超高压输电线路继电保护1-3章(研究生2006) - 图文(4)

1??L?1?C ?i??u??p?tgR

取最不利的情况，设短路后up?0，则记忆回路中电流ip的稳态分量为零，而只有逐渐衰减的暂态分量，现分析如下。在暂态过程中，ip与up的一般关系式为：

up(t)?L此微分方程的特征根为：

dip1?Rip??ipdt?0 dtC

p1.2??式中， Tp?R1R1?j?()2???j?? 2LLC2LTp

2L一记忆回路的衰减时间常数： R???1R?()2__记忆回路的自由振荡角频率。 LC2L当up(t)由up|0|突然降低到零时，考虑到实际回路中的R不大，且R?2解为：

L，则式的近似Cip(t)?Imposin(??t??i)e?tTp

由此可见，它“记忆”了短路以前极化回路中电压的相位，而幅值则以时间常数TP按??的角频率振荡衰减到零。因此，记忆的作用不会太长。

“记忆回路”的作用在于：当外加电压突然由正常运行时的数值降低到零时，该回路的电流不是突然消失，而是按近似50Hz工频振荡，经几个周波的时间后，逐渐衰减到零。而此电流的相位与故障前母线电压的相位相关。将“记忆回路”引入比相式方向性阻抗继电器的极化电压Up中，可以消除Ⅰ段动作的“死区”。

微机保护通过微处理器的录波功能记录故障前母线电压的相位。

当不采用记忆回路时，极化电压即母线电压，当采用记忆回路后，极化电压将记忆短路前母线电压的相位，而短路前母线电压的相位受负载的影响，故继电器的动作特性将发生变化。令短路前母线电压为Uo，先假设短路后极化电压一直保持Uo的相位，则继电器的动作条件为：

????270??Arg??U101U?IZy???90?

上式中有三个变量，不能简化为一个变量Z?UI的函数进行分析。为此对正方向和反方向短

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路分别进行分析，为了简化，假设是三相短路（两相短路故障相继电器的特性与此相同）。

（1）正方向短路，设以Z=

UI??表示母线M处继电器的测量阻抗，则

?? U?IZ

??

?

E?I?Z+Zs?

U?U?IZy?式中，Zs为M至S之间的系统电源阻抗。

将式（3-24）代入式（3-22）得继电器动作条件为：

????Z?ZyZ?ZsE

270??Arg?Z?ZsU101???90? Z?ZyE?因为E，Uo不随短路情况下而变化，可以把它们作为参变量移到不等式的两侧，设以

???ArgEU101??代入，则得：

270????ArgZ?Zs?90??

Z?Zy

于是继电器的动作条件仅为变量Z的函数，须注意，这里Z是短路时故障相电压与故障相电流之比，即为故障相测量阻抗。

若短路前线路为空载，则Uo?E,??0?于是继电器的动作特性将是以Zy矢量末端y点

??-Zs矢量末端S点之连线SY为直径所作之圆，如图3-13所示，图中Zs为系统电抗。

完全记忆作用下正方向短路时方向

阻抗继电器的动作特性园

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当Z落在此园内时继电器动作，正方向短路时，一般Z只可能落在第I象限My线之右边。

另外，一般情况下短路前线路不是空载的，此时??0?,参照前面的分析，继电器的动作特性是以Sy为弦作之园，图3-13中给出了??30?（园2）0o和-30o（园3）三种情况下的特性园。当线路送出有功功率时（即保护装于送电侧），??0?，因此继电器的动作区将缩小，反之，当有功功率自线路向母线传送时（即保护装于受电侧），则继电器的动作区扩大，这里动作区是指内部短路时允许的过渡电阻Rg的大小而言的。动作特性园虽然包括了座标原点，但并意味着失去方向性，因为式（3-26）是针对正方向短路导出的，对反方向短路根本不适用。因此图3-13的动作特性园应称为正方向短路的动作特性园。

（2）反方向短路：仍以Z?母线流向被保护线路。则

UI??表示母线M处继电器的测量阻抗，且电流的正方向为从

U?IZE??U?IZs??I(Z?Zs?)U??U?IZy?I(Z?Zy) ?Z?Zy?U??Z?Zs?????????? （3-27）

将式（3-27）代入式（3-22），得反向短路时继电器的动作条件为：

Z?Zs?U101270??Arg???90?

Z?ZyE?仍以??Arg?E?U101??代入，则得：

270????Arg??Z?Zs??90???

Z?Zy （3-28）

若短路前为空载，Uo?E?,??0?，则继电器的动作特性将是以Zy矢量末端y点和Zs?矢量末端S?点之连线S?y为直径所作之园，如图3-14所示，由于Zs?必然大于Zy，因此是位于第I象限的抛球园。园内为动作区。

当反方向短路时，如无串补电容，则测量阻抗一般位于第III象限，不会落入园内，继电器具有明确的方向性。

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完全记忆作用下反 反方向短路时，方向阻 抗继电器的动作特性图

反方向短路时，方 向阻抗电器动作特 性的变化

综上所述，对极化电压采用记忆回路，使方向阻抗继电器的性能在以下几个方面得到了改善：

（1）消除了死区，提高了保护区内短路时对过渡电阻的反应能力。在超高压线路上线路阻抗角达到85°，若没有记忆作用，在出口短路时，只要有不大的过渡电阻就会拒动。

（2）记忆作用也使相邻线路距离保护配合的选择性得到保证。

如图所示，当保护1出口附近Rg短路时，在稳态情况下，如果Rg落入图中ACD所表示的阴影部分，则保护1和2均将以第II段动作，这就失去了选择性。有了记忆作用以后，在动态情况下，保护2第II段的范围没有超出保护I第I段的范围，则上述误动作的情况即可防止。

记忆作用提高在出口附近短路时，对过渡电阻的反应能力

2．引入非故障相电压

考虑到各种两相短路时，只有故障相间的电压降低至零，而非故障相间的电压仍然很

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高。因此，可以在极化电压UP中引入非故障相的电压来消除两相短路时的“死区”。 为了测量补偿电压的相位，可以用另一相的相电压或相间电压为极化电压，前者称为以第三相电压或健全相电压为极化量，后者称为交叉极化。为了简单起见统称为极化。表中给出交叉极化的接线法。

交叉级化相间方向阻抗继电器的接线 继电器相别 ZAB ZBC ZCA 补偿电压 健全相电压 ????极化电压 超前相间电压 UAB?zy(IA?IB) UBC?zy(IB?IC) UCA?zy(IC?IA) ??????UC UA UB ???UCA ?UAB UBC ??

这类继电器的输入电压不是单一的，因此，测量阻抗没有具体的物理意义，因而其动作特性只能结合具体系统条件进行分析。为了简单起见，仅分析以健全相电压为极化量的方式，因为在空载条件下极化电压超前补偿电压90°，因此继电器的动作条件为：

270??ArgUBC?90? ??UBCUAUBC???360??Arg??180?

360??ArgUpU????180?

1. 三相短路时，若出口故障，各相电压降至零。三个继电器的动作特性完全相同。出口短路的死区问题仍存在。为了消除死区，此极化电压也需采用记忆回路。采用记忆回路后动作特性与前相同。

2．两相短路时的特性（以BC两相短路为例）：对于正方向两相金属性短路，设以A相为基准分解为对称分量，则有：

U1G?U2G

??

设保护安装处（M母线）的故障相测量阻抗为Z，则M处的正、负序电压和补偿电压应为：

?U1?U1G?I1Z?? ???U2?U2G?I2Z?????（3-18）

?U?1?U1?I1Zy?U1G?I1(Z?Zy)?? ?????U?2?U2?I2Zy?U2G?I2(Z?Zy)???????(3-19)

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