)2()()( N k i k i k i −+=Δn ＝2：)N ()()( −−=Δk i k i k i n ＝4：)N 2()()( ⋅−−=Δk i k i k i 这样可以计算出故障分量的采样序列，利用微机保护中的各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。

故障分量的提取与识别方法以n＝2为例，波形如下：工频变化量距离保护Á工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护，是一种通过反应工频故障分量电压电流而工作的距离保护。

Á在上述的图(c)中，保护安装处的工频故障分量电流、()电压可以分别表示为：&ks k ZZ E I +Δ=Δ&Z I E Z I U ⋅Δ+Δ−=⋅Δ−=Δ&&&&kk s工频变化量距离保护Á取工频故障分量距离元件的工作电压为&&&()op m m sett tU U I Z Δ=Δ−⋅=−⋅=−Δ⋅&&&()set s set U I Z I Z Z ΔΔΔ+保护区内外不同地点发生金属性短路时电压保护区内、外不同地点发生金属性短路时电压故障分量的分布情况如下图所示。

频变化量离保护工频变化量距离保护Z k 1zsetk 2k 3&ΔΔ&(a)&Δ1k E 2k E opU U &Δ(b)()opU &ΔU&Δ(c)U &ΔU&Δ(d)op工频变化量距离保护Á在保护区内k 1点短路时，1k op E U &&Δ>Δ点短路时在保护区外k 2点短路时，Δ&&ΔΔΔ&&&2op k U E Δ<点短路时123k k k E E E ≈≈在保护区反向k 3点短路时，Δ&&3op k U E Δ<工频变化量距离保护Á因为ΔΔΔ&&&123k k k ZE E E U ≈≈=所以动作的判据为&满足该条件说明为区内故障否则为区外故障opZU U Δ>满足该条件，说明为区内故障，否则为区外故障工频变化量距离保护jXZ set jXRZ kZ mC R go-Z sZ s +Z mR3）故障分量阻抗元件MNset Z U&ΔI&Δ|0|F U &−U Z I U &&&−Δ=Δ|0|F k Z I U U &&&−=kM M F |0||0||0|kZ ——故障点到保护安装处的短路阻抗计算工作电压（补偿电压）Z I U U set Δ−Δ=′Δϕϕϕϕϕϕ&&&Z I k I U U set)3(0+Δ−Δ=′Δϕϕϕ&&&&ca bc ab ,,==ϕϕcb a ,,ϕ动作判据&&′|0|U U ≥Δ&&&′′′ϕϕϕU U U ΔΔ=Δ或0U &——取保护安装处或整定范围末端||故障前电压MNset Z U&Δ&ΔI|0|F U &−&U ′Δ&|0|U U ′Δ&|0|U U &&Δ=′Δ|0|U &U Δ|0|U &′&UΔ假定故障前各点电压相同正方向故障动作行为分析U &ΔI &ΔSZsetZ gR kZ |0|F U &−假设短路前空载)(setS Z Z I U +Δ−=′Δ&&0,)(|0|=−=+Δ−=Δg F k S F R U Z Z I U &&&于是，动作方程为Z Z Z Z +≥+kS set SZ kZ setZ −S反方向故障动作行为分析kZ U &ΔI &ΔS Z set Z gR SZ ′|0|F U &−假设短路前空载)'(setS Z Z I U −Δ=′Δ&&0,)'(|0|=−=+Δ=Δg F k S F R U Z Z I U &&&于是，动作方程为Z Z Z Z +′≥−′k S set S令Z Z −=km Z Z ′′S set SZ −≥−Z setmZ Z −结论结论：工频变化量阻抗元件具有以下特点：（1）具有明确的方向性，在反方向发生短路时不容易误动。

（2）无保护死区（3）不易受振荡影响4）正方向发生短路时，承受过渡电阻能力强，也（）正方向发生短路时承受过渡电阻能力强也不会因过渡电阻的存在引起超越现象。

——请同学们自己分析。

4）以零序电流为极化量的电抗元件setZ I k I U U )3('0&&&&+−=φφφ工作电压：0I U p &&−=极化电压：其动作方程为'U A &其动作方程为：00360180<<−PUArg &φ000360)3(180<+−<Z I K I U Arg zd &&&&φφ0I正方向单相接地时动作特性分析单接'U −&&&&以A 相单相接地为例3)3(0setA A A Z Z I K IZ I k I U −+=+=&&))((0setmA于是：000360))(3(180<−+<I Z Z I k I Arg set m A &&&0即：即)3(360)()3(18000000I k I I Arg Z Z Arg I k I I ArgA set m A &&&&&&++<−<++在单侧电源线路上(0=I Arg &&&)30+I k I g A 0360)(180<−<Z Z Arg 所以：set msetZ mZ在双侧电源线路上θ=(0I Arg &&&+)30I k I A θθ+<−<+00360)(180set m Z Z Arg 3)3(010R I Z I k I U Z g f k A A &&&&&&&&++==3)3()3(000R I I k I I k I AA m &++)3(01I k I Z A gf k &&++=I &I 0&如果和相位相同，则I A I A &&0f θ=+=+)3()3(0000I k I Arg I k I Arg A fA &&&&setZ 1k Z mZ结论：1）这种阻抗元件在单相接地短路时，不受过渡电阻影响；渡电影响2）在两相接地短路时，超前相的性能较好，在两相接地短路时超前相的性能较好而落后相在过渡电阻较大时，可能不正确动作；（请同学们自己分析）3）无方向性。