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1、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。,1,2,k,1,2,k,故障前保护1安装处的电压和电流为正常的 工作电压 和负荷电流 ，可以直接测量。 正常工作时，有：,根据电路的替代定理，此图和上图是等效电路。,1,2,k,1,2,k,+,-,+,-,发生短路时，短路点的电压为0。 和 可以测量得到。,根据电路定理，电压为0
2、的电压源相当于短路，此图和上图等效。,（a图）,1,2,k,+,-,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。,1,2,k,+,-,（b图）,（c图）,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
3、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,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。,3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理,1,2,k,+,-,（c图）,3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理,1,2,k,+,-,（c图）,定义保护1的工作电压为：,下面分析不同位置发生短路时 和 的幅值关系。,1,2,k,+,-,（1）保护区内短路时,1,2,k,+,-,（2）保护区外短路时（正向）,1,2,k,+,-,（3）反方向短路时,3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理,综合以上三
4、种情况，可得工频故障分量距离保护元件的动作条件为：,因为：,所以：,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,1,2,k,+,-,（d图）,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。,Rg,由图可知：,式中：,动作判据：,带入整理可得：,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 为对象来研究其动作特性。,在复阻抗平面上，该特性是以-Zs为圆心，以 为半径的圆。,Zset,Zm,Zm+ Zset,-Zs,CRg,可见
5、，正方向发生短路时，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，有很强的带过渡电阻的能力；虽然特性圆在第三象限有一定的区域，但并不意味着在反方向故障时保护会动作，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。,由图e可知：,其中：,动作判据：,带入整理可得：,在复阻抗平面上，该特性是以 为圆心，以 为半径的圆。,-Zm,-CRg,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。,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；,（2）距离继电器仅反应故障分量重的工频量，不反应其中的高次谐波分量，动作性能较为稳定；,（3）距离继电器动作判据简单，因而实现方便，动作速度快；,（4）距离继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，又可以作为方向元件使用；,（5）距离继电器本身具有较好的选相能力；,（6）工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段。,
