继电保护的相量分析

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摘要：减极性标注电流互感器和电压互感器原、副边电气量的参考方向，用相量图分析继电保护装置的动作行为。

关键词：参考方向相量图保护装置动作行为

中图分类号：TM1　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2010)012-008-02

在分析继电保护装置的动作行为时，需要用电气量之间的相位关系，如：线路差动保护、变压器差动保护、发电机差动保护、方向高频保护、相差高频保护等，要用到两端电流的相位关系。方向电流保护，要用到电压与电流的相位关系。所以掌握用相量图分析问题的方法，对正确分析继电保护装置的动作行为至关重要，是继电保护技术人员实际工作中一个很重要的内容，也是一个难点内容。

1　电气量的参考方向与相置

由电工基础理论可知，正弦交流电可用相量表示，同频率的正弦交流电压、电流电气量之间的关系可用相量图表示，相量图中各电气量的相位关系，实质上反映的是电气量的时间关系。如工频三相正弦交流电，三相相位差彼此互差120。(电角度)，它们达到正的最大值的时间互差t=(120°／360°)×20ms，也就是说相位差反映的是时间差，掌握了电气量之间的相位关系，是在特定参考方向下的时间关系这一本质，就能在选定的参考方向下正确的画出相量图。

需要特别注意的是相量图中各电气量之间的相位关系，是基于特定的参考方向的，参考方向选择的不同，电气量之间的相位关系也会有所不同(但实际的电磁关系是确定的，不随参考方向的选择而变化)。

要正确理解和掌握电气量的参考方向和相量的区别。电气量的参考方向不是相量，参考方向是在被分析的交流电路中，为分析问题方便假定的电气量的方向(实际工频交流电的频率50Hz,电气量的方向是变化的)。参考方向选定后是不变的。相量是基于参考方向的，不同参考方向下的相量图不同，但并不影响对问题的分析，因为各电气量之间客观存在着的关系是一定，不会因为人为选择的电气量参考方向的不同、相量图不同而改变。因为电气量的参考方向和相量图，只是我们分析问题的一种方法和手段(但是如果不能正确的理解电气量参考方向与相量之间的相互关系，不能画出正确的相量图，就不能得出正确的分析结论)。

在继电保护学科领域中，为了分析问题简便，电压互感器和电流互感器原、副边电气量的参考方向采用减极性标注。所谓减极性是原、副边参考方向的电流产生的磁通方向相反，原、副边电流在铁芯中产生的磁通相减。

在减极性标注的参考方向下，根据电磁感应定律，当原边交流电流(电压)达到正的最大值时，同时副边感应电流(电压)也达到正的最大值。所以原、副边电流(电压)同相位。掌握了电气量之间的相位关系，是在特定参考方向下的时间关系这一本质，就可以画出正确的相量图，分析相关问题就会得心应手。

2　相量分析

功率方向继电器动作行为的分析，如下图所示。(a)功率方向继电器接线图；(b)相量图：(c)动作行为分析。

电流互感器TAI、TA2原、副边电流的参考方向标在图中，当L2的K点短路时，流过u和L2的短路电流iAk是相同的，如图所示。但iAk与线路L1的电流互感器TAI原边电流的参考方向IAk相反，与线路L2的电流互感器TA2原边电流I II的参考方向相同，在规定的正方向下，电流互感器TAI与TA2的原边电流相位相反。在减极性标注的参考方向下，电流互感器TA1(TA2)的原、副边电流相位相同，所以TA1副边的二次电流ia1与TA2副边的二次电ia2相位相反。可以这样理解，当某一时刻，iAk达到真正的最大值肘，此时电流互感器TA2原、副边电流也同时达到正的最大值，所以TA2原、副边电流与iAk同相位。但此时电流互感器TA1原、副边电流正好达到负的最大值，所以TAI原、副边电流与TA2原、副边电流相位反相。

在相间故障的方向电流保护中，LG-11型功率方向继电器采用90°接线方式，用相量图分析图1线路故障时，功率方向继电器1、2的动作行为。如图1所示，两个功率方向继电器的接线完全相同，而且是用的同一母线上同一电压互感器TV的二次电压。当L 2的K点短路时，母线上的电压为残压。以三相短路分析，母线电压方UA=I XA*ZK，ZK是母线至故障点的线路阻抗，若线路阻抗角为60°，则UA超前IKA60°。同理UB、Uc分别超前I KB、I KC线路阻抗角为60°，因为三相短路是对称故障，所以UA、UB、UC对称，I KA，I KB、I KC也对称。电压互感器TV原、副边电压同相位，TV副边电压、TA副边电流相量图如图1(b)所示。从图1(a)可知I KA与TA2的原边电流II参考方向相同，因为TA2原、副电流同相位，所以112(a2)与KA同相位，即a2滞后A线路阻抗角为60°，如图1(b)所示。若LG-11型功率方向继电器的内角α=30°，则动作区如图1(c)所示，ia2(im2)相位落在功率方向继电器2的灵敏线上，功率方向继电器2灵敏动作(线路L2的K点故障对功率方向继电器2来说是正方向故障)。线路L2的K点故障，线路L1的TA1二次电流ial与线路L2的TA2的二次电流ia2相位相反。功率方向继电器1、2接同一电压互感器TV的二次电压。功率方向继电器1、2动作区相同，从图(c)可见，功率方向继电器1的ial(iml)相位落在功率方向继电器1的灵敏线的反方向上(在非动作区)，功率方向继电器1可靠不动(线路L2的K点故障对功率方向继电器1来说是反方向故障)。分析结论正确：功率方向继电器1可靠不动，功率方向继电器2灵敏动作。

3　结论

由以上分析可知，只要我们理解了参考方向与相量之间的相互关系，就可以画出正确的相量图，就可以正确分析判断保护装置的动作行为。