零序功率方向繼電器

摘 要:功率方向繼電器，是由電流信號移相電路、電流、電壓矢量乘法器和電壓相位鎖相器構成。電流信號通過放大器進行移相，電壓信號經比較器后變成同相位的方波信號，而與電壓幅值無關，移相后的電流信號與方波信號進行矢量乘積運算，輸出電平經比較器后控制繼電器動作。由于采用了上述電路，使在正方向功率時動作，反方向功率時不動作，起到功率方向保護作用。

關鍵詞:功率方向繼電器零序功率方向繼電器接線

中圖分類號:TM711文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0135-01

功率方向繼電器，是由電流信號移相電路、電流、電壓矢量乘法器和電壓相位鎖相器構成。電流信號通過放大器進行移相，電壓信號經比較器后變成同相位的方波信號，而與電壓幅值無關，移相后的電流信號與方波信號進行矢量乘積運算，輸出電平經比較器后控制繼電器動作。由于采用了上述電路，使在正方向功率時動作，反方向功率時不動作，起到功率方向保護作用。

1 零序功率方向繼電器的接線

零序功率方向繼電器的正確接線，應使其動作特性為:當被保護線路或元件發生正方向接地故障時，零序電壓和零序電流的相位關系應可靠進入繼電器的靈敏動作區，而反方向接地故障時，繼電器可靠不動作。

傳統習慣規定電流正方向為母線流向線路，同時取母線電壓為電壓升。當發生正方向接地故障時，零序電流超前零序電壓為(180°-θ)，θ為系統零序電源阻抗角。一般θ角約在85°左右，則零序電流超前零序電壓約為95°。

傳統的零序功率方向繼電器，其動作最靈敏角有電流超前電壓110°和電流滯后電壓70°兩種，即靈敏角為-110°和+70°，一般采用后者。對于靈敏角為-70°的繼電器，由于其動作特性與故障情況相反，現場接線方式上考慮將零序電壓的極性反向接入，零序電流正極性接入，這樣就能夠使繼電器正確反應故障狀態了。

對于微機零序保護裝置，其零序電流電壓的接入分自產和外接兩種情況。微機線路保護裝置的零序電壓電流均為自產，三相電壓電流正極性接入即可。微機變壓器保護中不同廠家的產品對零序電壓電流的接入有不同要求，其中需要外接零序電壓的，必須是正極性接入，這是和傳統繼電器的區別。

2 用負荷電流及工作電壓測量零序功率方向繼電器

利用負荷電流及工作電壓檢驗零序功率方向繼電器接線正確性之前，必須對電壓互感器開口三角引出的L、N線的極性進行核查。

在正常情況下電壓互感器開口三角兩端電壓UNL=0，故ULS=UNS，但L、N無法用試驗的方法區分，因此，利用負荷電流及及工作電壓檢驗零序功率方向繼電器接線正確性之前，必須對電壓互感器開口三角引出的L、N線核查正確，否則不能判別所測相位關系是否符合零序功率方向元件的接線要求。確定了Ua的相位關系以后，就可以根據當時的負荷電流，測出每相電流與Ua之間的相位關系，不同相負荷電流的相量圖如圖1所示。

分析可知，當通入Ia時KWO觸點閉合，通入Ib時處于臨界動作狀態，通入Ic時KWO觸點不閉合。但是，如果按圖3(b)的接線，仍按上述方法進行校驗時，從圖中可直接看到，此時加入KWO的電壓就是USN=Ua。這樣，就不能發現零序電壓的極性接錯了。保護投入運行后，在反方向接地故障時就會誤動，反之拒動。

3 存在的問題

目前電力系統中微機保護占有很大比重。微機型零序電流方向保護與常規的零序電流方向保護在基本原則上與常規零序電流方向保護相一致。

另外，微機保護比常規保護功能更靈活。無論是微機型線路保護還是變壓器保護，其技術說明書上都明確注明裝置對零序保護用TA、TV的接線方式及極性的規定，只要嚴格按照說明書所要求的接線，即可通過控制字來改變保護方向。

值得一提的是微機零序方向過流保護對TV電纜接線的特殊要求。電壓互感器二次回路和三次回路由開關場到控制室接線的常見方式見圖2。

其特點是二、三次繞組的N相電纜，自TV端子箱至保護室內共用了1根電纜芯，即在開關場端子箱處將O與O′連通，節省了連線O′N。由于傳統的零序功率方向繼電器采用的零序電壓為外接TV開口三角電壓，也就沒有暴露出它的缺陷。而現在的微機保護裝置，均為三相電壓接入，采用自產3U0。由圖5可見，當系統發生接地故障時，產生較高的零序電壓，會在ON電纜上有壓降，此時，通入微機保護裝置電壓回路中自產的三倍零序電壓3U0j將是三相電壓向量和再加上電纜ON上的壓降，即:

若3U0回路負載電阻為R，電纜芯ON的電阻為r，按正確極性接線，則因三次繞組電壓變比為二次繞組變比的倍，有如下關系:

如果因為某種原因，引起

時，3U0j將與3U0反方向，于是零序保護正方向拒動而反方向誤動。為此，要求TV電纜接線禁止二、三次繞組的N相共用1根電纜，必須分別引入保護室內，接到N600小母線，實現一點接地。

4 變壓器零序方向保護的特殊問題

對于220kV及以上高壓電網，變壓器作為重要的供電元件，除采用快速的主保護外(差動和瓦斯保護)，還要有可靠的后備保護。毫無疑問，零序方向電流保護是變壓器接地故障后備保護的首選。

變壓器零序方向元件采用的電流，一般情況取自各側繞組的中性點TA電流，高壓側選擇方向指向變壓器，作為變壓器接地故障的后備保護。中壓側方向指向系統，作為本側母線及系統的接地后備保護。變壓器等效圖見圖3。

但在高壓側情況有所不同，當零序電流取自高壓套管TA時，在變壓器的等效圖中可以看出，方向指向變壓器，則高壓繞組不在保護范圍內。因此，選擇高壓側零序方向電流保護I、II段的電流取自本側開關TA，完善保護范圍。

參考文獻

[1]王梅義.電網繼電保護應用[M].北京:中國電力出版社，2000.

[2]尹項根，曾克娥.電力系統繼電保護原理與應用[M].武漢:華中科技大學2001.

[3]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].北京:中國電力出版社，1995.