電力系統(tǒng)零序電流保護原理及基于單片機的實現(xiàn)方法研究

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文結(jié)合零序電流和單片機的各自優(yōu)點，主在闡述和論證電力系統(tǒng)零序電流保護原理及基于單片機的實現(xiàn)。</p><p>　　由于微機具有優(yōu)越存儲能力，可以方便地得到保護需要的故障分量并準確地予以保持，這是模擬式保護裝置難以達到的。同時微機的強大運算能力，可以實現(xiàn)一些以往模擬式保護裝置無法實現(xiàn)的復(fù)雜保護動作特性

2、、自適應(yīng)性的定值或特性改變以及良好的自檢功能。同常規(guī)繼電保護相比，微機繼電保護更加靈活和智能。微機繼電保護已經(jīng)成為繼電保護發(fā)展的一支主流。</p><p>　　零序電流保護屬于小接地電流系統(tǒng)的保護方式, 它利用系統(tǒng)發(fā)生故障時零序電流比正常運行時大的特點, 來實現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號或瞬時切斷主回路電源, 避免事故的發(fā)生。零序電流可以通過對稱分量法求得，實際應(yīng)用時可用電流互感器測得所需分量。</p>&

3、lt;p>　　關(guān)鍵詞： 微機繼電保護，零序電流，單片機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, combined with the advantages of the zero-sequence current and microcontroller ,this design focuses on

4、 explain and demonstrate the power system zero-sequence current protection principles and microcontroller-based realization method.</p><p>　　With Superior storage capacity, the microprocessor can easily get

5、 the protection needs of the fault component and accurately be maintained. This is the analog protection devices difficult to achieve. And with powerful computing capability of the microprocessor, you can achieve some co

6、mplex protection action such as self-adaptive fixed value or features changed, as well as good self-check function which can not be achieved in the past, analog protection device .Compared with the conventional </p

7、><p>　　Zero-sequence current protection is the protection of the small ground current system. It uses the characteristic of zero sequence current of the failure system bigger than normal operation. To achieve t

8、hat send signal or instantaneous cut off the main circuit power supply selectively in order to avoid accidents. Zero sequence current can be obtained by symmetrical component method, It can be measured by the current tra

9、nsformer in practical applications.</p><p>　　Keywords: microcomputer relay protection, zero-sequence current, microcontroller.</p><p><b>　　目 錄&l

10、t;/b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　1 繼電保護簡介5</p><p><b>　　1.1引 言5</b></p><p>　　1.2 課題的研究背景和意義5</p>

11、;<p>　　1.4 微機繼電保護的發(fā)展史8</p><p>　　1.5 課題的研究現(xiàn)狀9</p><p>　　1.5.1 國內(nèi)繼電保護現(xiàn)狀9</p><p>　　1.5.2 國外繼電保護現(xiàn)狀10</p><p>　　1.6 課題的發(fā)展前景10</p><p>　　1.6.1 計算機化11&l

12、t;/p><p>　　1.6.2網(wǎng)絡(luò)化11</p><p>　　1.6.3 智能化11</p><p>　　1.6.4 保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信體化12</p><p>　　1.7零序電流繼電保護12</p><p>　　2 電力系統(tǒng)繼電保護13</p><p>　　2.1 電力系統(tǒng)及其

13、基本組成13</p><p>　　2.2 電力系統(tǒng)繼電保護14</p><p>　　2.2.1 電力系統(tǒng)繼電保護概況14</p><p>　　2.2.2 繼電保護的基本原理14</p><p>　　2.2.3 繼電保護裝置的構(gòu)成15</p><p>　　2.2.4 繼電保護的保護回路16</p>

14、<p>　　2.2.5 繼電保護的基本要求16</p><p>　　2.3 電力系統(tǒng)的相序18</p><p>　　2.3.1 電力系統(tǒng)的正序、負序和零序18</p><p>　　2.3.2 電力系統(tǒng)中故障和相序之間的關(guān)系18</p><p>　　2.3.3 零序的向量求解方法19</p><p&g

15、t;　　3 電力系統(tǒng)零序電流保護20</p><p>　　3.1 零序電流簡介20</p><p>　　3.2零序電流產(chǎn)生的原因20</p><p>　　3.3 零序電流保護簡介20</p><p>　　3.4 零序電流保護的特點21</p><p>　　3.5零序電流保護的原則21</p>

16、<p>　　3.6　零序電流保護的原理22</p><p>　　3.7 零序電流的獲得22</p><p>　　3.7.1 對稱分量法22</p><p>　　3.7.2對稱分量法原理23</p><p>　　3.7.3 零序電流的測量24</p><p>　　3.7.4 電流互感器24</

17、p><p><b>　　4 單片機26</b></p><p>　　4.1 單片機STC12C5A60S2的簡介26</p><p>　　4.2 單片機的A/D轉(zhuǎn)換28</p><p>　　4.2.1 AD轉(zhuǎn)換簡介28</p><p>　　4.2.2 AD轉(zhuǎn)換試驗測試程序29</p&

18、gt;<p>　　4.3 單片機的時間中斷30</p><p>　　4.3.1 時間中斷的工作模式31</p><p>　　4.3.2 中斷服務(wù)試驗程序32</p><p>　　4.4單片機最小系統(tǒng)32</p><p>　　5 基于單片機的零序電流保護的實現(xiàn)35</p><p>　　5.1 基于

19、單片機的零序電流保護構(gòu)成通道35</p><p>　　5.1.1 概述35</p><p>　　5.1.2單片機數(shù)據(jù)采集構(gòu)成通道35</p><p>　　5.1.3 開關(guān)量輸出電路36</p><p>　　5.1.4 系統(tǒng)顯示構(gòu)成通道37</p><p>　　5.2 基于單片機的零序電流保護軟件部分43&

20、lt;/p><p>　　5.3 基于單片機的零序保護的程序流程圖43</p><p>　　5.3.1 程序主程序流程圖43</p><p>　　5.3.2中斷子程序流程圖44</p><p>　　5.3.3系統(tǒng)程序如下：44</p><p><b>　　總 結(jié)51</b></p&

21、gt;<p><b>　　參考文獻52</b></p><p><b>　　致 謝53</b></p><p><b>　　1 繼電保護簡介</b></p><p><b>　　1.1引 言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的飛速

22、發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷注入了新的活力。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。從20世紀90年代開始我國繼電保護技術(shù)已進入了微機保護的時代。</p><p>　　零序電流保護由于其自身固有的優(yōu)點，受到很大的關(guān)注，在微機繼電保護的時代趨勢下，對于零序電流保護微機化的研究和論證已經(jīng)顯得十分必要。在中性點直接接地

23、的電網(wǎng)中，接地故障占故障總次數(shù)的絕大多數(shù)，一般在90%以上。線路的電壓等級愈高，所占的百分比愈大。母線故障、變壓器差動保護范圍內(nèi)高壓配電裝置故障的情況也類似，一般也約占70%到80%。明顯可見，接地保護是高壓電網(wǎng)中最重要的一種保護。因此合理配置與正確使用零序保護裝置，是保障電網(wǎng)安全運行地重要條件。</p><p>　　1.2 課題的研究背景和意義</p><p>　　繼電保護一詞泛指繼電保

24、護技術(shù)和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)，包括繼電保護的原理設(shè)計、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過繼電保護裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備，如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設(shè)備。</p><p>　　電力系統(tǒng)運行中常會出現(xiàn)故障和一些異常運行狀態(tài)，而這些現(xiàn)象會發(fā)展成事故，使整個系統(tǒng)或其中一部分不能正常工作，從而造成對用戶少送電、停止送電或電能質(zhì)量降到不能容

25、許的地步，甚至造成設(shè)備損壞和人員傷亡。而電力系統(tǒng)各元件之間是通過電或磁建立的聯(lián)系，任何一元件發(fā)生故障時，都可能立即在不同程度上影響到系統(tǒng)的正常運行。因此，切除故障元件的時間常常要求短到1/10s甚至更短。而這個任務(wù)靠人完成是不可能的，所以要有一套自動裝置來執(zhí)行這一任務(wù)。繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)），還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元

26、與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確，大大得提高了繼電保護的保護性能和可靠性。</p><p>　　隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)在正常運行、故障期間以及故障后的恢復(fù)過程中，許多控制操作日趨高度自動化。這些控制操作的技術(shù)與裝備大致可以分為二大類：</p><p&

27、gt;　　其一是為了保證電力系統(tǒng)正常運行的經(jīng)濟性和電能質(zhì)量的自動化技術(shù)和裝備，主要進行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動調(diào)節(jié)，動作速度相對遲緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對象，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)自動化（控制）”；</p><p>　　其二是當(dāng)電網(wǎng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障，出現(xiàn)影響安全運行的異常情況時，自動切除故障設(shè)備和消除異常情況的技術(shù)與裝備，其特點是動作速度快，其性質(zhì)是非調(diào)節(jié)性的，這就是通常理解的

28、“電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置”。</p><p>　　在大電流接地系統(tǒng)（中性點直接接地）中，發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流很大，就有零序電流、零序電壓和零序功率出現(xiàn)，利用這些電量構(gòu)成保護接地短路的繼電保護裝置，統(tǒng)稱為零序保護。三相星形接線的過電流保護雖然也能保護接地短路，但其靈敏度較低，保護時限較長。采用時序保護就可以克服這些不足。</p><p>　　1.3 電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展簡

29、史</p><p>　　繼電保護是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20世紀初隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護，這時期是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開端。最早的繼電保護裝置是熔斷器。從20世紀50年代到90年代末，在40余年的時間里，繼電保護完成了發(fā)展的4個階段，即從電磁式保護裝置到晶體管式繼電保護裝置、到集成電路繼電保護裝置、再到微機繼電保護裝置。</p><p>　　電力系統(tǒng)

30、發(fā)生短路時不可避免的，伴隨著短路，則電流增大。為避免發(fā)電機被燒壞，最早采用熔斷器串聯(lián)于供電線路中，當(dāng)發(fā)生短路時，短路電流首先熔斷熔斷器，斷開短路的設(shè)備，保護發(fā)電機。這種保護方式，由于簡單，時至今日仍廣泛應(yīng)用于低壓線路和用電設(shè)備。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設(shè)備的功率、發(fā)電機的容量增大，電網(wǎng)的接線日益復(fù)雜，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于1890年后出現(xiàn)了直接裝于熔斷器上反應(yīng)一次電流的電磁型過電流繼電器。19世紀初，繼電器才廣泛應(yīng)用于

31、電力系統(tǒng)保護，被認為是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開端。</p><p>　　1901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器。1908年提出了比較被保護元件二端電流的電流差動保護原理。1910年方向性電流保護開始應(yīng)用，并出現(xiàn)了將電流與電壓相比較的保護原理，導(dǎo)致了1920年后距離保護裝置的出現(xiàn)。隨著電力線載波技術(shù)的發(fā)展，在1927年前后，出現(xiàn)了利用高壓輸電線載波傳送輸電線路二端功率方向后電流相位的高頻保護裝置。在1950年前后誕生了行波

32、保護裝置。1980年左右反應(yīng)工頻故障分量（或稱工頻突變量）原理的保護被大量研究，1990年后該原理的保護裝置被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　與此同時，隨著材料、器件、制造技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，繼電保護裝置的結(jié)構(gòu)、型式和制造工藝也發(fā)生著巨大的變化，經(jīng)歷了機電式保護裝置、靜態(tài)繼電保護裝置和數(shù)字式繼電保護裝置三個發(fā)展階段。</p><p>　　機電式保護裝置由具有機械轉(zhuǎn)動部件帶動觸點開、合的機

33、電式繼電器如電磁型、感應(yīng)型和電動型繼電器所組成，由于其工作比較可靠不需要外加工作電源，抗干擾性能好，使用了相當(dāng)長的時間，特別是單個繼電器目前仍在電力系統(tǒng)中廣泛使用。但這種保護裝置體積大、動作速度慢、觸點易磨損和粘連，難于滿足超高壓、大容量電力系統(tǒng)的需要。</p><p>　　20世紀50年代，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管式繼電保護裝置。這種保護裝置體積小、動作速度快、無機械轉(zhuǎn)動部分、無觸點。經(jīng)過20余年的研究和

34、實踐，晶體管式保護裝置的抗干擾問題從理論和實踐上得到滿意的解決。20世紀70年代，晶體管式保護裝置在我國被大量采用。集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以講眾多的晶體管集成在一塊芯片上，從而出現(xiàn)了體積更小、工作更可靠的集成電路保護。20世紀80年代后期，靜態(tài)繼電保護裝置由晶體管向集成電路式過渡，成為靜態(tài)繼電器的主要形式。</p><p>　　20世紀60年代末，已有了用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設(shè)想，但由于小型計算機當(dāng)時價格昂貴

35、，難于實際采用。由此，開始了對繼電保護計算機算法的大量研究，為后來的微型計算機式保護的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展和價格的急劇下降，在20世紀70年代后期，出現(xiàn)了性能比較完善的微機保護樣機并投入系統(tǒng)試運行。20世紀80年代，微機保護在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面已趨成熟。進入90年代，微機保護已在我國大量應(yīng)用，主運算器由8位機、16位機，發(fā)展到目前的32位機；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理器件由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、電壓頻率轉(zhuǎn)換器（VFC）

36、，發(fā)展到數(shù)字處理器（DSP）。這種由計算機構(gòu)成的繼電保護稱為數(shù)字式繼電保護。這種保護可用相同的硬件實現(xiàn)不同原理的保護，使制造大為簡化，生產(chǎn)標準化、批量化，硬件可靠性高；具有強大的存儲、記憶和運算能力，可以實現(xiàn)復(fù)雜原理的保護，為新原理保護的發(fā)展提供了實現(xiàn)條件；</p><p>　　隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼

37、電保護技術(shù)向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展。</p><p>　　19世紀的最后25年里，作為最早的繼電保護裝置熔斷器已開始應(yīng)用。電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，短路容量不斷增大，到20世紀初期產(chǎn)生了作用于斷路器的電磁型繼電保護裝置。雖然在1928年電子器件已開始被應(yīng)用于保護裝置，但電子型靜態(tài)繼電器的大量推廣和生產(chǎn)，只是在50年代晶體管和其它固態(tài)元器件迅速發(fā)展之后才得以實現(xiàn)。靜態(tài)繼電器有較高的靈敏度和

38、動作速度、維護簡單、壽命長、體積小、消耗功率小等優(yōu)點，但較易受環(huán)境溫度和外界干擾的影響。1965年出現(xiàn)了應(yīng)用計算機的數(shù)字式繼電保護。大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,微處理機和微型計算機的普遍應(yīng)用,極大地推動了數(shù)字式繼電保護技術(shù)的開發(fā)，目前微機數(shù)字保護正處于日新月異的研究試驗階段，并已有少量裝置正式運行。</p><p>　　目前隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護裝置，遠不能防止發(fā)生全

39、電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護裝置的動作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定時將出現(xiàn)何種特征，如何盡快恢復(fù)其正常運行等。系統(tǒng)保護的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運行被破壞時，盡可能將其影響范圍限制到最小，負荷停電時間減到最短。此外，機、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全生產(chǎn)，特別是大機組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。因此，系統(tǒng)的繼電保護和安全自動裝置的

40、配置方案應(yīng)考慮機、爐等設(shè)備的承變能力，機、爐設(shè)備的設(shè)計制造也應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的實際需要。為了巨型發(fā)電機組的安全，不僅應(yīng)有完善的繼電保護，還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測技術(shù)。</p><p>　　1.4 微機繼電保護的發(fā)展史</p><p>　　微機繼電保護指的是以數(shù)字式計算機（包括微型機）為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護。它起源于20世紀60年代中后期，是在英國、澳大利亞和美國的一些學(xué)者的倡導(dǎo)

41、下開始進行研究的。60年代中期，有人提出用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設(shè)想，但是由于當(dāng)時計算機的價格昂貴，同時也無法滿足高速繼電保護的技術(shù)要求，因此沒有在保護方面取得實際應(yīng)用，但由此開始了對計算機繼電保護理論計算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究，為后來的繼電保護發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。計算機技術(shù)在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計算機進入了實用階段。價格的大幅度下降，可靠性、運算速度的大幅度提高，促使

42、計算機繼電保護的研究出現(xiàn)了高潮。在70年代后期，出現(xiàn)了比較完善的微機保護樣機，并投入到電力系統(tǒng)中試運行。80年代，微機保護在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟，并已在一些國家推廣應(yīng)用。90年代，電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)發(fā)展到了微機保護時代，它是繼電保護技術(shù)發(fā)展歷史過程中的第四代。</p><p>　　我國的微機保護研究起步于20世紀70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國繼電保護工作者的努力，進展卻很快。經(jīng)過

43、10年左右的奮斗，到了80年代末，計算機繼電保護，特別是輸電線路微機保護已達到了大量實用的程度。我國對計算機繼電保護的研究過程中，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。從70年代開始，華中　理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國繼電保護發(fā)展史上的新一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在

44、主設(shè)備保護方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)電機－變壓器組保護也相繼于1989年、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993年、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設(shè)備保護各具特色，為電&

45、lt;/p><p>　　1.5 課題的研究現(xiàn)狀</p><p>　　中國的電力系統(tǒng)的發(fā)展是隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷發(fā)生形式和內(nèi)容上的變革，在過去的50余年的時間里完成了機電式繼電保護、晶體管繼電保護、集成電路保護和微機繼電保護四個歷史階段，微機繼電保護技術(shù)的成熟與發(fā)展是近三十年來繼電保護領(lǐng)域最顯著的進展。微機保護具有自檢功能，強大的綜合邏輯處理能力、數(shù)值計算能力和記憶

46、能力，并目具備很強的數(shù)字通信能力，這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。日前，高壓線路、低壓網(wǎng)絡(luò)、各種主電氣設(shè)備都有相應(yīng)的微機保護裝置在系統(tǒng)中運行，并得到廣泛應(yīng)用。到2003年底，220kV以上電力系統(tǒng)的微機保護己占到百分之70.29，線路的微機化率達到百分之97.6。實際運行中，微機保護的正確動作率要明顯高于其它保護，一般比平均正常動作率高0.2 到0.3個百分點。國產(chǎn)微機保護經(jīng)過多年的實際運行，依靠先進的原理和技術(shù)及良好的

47、工藝己全面超越進口保護。經(jīng)過長期的研究和實踐，現(xiàn)在人們己普遍認可了微機保護在電網(wǎng)中無可替代的優(yōu)勢。 </p><p>　　1.5.1 國內(nèi)繼電保護現(xiàn)狀</p><p>　　電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入新的活力，因此，繼電保護技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。建國后，我國繼電

48、保護學(xué)科、繼電保護設(shè)計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術(shù)隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。20世紀50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設(shè)備性能和運行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術(shù)隊伍，對全國繼電保護技術(shù)隊伍的建立和成長起到了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進消化了當(dāng)時國外先進的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在20世紀60年代

49、中期我國己建成了繼電保護研究、設(shè)計、制造、運行和教學(xué)的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。20世紀50年代末，晶體管繼電保護己開始研究。20世紀60年代中期到20世紀80年代中期是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代，其中天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500 kV晶體管方向高頻保護和南京</p><p>　　到90年代，隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件

50、、算法等方而也取得了很多理論成果，此時，我國繼電保護技術(shù)進入了微機保護的時代。</p><p>　　1.5.2 國外繼電保護現(xiàn)狀</p><p>　　國外的繼電保護已經(jīng)走過了一個多世紀的歷程。上世紀90年代，隨著微機保護的發(fā)展，不斷有新的改善繼電保護性能的原理和方案出現(xiàn)，這些原理和方案同時也對微機保護裝置硬件提出了更高的要求由于集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，微機保護裝置硬件的發(fā)展也十分迅

51、速，結(jié)構(gòu)更加合理，性能更加完善。近年來，與微機保護領(lǐng)域密切相關(guān)的其它領(lǐng)域的飛速發(fā)展給微機保護帶來了全新的革命。國外微機保護發(fā)展了近15年，經(jīng)歷了三代保護設(shè)計上的更新?lián)Q代，并以微處理器技術(shù)與多種已被提出并被可靠證明和廣泛應(yīng)用的算法相結(jié)合為基礎(chǔ)，不斷為新型微機保護的開發(fā)和完善創(chuàng)造著良好的實現(xiàn)條件。</p><p>　　1.6 課題的發(fā)展前景</p><p>　　繼電保護技術(shù)末來將向計算機化、網(wǎng)

52、絡(luò)化、智能化、保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化方向發(fā)展。</p><p>　　1.6.1 計算機化</p><p>　　隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展，原華北電力學(xué)院研制的微機線路保護硬件己經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機保護問世，不到5年時間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機保護也

53、是從8位CPU發(fā)展到以工控機核心部分為基礎(chǔ)的32位微機保護。繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚需進行深入地研究。</p><p><b>　　1.6.2網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p>　　計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具己成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類

54、生產(chǎn)和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化，它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應(yīng)保護安裝處的電氣量，繼電保護的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍，這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早己提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當(dāng)時主要指安全自動裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這

55、就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。</p><p>　　顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化，這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。</p><p>　　由上述可知，微機保護裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護性能和可靠性，

56、這是微機保護發(fā)展的必然趨勢。</p><p><b>　　1.6.3 智能化</b></p><p>　　近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也己開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則叫迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢

57、角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動，如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力，將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護的研究，己取得初步成果。</p><p>　　可以預(yù)

58、見，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。</p><p>　　1.6.4 保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信體化</p><p>　　在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端，它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)

59、絡(luò)控制中心或任一終端。</p><p>　　因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信的功能，亦即實現(xiàn)保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。</p><p>　　建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)經(jīng)歷了4個時代，隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)而臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢為計算機化

60、、網(wǎng)絡(luò)化；保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動的廣闊天地。</p><p>　　1.7零序電流繼電保護</p><p>　　零序電流繼電保護由于其本身固有的特點，即繼電保護的整定值較小的特點，在電力系統(tǒng)繼電保護中占有很重要的位置。</p><p>　　2 電力系統(tǒng)繼電保護</p><p&g

61、t;　　2.1 電力系統(tǒng)及其基本組成</p><p>　　電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶組成的整體，是將一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的一個統(tǒng)一系統(tǒng)。如圖2.1所示。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱為電網(wǎng)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。</p><p>　　圖2.1 電力系統(tǒng)的組成部分</p><p>　　發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過電網(wǎng)將電能輸送和分配到電力用

62、戶的用電設(shè)備，從而完成電能從生產(chǎn)到使用的整個過程。電力系統(tǒng)還包括保證其安全可靠運行的繼電保護裝置、安全自動裝置、調(diào)度自動化系統(tǒng)和電力通信等相應(yīng)的輔助系統(tǒng)（一般稱為二次系統(tǒng)）。</p><p>　　輸電是電力系統(tǒng)中的主要網(wǎng)絡(luò)（簡稱主網(wǎng)），起到電力系統(tǒng)骨架的作用，所以又可稱為網(wǎng)架。在一個現(xiàn)代電力系統(tǒng)中既有超高壓交流輸電，又有超高壓直流輸電。這種輸電系統(tǒng)通常稱為交、直流混合輸電系統(tǒng)。</p><p&

63、gt;　　配電網(wǎng)是將電能從樞紐變電站直接分配到用戶區(qū)或用戶的電網(wǎng)，它的作用是將電力分配到配電變電站后再向用戶供電，也有一部分電力不經(jīng)配電變電站，直接分配到大用戶，由于大用戶的配電裝置進行配電。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)按電壓等級的高低分層，按負荷密度的地域分區(qū)。不同容量的發(fā)電廠和用戶應(yīng)分別接入不同電壓等級的電網(wǎng)。大容量主力電廠應(yīng)接入主網(wǎng)，較大容量的電廠應(yīng)接入較高壓的電網(wǎng)，容量較小的可接入較低電壓的電

64、網(wǎng)。</p><p>　　配電網(wǎng)應(yīng)按地區(qū)劃分，一個配電網(wǎng)擔(dān)任分配一個地區(qū)的電力及向該地區(qū)供電的任務(wù)。因此，它不應(yīng)當(dāng)與鄰近的地區(qū)配電網(wǎng)直接進行橫向聯(lián)系，若要聯(lián)系應(yīng)通過高一級電網(wǎng)發(fā)生橫向聯(lián)系。配電網(wǎng)之間通過輸電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系。不同電壓等級電網(wǎng)的縱向聯(lián)系通過輸電網(wǎng)逐級降壓形成。不同電壓等級的電網(wǎng)要避免電磁環(huán)網(wǎng)。</p><p>　　電力系統(tǒng)之間通過輸電線連接，形成互聯(lián)電力系統(tǒng)。連接兩個電力系統(tǒng)的輸電

65、線稱為聯(lián)絡(luò)線。</p><p>　　2.2 電力系統(tǒng)繼電保護</p><p>　　2.2.1 電力系統(tǒng)繼電保護概況</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護（Power System Protection）一詞泛指繼電保護技術(shù)和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)，包括繼電保護的原理設(shè)計、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過繼電保

66、護裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備，如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設(shè)備。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)是：自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正常運行；反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信息或跳閘。此時一般不要求迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免短暫的運行

67、波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。</p><p>　　2.2.2 繼電保護的基本原理</p><p>　　要完成電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)，首先必須“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障三種運行狀態(tài)，“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。而要進行“區(qū)分和甄別”，必須尋找電力元件在這三種運行狀態(tài)下的可測參數(shù)（繼電保護主要測電氣量）的“差異”，提取和利用這些可測可測參數(shù)的“差異”，實現(xiàn)對正常

68、、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分”。依據(jù)可測電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓和電流的比值即“測量阻抗”等。發(fā)現(xiàn)并正確利用能可靠區(qū)分三種運行狀態(tài)的可測參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護原理。</p><p>　　對于我國常用的110kV及以下單側(cè)電源供電網(wǎng)

69、絡(luò)（如圖2.2和圖2.3所示），在正常運行時，每條線路上都流過由它供電的負荷電流,越靠近電源端，負荷電流越大。如果在線路B-C上發(fā)生三相短路，從電源到短路點之間將流過很大的短路電流。利用流過被保護元件中電流幅值的增大，可以構(gòu)成過電流保護。</p><p>　　圖2.2 正常運行情況下的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)接線</p><p>　　圖2.3 三相短路情況下的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)接線</p>

70、;<p>　　正常運行時，各變電所母線上的電壓一般都在額定電壓的范圍內(nèi)變化，且靠近電源端母線上的電壓略高。短路后，各變電所母線電壓有不同程度的降低，離短路點越近，電壓降得越低，短路點的相間或?qū)Φ仉妷航档偷搅?。利用短路時電壓幅值的降低，可以構(gòu)成低電壓保護。</p><p>　　同樣，在正常運行時，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負荷的等值阻抗及負荷阻抗角（功率因數(shù)角）其數(shù)值一般較大，阻抗角

71、較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測量點到短路點之間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時一般正比于該線路段的距離（長度），阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構(gòu)成距離（低阻抗）保護。</p><p>　　如果發(fā)生的不是三相對稱短路，而是不對稱短路，則在供電網(wǎng)絡(luò)中會出現(xiàn)某些不對稱分量，如負序或零序電壓和電流等，并且其幅值較大。而在正常運行時系統(tǒng)對稱，負序和零序分量

72、不會出現(xiàn)。利用這些序分量構(gòu)成的保護，一般都具有良好的選擇性和靈敏性，獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2.3 繼電保護裝置的構(gòu)成</p><p>　　一般繼電保護裝置由測量比較元件、邏輯判斷元件和執(zhí)行輸出元件三部分組成。如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 繼電保護原理圖</p><p>　　測量比較元件用于測量通過被保

73、護電力元件的物理參量，并與其給定的值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。根據(jù)需要繼電保護裝置往往有一個或多個測量比較元件。常用的測量比較元件：被測電氣量超過給定值動作的過量繼電器，如過電流繼電器、過電壓繼電器、高周波繼電器等；被測電氣量低于給定值動作的欠量繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器、低周波繼電器等；被測電壓、電流之間相位角滿足一定值而動作的功率方向繼電器等

74、。</p><p>　　邏輯判斷元件根據(jù)測量比較元件輸出邏輯信號的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時間等，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或不動作，并將對應(yīng)的指令傳達給執(zhí)行輸出部分。</p><p>　　執(zhí)行輸出元件根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應(yīng)的動作信息，發(fā)出警報或不動作。</p><p>　　

75、2.2.4 繼電保護的保護回路</p><p>　　要完成繼電保護的任務(wù)，除需要繼電保護裝置外，必須通過可靠的繼電保護工作回路的正確工作，才能最后完成跳開故障元件的斷路器、對系統(tǒng)或電力元件的不正常運行狀態(tài)發(fā)出警報、正常運行時不工作的任務(wù)。</p><p>　　在繼電保護的工作回路中一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性地傳變?yōu)檫m合繼電保護等二次設(shè)備使用的電流、電壓，并使一次設(shè)備與二次

76、設(shè)備隔離的設(shè)備，如電流、電壓互感器及其與保護裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護裝置出口間的連接電纜，指示保護裝置動作情況的信號設(shè)備；保護裝置及跳閘、信號回路設(shè)備的工作電纜等。</p><p>　　2.2.5 繼電保護的基本要求</p><p>　　動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即可靠性（安全性和信賴性）、選擇性、速動性和靈敏性。這幾個要求之間，緊密聯(lián)系，既矛盾

77、又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力元件的繼電保護，充分發(fā)揮和利用繼電保護的科學(xué)性、工程技術(shù)性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性發(fā)揮最大效能。 </p><p><b>　　可靠性</b></p><p>　　可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護性能的最根本要求。所謂安全性，是要求繼電保護在不

78、需要它動作時可靠不工作，即不發(fā)生誤動作。所謂信賴性，是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作。</p><p>　　安全性和信賴性主要取決于保護裝置本身的制造質(zhì)量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成元件質(zhì)量越高、回路接線越簡單，保護的工作越可靠。同時，正確地調(diào)試、整定，良好地運行維護以及豐富的運行經(jīng)驗，對于提高保護的可靠性具有重要的作用。</p&

79、gt;<p>　　繼電保護的誤動作和拒絕動作都會給電力系統(tǒng)造成嚴重危害。然后，提高不誤動作的安全性措施與提高不拒動的信賴性措施往往是矛盾的。由于不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在電力系統(tǒng)中的位置不同，誤動和拒動的危害程度不同，因而提高保護安全性和信賴性的側(cè)重點在不同情況下有所不同。</p><p><b>　　選擇性</b></p><p>　　繼電保護

80、的選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區(qū)間內(nèi)將故障從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。它包含兩種意思：其一是只應(yīng)由安裝在故障元件上的保護裝置動作切除故障；其二是要力爭相鄰元件的保護裝置對它起后備保護作用</p><p>　　對于選擇性，除利用一定的延時使本線路的后備保護與主保護正確配合外，還必須注意相鄰元件后備保護之間的正確配合。其一是上級元件后備保護的靈敏度要低于下級元件后備保護

81、的靈敏度；其二是上級元件后備保護的動作時間要大于下級元件后備保護的動作時間。在短路電流水平較低、保護處于動作邊緣情況下，此兩條件缺一不可。</p><p><b>　　速動性</b></p><p>　　繼電保護的速動性是指盡可能快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要

82、求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價格比較昂貴，對大量的中、低壓電力元件，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性的要求應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護元件的具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。</p><p>　　一些必須快速切除的故障有：</p><p>　　使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值；</p><p>　　大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部發(fā)生的故障；&l

83、t;/p><p>　　中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除故障；</p><p>　　可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或鐵路信號系統(tǒng)有強烈干擾的故障。</p><p>　　在高壓電網(wǎng)中，維持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性往往成為繼電保護快速性要求的決定性因素，故障切除越快，暫態(tài)穩(wěn)定極限（維持故障切除后系統(tǒng)的穩(wěn)定性所允許的故障前輸送功率）越高，越能發(fā)揮電網(wǎng)的輸電效能。&l

84、t;/p><p>　　故障切除時間等于保護裝置和斷路器動作時間的總和，一般的快速保護的動作時間為0.06到0.12秒，最快可達0.01到0.04秒，一般的斷路器的動作時間為0.06到0.15秒，最快的可達0.02到0.06秒。</p><p><b>　　靈敏度</b></p><p>　　繼電保護的靈敏度，是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行

85、狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應(yīng)該是在規(guī)定的保護范圍內(nèi)部故障時，在系統(tǒng)任意的運行條件下，無論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，當(dāng)發(fā)生短路時都能敏銳感覺、正確反應(yīng)。靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。在GB14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》中，對各類保護的靈敏系數(shù)的要求做了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.2到2之間。</p&

86、gt;<p>　　2.3 電力系統(tǒng)的相序</p><p>　　2.3.1 電力系統(tǒng)的正序、負序和零序</p><p>　　電力系統(tǒng)的相序分為正序、負序和零序。</p><p>　　當(dāng)前世界上的交流電力系統(tǒng)一般都是ABC三相的，而電力系統(tǒng)的正序，負序，零序分量便是根據(jù)ABC三相的順序來定的。 </p><p>　　正序：各自與AB

87、C各相的方向相同</p><p>　　負序：各自與ABC各相的方向相反 </p><p>　　零序：各個零序分量的方向是相同的</p><p>　　2.3.2 電力系統(tǒng)中故障和相序之間的關(guān)系</p><p>　　三相短路故障和正常運行時，系統(tǒng)里面只存在正序分量。 </p><p>　　單相接地故障時候，系統(tǒng)有正序負序

88、和零序分量。 </p><p>　　兩相短路故障時候，系統(tǒng)有正序和負序分量。</p><p>　　兩相短路接地故障時，系統(tǒng)有正序負序和零序分量。</p><p>　　正序、負序和零序的出現(xiàn)時為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正序、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出正序、負序和零序三個分量。對于理想的電力系統(tǒng)，

89、由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都是零（這就是在正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量（有時只有其中的一種），因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出了故障，特別是單相接地時的零序分量。</p><p>　　2.3.3 零序的向量求解方法</p><p>　　將A、B、C三個向量相加求和。即A相不動，B相

90、的原點平移到A相的頂端（箭頭處），B相只是平移，不能轉(zhuǎn)動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此時作A相原點到C相頂端的向量（有時是箭頭對箭頭），這個向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分之一，這就是零序分量的幅值，方向和此向量是一樣的。</p><p>　　3 電力系統(tǒng)零序電流保護</p><p>　　3.1 零序電流簡介</p><p>　　零序電流可以看成是

91、在故障點出現(xiàn)一個零序電壓而產(chǎn)生的，它必須經(jīng)過變壓器接地的中性點構(gòu)成回路。對零序電流的方向，仍然采用母線流向故障點為正、而對零序電壓的方向，是線路高于大地的電壓為正。</p><p><b>　　零序分量的特點：</b></p><p>　　系統(tǒng)零序電壓：故障點的零序電壓最高，變壓器中性點接地處為0。</p><p>　　系統(tǒng)零序電流：零序電流的

92、數(shù)值和分布與變壓器中性點接地的多少和位置有關(guān)，而與電源的數(shù)目和位置有關(guān)。 </p><p>　　3.2零序電流產(chǎn)生的原因 </p><p>　　1、無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時和異常時的不對稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生； 　　</p><p>　　2、零序電流有通路。 　　</p><p>　　以上兩個條件缺一不可。因為缺少第一

93、個，就無源泉；缺少第二個，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問題。零序公式:, 。正序、負序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出 現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個分量。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都為零。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量度了，因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量

94、，就可以知道系統(tǒng)出了故障（特別是單相接地時的零序分量）。</p><p>　　3.3 零序電流保護簡介　</p><p>　　利用接地時產(chǎn)生的零序電流使保護動作的裝置，叫零序電流保護。在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器來實現(xiàn)接地保護。將零序電流互感器套地三芯電纜上，電流繼電器接在互感器的二次線圈上，在正常運行或無接地故障時，由于電纜三相電流的向量之和等于零，零序互感器二次線圈的電流也為

95、零（只有很小的不平衡電流），故電流繼電器不動作。當(dāng)發(fā)生接地故障時，零序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流，使電流繼電器動作，以便發(fā)出信號或切除故障。</p><p>　　3.4 零序電流保護的特點　</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　(1)零序過電流保護的靈敏度高，零序過電流保護的動作時限也較相間保護為短；</p

96、><p>　　(2) 零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化的影響要小得多，零序I段的保護范圍較大，也較穩(wěn)定，零序Ⅱ段的靈敏系數(shù)也易于滿足要求；</p><p>　　(3)當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生某些不正常運行狀態(tài)時，例如系統(tǒng)振蕩，短時過負荷等、三相是對稱的，相間短路的電流保護均將受它們的影響而可能誤動作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保護則不受它們的影響；</p><p>　　(

97、4)零序功率方向元件無死區(qū)。</p><p>　　在中性點直接接地的電網(wǎng)中，由于零序電流保護簡單、經(jīng)濟、可靠，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　零序電流保護的缺點是：</p><p>　　(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(tǒng)運行所提出的要求；</p><p>　　(2)隨著單相重合閘的廣泛應(yīng)用，在重合閘動作

98、的過程中將出現(xiàn)非全相運行狀態(tài)、再考慮系統(tǒng)兩側(cè)的電機發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)較大的零序電流，因而影響零序電流保護的正確工作，此時應(yīng)從整定計算上予以考慮，或在單相重合閘動作過程中使之短時退出運行；</p><p>　　(3)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級的網(wǎng)絡(luò)時(例如110kV和220kV電網(wǎng))、則任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，這將使零序保護的整定配合復(fù)雜化，并將增大第Ⅲ段保護的動作時限。<

99、/p><p>　　3.5零序電流保護的原則　</p><p>　　零序電流保護的優(yōu)點具有簡單、可靠、動作正確率高，受弧光及接地電阻影響小，不受負荷及振蕩影響，有相繼動作的性能，這些優(yōu)點都只能在選擇適當(dāng)合理的運行方式并正確的整定才能得到發(fā)揮。為了用好零序電流保護，提出下列原則：</p><p>　　1.系統(tǒng)變壓器中性點接地運行方式應(yīng)基本保持不變。</p>&

100、lt;p>　　(1)變電所只有一組變壓器，如果是接地運行，則接地點不應(yīng)斷開。</p><p>　　(2)變電所只有二組變壓器，如果不都是自耦變壓器，則應(yīng)只將其中一組變壓器中性點接地。</p><p>　　(3)變電所有二組以上變壓器，應(yīng)經(jīng)常保持中性點接地的變壓器組數(shù)或容量不變。</p><p>　　2.正常使用的整定值應(yīng)按照經(jīng)常出現(xiàn)的運行方式作為依據(jù)。每一個變

101、電所一般只考慮一回線停檢，不考慮同時兩回線停檢。</p><p>　　對一年中僅短時出現(xiàn)的特殊運行方式，如由于變壓器檢修而不能滿足接地點保持不變的要求時，則臨時處理，如停有關(guān)的零序電流保護段或改變定值(有條件的可以多裝一些零序電流保護段以備特殊運行方式時使用)也可使零序電流保護臨時與高頻保護配合等等措施。</p><p>　　3.線路零序阻抗參數(shù)以及三相三柱變壓器的零序阻抗應(yīng)以實測值為依據(jù)

102、。</p><p>　　4.對零序方向元件的使用問題。</p><p>　　為提高零序電流保護動作的可靠性，盡可能不用零序方向，只有在加零序方向后可以使保護范圍或保護相互配合關(guān)系上帶來顯著效果時，才予考慮。</p><p>　　5.適當(dāng)增加零序電流段數(shù)，便于運行中靈活使用(包括運行方式變更時，不必改定值而通過操作壓板處理，作為旁路開關(guān)保護，在代替不同線路時使用比較靈

103、活)，對短線路配合需要增加段數(shù)。</p><p>　　6.變壓器220千伏側(cè)的開關(guān)，應(yīng)根據(jù)需要裝設(shè)防止開關(guān)非全相運行的保護，以避免由于變壓器出現(xiàn)非全相運行使系統(tǒng)零序電流保護誤動作。保護可按開關(guān)三相位置不對應(yīng)且有零序電流時，以較短的時限跳閘。零序電流動作值及時間的整定應(yīng)保證較線路的零序電流保護靈敏。</p><p>　　雙母線的母聯(lián)開關(guān)也應(yīng)根據(jù)需要裝設(shè)上述保護。</p><

104、;p>　　7.如果經(jīng)過制造研究部門及生產(chǎn)使用等部門的共同努力，采取有效措施，使保護的級差時間由原有的0.5秒縮短為0.2～0.3妙，各保護段時間得以相應(yīng)縮短，這樣即使沒有裝設(shè)高頻保護，相當(dāng)一部份線路故障時，也能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。此外，對一些不易整定的短線群，可用適當(dāng)增加保護段數(shù)的方法來解決。</p><p>　　3.6　零序電流保護的原理　</p><p>　　零序電流保護的基本原理是基

105、于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點的復(fù)電流的代數(shù)和等于零，即ΣI=0，它是用零序C.T作為取樣元件。在線路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零（對零序電流保護假定不考慮不平衡電流），因此，零序C.T的二次側(cè)繞組無信號輸出（零序電流保護時躲過不平衡電流），執(zhí)行元件不動作。當(dāng)發(fā)生接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序C.T的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序C.T的二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動作，帶動脫扣裝置，切換供電網(wǎng)絡(luò)，達

106、到接地故障保護的目的。</p><p>　　3.7 零序電流的獲得</p><p>　　3.7.1 對稱分量法</p><p>　　對稱分量法（method of symmetrical components）電工中分析對稱系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)的一種基本方法。廣泛應(yīng)用于三相交流系統(tǒng)參數(shù)對稱、運行工況不對稱的電氣量計算。 　　</p><p>　

107、　電力系統(tǒng)正常運行方式的破壞主要與不對稱故障或者斷路器的不對稱操作有關(guān)。由于整個電力系統(tǒng)中只有個別點是三相阻抗不相等，所以一般不使用直接求解復(fù)雜的三相不對稱電路的方法，而采用更簡單的對稱分量法進行分析。 </p><p>　　3.7.2對稱分量法原理</p><p>　　電工中分析對稱系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)的一種基本方法。電力系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器、電抗器、電動機等都是三相對稱元件，經(jīng)過充分換