距離保護原理知識

1、距離保護,短路時保護安裝處電壓計算的一般公式 在圖所示的系統(tǒng)中，線路上K點發(fā)生短路。保護安裝處的相電壓應該是短路點的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和。輸電線路上該相的壓降是該相上的正序、負序、和零序壓降之和。如果考慮到輸電線路的正序阻抗等于負序阻抗，保護安裝處相電壓的計算公式為：,以上兩式稱做短路時保護安裝處電壓計算的一般公式,在任何短路故障類型下，對故障相或非故障相的相電壓、對故障相間或非故障相間電壓的計算，這兩個公式都是適用的。例如，當線路上K點發(fā)生A相單相接地短路時，保護安裝處的B相電壓為 。 在非全相運行時運行相上發(fā)生短路，計算保護安裝處的運行相或兩運行相間的電壓，這兩個公式也是適用

2、的。例如在圖中，本線路B、C兩相運行時B相又發(fā)生單相接地短路。保護安裝處的B相電壓為 。保護安裝處的B、C相間電壓為 。,以上兩式稱做短路時保護安裝處電壓計算的一般公式,在系統(tǒng)振蕩過程中發(fā)生短路時計算保護安裝處的電壓，這兩個公式也是適用的。例如在振蕩中發(fā)生A相單相接地短路，保護安裝處的B相電壓為： 。式中的電流是系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下的B相電流和短路附加狀態(tài)下B相的電流之和。,阻抗繼電器的工作電壓,阻抗繼電器的工作電壓 可按下式計算獲得: (1) 、 值可根據采樣的數(shù)據經運算后獲得， 是定值單中給定的。所以微機保護可算出的值 。由（1）式確定的阻抗繼電器的工作電壓有時也稱做距離測量電壓，或稱做補償電壓

3、。,需要說明,從(1) 式可見， 是保護安裝處的電壓。如果從保護安裝處到保護范圍末端沒有其它分支電流而流的是同一個電流時（例如正常運行、區(qū)外故障、系統(tǒng)振蕩），則 是從保護安裝處到保護范圍末端這一段線路上的壓降。此時阻抗繼電器的工作電壓其物理概念是保護范圍末端的電壓，即由保護安裝處求得的補償?shù)奖Ｗo范圍末端的電壓，所以很多人把它稱做補償電壓。但在區(qū)內短路時，由于從保護安裝處到短路點和從短路點到保護范圍末端流的不是同一個電流，此時由（1）式計算出的工作電壓并不是真正的保護范圍末端的電壓，而是假想的如果從保護安裝處到保護范圍末端都流有與加入到保護裝置中的電流相同的電流時的保護范圍末端的電壓。,下面分別

4、分析正向短路時工作電壓的特點,以金屬性短路 為例 故工作電壓表達式為： (2) 令 。一般整定阻抗 的阻抗角與線路阻抗角相同，n是實數(shù)。將上述關系式代入（2）式得： (3) 正向區(qū)內短路時， ，所以 。由（3）式可見 與 相位相反。正向區(qū)外短路時， ，所以，由（3）式可見 與 相位相同。,正向故障,下面分別分析反向短路時工作電壓的特點,以金屬性短路 為例,考慮到電壓規(guī)定的正方向,電流以母線流向被保護線路的方向為正方向，所以 , 故工作電壓表達式為： (4) 同樣令 ，并代入（4）式得： （5） 考慮到n是實數(shù)，所以 與 相位相同。,反方向短路,結論,從上分析可見，在正向區(qū)內金屬性短路時， 與

5、相位相反，繼電器此時應最靈敏地動作。正向區(qū)外和反方向金屬性短路時， 與 相位相同，繼電器此時應最可靠不動作。因此，阻抗繼電器的動作方程應為： 亦即 (6) 式中arg表示角度，是后面相量的幅角，表示分子相量超前分母相量的角度。（6）式稱做相位比較動作方程。繼電器是否動作，要看是否滿足動作方程。區(qū)內短路時， ，滿足（6）式，繼電器能動作，且距兩個邊界最遠，所以它動作最靈敏。區(qū)外短路或反方向短路時， ，不滿足（6）式的動作方程，繼電器不動作，由于距兩個邊界最遠，所以它最可靠地不動作。按（6）式動作方程構成的阻抗繼電器可以滿足我們的要求。,電壓分布圖,在發(fā)生區(qū)內、區(qū)外和反方向金屬性短路時，阻抗繼電器

6、的工作電壓 與 的相位關系也可從電壓分布圖中清晰地看出。,阻抗繼電器的動作方程及其動作特性,從(6)式 得到 (7) 式中 、 是繼電器測量阻抗和整定阻抗。（7）式表達的動作方程在阻抗復數(shù)平面上對應的動作特性如圖所示.,方向阻抗繼電器的暫態(tài)特性,動作方程為（6)式的方向阻抗繼電器的動作特性如上圖所示，其動作特性圓是經過座標原點的。動作特性經過座標原點的阻抗繼電器并不是一個理想的繼電器，因為在正向近處（含出口）發(fā)生短路時繼電器可能拒動，出現(xiàn)死區(qū)，而在反方向出口（含母線）短路時，繼電器可能誤動。從物理概念上來講，當出口（正向或反向）發(fā)生金屬性短路時（6）式中的極化電壓，當比較相位的兩個電氣量有一個

7、為零時，其相位比較是不準確的。如果極化電壓有一些雜散電壓且其相位與工作電壓相位恰好在某一些角度下的話，繼電器可能不正確動作。當出口（正向或反向）發(fā)生經過渡電阻短路時，極化電壓是過渡電阻上的壓降。由于送電端和受電端的極化電壓與工作電壓呈現(xiàn)不同的相位差，也將可能造成阻抗繼電器的不正確動作。為了消除上述缺點，應設法使短路后即使是出口短路極化電壓不為零，而且是大于過渡電阻上壓降的一個電壓，并使其與工作電壓能正確比相。其中一個方法是采用正序電壓作為極化電壓。在不對稱短路時，無論是否出口短路，電壓 的正序分量 不可能是零，且其相位與短路前 的電壓相位基本相同，可以與工作電壓正確比相。但這種方法仍不能解決三

8、相短路的問題，因為在出口金屬性的三相短路時，正序電壓仍然是零。 進行記憶，即用當前時刻前一個周波或兩個周波 電壓作為極化電壓。 (8),正方向短路的暫態(tài)動作特性分析,將上式代入動作方程（8）式，并將角 移到不等式兩邊得到： (9) 將（9）式與(7)式相比較，可知（9）式動作方程對應的動作特性是以 和 兩點連線為弦的圓。,如果短路前空載,即 和 同相位，則 。上述動作方程成為： (10) 該動作方程對應的動作特性是以 和 兩點連線為直徑的圓，如下圖所示。該動作特性是用極化電壓為短路前的電壓推導出來的，所以它是正方向短路的暫態(tài)動作特性。,反方向短路的暫態(tài)動作特性分析,將上式代入動作方程（8）式，

9、并將 移到不等式兩邊得到： (11) 將（11）式與 式相比較，若空載 可知（11）式動作方程對應的動作特性是以 和 兩點連線為直徑的圓。,以正序電壓為極化量的阻抗繼電器(RCS-941),以正序電壓為極化電壓的阻抗繼電器在900系列線路保護中用以構成三段式的相間和接地距離保護。在分析相間和接地阻抗繼電器時，它的正方向和反方向短路的系統(tǒng)圖如圖 的（a）和（b）所示。圖中加在阻抗繼電器上的測量電壓 和測量電流 直接理解成阻抗繼電器接線方式中的電壓、電流。對相間阻抗繼電器來說， 、 ；對接地阻抗繼電器來說， 、 ，都是故障相或是故障相間的電壓、電流。 和 的正方向為傳統(tǒng)規(guī)定的正方向，電壓是母線電位

10、為正，中性點電位為負，圖中電壓畫的是電位降的方向。電流以從保護安裝處流向被保護線路的方向為正方向。流過過渡電阻里的 電流 以與流過保護的電流的正方向一致來定義它的正方向，所以在正方向短路時， 電流以從上向下方向作為正方向；在反方向短路時， 電流以從下向上方向作為正方向。正方向短路時，從保護安裝處M母線到過渡電阻 的下面K點的阻抗是阻抗繼電器的測量抗 。反方向短路時，從保護安裝處M母線到過渡電阻 的下面K點的阻抗是阻抗繼電器的測量阻抗的負值 。,RCS-900系列相間阻抗繼電器的動作特性分析和性能評述,相間阻抗繼電器的工作電壓、極化電壓以及動作方程分別為 將極化電壓反一下相位,正向短路穩(wěn)態(tài)動作特

11、性分析及性能評述,正向兩相短路 。以 為例 分析BC相間阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖（a）系統(tǒng)圖里的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓： (12),(13),上面推導中用到了BC兩相短路時的一些基本關系式 ； 。將（12）和（13）兩式代入動作方程 式，并消去分子分母中 的得：,的阻抗圓,為了進一步提高其保護過渡電阻的能力，可將極化電壓相量向超前方向轉角 （ ）。即極化電壓為： 所以動作方程變換成：,正向短路暫態(tài)動作特性分析及其性能評述,由于極化電壓用的是短路前的正序電壓(記憶)，所以兩相短路和三相短路極化電壓是相同的。故而兩相短路和三相短路的暫態(tài)動作特性是相同

12、的。極化電壓是短路前的正序電壓，也就是短路前的負荷電壓。它可以認為與保護背后電勢 相差 角的一個電壓。而該電勢在短路前后是不變的。于是用圖（a）中的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓可得到：,(14),(15),式中K為實數(shù)。將上兩式代入動作方程 ，并消去分子分母 中的得：,的阻抗圓, 正向出口兩相、三相短路繼電器無死區(qū)，正向近處短路不會拒動。其物理概念是在短路初始階段正序極化電壓不再是零，它是短路前的負荷電壓且與工作電壓相位相反，因此滿足上式的動作方程，消除了死區(qū)。 保護過渡電阻的能力比穩(wěn)態(tài)動作特性要強。而且該能力也有一定的自適應能力。因為該圓的下端的位置隨運行方式的變化是變化的。,反向短路穩(wěn)態(tài)動

13、作特性分析及其性能評述,分析的系統(tǒng)圖 （b）所示,以 為例。,(16),(17),基本關系式,(18),的阻抗圓,當反方向發(fā)生兩相短路時，繼電器的測量阻抗落在第象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測量阻抗進入第象限也進入不了圓內。所以在反向兩相短路時該繼電器有良好的方向性。,反向短路暫態(tài)動作特性分析及其性能評述,分析的系統(tǒng)圖如上,極化電壓帶記憶。,(21),(22),式中K為實數(shù)。將上兩式代入動作方程 ，并消去分子分母 中的得：,(23),的阻抗圓,圖所示的暫態(tài)動作特性都是向第象限上拋的圓，遠離座標原點。在反向發(fā)生兩相或三相短路時，測量阻抗落在第象限，繼電器不

14、會誤動。即使在反向出口或母線上發(fā)生兩相或三相短路，過渡電阻附加阻抗是阻容性時，測量阻抗進入第象限，繼電器也不會誤動。所以該繼電器的暫態(tài)動作特性在反方向短路時有良好的方向性。,正向三相短路,由于三相對稱，三個相間阻抗繼電器的動作行為是一樣的 三相短路時只有正序分量。所以保護安裝處的電壓就是正序電壓。所以極化電壓為： 將兩式代入動作方程 ，并消去分子分母中的 得：,反向三相短路,三相短路時三相是對稱的，三個相間阻抗繼電器的動作行為是一樣的,(19),(20),反向三相短路,該特性與正向三相短路時的穩(wěn)態(tài)動作特性一樣，這種動作特性經過座標原點的動作特性不是一個理想的動作特性。在反向出口或母線上發(fā)生三相

15、短路時，尤其是安裝在受電端的阻抗繼電器在反向出口或母線上發(fā)生三相短路時，由于過渡電阻附加阻抗是阻容性的，繼電器可能會誤動，所以應采取措施防止這種誤動。RCS-900線路保護采取的措施是:當正序電壓小于0.15倍U n時,進入三相低壓程序，由正序電壓記憶量極化，、段距離繼電器在動作前設置正的門坎，保證母線三相故障時繼電器不可能失去方向性；繼電器動作后則改為反門坎，保證正方向三相故障繼電器動作后一直保持到故障切除。段距離繼電器始終采用反門坎，因而三相短路段穩(wěn)態(tài)特性包含原點，不存在電壓死區(qū)。,接地阻抗繼電器的動作特性分析和性能評述,工作電壓 極化電壓 或 動作方程,(26),(24),(25),正向

16、短路穩(wěn)態(tài)動作特性分析及性能評述,正向單相接地短路。以 為例。,(27),(28),(29),將（27）和（28）兩式代入動作方程 式，并消去分子分母中的（ ）得：,(30),阻抗圓,為了進一步提高其保護過渡電阻的能力，可將極化電壓相量向超前方向轉角 （ ）。即極化電壓為：,(31),反向短路穩(wěn)態(tài)動作特性分析及其性能評述,反向單相接地短路。以 為例.,(32),(33),將（32）和（33）兩式代入動作方程 ，并消去分子分母中的 得：,(34),阻抗圖,當反方向發(fā)生單相接地短路時，繼電器的測量阻抗落在第象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測量阻抗進入第象限也進入不了圓內。所以在反向發(fā)生單相接地短路時該繼電器有良好的方向性。,接地距離保護提高其保護過渡電阻的能力, 以正序電壓為極化電壓的接地阻抗繼電器。其極化電壓不加記憶，也不加入插入電壓。為了提高其保護過渡電阻的能力，可將極化電壓向超前方向旋轉角度 ，