1、四川大学网络教育学院本科生(业余)毕业论文（设计）题 目 大峡水电站继电保护及 二次回路设计 办学学院 四川大学网络教育学院 校外学习中心 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2010 年秋 指 导 教 师 学 生 姓 名 学 号 2012 年 9 月 5 日利用电压相量图法分析距离继电器的动作行为学生： 指导老师：摘要：电压相量图法是一种定性地分析电力系统正常运行状态和故障后的稳态量的方法。利用其分析复杂原理的距离继电器，克服了在阻抗平面上分析时困难的缺点。本文利用电压相量图法分析了几种情况下不同距离保护的动作行为，得出了一些有用的结论，以指导生产实践。关键词： 电压相量图、姆欧继电器、零序
2、电抗继电器、以正序电压为极化电压距离继电器0 引言现代距离继电器的原理日趋复杂，不再反应单一的电流电压，其动作特性很难、甚至不可能在阻抗平面上表示出来，这给继电保护人员在阻抗平面上分析距离继电器的动作行为带来困难。电压相量图法是一种定性地分析电力系统正常运行状态和故障后的稳态量的方法。它是运用电工中基本的定理或定律及几何基础知识，在电压平面上绘制出故障点的电压、电流相量,保护安装处的电压、电流相量及其组合相量(补偿电压等),甚至系统中任意点的电压相量。电压相量图用来分析距离保护的动作行为时,其物理意义非常清楚，很适合距离继电器的动作分析。本文利用电压相量图法分析短路、断线时姆欧继电器、零序电抗
3、继电器、以正序电压为极化电压距离继电器的几种动作行为。1、双侧电源发生两相经过渡电阻短路时接地距离继电器的动作行为假如如图 1 所示系统 BC 相发生经过渡电阻短路，我们分析姆欧继电器的动作行为。ME NEM N1Y2F图 1 系统短路示意图姆欧继电器的电压动作方程为： ，其中 为工作电270arg90JYUZdJYIU压， 为极化电压。我们首先作出故障前系统电压相量。我们知道，两相经过渡电阻短JU路，当过渡电阻 取 0 时，等效为两相短路接地，故障相电压为 0；当过渡电阻 为gR gR时，等效为两相短路，故障相电压为非故障相电压的 ；当过渡电阻介于两者之间时，21故障相电压轨迹为从 至 对应
4、电压之间的半圆弧。根据这个结论，可以作出0gRg故障时故点电压相量，进而可以按比例作出故障时母线电压以及工作电压的相量。图 2 系统 BC 相发生经过渡电阻短路时各电压相量图 如图所示，我们分析区外故障送电侧 B 相接地距离继电器的动作行为，可以直观地看出，当过渡电阻较小时， ，过渡电阻在送电电源以及超前相的双重影响下，90argJYU呈很强的阻容性，使得区外故障接地距离继电器严重超越。同理，我们也可以根据电压相量图得到，受电侧 C 相接地距离继电器由于过渡电阻呈很强的阻感性而区内故障极易拒动。而对于送电侧 C 相以及受电侧 B 相接地距离继电器的动作行为，则要根据送受电电源与超前滞后相的强弱
5、关系以及过渡电阻大小决定。需要指出的是当过渡电阻产生的附加阻抗呈阻容性时，只有在过渡电阻较小时，区外故障接地距离继电器才会误动作，从电压相量图上看，随着过渡电阻的增大， 反JYUarg而减小，这是因为，当过渡电阻产生的阻容性附加阻抗抵消线路感性阻抗后，其幅值也会使测量阻抗变大，接地距离继电器不会动作。2、双侧电源发生经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为零序电抗继电器与其他继电器配合使用，用来减少区外经过渡电阻短路而过渡电阻产gR0gRNEMERFYS生阻容性附加阻抗导致阻抗继电器的超越，其动作特性随过渡电阻产生的附加阻抗的角度的变化有一定自适应功能，该动作特性在阻抗平面内较难分析，用电压相
6、量图却能较清楚的表示。零序电抗继电器的电压动作方程为： ，即270arg9090jZdJeIU。设如图 1 所示系统 A 相发生经过渡电阻短路，保护安装处 36arg1800IZUdJ与短路点 同相。0IF2.1 分析送电侧区外经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为：图 3 系统 A 相发生经过渡电阻短路时送电侧电压、电流相量图由图可以看出，不论过渡电阻多大， 始终超前 一个小角度，零ZdJYIU0I序电抗继电器不会动作，能够减少区外短路过渡电阻产生阻容性附加阻抗导致阻抗继电器的超越。2.2 分析受电侧区外经过渡电阻短路时零序电抗继电器的动作行为，分两种情况：2.2.1 经较小过渡电阻短路M
7、E FYFI0NE0I0FURFYS图 4 系统 A 相发生经小过渡电阻短路时受电侧电压、电流相量图2.2.2 经较大过渡电阻短路图 5 系统 A 相发生经大过渡电阻短路时受电侧电压、电流相量图通过电压相量法画图 4、图 5，可以很明显看出，当过渡电阻较大时，受电侧区外经过渡电阻短路时 滞后 一个小角度，零序电抗继电器将会不正确动作。但ZdJYIU0I零序电抗继电器与其他继电器配合使用时，在该情况下，例如受电侧姆欧继电器由于过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性将会不动作，弥补了零序电抗继电器在这种情况下的缺陷。3、PT 二次单相断线时距离继电器的动作行为3.1 电压互感器二次引出回路断线3.1.1
8、分析各相电压图 6 为电压互感器二次引出回路 A 相断线的电路图， 、 、 为电压互感器二次1Z 负载阻抗， 、 、 为相间负载阻抗，设二次负载对称，即1Z 、 ，在电压互感器二次、相感应电动势 、 的作1 ZUFUYME FI0NE00FURF YS FYFI0ME NE0RF YS用下，用叠加原理可求得相上电压为 ，其余各相不变。电压相量图如AUZ12图 7 所示。断线前相、相间电压分别为： A、 B、 、 B、 C、 ，断线后AU相、相间电压分别为： 、 、 、 、 、 。AUBCCA图 6 电压互感器二次引出回路 A 相断线的电路图 图 7 电压互感器二次引出回路 A 相断线的电压相量
9、图由图 7 可以看出，B、C、BC 相距离继电器由于电压、电流都没有发生变化，因而不会误动。当 时。 。 比断线前相角滞后了 ，幅值变为原来的1ZAAU21 C60， 比断线前相角超前了 ，幅值变为原来的 。因此本文将以送电侧为例，分2ABU 6021析对比 A、CA、AB 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。3.1.2 A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。图 8 二次引出回路 A 相断线送电侧 A 相电压相量图经电压相量图 8 分析可知，对于姆欧型继电器，比较 与 间夹角小于 ，因YUA90AUCBCCABC ABUAUMEYNERS Y1 Z1 UA
10、B（TV 二次） 保护装置1此 A 相姆欧继电器不会误动。对于以正序电压为极化电压距离继电器，由于， 与 AU同 ACBACB UaUaU 221 313 1相位，比较 与 间夹角可能大于 ，因此 A 相以正序电压为极化电压距离继电器会Y190误动。3.1.3 AB 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。图 9 二次引出回路 A 相断线送电侧 AB 相电压相量图经电压相量图 9 分析可知，对于姆欧型继电器，比较 与 间夹角可能大于 ，YUAB90因此 AB 相间姆欧继电器会误动。对于以正序电压为极化电压距离继电器， 与 ABU同相1位，比较 与 间夹角，除非系统发生振荡，一般不
11、可能大于 ，因此在正常负荷下YU1 90AB 相间以正序电压为极化电压距离继电器不会误动。3.1.4 CA 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。图 10 二次引出回路 A 相断线送电侧 CA 相电压相量图ABUME YUNERS 1YABUCA CAUMEYUNERS 1 YU经电压相量图 10 分析可知，在正常负荷下，对于姆欧型继电器，比较 与 间YUCA夹角不可能大于 ，因此 CA 相间姆欧继电器不会误动。对于以正序电压为极化电压距离90继电器， 与 同相位，比较 与 间夹角，可能大于 ，因此 CA 相间以正序1UCAYU190电压为极化电压距离继电器会误动。3.2 电压
12、互感器二次引入到保护装置的电压回路断线3.2.1 分析各相电压电压互感器二次引入到保护装置的电压回路断线比较简单，即断线相电压为 0，其余各相不变。以 A 相断线为例， ，电压相量图如图所示。断线前相、相间电压分别为： AU、BU、 、 B、 C、 ，断线后相、相间电压分别为： 、 、 、 AU ABC、 、 。ACA图 11 引入到保护装置的电压回路断线电压相量图如图 11 所示，同样，B、C、BC 相距离继电器由于电压、电流都没有发生变化，因而不会误动。 变为 0， 比断线前相角滞后了 ，幅值变为原来的 ， 比断AUCA 3031ABU线前相角超前了 ，幅值变为原来的 。可以看出，与电压互
13、感器二次引出回路断线31相比，除了 A 相电压有较大区别外，AB、CA 相电压相角、幅值只是数值上有所不同，因此可与 3.1.3、3.1.4 相同分析，结论相同，因此这里只分析 A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。3.2.2 A 相姆欧型以及以正序电压为极化电压距离继电器的动作行为。0AUCBCAAABU B图 12 引入到保护装置的电压回路断线电压相量图送电侧 A 相电压相量图经电压相量图 12 分析可知，对于姆欧型继电器，比较 与 间夹角可能大于 ，YU 90因此 A 相姆欧继电器会误动。对于以正序电压为极化电压距离继电器，由于， 与 A同相位，比较 ACBCBaUa
14、U323131 22 1与 间夹角可能大于 ，因此 A 相以正序电压为极化电压距离继电器也会误动。Y1904 结论电压相量图法是一种定性地分析电力系统正常运行状态和故障后的稳态量的方法，其物理意义非常清楚。利用其分析复杂原理距离继电器，克服了在阻抗平面上分析困难的缺点。本文利用电压相量图法分析了短路、断线时姆欧继电器、零序电抗继电器、以正序电压为极化电压距离继电器的几种动作行为，在得到一些结论的同时，为解决生产实践中在分析复杂原理距离继电器时提供了行之有效的方法。参考文献：1朱声石.高压电网继电保护原理与技术M. 北京: 中国电力出版社.20052江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术. 北京 :中国电力出版社.20060AUAUME YNERS Y1
