1、第一章微機保護的硬件和軟件系統第一節微機保護的硬件系統一套微機保護由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。 硬件系統是構成微機保護的基礎，軟件系統是微機保護的核心。圖 1-1 表示出了微機保護的硬件系統構成，它由下述幾部分構成： 微機主系統。它是由中央處理器（ CPU）為核心，專門設計的一套微型計算機，完成數字信號的處理工作。 數據采集系統。完成對模擬信號進行測量并轉換成數字量的工作。 開關量的輸入輸出系統。完成對輸入開關量的采集和驅動小型繼電器發跳閘命令和信號工作。外部通信接口。人機對話接口。完成人機對話工作。 電源。把變電站的直流電壓轉換成微機保護需要的穩定的直流電壓。微機主系統人機對話接口打印

2、機C P U鍵盤指示燈LED保存數據用 RAM液晶顯示打印機接口數據采集系統PC機開關量輸入跳閘、信號存放程序用專用調試調試通信接口設備EPROM/FLASH存放定值用開關量EEPROM/FLASH輸入輸出 通信接口 外部通信系統WATCHDOG定時器 /計數器電源圖1-1 微機保護的硬件構成框圖一中央處理器 CPU它是微機主系統的大腦，是微機保護的神經中樞。軟件程序需要在CPU 的控制下才能遂條執行。當前，在微機保護中應用的CPU 主要有以下一些類型：1. 單片微處理器例如 Intel 公司的 80X86 系列， Motorola 公司的 MC683XX 系列。其中 32 位的 CPU 例如

3、 MC68332 具有極高的性能，在 RCS900 系列的主設備保護裝置中得到了應用。 16 位的如 Intel 公司的 80296，在 RCS900 型的線路、主設備保護中用到了該芯片。2. 數字信號處理器（ DSP）它將很多器件，包括一定容量的存儲器都集成在一個芯片中， 所以外圍電路很少。因而這種數字信號處理器的突出特點是運算速度快、可靠性高、功耗低。它執行一條指令只需數十納秒（ns），而且在指令中能直接提供數字信號處理的相關算法。因此特別適宜用于構成工作量較大、性能要求高的微機保護。在 RCS900型的線路、主設備保護中，保護的計算工作都是由 DSP 來完成的，使用的芯片是 AD 公司的

4、 DSP-2181。二存儲器用以保存程序、定值、采樣值和運算中的中間數據。存儲器的存儲容量和訪問時間將影響保護的性能。 在微機保護中根據任務的不同采用的存儲器有下述三種類型的存儲器。 隨機存儲器（ RAM ）。在 RAM 中的數據可以快速地讀、寫，但在失去直流電源時數據會丟失。所以不能存放程序和定值。 只用以暫存需要快速進行交換的臨時數據， 例如運算中的中間數據、經過 A/D 轉換后的采樣數據等。 現在有一種稱做非易失性隨機存儲器 （NVRAM ）它既可以高速地讀 /寫，失電后也不會丟失數據， 在 RCS900 保護中用以存放故障錄波數據。 只讀存儲器（ ROM ）。目前使用的是一種紫外線可擦

5、除、電可編程的只讀存儲器 EPROM。EPROM中的數據可以高速讀取， 在失電后也不會丟失， 所以適用于存放程序等一些固定不變的數據。要改寫 EPROM 中的程序時先要將該芯片放在專用的紫外線擦除器中， 經紫外線照射一段時間， 擦除原有的數據后， 再用專用的寫入器 （編程器）寫入新的程序。所以存放在 EPROM 中的程序在保護正常使用中不會被改寫，安全性高。 電可擦除且可編程的只讀存儲器（EEPROM ）。EEPROM 中的數據可以高速讀取，且在失電后也不會丟失，同時不需要專用設備在使用中可以在線改寫。因此在保護中 EEPROM 適宜于存放定值。既無需擔心在失電后定值丟失之虞，必要時又可方便地

6、改寫定值。由于它可以在線改寫數據，所以它的安全性不如 EPROM。此外 EEPROM 寫入數據的速度較慢，所以也不宜代替 RAM 存放需要快速交換的臨時數據。 還有一種與 EEPROM 有類似功能的器件稱作快閃 （快擦寫）存儲器（ Flash Memory），它的存儲容量更大，讀 /寫更方便。在 RCS900 型的保護中使用 Flash 存放程序，在軟件中采取措施確保在運行中程序不會被擦寫。三數據采集系統數據采集系統的作用是將從電壓、 電流互感器輸入的電壓、 電流的連續的模擬信號轉換成離散的數字量供給微機主系統進行保護的計算工作。在介紹數據采集系統前，先對若干名詞作一些解釋。 采樣。在給定的時

7、刻對連續的模擬信號進行測量稱做采樣。每隔相同的時刻對模擬信號測量一次稱做理想采樣。微機保護采用的都是理想采樣。采樣頻率 fs 。每秒采樣的次數稱做采樣頻率。采樣頻率越高對模擬信號的測量越正確。但采樣頻率越高對計算機的運算速度的要求也越高， 計算機必須在相鄰兩個采樣時刻之間完成它的運算工作。 否則將造成數據的堆積而導致運算的紊亂。 在目前的技術條件下微機保護中使用的采樣頻率有 600Hz、 1000Hz、1200Hz 三種。在南瑞繼保電器公司原先生產的 LFP900 保護中使用的采樣頻率是 600Hz 和 1000Hz。目前生產的 RCS900 保護中使用的采樣頻率是1200Hz。采樣周期 Ts

8、 。相鄰的兩個采樣點之間的時間稱做采樣同期。顯然采樣同期與采樣頻率互為倒數。Ts 1 fs 。當采樣頻率為 600Hz、1000Hz、1200Hz 時相應的采樣周期分別為 1.666ms、 1ms、 0.833ms。 每周波采樣次數N。采樣頻率相對于工頻頻率（50Hz）的倍數表示了每周波的采樣次數 N。采樣頻率為 600Hz、1000Hz、1200Hz 時相應的 N 值為 12、20、24。采樣定理。采樣頻率必須大于輸入信號中的最高次頻率的兩倍，fs 2 fmax ，這就是著名的采樣定理。不滿足采樣定理將產生頻率混疊現象。由逐次逼近式原理的模數轉換器（A/D ）構成的數據采集系統 。這是目前應

9、用最為廣泛的一種數據采集系統， 南瑞繼保電氣公司的 RCS900 保護中都用這種數據采集系統。圖 1-2 畫出了該數據采集系統的原理框圖。各種保護根據需要有若干個模擬信號需要采樣，例如南瑞繼保電氣公司的線路保護采樣八個量：ua 、ub 、 uc 、 i a 、 ib 、 ic 、 3i0 以及線路電壓ux 。而 3u0 電壓不從 TV 的開口三角處采樣，而用三個相電壓相加的自產3u0 方法獲得。各個模擬量有各個獨立的采樣通道，通過多路轉換開關若干個模擬量用一個A/D 轉換成數字量。u a交流變換器L P FS/HubMPXA/D至微機主系統3i0圖 1-2 采用 A/D 變換器的數據采集系統原

10、理框圖下面對圖 1-2 所示的原理框圖中的各個環節加以說明。（1）交流變換器。它的作用有兩個：將從 TV 、TA 來的高電壓、大電流變換成保護裝置內部電子電路所需要和允許的小的電壓信號。電氣隔離和屏蔽作用。從 TV 、TA 來的電氣量經過很長電纜接到保護裝置， 也引入了大量的共模干擾。 交流變換器一方面提供一個電氣隔離， 另一方面在一、二次線圈中加了一個接地的屏蔽層，使共模干擾經一次線圈和屏蔽層之間的分布電容而接地，可以有效地抑制共模干擾。（2） LPF 模擬低通濾波器。它的作用是濾除高次諧波。這一方面是為了在采樣時滿足采樣定理， 另一方面是為了減少算法的誤差， 因為有些算法是基于工頻正弦量得

11、到的，諧波分量將加大算法的誤差。為滿足采樣定理應將輸入信號中的大于fs 2 頻率的高次諧波濾除。（3）S/H 采樣保持器。采樣保持器的作用為： 能快速地對模擬量的輸入電壓進行采樣，并將該電壓保持住。 由于各個模擬量采樣通道中的采樣保持器是同時接受到采樣脈沖的，所以各個模擬量是同時采樣的。 在同一個采樣周期內模數轉換后的各個數字量反應的是采樣脈沖到來的同一瞬間各個模擬量的瞬時值， 使各個模擬量的數值和相位關系保持不變。各個模擬量的同時采樣保證了反應兩個及兩個以上電氣量的繼電器， 例如方向繼電器、阻抗繼電器、相序分量繼電器計算的正確性。（4）MPX 模擬量的多路轉換開關。 MPX 是一種多路輸入、

12、單路輸出的電子切換開關。通過編碼控制， 電子開關分時逐路接通。 將由 S/H 送來的多路模擬量分時接到 A/D 的輸入端，完成用一個 A/D 對若干個模擬量進行模數轉換工作。（ 5）A/D 逐次逼近式原理的模數轉換器。它的作用是把模擬量轉換為數字量。將由多路轉換開關送來的由各路 S/H 采樣保持器采樣的模擬信號的瞬時值轉換成相應的數字值。由于模擬信號的瞬時值是離散的，所以相應的數字值也是離散的。這些離散的數字量由微機主系統中的 CPU 讀取并存放在循環存儲器中供保護計算時使用。四開關量的輸入輸出系統微機保護有很多的開關量（接點）的輸入，例如有些保護的投退接點、重合閘方式接點、跳閘位置繼電器接點

13、、收信機的收信接點、斷路器的合閘壓力閉鎖接點以及對時接點等等。微機保護也有很多的開關量（接點）的輸出，例如跳合閘接點、中央信號接點、收發信機的發信接點以及遙信接點等等。 其中有些開關量是經過很長的電纜才引到保護裝置的， 因而也給保護引入了很多干擾。 為了不使這些干擾影響微機系統的工作，在微機系統與外界所有接點之間都要經過光電耦合器件進行光電隔離。由于微機系統與外部接點之間經過了電信號 光信號 電信號的光電轉換，兩者之間沒有直接的電與磁的聯系，保護了微機系統免受外界干擾影響。1. 開關量輸入系統5V 。外部接點 。電平輸出開入專用電源光電耦合器(24V 或220V/110V) 。圖 1-3 開關

14、量輸入系統圖 1-3 表示出了開關量的輸入系統。當外部接點閉合時，光耦的二極管內流過驅動電流，二極管發出的光使三極管導通，因此輸出低電平。當外部接點斷開時，光電耦合器的二極管內不流過驅動電流，二極管不發光，三極管截止，因此輸出高電平。微機系統只要測量輸出電平的高低就可以得知外部開關量的狀態。 開入專用電源一般使用裝置內電源輸出的 24V 直流電源。對于某些距離遠的接點必要時也可用變電站的 220/110V 直流電源，裝置提供強電的光電耦合電路。2. 開關量輸出系統 圖 1-4 表示出了開關量的輸出系統。當保護裝置欲使輸出開關量接點閉合時，只要在控制端輸入一個低電平使光電耦合器的二極管內流過驅動

15、電流，二極管發出的光使三極管導通， 從而使繼電器 J 動作，其閉合的接點作為開關量輸出。JQDJ。5V。光電耦合器繼電器操作電源。 J。控制端。圖 1-4 開關量輸出系統第二節微機保護的軟件系統一保護繼電器的算法在微機保護中各個繼電器都是由其相應的算法實現的。 例如工頻變化量 （有時稱做突變量）的電氣量（電流、電壓）的計算，基波或某次諧波分量電氣量幅值的計算，相序分量電氣量幅值的計算， 兩電氣量相角差的計算， 相位比較動作方程的算法等等。1. 工頻變化量電氣量的計算在 RCS900 系列保護裝置中用了很多工頻變化量的繼電器。在實現這些繼電器時先要計算出工頻變化量的電流i 和電壓u 值。以電流值

16、為例，計算方法為：i i n i n N（ 1-1）上式中 N 為每工頻周波采樣的次數。 該式表示工頻電流的變化量 （瞬時值） 是把當前時刻的電流瞬時值減去一周前的電流瞬時值而得到的。 如果輸入的工頻電流沒有變化，則工頻電流的變化量為零。 如果在 n 和 n N 之間系統發生短路了。 由于短路后電流發生了變化，于是工頻電流的變化量不再是零。2半周積分算法RCS900 保護中有些繼電器是用半周積分算法實現的，例如兩相電流差的突變量起動元件、工頻變化量的阻抗繼電器等。假如輸入信號是圖1-5 所示的工頻正弦電流信號，i t I m sin 1t。該電流信號絕對值的半周積分值為：TI m1 2I m

17、22 I2（1-2）SI m sin 1tdtcos t 00111于是該電流信號的有效值I 為：S1I22（1-3）對輸入信號絕對值進行半周積分其物理概念是求輸入信號在半周內的面積絕對值之和。由（ 1-2）式可見，該積分值與初相角 無關。i ( t )180圖 1-5半周積分算法示意圖t3. 全周傅氏算法目前在微機保護中應用得最廣泛的是全周傅里葉（傅氏）算法，它的理論基礎是傅里葉級數。假設輸入信號i t 為一個周期性函數，它由基波分量、直流分量和各整次諧波分量構成。i t 可表示為：i t I 0I km cos k 1tk（1-4）k 1式中： I 0 直流分量。1 基頻分量的角頻率。12

18、 f1 。I km 、k 、 k 1 第 k 次諧波分量的幅值、初相角和角頻率。k 為正整數。按復相量的表示方法，在初相角為k 時的第 k 次諧波分量 I k 可表示為：I kI kme j kI km coskj sinkI RkjI Ik（ 1-5）式中 I k 的實部 I Rk 和虛部 I Ik 分別為：I RkI km cos k（1-6）I IkI km sink（1-7）將（ 1-4）式展開并考慮到（ 1-6）和（ 1-7）式的關系可得到：i tI 0I km cos k 1tcos k I km sin k 1 t sin kk 1（1-8）I 0I Rk cos k 1tI I

19、k sin k 1tk 1根據三角函數在一個工頻周期T1 內的正交性可求得第k 次諧波分量的實部和虛部的計算公式：I Rk2 T1i t cos k 1t dtT1 0（1-9）I Ik2T1i t sin k 1t dtT1 0（1-10）（ 1-9）式中 i t cos kt 在 0，T 其間的積分值是i t cos kt 的函數波形在1110，T 期間的面積。利用梯形法則該面積可用i t 與基準余弦函數cos k1t 在10，T 期間的采樣值之乘積求和再乘以采樣周期后的一塊塊矩形面積和來代替。1考慮到在一個工頻周期 2內，基準余弦函數 cos k 1t 的采樣值為 cos kn 2N 的

20、關系后，（ 1-9）式為：I Rk2 N 1i n cos kn 2TsT1 n 0N（1-11）將采樣周期 TsT1 N 的關系代入上式，可得第k 次諧波分量的實部為：I Rk2 N 1i n cos kn2T12T1 n 0NNNN 1 n 0i n cos kn 2（ 1-12）N同理可得第 k 次諧波分量的虛部為：2I IkNN 1 n 0i n sin kn 2（1-13）N得知第 k 次諧波分量的實部和虛部以后，根據（ 1-5）式可求得 k 次諧波分量的有效值和初相角為：I kI Rk2I Ik22karctg I IkI Rk（1-14）一般的繼電保護原理是反應工頻電氣量的，所以

21、關心的是基波分量。這時只要將（ 1-12）、（1-13）和（ 1-14）式中取 k1，即可求得基波分量的實部、虛部、有效值和初相角為：2I R1NN 1 n 0i n cos n 2N（1-15）I I 12 N1i n sinn 2N n0N（1-16）I1I R21I I2121arctgI I 1I R1（1-17）考慮到（ 1-15）式中的標準基波余弦函數的采樣值cos n 2N 在 n0 時其值為 1，同時考慮到對一個周期性函數i n 有 i 0 i 0 / 2i N / 2的關系后，（ 1-15）式有時也可用下式求得：I R121 i 0N 1i n cos n 21 i N（ 1

22、-18）n 1N2N2同理，用全周傅氏算法也可以求得任意整數次諧波分量的幅值和相位。 所以在繼電保護中根據保護的原理也經常用這種算法求得二次、三次、五次諧波分量的幅值。從上述原理推導中還可知， 這種算法在求某個整數次諧波分量幅值時并不受其它各個整數次諧波分量的影響。 也就是說這種算法有很強的濾波功能， 其幅頻特性為在所求的頻率上輸出的幅值最大，在其它整數次的諧波頻率（包括直流）上幅值為零。4. 基于傅氏算法的濾序算法A 、B、C 座標與 1、2、0 座標有一個互換關系。眾所周知，已知 A 、B、 C 相的相電壓求正、負、零序電壓的方法為：U 11 U AaU Ba2U C3U 21U Aa 2

23、U BaU C（1-19）3U 01 U AU BU C3式中a為算子， a ej 12001j3， a2ej 24001j3。2222U A 、 U B 、 U C 三相電壓用復相量表達，即用各相電壓的實部和虛部表達為：U AU CAjU SAU BU CBjU SB（1-20）U CU CCjU SC將（ 1-20）式以及算子表達式代入（ 1-19）式中的 U 1 式，即用各相電壓的實部和虛部來表達正序電壓為：U 11 U AaU Ba 2 U C31U CAjU SA1j3 U CB jU SB1j3 U CC jU SC32222U C 1jU S1（ 1-21）式中 U C1 、 U

24、 S1 分別為正序電壓 U1 的實部與虛部，它們為：U C11U CA1U CB3USB1U CC3USC3222213131U S13U SA2U CB2U SB2U CC2U SC（ 1-22）用全周傅氏算法求出各相電壓的實部虛部后代入 （1-22）式求出正序電壓的實部和虛部。再根據（ 1-21）式求出正序電壓的有效值和初相角為：U1UC21US2121 arctg U S1 U C1（ 1-23）同理，負序電壓的算式為：UUU2U C 2jU S2C21U CA1UCB3USB1U CC3USC32222S21U SA3UCB1U SB3UCC1U SC32222U2UC22US2221

25、 arctg U S 2 U C2（ 1-24）零序電壓的算式為：UUUU0U C 0jU S 0C01U CAU CBU CC3S01U SAU SBU SC30U C20U S2021 arctg U S0 U C0（ 1-25）這種算法由于用全周傅氏算法計算實部和虛部，所以濾波性能好。但數據窗為 N ，數據窗較長。這種算法在RCS900 保護中得到了應用。第二章線路保護及重合閘第一節零序電流方向保護一零序電流方向保護及其作用在中性點直接接地的高壓電網中發生接地短路時，將出現零序電流和零序電壓。利用上述的特征電氣量可構成保護接地短路故障的零序電流方向保護。統計資料表明，在中性點直接接地的電

26、網中，接地故障點占總故障次數的 90左右，作為接地保護的零序電流方向保護又是高壓線路保護中正確動作率最高的一種。在我國中性點直接接地系統不同電壓等級電力網線路上，按國家繼電保護和安全自動裝置技術規程（以下簡稱“技術規程” ）規定，都裝設了零序電流方向保護裝置。帶方向性和不帶方向性的零序電流保護是簡單而有效的接地保護方式， 它主要由零序電流濾過器、 電流繼電器和零序方向繼電器以及與收發信機、 重合閘配合使用的邏輯電路所組成。現今，大接地電流系統中輸電線路接地保護方式主要有縱聯保護、 零序電流方向保護和接地距離保護等。 它們都與系統中的零序電流、 零序電壓及零序阻抗密切相關的。實踐表明零序電流方向

27、保護在高壓電網中發揮著重要作用， 成為各種電壓等級高壓電網接地故障的基本保護。 即使在裝有接地距離保護作為接地故障主要保護的線路上，為了保護經高電阻接地的故障和對相鄰線路保護有更好的后備作用， 也為了保證選擇性，仍然需要裝設完整的成套零序電流方向保護作基本保護。二零序電流方向保護的優缺點帶方向性和不帶方向性的零序電流保護是簡單而有效的接地保護方式， 其主要優點是：1. 經高阻接地故障時，零序電流保護仍可動作。由于本保護反應于零序電流的絕對值，受故障過渡電阻的影響較小。例如，當 220 千伏線路發生對樹放電故障，故障點過渡電阻可能高達 100 歐姆，此時，其他保護大多數將無法動作，而零序電流保護

28、，即使 3I 0 定值高達幾百安培尚能可靠動作。2. 系統振蕩時不會誤動。零序電流方向保護不怕系統振蕩是由于振蕩時系統仍是對稱的，故沒有零序電流，因此零序電流繼電器及零序方向繼電器都不會誤動。3. 在電網零序網絡基本保持穩定的條件下，保護范圍比較穩定。由于線路零序阻抗比正序阻抗一般大33.5 倍，故線路始端與末端短路時，零序電流變化顯著，零序電流隨線路保護接地故障點位置的變化曲線較陡， 其瞬時段保護范圍較大， 對一般長線路和中長線路可以達到全線的 70 80，性能與距離保護相近。而且在裝用三相重合閘的線路上（這里是指的三跳出口方式） ，多數情況，其瞬時保護段尚有縱續動作的特性， 即使在瞬時段保

29、護范圍以外的本線路故障， 仍能靠對側開關三相跳閘后，本側零序電流突然增大而促使瞬時段起動切除故障。 這是一般距離保護所不及的，為零序電流保護所獨有的優點。4. 系統正常運行和發生相間短路時，不會出現零序電流和零序電壓，因此零序保護的延時段動作電流可以整定得較小，這有利于提高其靈敏度。并且，零序電流保護之間得配合只決定于零序網絡得阻抗分布情況， 不受負荷潮流和發電機開停機的影響，只需要零序網絡阻抗保持基本穩定，便可以獲得良好的保護效果。5. 結構與工作原理簡單。零序電流保護以單一的電流量為動作量，只需要用一個繼電器便可以對三相中任一相接地故障作出反應， 因而運行維護簡便， 其正確動作率高于其他復

30、雜保護。同樣又因為整套保護中間環節少，動作快捷，有利于減少發展性故障，特別是近處故障的快速切除是很有利的。在 Y/ 接線的降壓變壓器三角形繞組側以后的故障不會在星形繞組側反映出零序電流， 所以零序電流保護的動作時限可以不必與該種變壓器以后的線路保護配合而可取得較短的動作時限。零序電流保護的缺點是：1. 對于短線路或運行方式變化很大的情況，保護往往不能滿足系統運行所提出的要求。2. 當采用自耦變壓器聯系兩個不同電壓等級的網絡時 （例如 110kV 和 220kV 電網），則任一網絡的接地短路都將在另一網絡中產生零序電流，這將使零序保護的整定配合復雜化，并將增大延時段的動作時限。3. 當電流回路斷

31、線時，可能造成保護誤動作。運行時要注意防范。如有必要，還可以利用零序電壓突變量來閉鎖的方法防止這種誤動作。4. 當電力系統出現不對稱運行時，也要出現零序電流，例如變壓器三相參數不對稱，單相重合閘過程中的兩相運行， 三相重合閘和手動合閘時的三相開關不同期以及空投變壓器時的不平衡勵磁涌流等等， 都可能使零序電流保護誤動作， 必須采取措施。5. 地理位置靠近的平行線路，由于平行線間零序互阻抗的影響（見第二章第三節九的分析），可能引起零序電流方向保護的保護區伸長、零序電流方向繼電器誤動等。盡管零序電流保護有以上缺點， 但總可以采取措施克服， 所以在各級高壓電網中，零序電流保護以其簡單、經濟、可靠，而獲

32、得了廣泛的應用。三反時限零序電流保護隨著電力系統網架的快速擴大，500kV 自耦變壓器、 220kV 超短線路及短線路群的投入，零序序網隨運行方式變化而越發復雜，造成零序電流保護的整定配合困難，應用受到了限制。微機型線路保護在全網線路上的采用，為此提供了可靠、靈活的解決途徑。在微機線路保護裝置中具備階段式接地距離保護、階段式零序電流保護或者還具有反時限零序電流保護。接地距離保護的缺點是受接地電阻的影響太大， 過大的接地電阻將造成拒動。“技術規程”明確提出“對 220kV 線路，當接地電阻不大于 100 歐姆時，保護應能可靠地切除故障。 a、宜裝設階段式接地距離保護并輔之用于切除經電阻接地故障的

33、一段定時限和 /或反時限零序電流保護。b、可裝設階段式接地距離保護、階段式零序電流保護或反時限零序電流保護，根據具體情況使用。”為此，一段定時限零序電流或是階段式零序電流保護的最末段，其動作電流整定值不大于 300A。電網只保留零序電流長延時最末段， 對于復雜電網而言在配合上非常困難， 在運行中因最末段無法滿足時限配合關系，也存在著無選擇性跳閘的隱患。 因此，采用反時限零序電流保護功能，全網使用統一的啟動值和反時限特性， 接地故障時按電網自然的零序電流分布以滿足選擇性。反時限零序電流繼電器的時限電流特性按國際電工委員會標準（IEC255-4）一般反時限特性，其表達式為：0.14t Pt0.02

34、(I /IP)1式中， t 繼電器的動作時限tP 時間系數I P 起始動作電流I 繼電器通入的電流四 零序方向繼電器對零序方向繼電器的最基本要求是利用比較零序電壓和零序電流的相位來區分正、反方向的接地短路。ZS 0MNMNZ R0F0FFZl 0F0I 0I0U 0 UK0UK0 U 0(a) 正方向短路(b) 反方向短路I 0 ZS 0U 0I 0 Zl 0Z R0800I0I01000U 0(d) 反方向短路相量圖(c) 正方向短路相量圖圖 2-1 正、反方向接地短路時的零序序網圖和相量圖正、反方向接地短路時，零序電壓和零序電流的夾角。設零序方向繼電器裝在 MN 線路的 M 側。在圖 2-

35、1 所示的零序序網圖中，加在繼電器的上的零序電壓、 電流按傳統方式規定它的正方向。 零序電壓的正方向是母線電壓為正、中性點電壓為負，圖中電壓箭頭表示電位升方向。零序電流以母線流向被保護線路方向為其正方向。900 系列線路保護中的零序方向繼電器采用比較零序功率的方法實現。P03U 0 3I 0cosl（ 2-1）l ：為線路零序阻抗的阻抗角，取 800：為 3U 0 超前于 3I 0 的夾角，arg U 0 I 0 。1正方向故障時根據圖 2-1（a）所示的正方向短路的零序序網圖，按上述規定的電壓、電流正方向可得：U0I0ZS0（2-2）如果系統中各元件零序阻抗的阻抗角都為800 。正方向短路時

36、根據（ 2-2）式，零序電壓超前零序電流的角度為：arg U 0 I 0 arg Z S0 arg Z S 0 18001000（2-3）正方向短路時的相量圖示于圖2-1（c）中。因此得P03U 03I 0 cosl3U03I 0cos( 10080)3U 03I 0為負的最大值。故而正方向的零序方向繼電器的動作方程可定為：P033IU 0P033IU 000coscosll1當I N5時VAA02當I N1時. VAA（ 2-4）在正方向短路時正方向的零序方向繼電器可以靈敏動作。2反方向短路時根據圖 2-1（b）所示的反方向短路的零序序網圖，按上述規定的電壓、電流正方向可得：U 0I 0 (

37、 Zl 0 Z R0 )（2-5）反方向短路時根據（3-5）式，零序電壓超前零序電流的角度為arg U 0I 0 arg Z l 0 Z R0800（ 2-6）反方向短路時的相量圖示于圖2-1（d）中。當反方向短路時得：P03U 03I 0 cosl3U03I 0cos(8080)3U03I 0為正的最大值，故而反方向的零序方向繼電器的動作方程為：P03U 0 3I 0 cosl0VA（2-7）在反方向短路時， 反方向的零序方向繼電器可以靈敏動作。反方向的零序方向繼電器的動作邊界為0VA ，而正方向的零序方向繼電器的動作邊界定為1VA (當電流互感器二次額定電流是 5A 時 )，這是為了讓反方

38、向元件的靈敏度高于正方向的元件靈敏度，使它動作后閉鎖優先。在零序電流方向保護中使用的零序方向繼電器無需正、反方向兩個方向繼電器，只需要正方向的零序方向繼電器。五零序電流方向保護的應用在中性點直接接地電網中， 接地故障占總故障次數的絕大部分。 零序電流方向保護簡單可靠、靈敏度高（特別是在高電阻接地故障時） 、保護范圍比較穩定，所以在輸電線路保護中獲得了廣泛的應用。 “技術規程”和“電網繼電保護裝置運行整定規程”（以下簡稱“整定規程” ）都對零序電流方向保護的應用作了原則的說明。另外，高壓線路繼電保護裝置統一設計原則的“四統一” （以下簡稱“四統一” ）總結了我國高壓線路繼電保護多年來的設計、制造

39、和運行經驗，具有指導意義。1. 110kV 線路零序電流方向保護單側電源線路的零序電流保護一般為三段式， 終端線路也可以采用二段式。 雙側電源復雜電網線路零序電流保護一般為四段式或三段式， 在需要改善配合條件， 壓縮動作時間的線路，零序電流保護宜采用四段式的整定方式。按三段式運行時，可設兩個第一段。在具體電網線路上， 零序電流大小與接地故障的類型有關。單相接地故障和兩相(1)(1.1)接地故障時流過短路點的零序電流I K 0和 IK0分別為(1)UK0I K 02Z1Z0(1.1)U K0Z1U K0I K 0Z0 / Z0Z1Z 0Z1 2Z0Z1考慮了電流分配系數C0 ，則線路側保護得到的

40、電流分別為I 0(1)C0U K02Z1Z 0(1.1)U K0I 0C0Z12Z 0式中UK0為短路點在短路前的電壓，Z1、Z0為系統對短路點的綜合正序、零序阻抗，系統內各元件的正序阻抗等于負序阻抗。由上式可知當Z1<Z 0時，I 0(1)>I 0(1.1)當 Z1>Z0 時， I0(1)< I 0(1.1)在整定零序電流保護定值時就要選擇流過保護的零序電流較大的一種故障類型來進行整定計算。 而在校驗零序電流保護的靈敏度時， 就要選擇在校驗靈敏度的短路點上短路時流過保護的零序電流比較小的一種故障類型來進行計算。2 110KV 零序后加速段的設置：我國 110kV 線路

41、是采用三相重合閘方式。 三相重合閘后加速一般應加速對線路末端故障有足夠靈敏系數的零序電流保護段， 如果躲不開后一側合閘時， 因斷路器三相不同步產生的零序電流，則兩側的后加速段在整個重合閘周期中均應帶0.1s 延時。加速段可以獨立設置，如現在的微機保護那樣，定值和延時可獨立整定。此外，為防止合閘于空載變壓器時勵磁涌流引起零序后加速誤動， 零序加速段可以由控制字選擇是否需要投入二次諧波閉鎖，二次諧波的制動比可以選為18。必須指出，作為零序電流保護速動段的零序電流I 段定值若躲不開斷路器三相觸頭不同時接通產生的零序電流時，也應在重合閘后延時0.1s 動作。按三段式運行設兩個第一段時， 不靈敏一段電流

42、定值可躲過合閘三相不同步引起的零序電流，故在重合閘后不用帶延時，只是靈敏一段要帶0.1s 延時。3 220 500kV 線路零序電流方向保護作為零序電流方向保護，上述110kV 線路零序電流方向保護應用中的基本原則，在 220500kV 線路上也是適用的。但在 220500kV 線路上除采用三相重合閘外還普遍采用了單相重合閘、綜合重合閘，此時，零序電流方向保護就還要考慮非全相運行的問題。零序電流保護一般為四段式。根據各地的多年運行經驗， 大部分線路采用可分別經方向元件控制的四段式零序電流保護作為接地故障時的基本保護較為適宜。 對于三相重合閘線路，零序電流保護可以按四段式運行，或按三段式運行，但

43、其中有兩個第一段，其中靈敏一段重合閘時帶延時 0.1s。對于單相重合閘線路，可按三段式運行，其中也有兩個第一段或者兩個第二段， 兩個第一段時靈敏一段在重合閘過程中退出運行，兩個第二段時靈敏二段在重合閘過程中退出運行。 對終端輸電線路可裝設較少段數的零序電流保護。第二節距離保護一距離保護的作用原理和時限特性距離保護和電流保護一樣是反應輸電線路一側電氣量變化的保護。在圖2-2 所示的電網中，將輸電線路一側的電壓U m 、電流I m 加到阻抗繼電器中，阻抗繼電器反應的是它們的比值，稱之為阻抗繼電器的測量阻抗Z mU m I m 。ESMI mI KKZ SZ KZU mU mK圖 2-2 阻抗繼電器

44、接線示意圖反應輸電線路一側電氣量變化的保護一定要滿足兩個條件。首先，它必須區分正常運行和短路故障。其次，它應該能反應短路點的遠近。正常運行時，加在阻抗繼電器上的電壓是額定電壓U N ，電流是負荷電流I l 。阻抗繼電器的測量阻抗是負荷阻抗Z m Z l U N I l 。短路時，加在阻抗繼電器上的電壓是母線處的殘壓U mK ，電流是短路電流 I K 。阻抗繼電器的測量阻抗是短路阻抗 Z K ， Z m Z K U mKIK 。由于U mKU N， I KI l，因而Z KZ l。所以，阻抗繼電器的測量阻抗可以區分正常運行和短路故障。 如果在K 點發生金屬性短路， 短路點到保護安裝處的阻抗為Z

45、K，流過保護的電流為I K ，則保護安裝處的電壓為 U mK I K Z K 。阻抗繼電器的測量阻抗是 Z m U mK I KZ K 。這說明阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點到保護安裝處的阻抗，也就是反應了短路點的遠近。所以可以用它來構成反應一側電氣量的保護。由于阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點的遠近，也就是反應了短路點到保護安裝處的距離，所以把以阻抗繼電器為核心構成的反應輸電線路一側電氣量變化的保護稱做距離保護。距離保護相對于電流保護來說， 其突出的優點是受運行方式變化的影響小。 距離保護第段只保護本線路的一部份， 在保護范圍內金屬性短路時， 一般在短路點到保護安裝處之間沒有其它分支電流，所以它的測量阻抗完全不受運行方式變化的影響。距離保護第、段其保護范圍伸到相鄰線路上，在相鄰