工频变化量距离保护的工作原理

3.6.1　工频变化量距离保护的工作原理

与前面各节所述的反应故障后工频电压、电流的距离保护不同，工频变化量距离保护是通过反应故障前后电压、电流量的工频变化量而工作的。

当如图3.45（a）所示的电力系统在K点发生金属性短路时，故障点的电压降为0，这时故障系统可以用如图3.45（b）所示的等值电路来代替，图中两附加电压源的电压大小相等、符号相反，其大小可以为任意值。假定电力系统为线性系统，则根据叠加原理，如图3.45（b）所示的网络又可以分解成如图3.45（c）和图3.45（d）所示的两个子系统。若令故障点处附加电源的电压值等于故障前故障点处的电压，则图3.45（c）就对应于故障前的正常系统，各点处的电压、电流均与故障前的稳态负荷情况一致。图3.45（d）为故障引入的附加系统，该系统中各点的电压、电流就是故障引起的电压、电流的变化量，其中的工频成分，就是工频变化量。工频变化量距离保护的动作行为不受负荷状态的影响，因此，分析时只考虑如图3.45（d）所示的故障附加系统。

图3.45　短路故障时电气变化量的计算图

在图3.45（d）中，保护安装处的电流、电压变化量可以分别表示为

取工频变化量距离元件的工作电压为补偿电压的变化量，即

式中：Z_zd——保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗的80%～85%。

图3.46为在保护区内、外不同地点发生金属性短路时电压变化量的分布，式（3.77）中的对应图中z点的电压。

图3.46　不同地点发生短路时电压变化量的分布

（a）附加网络；（b）区内短路；（c）正向区外短路；（d）反区外短路

｀在保护区内K1点短路时，如图3.46（a）所示，连线的延长线上，这时有

在正向区外K₂点短路时，如图3.46（b）所示，的连线上，

在反向区外K₃点短路时，如图3.46（c）所示，的连线上，

可见，比较工作电压与故障附加网络电源的电压的大小，就能够区分出区内、外的故障。的幅值分别等于K1、K2和K3点故障前电压的幅值，假设短路前系统为空载，则它们的幅值都相等，且等于电源电动势的幅值

若设动作门槛为U_z＝，则工频变化量距离元件的动作判据可以表示为

满足该式，判定为区内故障，保护动作；不满足该式，判定为区外故障，保护不动作。