距離保護(hù)原理稻谷書苑

1、距離保護(hù)距離保護(hù) 短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式 在圖所示的系統(tǒng)中，線路上k點(diǎn)發(fā)生短路。保護(hù)安裝處的相電壓應(yīng)該是短路點(diǎn)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(fù)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(fù)序阻抗，保護(hù)安裝處相電壓的計(jì)算公式為：101110010211010002211333z)iki(uzzzziz)iii(uziziziziziuukkk1ziuuk1教學(xué)運(yùn)用以上兩式稱做短路時(shí)保護(hù)安裝處以上兩式稱做短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式電壓計(jì)算的一般公式 在任何短路故障類型下，對(duì)故障相或非故障相的相電壓、對(duì)故障相間或非故障相間電壓的

2、計(jì)算，這兩個(gè)公式都是適用的。例如，當(dāng)線路上k點(diǎn)發(fā)生a相單相接地短路時(shí)，保護(hù)安裝處的b相電壓為 。在非全相運(yùn)行時(shí)運(yùn)行相上發(fā)生短路，計(jì)算保護(hù)安裝處的運(yùn)行相或兩運(yùn)行相間的電壓，這兩個(gè)公式也是適用的。例如在圖中，本線路b、c兩相運(yùn)行時(shí)b相又發(fā)生單相接地短路。保護(hù)安裝處的b相電壓為 。保護(hù)安裝處的b、c相間電壓為 。 103z)iki(uubkbb103z)iki(uubkbb1z)ii(uucbkbcbc2教學(xué)運(yùn)用以上兩式稱做短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算以上兩式稱做短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式的一般公式在系統(tǒng)振蕩過程中發(fā)生短路時(shí)計(jì)算保護(hù)安裝處的電壓，這兩個(gè)公式也是適用的。例如在振蕩中發(fā)生a相單相接地

3、短路，保護(hù)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。103z)iki(uubkbb3教學(xué)運(yùn)用阻抗繼電器的工作電壓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(jì)算獲得: (1) 、 值可根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算后獲得， 是定值單中給定的。所以微機(jī)保護(hù)可算出的值 。由（1）式確定的阻抗繼電器的工作電壓有時(shí)也稱做距離測(cè)量電壓，或稱做補(bǔ)償電壓。 setmmopziuuopumumisetzopu4教學(xué)運(yùn)用需要說明需要說明 從(1) 式可見， 是保護(hù)安裝處的電壓。如果從保護(hù)安裝處到保護(hù)范圍末端沒有其它分支電流而流的是同一個(gè)電流時(shí)（例如正常運(yùn)行、區(qū)外故

4、障、系統(tǒng)振蕩），則 是從保護(hù)安裝處到保護(hù)范圍末端這一段線路上的壓降。此時(shí)阻抗繼電器的工作電壓其物理概念是保護(hù)范圍末端的電壓，即由保護(hù)安裝處求得的補(bǔ)償?shù)奖Ｗo(hù)范圍末端的電壓，所以很多人把它稱做補(bǔ)償電壓。但在區(qū)內(nèi)短路時(shí)，由于從保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)和從短路點(diǎn)到保護(hù)范圍末端流的不是同一個(gè)電流，此時(shí)由（1）式計(jì)算出的工作電壓并不是真正的保護(hù)范圍末端的電壓，而是假想的如果從保護(hù)安裝處到保護(hù)范圍末端都流有與加入到保護(hù)裝置中的電流相同的電流時(shí)的保護(hù)范圍末端的電壓。musetmzi5教學(xué)運(yùn)用下面分別分析正向短路時(shí)工作電壓的特點(diǎn)下面分別分析正向短路時(shí)工作電壓的特點(diǎn) 以金屬性短路 為例 故工作電壓表達(dá)式為： (2) 令

5、 。一般整定阻抗 的阻抗角與線路阻抗角相同，n是實(shí)數(shù)。將上述關(guān)系式代入（2）式得： (3) 正向區(qū)內(nèi)短路時(shí)， ，所以 。由（3）式可見 與 相位相反。正向區(qū)外短路時(shí)， ，所以，由（3）式可見 與 相位相同。 kmmziu)(setkmsetmkmsetmmopzziziziziuuksetnzzsetzmmkopu)n(iz)n(u11setkzz1n opumusetkzzopumu正向故障6教學(xué)運(yùn)用下面分別分析反向短路時(shí)工作電壓的特點(diǎn)下面分別分析反向短路時(shí)工作電壓的特點(diǎn)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(hù)線路的方向?yàn)檎较?，所?, 故工作電壓表達(dá)式為： (4)

6、 同樣令 ，并代入（4）式得： （5）考慮到n是實(shí)數(shù)，所以 與 相位相同。kmmziu)(setkmsetmkmsetmmopzziziziziuuksetnzzmkmopu)n(z)n(iu11opumu反方向短路7教學(xué)運(yùn)用結(jié)論從上分析可見，在正向區(qū)內(nèi)金屬性短路時(shí)， 與 相位相反，繼電器此時(shí)應(yīng)最靈敏地動(dòng)作。正向區(qū)外和反方向金屬性短路時(shí)， 與 相位相同，繼電器此時(shí)應(yīng)最可靠不動(dòng)作。因此，阻抗繼電器的動(dòng)作方程應(yīng)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(dòng)作方程。繼電器是否動(dòng)作，要看是否滿足動(dòng)作方程。區(qū)內(nèi)短路時(shí)， ，滿足（6）式，繼電

7、器能動(dòng)作，且距兩個(gè)邊界最遠(yuǎn)，所以它動(dòng)作最靈敏。區(qū)外短路或反方向短路時(shí)， ，不滿足（6）式的動(dòng)作方程，繼電器不動(dòng)作，由于距兩個(gè)邊界最遠(yuǎn)，所以它最可靠地不動(dòng)作。按（6）式動(dòng)作方程構(gòu)成的阻抗繼電器可以滿足我們的要求。 opumuopumu0027090mopuuarg0027090msetmmuziuarg0180mopuuarg00mopuuarg8教學(xué)運(yùn)用電壓分布圖電壓分布圖 在發(fā)生區(qū)內(nèi)、區(qū)外和反方向金屬性短路時(shí)，阻抗繼電器的工作電壓 與 的相位關(guān)系也可從電壓分布圖中清晰地看出。 opumu9教學(xué)運(yùn)用阻抗繼電器的動(dòng)作方程及其動(dòng)作特性阻抗繼電器的動(dòng)作方程及其動(dòng)作特性 從(6)式 得到 (7) 式中

8、 、 是繼電器測(cè)量阻抗和整定阻抗。（7）式表達(dá)的動(dòng)作方程在阻抗復(fù)數(shù)平面上對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性如圖所示. 0027090msetmmuziuarg0027090msetmzzzargmzsetz10教學(xué)運(yùn)用方向阻抗繼電器的暫態(tài)特性方向阻抗繼電器的暫態(tài)特性動(dòng)作方程為（6)式的方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性如上圖所示，其動(dòng)作特性圓是經(jīng)過座標(biāo)原點(diǎn)的。動(dòng)作特性經(jīng)過座標(biāo)原點(diǎn)的阻抗繼電器并不是一個(gè)理想的繼電器，因?yàn)樵谡蚪帲ê隹冢┌l(fā)生短路時(shí)繼電器可能拒動(dòng)，出現(xiàn)死區(qū)，而在反方向出口（含母線）短路時(shí)，繼電器可能誤動(dòng)。從物理概念上來講，當(dāng)出口（正向或反向）發(fā)生金屬性短路時(shí)（6）式中的極化電壓，當(dāng)比較相位的兩個(gè)電氣量有一個(gè)

9、為零時(shí)，其相位比較是不準(zhǔn)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(dòng)作。當(dāng)出口（正向或反向）發(fā)生經(jīng)過渡電阻短路時(shí)，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(dòng)作。為了消除上述缺點(diǎn)，應(yīng)設(shè)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(gè)電壓，并使其與工作電壓能正確比相。其中一個(gè)方法是采用正序電壓作為極化電壓。在不對(duì)稱短路時(shí)，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

10、相短路的問題，因?yàn)樵诔隹诮饘傩缘娜喽搪窌r(shí)，正序電壓仍然是零。 進(jìn)行記憶，即用當(dāng)前時(shí)刻前一個(gè)周波或兩個(gè)周波 電壓作為極化電壓。 (8)mum1umum1um1u0mm1setmm0270uziuarg9011教學(xué)運(yùn)用正方向短路的暫態(tài)動(dòng)作特性分析正方向短路的暫態(tài)動(dòng)作特性分析 將上式代入動(dòng)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(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以 和 兩點(diǎn)連線為弦的圓。 smsetmmsmsetmmssetmmjssetmmmmsetmmzzzzzzizzieziueekziuuziuargargargargarg10027090sms

11、etmzzzzargsetzsz12教學(xué)運(yùn)用如果短路前空載如果短路前空載 即 和 同相位，則 。上述動(dòng)作方程成為： (10) 該動(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以 和 兩點(diǎn)連線為直徑的圓，如下圖所示。該動(dòng)作特性是用極化電壓為短路前的電壓推導(dǎo)出來的，所以它是正方向短路的暫態(tài)動(dòng)作特性。 sere000027090smsetmzzzzargsetzsz13教學(xué)運(yùn)用反方向短路的暫態(tài)動(dòng)作特性分析反方向短路的暫態(tài)動(dòng)作特性分析 將上式代入動(dòng)作方程（8）式，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(dòng)作方程對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性是以 和 兩點(diǎn)連線為直徑的圓。 rmsetmmrmse

12、tmmrsetmmmjrsetmmmmsetmmzzzzzzizziezizieekziuuziuargargargargarg10027090rmsetmzzzzargsetzrz000027090smsetmzzzzarg14教學(xué)運(yùn)用以正序電壓為極化量的阻抗繼電器以正序電壓為極化量的阻抗繼電器(rcs-941)(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(hù)中用以構(gòu)成三段式的相間和接地距離保護(hù)。在分析相間和接地阻抗繼電器時(shí)，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(cè)量電壓 和測(cè)量電流 直接理解成阻抗繼電器接線方式中的電壓、電流。

13、對(duì)相間阻抗繼電器來說， 、 ；對(duì)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?yàn)閭鹘y(tǒng)規(guī)定的正方向，電壓是母線電位為正，中性點(diǎn)電位為負(fù)，圖中電壓畫的是電位降的方向。電流以從保護(hù)安裝處流向被保護(hù)線路的方向?yàn)檎较?。流過過渡電阻里的 電流 以與流過保護(hù)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(shí)， 電流以從上向下方向作為正方向；在反方向短路時(shí)， 電流以從下向上方向作為正方向。正方向短路時(shí)，從保護(hù)安裝處m母線到過渡電阻 的下面k點(diǎn)的阻抗是阻抗繼電器的測(cè)量抗 。反方向短路時(shí)，從保護(hù)安裝處m母線到過渡電阻 的下面k點(diǎn)的阻抗是阻抗繼電器的測(cè)量阻抗的負(fù)值 。mumiu

14、umiimuum03ikiimmumifififigrmzgrmz15教學(xué)運(yùn)用rcs-900rcs-900系列相間阻抗繼電器的動(dòng)作特性系列相間阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析和性能評(píng)述分析和性能評(píng)述 相間阻抗繼電器的工作電壓、極化電壓以及動(dòng)作方程分別為 將極化電壓反一下相位 setopziuumpuu1opopouuarg9090mpuu1opopouuarg2709016教學(xué)運(yùn)用正向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及性能評(píng)述正向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及性能評(píng)述 正向兩相短路 。以 為例 分析bc相間阻抗繼電器。假設(shè)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(dá)工作電壓和極化電壓： (

15、12) 2bcksetmbsetmcbsetcbmcbsetcbbcopbczzizziiziiziiziiuu2 smbsbmsbscbmscbscbscsbscscsbsbcbbcpbczzizizziziizziiziieeziezieuuuu2122)(111111111(13)上面推導(dǎo)中用到了bc兩相短路時(shí)的一些基本關(guān)系式 ； 。將（12）和（13）兩式代入動(dòng)作方程 式，并消去分子分母中 的得： cbiibcbiii11opopouuarg27090bi2osmsetmozzzzarg270219017教學(xué)運(yùn)用osmsetmozzzzarg2702190 的阻抗圓為了進(jìn)一步提高其保護(hù)

16、過渡電阻的能力，可將極化電壓相量向超前方向轉(zhuǎn)角 （ ）。即極化電壓為：所以動(dòng)作方程變換成： o0jpeuu1osmsetmozzzzarg270219018教學(xué)運(yùn)用正向短路暫態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述正向短路暫態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)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(dòng)作特性是相同的。極化電壓是短路前的正序電壓，也就是短路前的負(fù)荷電壓。它可以認(rèn)為與保護(hù)背后電勢(shì) 相差 角的一個(gè)電壓。而該電勢(shì)在短路前后是不變的。于是用圖（a）中的參數(shù)來表達(dá)工作電壓和極化電壓可得到： sesetmsetmsetopzziziziziu

17、ujmsjsmpezzi keekuu1(14)(15)opopouuarg27090式中k為實(shí)數(shù)。將上兩式代入動(dòng)作方程 ，并消去分子分母 中的得： iosmsetmozzzzarg2709019教學(xué)運(yùn)用 的阻抗圓osmsetmozzzzarg27090 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(huì)拒動(dòng)。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(fù)荷電壓且與工作電壓相位相反，因此滿足上式的動(dòng)作方程，消除了死區(qū)。 保護(hù)過渡電阻的能力比穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性要強(qiáng)。而且該能力也有一定的自適應(yīng)能力。因?yàn)樵搱A的下端的位置隨運(yùn)行方式的變化是變化的。20教學(xué)運(yùn)用反向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及其性

18、能評(píng)述反向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述 分析的系統(tǒng)圖 （b）所示,以 為例。 2bcksetmbsetmcbsetcbmcbsetcbbcopbczzizziiziiziiziiuu2(16) rmbrbrmbrcbmrcbrcbrcrbrcrcrbrbcbbcpbczzizizziziizziiziieeziezieuuuu2122)(111111111(17)基本關(guān)系式 cbiibcbiii11ormsetmozzzzarg2702190(18)21教學(xué)運(yùn)用的阻抗圓ormsetmozzzzarg2702190 當(dāng)反方向發(fā)生兩相短路時(shí)，繼電器的測(cè)量阻抗落在第象限。即使在反方向出口或母線發(fā)

19、生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測(cè)量阻抗進(jìn)入第象限也進(jìn)入不了圓內(nèi)。所以在反向兩相短路時(shí)該繼電器有良好的方向性。 22教學(xué)運(yùn)用反向短路暫態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述反向短路暫態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述 分析的系統(tǒng)圖如上,極化電壓帶記憶。 setmsetmsetopzzizi)z(iziuujrmjmrjrmpezzkiezz)i(keekuu1ormsetmozzzzarg27090(21)(22)式中k為實(shí)數(shù)。將上兩式代入動(dòng)作方程 ，并消去分子分母 中的得：opopouuarg27090i(23)23教學(xué)運(yùn)用的阻抗圓圖所示的暫態(tài)動(dòng)作特性都是向第象限上拋的圓，遠(yuǎn)離座標(biāo)原點(diǎn)。在反向發(fā)生兩相或

20、三相短路時(shí)，測(cè)量阻抗落在第象限，繼電器不會(huì)誤動(dòng)。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(shí)，測(cè)量阻抗進(jìn)入第象限，繼電器也不會(huì)誤動(dòng)。所以該繼電器的暫態(tài)動(dòng)作特性在反方向短路時(shí)有良好的方向性。 ormsetmozzzzarg2709024教學(xué)運(yùn)用正向三相短路 由于三相對(duì)稱，三個(gè)相間阻抗繼電器的動(dòng)作行為是一樣的 三相短路時(shí)只有正序分量。所以保護(hù)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(dòng)作方程 ，并消去分子分母中的 得： setmsetmsetopzziziziziuumpziuuu1opopouuarg27090iomsetmozzzarg2709025教學(xué)運(yùn)用反

21、向三相短路反向三相短路 三相短路時(shí)三相是對(duì)稱的，三個(gè)相間阻抗繼電器的動(dòng)作行為是一樣的 setmsetmsetopzzizi)z(iziuu(19)mmpzi)z(iuuu1(20)26教學(xué)運(yùn)用反向三相短路反向三相短路 該特性與正向三相短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性一樣，這種動(dòng)作特性經(jīng)過座標(biāo)原點(diǎn)的動(dòng)作特性不是一個(gè)理想的動(dòng)作特性。在反向出口或母線上發(fā)生三相短路時(shí)，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(shí)，由于過渡電阻附加阻抗是阻容性的，繼電器可能會(huì)誤動(dòng)，所以應(yīng)采取措施防止這種誤動(dòng)。rcs-900線路保護(hù)采取的措施是:當(dāng)正序電壓小于0.15倍u n時(shí),進(jìn)入三相低壓程序，由正序電壓記憶量極

22、化，、段距離繼電器在動(dòng)作前設(shè)置正的門坎，保證母線三相故障時(shí)繼電器不可能失去方向性；繼電器動(dòng)作后則改為反門坎，保證正方向三相故障繼電器動(dòng)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(diǎn)，不存在電壓死區(qū)。27教學(xué)運(yùn)用接地阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析和性能評(píng)述接地阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析和性能評(píng)述 工作電壓 極化電壓 或 動(dòng)作方程 setopzikiuu031uupmpuu1opopouuarg9090(26)(24)(25)28教學(xué)運(yùn)用正向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及性能評(píng)述正向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及性能評(píng)述 正向單相接地短路。以 為例。 1aksetmasetamaset

23、aaopazzikizikizikizikiuu00003333smasamsasasaapazkzikizizzikizieuu0101133(27)(28)1010000022111101231313131cckcckickicicicicikiikfafafafafaaa(29)870750.k 29教學(xué)運(yùn)用將（27）和（28）兩式代入動(dòng)作方程 式，并消去分子分母中的（ ）得： opopouuarg909003ikiaosmsetmozkzzzarg27090(30)osmsetmozkzzzarg27090阻抗圓為了進(jìn)一步提高其保護(hù)過渡電阻的能力，可將極化電壓相量向超前方向轉(zhuǎn)角 （ ）

24、。即極化電壓為： o0osmsetmozkzzzarg27090(31)30教學(xué)運(yùn)用反向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述反向短路穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性分析及其性能評(píng)述 反向單相接地短路。以 為例. 1aksetmasetamasetaaopazzikizikizikizikiuu00003333rmararmaramrararaapazkzikizizz)iki(zizzikizieuu0101011333(32)(33)ormsetmozkzzzarg27090將（32）和（33）兩式代入動(dòng)作方程 ，并消去分子分母中的 得：opopouuarg909003ikia(34)31教學(xué)運(yùn)用ormsetmoz

25、kzzzarg27090阻抗圖當(dāng)反方向發(fā)生單相接地短路時(shí)，繼電器的測(cè)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(cè)量阻抗進(jìn)入第象限也進(jìn)入不了圓內(nèi)。所以在反向發(fā)生單相接地短路時(shí)該繼電器有良好的方向性。 32教學(xué)運(yùn)用接地距離保護(hù)提高其保護(hù)過渡電阻的能力接地距離保護(hù)提高其保護(hù)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(hù)過渡電阻的能力，可將極化電壓向超前方向旋轉(zhuǎn)角度 ， 零序電抗繼電器.它的動(dòng)作特性是經(jīng)過整定阻抗 點(diǎn)的沿+r方向與r軸夾角為 - 的一條電抗線。 setz- o1233教學(xué)運(yùn)用電抗型阻抗繼電器簡述