继电保护装置对正常与故障或不正常状态的区分

1. 为完成继电保护所担负的任务，应该要求它能够正确区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。

图1 正常运行情况

在电力系统正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流 ，越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时，各变电站母线上的电压，一般都在额定电压±5%-10%的范围内变化，且靠近于电源端母线上的电压较高。线路始端电压与电流之间的相位角决定于由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。
由电压与电流之间所代表的“测量阻抗”是在线路始端所感受到的、由负荷所反应出来的一个等效阻抗，其值一般很大。

图2 d点三相短路情况

当系统发生故障时（如上图所示），假定在线路B-C上发生了三相短路，则短路点的电压 降低到零，从电源到短路点之间均将流过很大的短路电流 ，各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，距短路点越近时降低得越多。
设以 表示短路点到变电站B母线之间的阻抗，则母线上的残余电压应为

此时与之间的相位角就是的阻抗角，在线路始端的测量阻抗就是，此测量阻抗的大小正比于短路点到变电站B母线之间的距离。
2. 一般情况下，发生短路之后，总是伴随着电流的增大、电压降低、线路始端测量阻抗减小，以及电压与电流之间相位角的变化。故利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护：
（1）反应于电流增大而动作的过电流保护；
（2）反应于电压降低而动作的低电压保护；
（3）反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。
电力系统中的任一电气元件，在正常运行时，在某一瞬间，负荷电流总是从一侧流入而从另一侧流出。

图 3 正常运行状态

说明：如果统一规定电流的正方向都是从母线流向线路，则A-B两侧电流的大小相等，相位相差180度（图中为实际方向）。

图4点短路时的电流分布

说明：当线路A-B范围以外的点短路时，由电源I所供给的短路电流将流过线路A-B，此时A-B两侧的电流仍然是大小相等相位相反，其特征与正常运行时一样。

图5点短路时的电流分布

说明：在线路A-B两侧的电流都是由母线流向线路，此时两个电流的大小一般不相等，在理想情况下（两侧电势同相位且全系统的阻抗角相等），两个电流同相位。
要完成电力系统继电保护的基本任务，必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要“区分和甄别”，必须寻找电力元件在这三种运行状态下的可测参量（继电保护主要测电气量）的“差异”，提取和利用这些可测参量的“差异”，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。
3. 依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。
不同运行状态下具有明显差异的电气量有：
（1）流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；
（2）元件的运行相电压幅值、序电压幅值；
（3）元件的电压与电流的比值即“测量阻抗”等。
发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参量的新差异，就可以形成新的继电保护原理。