零序方向继电器介绍

1、零序方向继电器对零序方向继电器的最根本要求是利用比拟零序电压和零序电流的相位来 区分正、反方向的接地短路。 正、反方向接地短路时，零序电压和零序电流的夹角。I 0ZS0(b)反方向短路U 0 I 0 Zl0 Z R0U1000-Io(d)反方向短路相量图(c)正方向短路相量图图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 MNife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拟零序功率的方法实现。i :为线路零序阻抗的阻抗角，取800:为3Uo超前于3I0的夹角，argUo/lo。1正方向故障时根据图3-2a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：UoloZso3-2假如系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为8。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：argUo/Io arg Zso arg Zso 18。01

2、。3-3正方向短路时的相量图示于图3-2c中。因此得Po 3Uo 3Io cos i3Uo 3Io cos( loo 8o)3Uo 3Io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：Po3U 0 310 cosi1VA当In5A 时3-4Po3U0 3l0 cosl0.2VA当IN1A时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3-2b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：U0 I0(Zl0 ZR0)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arg Uo/Io arg Zio Zro 8003-6反方向短路时的相量图示于图3-2d中。当反方向短路时得：Po 3Uo 3Io cos i3Uo 3Io cos(80 80)3Uo 3Io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：Po 3U0 3I0 cos i 0VA3-7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0VA ,而正方向的零序方向继电器的动作边界定为1VA (当电流互感器二次额定电流是

3、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Uo和零序电流I。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U。和零序电流I。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展分析。 分析说明，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TVZ R0(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 (AF+, A F-)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：Arg

4、U 1212 ZCOMI12Zd其反方向元件的测量相角为：人与”112 Zd其中：U 12 I 12为电压、电流变化量的正负序综合分量，无零序分量；Zd为模拟阻抗，Zd 1 78；Zcom为补偿阻抗，当最大运行方式时系统线路阻抗比Zs/Zl .5时,Zcom ,否那么 Zcom取为“工频变化量阻抗的一半。90正、反方向元件的动作方程为：2702工频变化量方向继电器动作行为分析EN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3.4(a) , Zs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，那么：UiIi ZsU2I2 ZsU12Ui M U2( Ii M I2) Zs112 Zs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 进步灵敏度。设系统阻抗角与Zd的阻抗角一致，那么正方向元件的测量相角为：Arg 一旦二I12I 12zZCOMArg Zs Zcom180Zd反方向元件的测量相角为:Arg -(Arg 至 0I12ZDZd此时正方向元件可靠动作，反方可靠不动作。2反方向故障时图.4d反

5、方向故障计算用图反方向故障时，如图3.4(d) , Zs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：U1 I1 ZsU2 I2 ZsU12112 Zs设系统阻抗角与Zd的阻抗角一致，那么正方向元件的测量相角为:Arg Zs Zcom 0Zd反方向元件的测量相角为：ZsArg S180Zd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 在正、反方向短路时方向继电器的判别非常准确、明晰，因此有良好的方向性。 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。因此继电器非常灵敏。 利用接在三个相间的工频变化量方向继电器，并且用 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。 在系统振荡时由于电流、电压变化缓慢，I 、 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，不像纵联间隔保护还要受振荡闭锁控制。因此在振荡中再发生

6、短路时该纵联方向保护仍有保护功能。 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。 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。 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。因此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，仍然能发挥保护功能。这是由零序方向继电器构成的纵联方向保护做不到的。 零序方向继电器假如用母线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。(A)假设使用母线TV,在断路器合闸或跳闸时假如有电流突变量，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， 否那么断路器始终是合不上的，

7、 所以 900 保护在 合闸后保护 中都没有此种保护。同理为了防止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。假如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才能。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，一般是指负荷进展调节、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，假如两侧电势的夹角 大于900 时，就将失去静态稳定而造成振荡。 900 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才能。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

8、。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 将在00 3600 间不断变化。在 00 3600 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。(a)电流随角的变化关系(b)电压随角的变化关系图1-62系统振荡时电流与电压随角的变化关系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，因此正确处理系统振荡的有效方法是坚持保持整个系统的 完好性，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(主要是间隔 保护)要实现振荡闭锁。因此我们提出了具有特色的振荡闭锁新原理。 首先我们保存了我国传统的正 常运行保护被闭锁，系统故障瞬时开放保护的特点，且只允许开放160ms因为在此时间内，即使系统产生了振荡，也不会使非故障线的保护误动，因为系统失 稳后，两侧电势由正常功角摆至 180 ,即1180。都比拟长，远大于200m6可允 许开放160ms后将保护闭锁。假设振荡中再故障，重新寻找开放保护条件，这对 保证系统的稳定运行是极其有利的。这也是我们与西方不同之处。装置的振荡闭锁分四个局部，任意一个动作开放保护。(1) 在起动元件动作，按躲过最大负荷整定的正序过流元件不动作或动作时问尚不到10ms,起动元件可以瞬间开放保护，振荡闭锁开放保护时间固定为 160ms因此，该元件在正常运行中，突然发生故障时可瞬间开放保护160m号当系统先振荡时，正序过流元件动作其后再有故障时，该元件不会开放；另外当区外故障或有操作160ms后再有区内故障时保护也被闭锁。为此我们必需要设置后两 种情况下，开放保护的条件，以保证故障可快速切除。(2) 160ms后发生区内不对称故障开放元件：160ms后发生区内不对称故障时，振荡闭锁回路还可由对称分量元件再开 放，该元件的动作判据为：|I 0|+|I 2| m|I 1|(3)对称故障开放元件：在起动元件开放160ms以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，那么上述 二项开放措施均不能开放保护，本装置中另设置了专门的振荡判别元件， 它测量 振荡中心电压：UOs=Uc

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