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第4章 反映故障分量的线路保护 一、 反映故障分量的继电保护基本原理 （三）利用故障分量的方向元件 二、 工频变化量方向元件 三、 工频变化量距离保护 * * 第一节 反映故障分量的继电保护基本原理 故障信息 故障信息的提取 利用故障分量的方向元件 故障分量的特征 死区问题 第二节 工频变化量方向元件 综合工频变化量 工频变化量方向元件的判据 工频变化量正方向元件在大电源侧的灵敏度问题 第三节 工频变化量距离保护 工频变化量距离元件的基本原理 工频变化量距离元件的动作特性 经过渡电阻故障时工频变化量距离元件动作特性 由电工学知识可知，在线性电路的假设的前提下，可用叠加原理来研究故障的特性。因为故障信息在非故障状态下不存在，仅在电力系统发生故障时才出现，所以可以将电力网络内发生的故障视为非故障状态与故障附加状态的叠加。 (一） 故障信息 1、故障状态的叠加原理 发生短路故障时，可在短路复合序网的故障支路中引入幅值和相位相等、但反向串联连接的两个电压源。两个电压源在数值上等于短路前K1点的开路电压 ，根据叠加原理可将图4.1（a）分解为图4.1（b）和图4.1（c）两个状态的叠加。附加状态中的附加电势又可称为故障点的工频电压变化量；由附加电势产生的电流，称为工频电流变化量。附加电势 和工频电流 就是故障点的故障信息。 以中性点直接接地系统线路为例，如图4.2（a）所示，为一双电源输电线路在K1点短路的示意图，图4.2（b）是该系统在短路前的状态图，图4.2 （c）是在K1点发生故障时的故障附加状态网络图。 2、附加状态的故障信息 故障点的附加电势为 ，由故障点K1看进去，内部的电势均为零所以，在正向短路时，附加电势 是加在M 端系统阻抗 和线路阻抗ZK 上，在M 端母线上产生一个附加电压 ，并在线 路上产生了相应的工频电流变化量 。附加电压 和工频电流变化量 就是M 点保护安装处的故障信息。显然，故障附加状态中所出现的 和 只包含故障信息，它们与故障前的负荷状态的电压、电流无关。 1、消除非故障分量法 根据叠加原理，电力系统网络故障可以看做故障前的非故障状态与故障瞬时的附加状态叠加。 原理上，在发生短路时，由保护装置的实测故障时的电压 减去非故障状态下的电压（ ）就可以得到电压的故障分 量 ，用 表示。 对于快速保护，可以认为电压中非故障分量等于其故障前电气量。因此，可以将故障前的电压先储存起来，然后从故障时测量得到的相应量中减去已储存的有关部分，就可以得到故障分量。 （二）故障信息的提取 对于非快速保护，就要考虑其他一系列有关因素的影响。例如，故障发生后发电机励磁调节器的作用、发电机的干扰、系统的振荡、负荷的变化等。 2、故障特征检出法 对称分量法的基本原理： 在正常工作状态下的电压和电流特征是正序分量的电压和电流； 接地短路时会出现零序分量的电压、电流； 不对称短路时会出现负序电压、电流。 负序分量包含有故障信息，它可用于检出故障。在保护技术中得到广泛应用，其缺点是不能反映三相短路。 在各种类型故障中都包含有正序分量，因此，正序分量中也包含有故障信息，这一特殊的性质也应当用于检出故障。 各种对称和不对称短路时都会出现正序分量，而在消除正常运行分量后，正序分量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征，即正序分量中包含有更丰富的故障信息。 故障信息中除了工频分量信息外，还有高频分量信息。 如图4.2 （c）中的 、 就是故障时的工频分量正序故障信息。通常用零序分量反映接地短路的故障分量，用正序和负序分量的电压或电流的综合分量反映相间短路的故障分量。在用正序、负序综 合分量表示时，可写成 和 。工频变化量方向保护的电压、 电流综合故障分量就是用 和 综合方式表 示的，其目的是为了提高不对称短路的灵敏度。 3、门槛法和浮动门槛法 门槛法：是以同一种电气量的某定值为门槛检出故障的，当电流增大、电压降低或阻抗降低。而越过固定门槛值时，