宜宾电业局继电保护工作手册
第三章 新型微机保护的工作原理
本局的保护已经基本实现微机化，微机保护比起电磁型保护来讲，能够对电气量进行很复杂的计算，形成新的保护原理，从而开发出新种类的继电器。这对调试保护提出了新的要求，因此必须熟悉这些原理，才能保证微机保护安装调试的质量。鉴于各保护都有专用的技术说明书，这里只对书中部分难点作出详细的分析。
第一节 工频变化量距离继电器
距离继电器的工作方式是比较测量阻抗ZJ与整定值Zzd的大小.但是保护装置是无法直接得到ZJ，需要对所测电压和电流进行计算，也就是说，可以把比较阻抗的方程转化为比较故障时候的极化电压Up和工作电压Uop的方法。
极化电压：故障点在故障前的电压，是保护的记忆量； 工作电压：工作电压的公司是保护选取采用的公式，该公式能在保护计算中能很好的区分出区内故障和区外故障。
工作电压的公式：Uop=U－Zzd*I
下面分析工频变化量距离继电器的工作原理
正常运行时，输电线路忽略线路阻抗的情况下线路电压Uz处处相等。如图3.1
E M =E E N =E EM=E EN=E
N M K K N M ~ ~ ~ ~ Uz Uz Uz Uz Uz Uz
Uz
图3.1
图3.2 在线路K点发生金属性接地短路，故障点电压为零，相当于在图3.1的K点增加了一个反方向的电压Uz。如图3.2
根据电路的叠加原理，就可以将图3.2分解为正常运行的网络（图3.1）与故障分量网络（图3.3）。故障分量网络就是工频变化量分析的对象。
EM=0 EN=0 M N K ~ ~
Uz
图3.3
图3.3只有一个附加电势Uz，它的值就是故障前的母线电压，这里选作极化量。 一、作出区内故障阻抗图。图3.4 ZZd △I
F N K M
ZM Zk Uop Uz
图3.4
26
宜宾电业局继电保护工作手册
ZM：M侧系统阻抗；ZK线路M侧母线至K点阻抗；Zzd：保护整定值；工作电压Uop:保护范围末端F点的电压；△I：电流故障分量。
线路M侧的保护动作情况， Uz=（ZM+ZK）*△I Uop=（ZM+ Zzd）*△I
作出函数U=△I*X的坐标图，图3.5，当X=（ZM+ZK）时，U=Uz，当X=（ZM+ Zzd）时，U=Uop
U
Uop Uz UM
X ZM ZK ZZd
图3.5
这里的Uop的电压是实际是不存在的，只不是是保护计算出的一个比较电气量，△U M= ZM*△I，是故障后母线电压的电气量。所以Uop=△U M+ Zzd*△I。公式右边所有的电气量是可以测到的，所以可以计算出Uop的值。
由图3.5明显可以得到在区内故障时候︱Uz︱<︱Uop︱ (式3.1) 同理可以分析出正方向区外故障 ︱Uz︱>︱Uop︱ (式3.2) 二、反方向故障的阻抗图 如图3.6
△I
M F N K
ZS Zk ZZd Uz Uop
图3.6
在M侧反方向K点故障时，Uop= Zs*△I ，Uz=（ZZd+ZK+Zs）*△I。同样作出函数U=△I*X的坐标图（图3.7），当X= Zs，U= Uop；当X=（ZZd+ZK+Zs），U= Uz。Zs虽然无法实际测到，但︱Uz︱—︱Uop︱=︱（ZZd+ZK）*△I︱=︱ZZd*△I︱+△U M，公式右边的数值也是可以测得的，︱Uz︱—︱Uop︱>0。
U
Uop
Uz UM
ZK X ZS ZZd
图3.7
可知，在反方向故障时︱Uz︱>︱Uop︱ (式3.3)
归纳式3.1、式3.2和式3.3，就得到工频变化量距离继电器动作方程︱Uz︱<︱Uop︱，同时也证明Uop作为工作电压选择的正确性。
27
宜宾电业局继电保护工作手册
以上是以M侧继电器为分析对象，同理也可以分析出N侧继电器动作方程。 三、工频变化量距离继电器的动作特征
正方向区内故障，得到公式︱Uz︱<︱Uop︱，即︱ZM+ZK︱<︱ZM+ Zzd︱，也就是 ︱ZK－（－ ZM）︱<︱Zzd －（－ZM）︱动作区间是圆点在－ZM，半径为︱ZM+ Zzd︱的圆内。图3.8
该动作区间包含了坐标原点，因此能很好的切除出口短路故障。 用电气变化量作为分析对象比普通阻抗继电器更加灵敏，有关工频变化量构成的保护可以阅读本章第四节《复合距离继电器》。
ZZd ZS’ ZZd ZS Zk 图3.9 图3.8
正方向区外或者反方向故障时，令ZZd +Zs= Zs’，注意到ZK是M侧的反方向，有 ︱ZS’－ Zzd︱<︱ZS’ －Zk︱,动作区间是以Zs’为圆心，︱ZS’－ Zzd︱为半径的上抛圆，这个圆在整定值Zzd之外，所以不会误动做。图3.9
第二节 普通距离继电器
在南瑞系列保护中，作为后备保护的普通距离继电器通常也是比较工作电压与极化电压来判定保护是否应该动作。极化量Up一般选择用故障时候的正序电压U1，因为在比相式继电器中，极化量是作为基准量与Uop比相，通常要求Up能保持故障前电压的相位不变，幅值不能太小，比较容易取得的电气量。正序电压U1能够很好的满足要求。
以A相故障分析 ⑴ 单相故障
2 U1a = 3 Ua ⑵ A、B两相故障
1
U1a= 2 Ua
⑶ A、B两相接地故障
1
U1a= 3 Ua ⑷ 三相对称故障 U1a≈0
（注：以上公式推导过程可参阅《技术问答》第2版第23页）
因此采用正序电压为极化量能很好的保持故障前正常电压的特征。当三相短路时，保护的正序电压低于10%正常电压，这时保护进入低压测量程序，一般就采用记忆回路记住正常时的工作电压。
Uop Up
28
宜宾电业局继电保护工作手册
继电器的比相方程 －90°＜arg ＜ 90° (式3.5)
工作电压：Uop=U－I*Zzd 极化电压：Up=－U1m
在图3.10中，线路K点发生故障时, U1m=E m*e , EM= (ZK+Zs)*I , Uop=(ZK－Zs)*I,
EM
EM=E
jδ
~ Us M Uk K N EN=E
~ Up=－(ZK+Zs) *I*e
jδ
图3.10 M δ N
EN
图3.11
这里需要解释δ角的存在，如果考虑正常运行情况下负荷的潮流情况，上面分析的是电流从M侧流向N侧，必须要有电势角（也就是两边要有电位差）。如图3.11，系统电势EM超前M点电压δ角，即公式中的δ＜0。如果电流是从EN流向EM，则EM落后M点电压δ角，即公式中的＞0。
把以上的公式带入式3.5，最后得到
jδ
－90°＜arg 〔(Zk－Zzd)/(Zs+Zk) *e 〕＜ 90°
① 图3.12
图3.12给出了在δ=0、δ=－30°和δ=30°的三种动作区间，结合上面的公式分析，在送电侧δ＜0，动作区间偏向第一象限，克服过渡电阻的能力强，在受电侧，动作区间偏向第二象限，能较好的躲避负荷阻抗。
这里要注意两点：1、记忆回路提供的极化量并不是一直不变的，它只在故障瞬间保持故障前的状态，只有它幅值逐渐衰减，但在衰减的过程中保持相位不变。用图3.13可以表示出该动作区间的变化过程，①是故障瞬间的暂态圆，②是故障过程中极化量衰减时的过渡圆，③是最终的稳态圆。2、取用极化量是－U1m，而不是U1m，如果采用U1m，就得不到该动作区间。
以上主要解释了在三相短路时候的动作方程及特征区间，反应接地故障的接地距离继电器和反应相间故障的相间距离继电器与其原理基本一致，不同的地方有两点：
1、极化量的选取，三相故障时选用记忆量，其他距离继电器选用故障的正序分量，前面已经很详细的说明了。
作出上式的动作特征区间，有图3.12。
δ=30°
δ=0
Zzd
－Zs
δ=－30°
③ 0 －Zs －Zs’ ② 29
宜宾电业局继电保护工作手册
2、接地距离继电器由于零序电流的存在引入了零序补偿系数K，所以它的工作为 Uop=U－（I+3K*I0）Zzd , 下面以A相故障为例，推导零序补偿系数K的公式。
UA=U1+U2+U0= Z1*I1+Z2*I2+Z0*I0
= Z1*I1+ Z1* I2+ Z1* I0+ Z0*I0－Z1* I0 （一般的Z1 =Z2） = Z1（I1+ I2+ I0）+ （Z0 －Z1）* I0
Z0 －Z1
= Z1*IA+3 Z1*（ ）* I0
3 Z1 Z0 －Z1
= Z1*IA+3K* I0 Z1 （令K= ）
3 Z1
=（IA+3K* I0）*Z1
一般情况下，可一取K=0.67。 Uφ UA 同时，变换公式得到Z1= I A +3K* I 0 ，得到单相继电器的接线方式为 。 Iφ+3K* I0
南瑞系列保护接地距离I、II段还提供了可以整定的稳态角θ ，θ 可以取0°，15°和30°动作区间向第一象限偏移θ 角，提高抗过渡电阻的能力。如图3.14
Zzd 12° θ=0 Zzd
－Zs －Zs θ=30° θ=15° 图3.15
图3.14
为了防止对侧助增电流引起的超越，在I、II段中还提供了电抗继电器，该继电器大约向下倾斜12°，故其动作区间如图3.15。作为远后备保护的III段距离继电器不设电抗继电器，因为即使是下一段故障超越进本段的距离III段范围内，下一段的距离I、II、III段动作时间也比本段的距离III段动作时间快，因此不需要。
第三节 距离继电器的超越
在上一节中提到加入电抗继电器是为了防止超越，这一节就分析为什么会出现超越。 在系统中，线路通过过渡电阻R接地，如图3.16
M侧的距离继电器测量阻抗 EM=E EN=E Um I2 N M I1 K ZJ =
I1 ~ ~ 因为Um = Zk*I1+(I1+I2)*R Zk （两边同时除以I1） R I2 I1+I2 所以ZJ = Zk+ R+ I 1 *R Zs 图3.16
I2
I 1 =K*e jθ 2 k=︱ I ︱ I1
θ为I1和I2的夹角。
最后得到公式ZJ = Zk+ R+ K* R* e
30
jθ
《继电保护及二次回路》
