距離保護原理

1、距離保護原理 第4章 距離保護 知識與能力要求知識與能力要求： 理解距離保護的基本工作原理，掌握各 種特性的阻抗繼電器特征及接線；了解影響 距離保護正確工作的因素及采取的措施。 距離保護原理 4.1 距離保護的基本原理 前面介紹的各種電流電壓保護，其保護范圍要隨系統(tǒng)運行方式的變化而變 化 。對長距離、重負(fù)荷線路，由于線路的最大負(fù)荷電流可能與線路末端短路時的 短路電流相差甚微，采用電流電壓保護，其靈敏性也常常不能滿足要求。距離保 護是廣泛運用在110KV及以上電壓輸電線路中的一種保護裝置。 一、距離保護的基本原理 輸電線路的長度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范圍內(nèi)任何一點故障， 故障點至線路首

2、端的距離都不一樣，也就是阻抗不一樣，都會小于總阻抗。 距離保護就是反應(yīng)故障點至保護安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確 定動作時限的一種繼電保護裝置。 距離保護的核心元件阻抗繼電器。 距離保護原理 當(dāng)被保護線路上發(fā)生短路故障時，阻抗繼電器的測量阻抗為Zm 設(shè)阻抗繼電器的工作電壓為 阻抗繼電器的整定阻抗 是指保護安裝處至保護末端的阻抗。 由此可見：保護區(qū)內(nèi)短路故障，工作電壓小于0；而保護外或反方向短路故障， 工作電壓大于0。 二、距離保護的時限特性 距離保護時限特性與三段式電流保護相似。 opmmset UUI Z set Z 距離保護原理 三、距離保護的構(gòu)成 由起動元件、方向元件、測量元件、

3、時間元件和執(zhí)行部分組成。 起動元件起動元件：發(fā)生短路故障時瞬時起動保護裝置。 方向元件方向元件：判斷短路方向。 測量元件測量元件：測量短路點至保護安裝處距離。 時間元件時間元件：根據(jù)預(yù)定的時限特性動作，保證保護動作的選擇性。 執(zhí)行元件執(zhí)行元件：作用于跳開斷路器。 起動 元件 輸入信號方向 元件 時間 元件 跳閘阻抗 元件 出口 元件 距離保護原理 4.2 阻抗繼電器阻抗繼電器 單相式阻抗繼電器是指加入繼電器只有一個電壓 （可以是相電壓或線電壓） 和一個電流 （可以是相電流或兩相電流差）的阻抗繼電器，加入繼電器的電壓與 電流比值稱為繼電器的測量阻抗Zm。 測量阻抗可表示為： 一、圓特性阻抗繼電器

4、 1、全阻抗繼電器 如圖所示，全阻抗繼電器的特性圓是一個以坐標(biāo)原點為圓心，以整定阻抗的 絕對值為半徑所作的一個圓。圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。不論故障發(fā)生在正 方向短路故障，還是反方向短路故障，只要測量阻抗落在圓內(nèi)，繼電器就動作，所 以叫全阻抗繼電器。不論加入繼電器電壓與電流的相位差如何，動作阻抗不變，即 全阻抗繼電器動作不具有方向性。 動作阻抗動作阻抗：使繼電器動作的最大阻抗稱為動作阻抗，以 表示。 r I r r m I U Z r U op Z 距離保護原理 動作表達式： 即： 上式表明：全阻抗繼電器實質(zhì)是比較兩電壓的幅值，一為動作分量，一 為制動分量。其物理意義是：正常運行時，保護安

5、裝處測量 到的電壓是正常額定電壓，電流是負(fù)荷電流，阻抗繼電器不 起動；在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，保護測量到的電壓為殘 余電壓，電流是短路電流，阻抗繼電器起動。 setm ZZm ur m uv IKUK 距離保護原理 二、方向阻抗繼電器 方向阻抗繼電器的特性圓是一個以整定阻抗為直徑而通過坐標(biāo)原點 的圓 ，圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為制動區(qū)。保護動作具有方向性。 特點：當(dāng)加入阻抗繼電器的電壓和電流之間的相位為不同數(shù)值時， 動作阻抗就不同。 為使繼電器工作在最靈敏狀態(tài)，應(yīng)選擇整定阻抗角等于線路 短路阻抗角。 距離保護原理 三、偏移特性阻抗繼電器 此阻抗繼電器是介于全阻抗繼電器與方向阻抗繼電器之間，動作特性

6、 向第三象限偏移了一個量。 特性圓： ZZ Z 距離保護原理 特性圓： ZZ Z 距離保護原理 還有其它特性的阻抗繼電器，比如多邊形特性、方向多邊形特性等 等，不再贅述。基本特點可以歸納為以下幾點： 1、測量阻抗是由加入阻抗繼電器的測量電壓與測量電流的比值所確 定，測量阻抗角就是測量電壓與測量電流之間的相位差。 2、整定阻抗一般取保護安裝處到保護區(qū)末端的線路阻抗作為整定阻 抗。 3、動作阻抗是使阻抗繼電器起動的最大測量阻抗。方向、偏移阻抗 繼電器動作阻抗隨阻抗角而變。 4、當(dāng)偏移度等于0時，為方向阻抗繼電器；偏移度等于1時，為全阻 抗繼電器。 距離保護原理 4.3 阻抗繼電器的接線方式阻抗繼電

7、器的接線方式 一、基本要求 二、反應(yīng)相間故障的阻抗繼電器接線方式 1、0接線方式 假定同一相的相電壓與相電流同相位（即cos=1），則加在繼電器端子上 的電壓與電流相位差為0的接線方式。 繼電器類別 A相阻抗元件 B相阻抗元件 C相阻抗元件 、阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)正比于短路點到保護安裝地點之間的距離； 、阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護范圍不隨故障類 型而變化； 3、 阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)不受短路故障點過渡電阻的影響。 r U r I ABU BCU CAU BAII CBII ACII 距離保護原理 2、動作情況分析 A、三相短路時 三相對稱，僅以A相為例。設(shè)短路點至保護

8、安裝處的距離為LK，線路每公里正 序阻抗為Z1，則保護安裝處的電壓為： 此時阻抗繼電器的測量阻抗為： B、兩相相間短路時 以BC相間短路為例 K MBMA K MB K MABAABLZIILZILZIUUU 111 )( K MBMA AB m LZ II U Z 1 距離保護原理 保護安裝處電壓為： 阻抗繼電器的測量阻抗為： C、中性點直接接地系統(tǒng)中兩相接地短路時 以BC相接地短路為例 kMCkMBCBBC LZILZIUUU 1 )2( 1 )2( k CB CB m LZ II UU Z 1 距離保護原理 BC兩相接地短路保護安裝處母線電壓為： 測量阻抗為： 由以上分析可知，對于0接線

9、方式，在電網(wǎng)同一點發(fā)生各種相間故障時，接于故障相 間的阻抗繼電器測得的阻抗相同，而且測得的阻抗只與故障點至保護安裝處的距離成正 比，故滿足接線方式的要求。所以0接線方式廣泛運用于反應(yīng)相間短路故障的距離保護 中。 kMMBkLMCC kMMCkLMBB LZILZIU LZILZIU )1 . 1()1 . 1( )1 . 1()1 . 1( k MCMB kMLMCMB CB CB m LZ II LZZII II UU Z 1 )1 . 1()1 . 1( )1 . 1()1 . 1( )( 距離保護原理 二、反應(yīng)接地故障的阻抗繼電器接線方式 在中性點直接接地電網(wǎng)中，當(dāng)采用零序電流保護不滿足

10、要求時，一 般考慮采用接地距離保護，其接線方式如下： 繼電器類別 A相阻抗元件 B相阻抗元件 C相阻抗元件 r U r I AU BU CU 03 IKIA 03 IKIC 03 IKIB 距離保護原理 反應(yīng)接地短路時阻抗繼電器原理接線示意圖 3I0 0K3I 距離保護原理 4.4 影響阻抗繼電器正確測量的因素 如前所述，阻抗元件能正確測量故障點至保護安裝處的阻抗，當(dāng)故 障發(fā)生在保護范圍內(nèi)時，阻抗繼電器的測量阻抗小于其動作阻抗，繼電 器動作。但實際使用時，有許多因素影響著阻抗繼電器的測量阻抗。使 它增大或減小，導(dǎo)致保護的靈敏性降低甚至失去選擇性。 主要有： 1、故障點的過渡電阻； 2、故障點與

11、保護安裝處之間的分支電流； 3、系統(tǒng)振蕩； 4、電壓回路斷線； 5、電流互感器和電壓互感器的誤差； 6、串聯(lián)電容補償?shù)挠绊懙取?一、故障點過渡電阻的影響 前面分析時都是假定短路為金屬性短路，實際故障點都存在過渡電 阻，主要是電弧電阻。一般來說，過渡電阻的存在將使阻抗繼電器的測 量阻抗增大，使保護范圍縮小、靈敏性降低。 距離保護原理 方向阻抗繼電器受過渡電阻的影響最重，偏移特性阻抗繼電器次 之，全阻抗繼電器受過渡電阻的影響相對最小。 由于過渡電阻主要是電弧電阻，故障后的電弧長度和電弧電流大 小都是隨時間變化的。在短路的瞬間，過渡電阻最小，此后逐漸增大。 大約0.10.5S后，該值急劇增大。 降低

12、影響的措施：降低影響的措施： 對于瞬時速斷距離保護不考慮該影響，帶有時限的距離保護應(yīng)該 采用瞬時測定回路，即：通過啟動元件把測量元件最初的動作狀態(tài)固定 下來，電弧電阻增大時，即使測量元件返回，保護任能經(jīng)預(yù)設(shè)的時限后 跳閘。 距離保護原理 二、分支電流的影響 該影響只能通過整定值的修正來解決。 三、系統(tǒng)振蕩的影響 為防止系統(tǒng)振蕩時距離保護的誤動作，在保護裝置中一般都設(shè)有振蕩閉鎖 回路。工程實踐證明，阻抗繼電器誤動的持續(xù)時間一般不會超過1.0S，所以如 果保護本身帶有較長的動作時間延遲，就可以不考慮系統(tǒng)振蕩的影響。 對振蕩閉鎖回路的要求是：系統(tǒng)沒有發(fā)生故障而振蕩時，應(yīng)可靠閉鎖；在 保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，不管系統(tǒng)有無振蕩都應(yīng)立即開放保護。 由于要正確判斷是故障還是系統(tǒng)振蕩，振蕩閉鎖回路一般都設(shè)有啟動元 件，根據(jù)系