故障前电压

① 继电保护中，线路保护的姐弟距离三段和相间距离三段有什么区别如北京四方的CSC103B

相间和接地距离继电器为姆欧继电器，由正序电压极化，因而有较大的测量故障过渡电阻的能力。当用于短线路时，为了进一步扩大测量过渡电阻的能力，还可将第1、2段阻抗特性向第Ⅰ象限偏移。

当正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性；当正序电压下降至一门槛值以下时，则由正序电压记忆量极化，并且在继电器动作前使动作范围向正向偏移，因而母线三相故障时继电器不会失去方向性；继电器动作后改为动作范围向反向偏移，保证正方向三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。同时，第3段继电器动作范围始终向反向偏移，因而三相短路时第3段稳态特性包含原点，不存在电压死区。

A)记忆状态距离继电器特性

距离继电器的测量方法分二种，以三相相电压的大小来区分，当三相相电压均小于门槛值时，判断为近距离三相故障，进入记忆状态距离继电器程序，因为这时只可能有三相短路和系统振荡两种情况。系统振荡由振荡闭锁回路区分，这里只需考虑三相短路。

三相短路时，一般情况下各相间阻抗一样，但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切除故障，对三相阻抗均进行计算，任一相动作跳闸时认为三相故障。记忆状态距离继电器动作原理如下：

工作电压：

极化电压：

比相方程： (1)

这里：

下标op：工作电压

下标p：极化电压

为整定阻抗

下标M为记忆故障前电压

为正序电压

正方向故障时的，如图2所示，有：

图2

在记忆作用消失前：

因此，

代入式(1)并整理得：

设故障线母线电压与系统电势同相位 ，其暂态动作特性如图3。

图3

测量阻抗 在复平面上的动作边界为 至 连线为直径的圆。当 不为零（与故障前负荷有关）时，将是以 到 连线为弦的圆，特性将向第Ⅰ或第Ⅱ象限偏移。图中动作后包含原点表明正向出口经或不经过渡电阻故障时都能正确动作，并不表示反方向故障时会误动作。反方向故障时的动作特性必须以反方向故障为前提导出。

图4

图4是反方向故障的计算用图，反方向故障时有：

在记忆作用消失前：

因此，

代入式(1)并整理得：

图5

的动作边界为以 与 连线为直径的圆，如图5，当 在圆内时动作，实际上 处在第Ⅲ象限，可见，继电器有明确的方向性，不可能误判方向。

以上的结论是在记忆电压消失以前成立，即继电器的动作特性是暂态动作特性。当记忆电压消失后，则：

正方向故障时：

反方向故障时：

于是正方向故障时：

反方向故障时：

可见，正方向故障时 的动作边界和反方向故障时 的动作边界相同（如图6），继电器的动作边界经过原点，因此，母线和出口故障时，继电器处于动作边界。

图6

为了保证母线故障，特别是经弧光电阻三相故障时不会误动，对1、2段距离继电器设置了门坎电压，其幅值取最大弧光压降。同时，当1、2段距离继电器暂态动作后，将继电器的门坎倒置，相当于将特性圆包含原点，以保证继电器动作后能保持到故障切除。为了保证第3段距离继电器的后备性能，第3段距离元件的门坎电压总倒置的，因此，其特性包含原点。

B）非记忆状态相间距离继电器特性

非记忆状态第3段相间距离继电器比较如下工作电压和极化电压的相位：

工作电压：

极化电压：

式中

继电器的极化电压采用正序电压，不带记忆。对相间故障，其正序电压基本保留了故障前电压的相位，故障相的动作特性如图3和图5，继电器有很好的方向性。

三相短路时，由于极化电压无记忆作用，其动作特性为一过原点的圆，如图6。但近处三相短路时由记忆状态距离继电器测量，因此，这里既不存在死区也不存在母线故障失去方向性的问题。

非记忆状态1、2段相间距离继电器由二部分组成：

a) 由正序电压极化的方向阻抗继电器

工作电压：

极化电压：

这里1、2段的极化电压较第3段增加了一个偏移角 ，其作用也同样是为了在短线路使用时增加允许弧光电阻的能力，如图7所示。 的值可取0°～30°。

图7

b) 防超越电抗继电器

工作电压：

极化电压：

为参考阻抗。正方向故障时，参照图2，有：

因此，其比相方程转化为：

即：

当 时，该继电器为与 轴平行的电抗继电器特性，实际上可取 ～ ，因此，该电抗特性下倾 ～ （图7），能有效地防止送电端的保护受对侧助增而使过渡电阻呈容性时的超越。以上方向阻抗与电抗继电器两部分结合，扩大了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。

（1） 振荡开放元件

装置的振荡闭锁分三个部分，任意一个动作开放保护。

i) 在起动元件动作起始160ms以内

其动作条件是，起动元件开放瞬间，若按躲过最大负荷整定的三相过流元件不动作或动作时间尚不到10ms，则将振荡闭锁开放160ms。因此，该元件在正常运行突然发生故障时立即开放160ms，当系统振荡时，三相过流元件先动作，其后再有故障时，该元件已被闭锁，另外当区外故障或操作后160ms再有故障时也被闭锁。

ii) 不对称故障开放元件：

不对称故障时，振荡闭锁回路还可由不对称分量元件开放，该元件的动作判据为：

(4)

以上判据成立的依据是：

a) 系统振荡或振荡又区外故障时不开放

系统振荡时， ， 接近于零，式(4)不开放是容易实现的。

振荡同时区外故障时，相间和接地阻抗继电器都会动作，这时式(4)不应开放。这种情况考虑的前题是系统振荡中心位于装置的保护范围内。

对短线路，必须在系统角180°时继电器才可能动作，这时线路附近电压很低，外部短路时的故障分量很小，因此，容易取 值以满足式(4)不开放的条件。

对长线路，区外故障时，故障点故障前电压较高，有较大的故障分量，因此，式(4)的不利条件是长线路在电源附近故障时。不过这时线路上零序电流分配系数较低，短路电流小于振荡电流，因此，仍很容易以最不利的系统方式验算 的取值。

本装置中 的取值是根据最不利的系统条件下，振荡又区外故障时振荡闭锁不开放为条件验算，并留有相当裕度的。

b) 区内不对称故障时振闭开放

当系统正常发生区内不对称相间故障时，将有较大的负序分量，这时式(4)左侧大于右侧，振荡闭锁开放。

当系统振荡伴随区内故障时，如果短路时刻发生在系统电势角未摆开时，振荡闭锁将立即开放。如果短路时刻发生在系统电势角已摆开状态，则振荡闭锁将在系统角逐步减少时开放。

因此，采用不对称分量元件开放振荡闭锁保证了在任何情况下，甚至系统已经发生振荡的情况下，发生区内不对称故障时瞬时开放振荡闭锁以切除故障，振荡或振荡又区外故障时则可靠闭锁保护。

iii) 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，则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，其测量振荡中心电压： ； 是正序电压电流的夹角， 为正序电压。

由图9，设两侧等效电势有效值相同，系统等效阻抗为纯电抗，在系统正常运行或系统振荡时， 恰好反应振荡中心的正序电压。

图9

在三相短路时，电压方程为： ，其中 为弧光电阻上的压降，如果忽略系统联系阻抗中的电阻分量 ，则 。弧光电阻上的压降不大于 ，与故障电流大小无关。

实际上系统阻抗中的电阻不等于零，可进行角度补偿，如图10所示。设线路阻抗角为 ，补偿角 ，设 ，用 代替 ，从图10中可见， ， ，由于 角较小（约为5～15°）， 与 很接近，因此 可反应弧光压降。

图10

本装置采用的动作判据分二部分：

a) ，延时150ms开放。

实际系统中，三相短路时故障电阻仅为弧光电阻，弧光电阻上压降的幅值不大于 ，因此，三相短路时，该幅值判据满足，为了保证振荡时不误开放，其延时应保证躲过振荡中心电压在该范围内的最长时间。振荡中心电压为 时，系统角为171°，振荡中心电压为 时，系统角为183.5°，按最大振荡周期3s计，振荡中心在该区间停留时间为104ms。装置中取延时150ms己有足够的裕度。

b) ，延时500ms开放。

该判据作为判据a)的后备，以保证任何三相故障情况下保护不可能拒动。

时，系统角为151°， 时，系统角为191.5°，按最大振荡周期3s计，振荡中心在该区间停留时间为337ms，装置中取500ms已有足够的裕度。

（2） 双回线相继速动

双回线相继速动保护在保留阶段式保护的前提下，取其超范围距离元件构成末端故障相继速跳方式。

其原理见下图，当两条线路中的第3段距离元件动作时，输出动作信号分别闭锁另一回线第2段距离相继速跳元件。

该第2段距离相继速跳元件动作的条件是：1) 第2段距离动作；2)邻线第3段距离动作后又返回；3) 第2段距离经小延时不返回。例如，设对M侧保护，L1未端故障，短路初，保护1，3的第3段距离元件均动作，分别闭锁另一回线第2段距离相继速动元件，其后，保护2由第1段距离跳开，保护3的第3段距离返回，此时保护1的第2段距离等待一个短延时不返回，则立即跳闸。

（3） 不对称故障相继速动

不对称故障时，利用近故障侧切除后负荷电流的消失，可以实现不对称故障时相继跳闸。当线路末端不对称故障时，如下图示，N侧第1段动作快速切除故障，由于三相跳闸，非故障相电流同时被切除，M侧保护测量到任一相负荷电流突然消失，而第2段距离元件连续动作不返回时，将M侧开关不经第2段延时即跳闸，将故障切除。

（4） 零序过流1～4段

零序过流1～4段元件可带零序方向元件。

a) 零序电压低压闭锁元件

零序电压低压闭锁元件有独立的投退

判据： 且 延时到

其中： 为零序电压低压闭锁元件定值

b) 零序方向元件

零序方向元件有独立的投退，当退出时方向元件开放

零序电压低压闭锁动作时开放零序方向

TV断线时开放零序方向

判据：

不接地系统 ：

消弧线圈接地系统 ： ，（建议退出方向元件）

电阻接地系统 ：直接开放零序方向

c) 零序方向过流1段

零序过流1段有独立的投退和压板。零序过流1段可用于不接地系统、消弧线圈接地系统和电阻接地系统。

判据： 且 延时到

其中：

为零序过流1段定值

可通过投退选择，零序过流1段元件是否受零序电压低压闭锁元件的控制

可通过投退选择，零序过流1段元件是否受零序方向元件的控制

启动元件没有动作时闭锁零序过流1段

d) 零序方向过流2～4段

零序方向过流2～4段的逻辑与1段的逻辑完全相同。零序过流2～4段只用于电阻接地系统。

（5） 零序过流加速段

零序过流加速段有独立的投退和压板。零序过流加速段只用于电阻接地系统。

判据： 且 延时到

其中：

为零序过流加速段定值

只有在加速阶段内有效

过流加速段在启动元件动作后有效

（6） 零序过压告警

零序过压告警有2个投退1个压板和2个定值。

投退：零序过压告警投退、零序过压告警跳闸

压板：零序过压告警压板

定值：零序过压告警定值、零序过压告警延时定值

判据：零序过压告警投 且 零序过压告警压板有效 且 断路器合位 且 无TV断线 且 整组启动 且 零序过压告警延时到。

当零序过压告警跳闸软压板投入时，零序过压告警动作后闭锁偷跳和重合闸。

（7） TV断线

TV断线由3个判据组成，这3个判据之间是或的关系。

判据1：U2 > TV断线负序电压定值且 延时到

判据2：U1 < TV断线正序电压定值且 至少有一相有流 且 延时到

判据3：U1 < TV断线正序电压定值且 断路器合 且 三相均无流 且 延时到

TV断线有2个投退和3个定值。对于判据1和2，当总的投退投入时才有效；对于判据3，当总的投退和判据3的投退都投入时才有效。

保护整组启动后将保持TV断线判据的输出。即，保护启动前TV断线逻辑根据判据的状态输出，保护启动后TV断线逻辑的输出将保持不变，直到整组复归为止。

投退：TV断线总投退、TV断线判据3投退

定值：TV断线负序过压定值、TV断线正序低压定值、TV断线延时定值

TV断线闭锁接地距离保护、闭锁相间距离保护、开放过流保护。

（8） 过流1～4段

过流1段2段3段4段的保护逻辑完全相同。下面以过流1段为例说明。

过流1段有1个投退1个压板和2个定值。

投退：过流1段投退

压板：过流1段压板

定值：过流1段过流定值、过流1段延时定值

判据：过流1段投 且 过流1段压板有效且 且 过流1段延时到。

（9） 过流加速段

过流加速段有1个投退1个压板和2个定值。

投退：过流加速段投退

压板：过流加速段压板

定值：过流加速段过流定值、过流加速段延时定值

判据：合闸加速阶段 且 过流加速段投 且 过流加速段压板有效 且 且 过流加速段延时到。

当过流加速段复压退时过流加速段复压满足。