零序方向-变化量方向-振荡闭锁

（一）零序方向继电器对零序方向继电器的最基本要求是利用比较零序电压和零序电流的相位来区分正、反方向的接地短路。

㈠ 正、反方向接地短路时，零序电压和零序电流的夹角。

(a) 正方向短路(b) 反方向短路I 0S 0Z I 0U 0I )Z Z I U +=(c) 正方向短路相量图(d) 反方向短路相量图图3-2 正、反方向接地短路时的零序序网图和相量图设零序方向继电器装在MN 线路的M 侧。

在图3-2所示的零序序网图中，加在继电器的上的零序电压、电流按传统方式规定它的正方向。

零序电压的正方向是母线电压为正、中性点电压为负，图中电压箭头表示电位升方向。

零序电流以母线流向被保护线路方向为其正方向。

900系列线路保护中的零序方向继电器采用比较零序功率的方法实现。

()l I U P ϕϕ-⋅⋅=cos 33000 （3-1）l ϕ：为线路零序阻抗的阻抗角，取080ϕ：为03U 超前于03I 的夹角，00I U arg =ϕ。

（1）正方向故障时根据图3-2（a ）所示的正方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、电流正方向可得：00S Z I U -= （3-2） 如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为080。

正方向短路时根据（3-2）式，零序电压超前零序电流的角度为：()()000000100180-=-=-==S S Z arg Z arg I U arg ϕ （3-3）正方向短路时的相量图示于图3-2（c ）中。

因此得()000000033)80100cos(33cos 33I U I U I U P l ⋅-=--⋅⋅=-⋅⋅=ϕϕ 为负的最大值。

故而正方向的零序方向继电器的动作方程可定为：()()⎪⎭⎪⎬⎫=-<-⋅⋅==-<-⋅⋅=时1当2033时5当133000000A I VA .cos I U P A I VA cos I U P N l N l ϕϕϕϕ （3-4）在正方向短路时正方向的零序方向继电器可以灵敏动作。

（2）反方向短路时根据图3-2（b ）所示的反方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、电流正方向可得：)Z Z (I U R l 0000+= （3-5） 反方向短路时根据（3-5）式，零序电压超前零序电流的角度为()()0000080=+==R l Z Z arg I U arg ϕ （3-6）反方向短路时的相量图示于图3-2（d ）中。

当反方向短路时得：()000000033)8080cos(33cos 33I U I U I U P l ⋅=-⋅⋅=-⋅⋅=ϕϕ 为正的最大值，故而反方向的零序方向继电器的动作方程为：()VA cos I U P l 033000>-⋅⋅=ϕϕ （3-7） 在反方向短路时，反方向的零序方向继电器可以灵敏动作。

反方向的零序方向继电器的动作边界为VA 0，而正方向的零序方向继电器的动作边界定为VA 1-(当电流互感器二次额定电流是5A 时)，这是为了让反方向元件的灵敏度高于正方向的元件灵敏度，使它动作后闭锁优先。

在零序电流方向保护中使用的零序方向继电器无需正、反方向两个方向继电器，只需要正方向的零序方向继电器。

采用母线TV 时，零序电压0U 和零序电流0I 仍然有如同正方向短路时一样的（3-5）关系式，所以零序正方向的方向继电器动作，而反方向的方向继电器不动作。

采用线路TV 时，零序电压0U 和零序电流0I 的关系式中包含有断线处的零序电压源。

所以无法直接判断零序电压和零序电流的相角差，需要用双端口网络理论来进行分析。

分析表明，零序方向继电器的动作行为与系统参数有关，零序正方向的方向继电器可能动作也可能不动作。

因此在本线路两侧非全相运行的情况下纵联零序方向保护应该退出。

(a) 用母线TV (b) 用线路TV图3-3 输电线路一侧断线时的零序序网图（二）工频变化量方向继电器(ΔF+，ΔF-)RCS-901A 由变化量方向和零序方向继电器，经通道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护，即装置的纵联保护。

1）工频变化量方向继电器测量相角表示式工频变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位。

其正方向元件的测量相角为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯∆⨯∆-∆=Φ+D COMZ I Z I U Arg 121212其反方向元件的测量相角为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯∆∆-=Φ-D Z I U Arg 1212其中：12U ∆、12I ∆为电压、电流变化量的正负序综合分量，无零序分量；D Z 为模拟阻抗，0781∠=D Z ；COM Z 为补偿阻抗，当最大运行方式时系统线路阻抗比5.0>L S Z Z 时，0=COM Z ，否则COM Z 取为“工频变化量阻抗”的一半。

正、反方向元件的动作方程为：0027090<Φ<2）工频变化量方向继电器动作行为分析=∆N E 0=∆M E图3.2.1.4a 正方向经过渡电阻故障计算用（1）正方向故障时当正方向故障时，如图3.2.1.4(a)，S Z 为系统正序阻抗，并假设系统的负序阻抗等于正序阻抗，将工频变化量电压电流分解为对称分量，则： S Z I U ⨯∆-=∆11S Z I U ⨯∆-=∆22S Z I M I U M U U ⨯∆⨯+∆-=∆⨯+∆=∆)(212112S Z I ⨯∆-=12其中M 为转换因子，根据不同的故障类型，装置可选择不同的转换因子，以提高灵敏度。

设系统阻抗角与D Z 的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为：︒=⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯∆⨯∆-⨯∆-=Φ+180121212D COMS D COMS Z Z Z Arg Z I Z I Z I Arg 反方向元件的测量相角为：︒=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆--=Φ-0)(1212D S D S Z Z Arg Z I Z I Arg 此时正方向元件可靠动作，反方可靠不动作。

（2）反方向故障时=∆N E 0=∆M E图3.2.1.4d 反方向故障计算用图反方向故障时，如图3.2.1.4(d)，S Z '为线路至对侧系统的正序阻抗，将电压电流分解为对称分量有：S Z I U '11⨯∆=∆S Z I U '22⨯∆=∆S Z I U '1212⨯∆=∆设系统阻抗角与D Z 的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为：︒=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Φ+0'D COMS Z Z Z Arg 反方向元件的测量相角为：︒=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Φ-180'DS ZZ Arg 此时反方向元件可靠动作，正方向元件可靠不动作。

工频变化量方向继电器的特点及应用㈠ 在正、反方向短路时方向继电器的判别十分准确、清晰，因而有良好的方向性。

㈡ 工频变化量方向继电器测量的角度与过渡电阻大小、与负荷电流大小无关。

因此继电器十分灵敏。

㈢ 利用接在三个相间的工频变化量方向继电器，并且用φφ∆I 值为最大的一个所涉及的相间方向继电器来作短路方向的判别可适应任何故障类型。

不像零序方向继电器只适应接地故障。

㈣ 在系统振荡时由于电流、电压变化缓慢，φφ∆I 、φφ∆U 值很小。

工频变化量方向继电器算法中超不过相应的门槛值（门槛中还有浮动门槛），所以正、反方向两个方向元件都没有动作。

因此纵联方向保护在振荡中不会误动。

正因为这样，用它构成的纵联方向保护短路后可一直投入，不像纵联距离保护还要受振荡闭锁控制。

因而在振荡中再发生短路时该纵联方向保护仍有保护功能。

㈤ 在有串联补偿电容的系统中工频变化量方向继电器的动作行为也是正确的。

㈥在单侧电源线路上受电侧的工频变化量方向继电器的动作行为也是正确的。

㈦在非全相运行期间和在非全相期间运行相上再发生短路时，工作在两运行相间的工频变化量方向继电器的动作行为也是正确的。

即非全相运行中工频变化量方向继电器不会误动，而非全相运行中运行相上发生的各种故障类型，工作在两运行相间的工频变化量方向继电器仍然能判别故障的方向。

因而由工频变化量方向继电器构成的纵联方向保护在非全相运行期间仍然能投入运行，依然能发挥保护功能。

这是由零序方向继电器构成的纵联方向保护做不到的。

零序方向继电器如果用母线TV的话在本线路非全相运行中是要误动的，用线路TV在本线路两侧都非全相时也有可能误动，所以纵联零序方向保护在非全相运行期间将退出。

㈧假如使用母线TV，在断路器合闸或跳闸时如果有电流突变量，工频变化量方向继电器会误认为‘正方向短路’而动作。

这告诉我们在‘合闸后保护’中，无论是手动合闸后还是自动重合闸后的保护中都不能使用用工频变化量方向继电器构成的纵联方向保护，否则断路器始终是合不上的，所以900保护在‘合闸后保护’中都没有此种保护。

同理为了避免在对侧手动跳闸时本侧纵联工频变化量方向保护动作跳闸也应采取相应措施。

（三）振荡闭锁原理正常运行时电力系统中各发电机都以同步转速运行，各发电机的电势都以同样的工频角频率旋转，各电势之间的相位差维持不变，电力系统处于同步稳定运行状态。

如果电力系统受到某种干扰，各发电机的电势以不同的角频率旋转，各电势之间的相位差一直不断变化，这时称作电力系统失去稳定。

或称作电力系统振荡。

电力系统的稳定分静态稳定、暂态稳定和动态稳定三种。

所谓静态稳定是指电力系统受到小干扰时能自动恢复稳定运行的能力。

当电力系统受到小干扰时不能恢复同步稳定运行并造成系统振荡时，就称为失去静态稳定。

这种小干扰指的是电力系统中并没有发生短路或断线这类故障，一般是指负荷进行调节、发生波动，或者发电机励磁回路的故障引起失磁。

在这些小干扰下，如果两侧电势的夹角δ大于090时，就将失去静态稳定而造成振荡。

090=δ是保持静态稳定的极限角。

所谓暂态稳定是指电力系统受到大干扰时能自动恢复稳定运行的能力。

当电力系统受到大干扰时不能恢复同步稳定运行并造成系统振荡时，就称为失去暂态稳定。

这种大干扰指的是电力系统中发生短路或断线这类故障。

当电力系统发生振荡时，两侧电势之间的夹角δ将在00360~0间不断变化。

δ在00360~0间变化一周所需要的时间称做振荡周期。

工程中最长的振荡周期常按1.5秒考虑。

δδ(a)电流随 角的变化关系（b)电压随 角的变化关系δδ图1-62 系统振荡时电流与电压随 角的变化关系δ在主系统发生稳定破坏后，关键问题在于如何能合理而快速的平息振荡和最快地使系统恢复正常，因而正确处理系统振荡的有效方法是坚持保持整个系统的完整性，不允许手动或由继电保护自动地任意解列线路(预定的解列点除外)，而由手动或自动装置减少送端系统侧水电机组的出力及受端切负荷。

用这种方式可以迅速平息系统振荡，因此在电力系统振荡时，继电保护不应动作，对受振荡影响可能要误动作的保护(主要是距离保护)要实现振荡闭锁。