第三章 電網(wǎng)的距離保護(hù).ppt

第三章電網(wǎng)的距離保護(hù) 1 第一節(jié)距離保護(hù)概述 一 距離保護(hù)的基本概念反應(yīng)保護(hù)安裝地點(diǎn)至故障點(diǎn)之間的距離 并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動作時限的一種保護(hù)裝置 距離保護(hù)又稱為阻抗保護(hù)主要元件為距離繼電器 可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間的阻抗值 距離保護(hù)保護(hù)范圍通常用整定阻抗的大小來實(shí)現(xiàn) 2 正常運(yùn)行時保護(hù)安裝處測量到的阻抗為負(fù)荷阻抗 被保護(hù)線路母線的相電壓 測量電壓 被保護(hù)線路的電流 測量電流 測量電壓與測量電流之比 測量阻抗 線路任一點(diǎn)發(fā)生故障 測量阻抗為保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的短路阻抗 當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時 即 時繼電器不動 當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi) 即 時繼電器動作 3 二 時限特性距離保護(hù)的動作時間t與保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的距離l的關(guān)系稱為距離保護(hù)的時限特性 階梯型時限特性 4 距離保護(hù)的第 段是瞬時動作的 以保護(hù)3為例 考慮到阻抗繼電器和電流 電壓互感器的誤差 需引入可靠系數(shù) 一般取0 8 0 85 為了切除本線路末端15 20 范圍以內(nèi)的故障 需要設(shè)置距離保護(hù)第 段 距離 段整定值的選擇不超過下一條線路距離 段的保護(hù)范圍 同時高出一個的時限 距離 段的整定和過電流保護(hù)相似 距離 段和 段的構(gòu)成本線路的主保護(hù) 5 三 距離保護(hù)的組成三段式距離保護(hù)裝置一般由以下四種元件組成 6 第二節(jié)阻抗繼電器 阻抗繼電器按其構(gòu)成方式可分為單相式和多相補(bǔ)償式 單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個電壓 相電壓或線電壓 和一個電流 相電流或兩相電流之差 的阻抗繼電器 測量阻抗可以寫成的復(fù)數(shù)形式 可以利用復(fù)數(shù)平面分析這種繼電器的動作特性 7 8 一 具有圓及直線動作特性的阻抗繼電器構(gòu)成方法有兩種 比幅式阻抗繼電器 比相式阻抗繼電器 一 特性分析及電壓形成回路1 全阻抗繼電器 1 幅值比較全阻抗繼電器的動作條件為 或 9 比較兩電壓量幅值的全阻抗繼電器的電壓形成回路 采用電抗變壓器獲得 母線電壓互感器TV的二次側(cè)取得 為便于調(diào)整阻抗繼電器的整定值 還需經(jīng)一個電壓變換器TM接入 10 2 相位比較 11 繼電器的動作與邊界條件為與的夾角小于等于 即兩邊同乘以電流量得量超前于量時角為正 反之為負(fù) 12 13 2 方向阻抗繼電器 1 幅值比較 14 幅值比較的動作與邊界條件為 兩邊同乘以電流得 15 2 相位比較其動作與邊界條件為分式上下同乘以電流 16 3 偏移特性阻抗繼電器 1 幅值比較偏移特性阻抗繼電器的動作特性 圓的直徑為與之差 動作條件 兩邊同乘以電流 17 2 相位比較相位比較的動作與邊界條件為兩邊同乘以電流得偏移特性阻抗繼電器幅值比較和相位比較的電壓形成回路與方向阻抗繼電器的類似 這里從略 18 4 直線特性阻抗繼電器 幅值比較動作條件 相位比較動作條件 19 二 阻抗繼電器的比較回路具有圓或直線特性阻抗繼電器可以用比較兩個電氣量幅值的方法來構(gòu)成 也可以用比較兩個電氣量相位的方法來實(shí)現(xiàn) 20 1微機(jī)保護(hù)中幅值比較的實(shí)現(xiàn) 設(shè)由傅氏算法算出的電壓和電流實(shí) 虛部分別用 和 表示 21 2 微機(jī)保護(hù)中相位比較的實(shí)現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)中 相位比較既可以用阻抗形式實(shí)現(xiàn) 也可以用電壓的形式實(shí)現(xiàn) 在用電壓比較方式的情況下 分為相量比較和瞬時采樣值比較兩種 1 相量比較方式 動作范圍 比相動作條件 動作范圍 比相動作條件 22 2 瞬時采樣值比較方式 這種算法只需要用相隔1 4工頻周期的兩個采樣值就可以完成比相 故可稱為比相的兩點(diǎn)積算法 由于該方法用瞬時值比相 受輸入量中的諧波等干擾信號的影響較大 故必須先用數(shù)字濾波算法濾除輸入中的干擾信號 然后再進(jìn)行比相 23 二 具有多邊形動作特性的阻抗繼電器阻抗繼電器準(zhǔn)四邊形動作特性 準(zhǔn)四邊形以內(nèi)為動作區(qū) 以外為不動區(qū) 24 設(shè)測量阻抗的實(shí)部為 虛部為 則在第 象限部分的特性可以表示為第 象限部分的特性可以表示為第 象限部分的特性可以表示為綜合以上三式 動作特性可以表示為 25 其中若取 則 式 3 39 又可表示為該式可以方便地在微機(jī)保護(hù)中實(shí)現(xiàn) 26 三 方向阻抗繼電器的死區(qū)及死區(qū)的消除方法對于方向阻抗繼電器 當(dāng)保護(hù)出口短路 對幅值比較 其動作條件為當(dāng)時 該式變?yōu)?實(shí)際上 由于繼電器的執(zhí)行元件動作需要消耗一定的功率 因此 在這樣情況下繼電器不動作 對于相位比較 其動作條件為當(dāng)時 無法進(jìn)行比相 這種不動作的范圍 稱為保護(hù)裝置的 死區(qū) 利用記憶回路和引入第三相電壓減小和消除死區(qū) 27 1 記憶回路對瞬時動作的距離I段方向阻抗繼電器 在電壓的回路中廣泛采用 記憶回路 的接線 50HZ工頻交流的串聯(lián)諧振回路 在電阻上的壓降也與外加電壓同相位 記憶電壓通過記憶變壓器T與同相位 28 29 引入記憶電壓以后 幅值比較的動邊條件為 在出口短路時 0 由于諧振回路的儲能作用 記憶電壓在衰減到零之前存在 且與故障前同相位 由于繼電器記錄了故障前的電壓 故方向阻抗繼電器消除了死區(qū) 30 2 引入第三相電壓記憶回路只能在暫態(tài)過程中正確動作 它的作用時間有限 為了克服這一缺點(diǎn) 再引入非故障相電壓 第三相電壓為C相 它通過高阻值的電阻R接到記憶回路中和的連接點(diǎn)上 正常時 由于電壓較高且 處于工頻諧振狀態(tài) 而R值又很大 使作用在上的電流主要來自且是電阻性的 第三相電壓基本上不起作用 31 32 當(dāng)AB相突然短路 突然為零 記憶回路發(fā)揮作用 繼電器得到和故障前相位相同的極化電壓 但它逐漸衰減到零 這時第三相電壓的作用表現(xiàn)出來 電阻R中的電流與同相位 因?yàn)殡娮鑂的數(shù)值遠(yuǎn)大于的值 而在 支路中的分流為在電阻上的壓降 33 從向量圖可以看出 超前近 電阻上電壓降超前 即極化電壓與故障前電壓同相位 因此 當(dāng)出口兩相短路時 第三相電壓可以在繼電器中產(chǎn)生和故障前電壓 即 同相的而且不衰減的極化電壓 以保證方向阻抗繼電器正確動作 即能消除死區(qū) 34 3 記憶電壓對方向阻抗繼電器特性的影響 1 方向阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)特性 記憶電壓的引入并不改變阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)特性 35 引入記憶電壓前相位比較的方向阻抗繼電器動作與邊界條件為與同相位 將上式分母中的改成 方向阻抗繼電器的動作邊界條件也成立在穩(wěn)態(tài)情況下 都能保證動作特性和未引入記憶電壓前一樣 與同方向 36 2 方向阻抗繼電器的初態(tài)特性相位比較的方向阻抗繼電器在引入記憶電壓后 其動作與邊界條件已變?yōu)?保護(hù)正方向短路 37 此處為和短路點(diǎn)過渡阻抗之和 從而有繼電器動作條件為如果短路前為空載 則 從而有 38 在記憶回路作用下的動態(tài)特性圓擴(kuò)大了動作范圍 而又不失去方向性 因此 對消除死區(qū)和減小過渡電阻的影響都是有利的 39 短路電流由供給 但仍假定電流的正方向由母線流向被保護(hù)線路 且 保護(hù)反方向短路 40 若短路前是空載 記憶電壓 繼電器的動作條件為將代入上式 得向量 為直徑所作的圓 41 四 阻抗繼電器的精工電流和精工電壓方向阻抗繼電器的臨界動作方程為為動作量克服二極管正向壓降及極化繼電器動作反力所需的剩余電壓 假設(shè)各向量均為同相位 各項(xiàng)可以采用代數(shù)相加減 同除以電流 42 四 阻抗繼電器的精工電流和精工電壓 為繼電器的整定值 為繼電器的實(shí)際動作阻抗精工電流 當(dāng)時 繼電器的動作阻抗 即比整定阻抗縮小了10 精工電壓 精工電流和整定阻抗的乘積 43 第三節(jié)阻抗繼電器的接線方式 一 對距離保護(hù)接線方式的要求加入繼電器的電壓和電流應(yīng)滿足 1 繼電器的測量阻抗應(yīng)能準(zhǔn)確判斷故障地點(diǎn) 即與故障點(diǎn)至保障安裝處的距離成正比 2 繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān) 即保護(hù)范圍不隨故障類型而變化 44 阻抗繼電器的常用接線方式 45 二 反應(yīng)相間短路阻抗繼電器的接線1 三相短路保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓 三個繼電器均能正確動作 46 2 兩相短路設(shè)以AB兩相短路為例 對而言 能正確動作 測量阻抗大于 不能動作 但能正確動作 所以和拒動不會影響整套保護(hù)的動作 47 3 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中兩相接地短路保護(hù)安裝地點(diǎn)的故障相電壓繼電器的測量阻抗為 能夠正確的動作 48 三 反應(yīng)接地短路阻抗繼電器的接線當(dāng)發(fā)生A相單相接地短路時 接入繼電器的電壓為 稱為零序補(bǔ)償電流 其中為常數(shù) 49 接入繼電器的電流 則故障相阻抗繼電器的測量阻抗為它能正確地測量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)間的阻抗 這種接線方式同樣能夠正確反應(yīng)兩相接地短路和三相短路 50 第四節(jié)影響距離保護(hù)正確工作的因素及采取的防止措施 影響距離保護(hù)正確動作的因素很多 如電網(wǎng)的接線中可能具有分支電路 在Y 接線變壓器后面發(fā)生短路 輸電線路可能具有串聯(lián)電容補(bǔ)償 電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩 短路點(diǎn)具有過渡電阻 電流互感器和電壓互感器的誤差 過渡過程及二次回路斷線等等 51 第四節(jié)影響距離保護(hù)正確工作的因素及采取的防止措施 一 短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響單電源網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)線路的出線端經(jīng)過短路時 保護(hù)1的測量阻抗為 保護(hù)2的測量阻抗為 52 保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時 受過渡電阻的影響越大 同時保護(hù)裝置的整定值越小 則相對地受過渡電阻的影響也越大 對雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò) 超前的角度 短路點(diǎn)的過渡電阻可能使量阻抗增大 也可能使測量阻抗減小 53 短路點(diǎn)的過渡電阻主要是純電阻性的電弧電阻Rg 且電弧的長度和電流的大小都隨時間而變化 在短路開始瞬間電弧電流很大 電弧的長度很短 Rg很小 隨著電弧電流的衰減和電弧長度的增長 Rg隨著增大 大約經(jīng)0 1 0 15秒后 Rg劇烈增大 54 減小過渡電阻對距離保護(hù)的影響 通常采用 1 采用瞬時測定裝置 2 采用帶偏移特性的阻抗繼電器 55 二 電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖回路 一 電力系統(tǒng)振蕩時電流 電壓的分布當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時 設(shè)超前于的相位角為 56 系統(tǒng)中各元件的阻抗角相等 則振蕩電流為 系統(tǒng)振蕩時Z點(diǎn)位于處 當(dāng)時 達(dá)最大值 電壓 此點(diǎn)稱為系統(tǒng)振蕩中心 57 58 二 電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響系統(tǒng)振蕩時 M母線上阻抗繼電器的測量阻抗為 當(dāng)系統(tǒng)所有元件的阻抗角都相同時 阻抗繼電器的測量阻抗將在的垂直平分線上移動 59 繼電器的動作特性在阻抗平面沿方向所占的面積越大 受振蕩的影響就越大 距離保護(hù)受振蕩的影響還與保護(hù)的安裝地點(diǎn)有關(guān) 當(dāng)保護(hù)安裝地點(diǎn)越靠近振蕩中心 受到的影響越大 距離 段 可利用延時躲開振蕩的影響 60 三 振蕩閉鎖回路 1 電力系統(tǒng)振蕩和短路時的主要區(qū)別 1 振蕩時電流和各電壓幅值的變化速度較慢 而短路時電流是突然增大 電流也突然低 2 振蕩時電流和各點(diǎn)電壓幅值均作周期變化 各點(diǎn)電壓與電流之間的相位角也作周期變化 3 振蕩時三相完全對稱 電力系統(tǒng)中不會出現(xiàn)負(fù)序分量 而短路時 總要長期 在不對稱短路過程中 或瞬間 在三相短路開始時 出現(xiàn)負(fù)序分量 61 三 振蕩閉鎖回路 2 對振蕩閉鎖回路的要求 1 系統(tǒng)振蕩而沒故障時 應(yīng)可靠將保護(hù)閉鎖 2 系統(tǒng)發(fā)生各種類型故障 保護(hù)不應(yīng)被閉鎖 3 在振蕩過程中發(fā)生故障時 保護(hù)應(yīng)能正確動作 4 先故障 且故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外 而后振蕩 保護(hù)不能無選擇性動作 62 3 振蕩閉鎖回路的工作原理 1 利用負(fù)序 和零序 分量或其增量起動的振蕩閉鎖回路 負(fù)序電壓濾過器 參數(shù)關(guān)系 63 當(dāng)輸入端只有正序電壓加入時 在端的空載輸出電壓為當(dāng)輸入端只有負(fù)序電壓加入時 在端的空載輸出電壓為當(dāng)輸入端只有零序電壓加入時 在端的空載輸出電壓為 64 濾過器的空載輸出電壓與輸入端的負(fù)序相電壓成正比五次諧波分量的電壓時 它的相位關(guān)系和負(fù)序分量相同 65 負(fù)序電流濾過器 66 當(dāng)輸入端加入正序電流時 輸出電壓為 當(dāng)選取參數(shù)為 則 當(dāng)只有零序電流輸入時 當(dāng)只輸入負(fù)序電流時 67 2 利用電氣量變化速度的不同來構(gòu)成振蕩閉鎖回路系統(tǒng)振蕩與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動有關(guān) 振蕩過程中 等諸電氣量變化很慢 而突然短路將引起這些量的劇烈快速變化 因此振蕩閉鎖裝置可根據(jù)這些電氣量變化速度慢的特性構(gòu)成 也可采用兩個靈敏度不同的阻抗繼電器 測定這兩個繼電器先后動作時間差值來區(qū)分短路與振蕩 時間差值小的是短路 大的是振蕩 68 三 分支電流的影響當(dāng)短路點(diǎn)與保護(hù)安裝處之間存在有分支電路時 就出現(xiàn)分支電流 距離保護(hù)受到此分支電流的影響 其阻抗繼電器的測量阻抗將增大或減小 1 助增分支 69 故障線路的電流 此值將大于 這種使故障線路電流增大的現(xiàn)象 稱為助增 距離保護(hù)1的測量阻抗為為分支系數(shù) 在有助增電流時 由于助增電流的存在 使保護(hù)A的測量阻抗增大 保護(hù)范圍縮短 70 分支系數(shù)計(jì)算 助增 時 有最小值 此時相當(dāng)于無分支 71 2 外汲分支在K點(diǎn)發(fā)生短路時 通過故障線路的電流將小于線路A B中的電流 這種使故障線路中電流減小的現(xiàn)象稱為外汲 72 在變電所A距離保護(hù)1的測量阻抗為分支系數(shù) 具有外汲電流時 與無分支的情況相比 將使保護(hù)1的測量阻抗減小 保護(hù)范圍增大 可能引起無選擇性動作 73 分支系數(shù)計(jì)算 外汲 具有外汲電流時 最大時等于1 相當(dāng)于無分支 74 四 電壓回路斷線對距離保護(hù)的影響當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時 距離保護(hù)將失去電壓 這時阻抗元件失去電壓而電流回路仍有負(fù)荷電流通過 可能造成誤動作 75 第五節(jié)距離保護(hù)的整定計(jì)算 以下圖為例 說明三段式距離保護(hù)的整定計(jì)算 76 一 距離保護(hù)第 段的整定1 動作阻抗按躲過本線路末端短路來整定 即為可靠系數(shù) 取0 8 0 85 2 動作時限由保護(hù)裝置的繼電器固有動作時限決定 人為延時為零 即 77 二 距離保護(hù)第 段的整定1 動作阻抗 1 與下一線路的第一段保護(hù)范圍配合 并用分支系數(shù)考慮助增及外汲電流對測量阻抗的影響 即為可靠系數(shù) 取0 8 為分支系數(shù) 取相鄰線路距離保護(hù)第一段保護(hù)范圍末端短路時 流過相鄰線路的短路電流與流過被保護(hù)線路的短路電流實(shí)際可能的最小比值 即 78 2 與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合 為變壓器短路阻抗 可靠系數(shù) 0 7 也取實(shí)際可能的最小值 取 1 2 計(jì)算結(jié)果中的較小者2 動作時限比下一線路保護(hù)第 段的動作時限大一個時限階段 79 3 靈敏度校驗(yàn)如靈敏度不能滿足要求 可按照與下一線路保護(hù)第 段相配合的原則選擇動作阻抗 即第 段的動作時限應(yīng)比下一線路第 段的動作時限大一個時限階段 即 80 三 距離保護(hù)的第 段的整定1 動作阻抗按躲開最小負(fù)荷阻抗來選擇 若第 段采用全阻抗繼電器 其動作阻抗為 81 三 距離保護(hù)的第 段的整定1 動作阻抗按躲開最小負(fù)