電網(wǎng)距離保護作用原理及實現(xiàn)

1、第三章 電網(wǎng)的距離保護第一節(jié) 距離保護的作用原理一基本概念電流保護的優(yōu)點：簡單可靠經(jīng)濟。缺點：選擇性靈敏性快速性很難滿足要求（尤其35kV以上的系統(tǒng)）。距離保護的性能比電流保護更加完善。，反映故障點到保護安裝處的距離距離保護，它基本上不說系統(tǒng)的運行方式的影響。二距離保護的時限特性距離保護分為三段式： I段：，瞬時動作 主保護 II段：，t=0.5 III段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性。后備保護第二節(jié) 阻抗繼電器阻抗繼電器按構成分為兩種：單相式和多相式單相式阻抗繼電器：指加入繼電器的只有一個電壓UJ（相電壓或線電壓）和一個電流IJ（相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。 測量阻抗ZJ=R+jX

2、可以在復平面上分析其動作特性它只能反映一定相別的故障，故需多個繼電器反映不同相別故障。多相補償式阻抗繼電器：加入的是幾個相的補償后的電壓。它能反映多相故障，但不能利用測量阻抗的概念來分析它的特性。本節(jié)只討論單相式阻抗繼電器。一阻抗繼電器的動作特性、BC線路距離I段內(nèi)發(fā)生單相接地故障，Zd在圖中陰影內(nèi)。由于1）線路參數(shù)是分布的， d有差異 2)CT,PT有誤差 3）故障點過渡電阻 4）分布電容等所以Zd會超越陰影區(qū)。因此為了盡量簡化繼電器接線，且便于制造和調(diào)試，把繼電器的動作特性擴大為一個圓，見圖。圓1：以od為半徑全阻抗繼電器（反方向故障時，會誤動，沒有方向性）圓2：以od為直徑方向阻抗繼電器

3、（本身具有方向性）圓3：偏移特性繼電器另外，還有橢圓形，橄欖形，蘋果形，四邊形等二利用復數(shù)平面分析阻抗繼電器它的實現(xiàn)原理：幅值比較原理 相位比較原理 （一） 全阻抗繼電器特性：以保護安裝點為圓心（坐標原點），以Zzd為半徑的圓。圓內(nèi)為動作區(qū)。 Zdz.J測量阻抗正好位于圓周上，繼電器剛好動作，這稱為繼電器的起動阻抗。 無論d多大，它沒有方向性。1. 幅值比較原理：兩變同乘，且，所以，這也就是動作方程。2. 相位比較原理分子分母同乘以IJ，（二） 方向阻抗繼電器以Zzd為直徑，通過坐標原點的圓。圓內(nèi)為動作區(qū)。Zdz.J隨J改變而改變，當J等于Zzd的阻抗角時，Zdz.J最大，即保護范圍最大，工作

4、最靈敏。 lm最大靈敏角，它本身具有方向性。1. 幅值比較原理：2. 相位比較原理：（三） 偏移特性阻抗繼電器 正方向：整理阻抗Zzd 反方向：偏移-Zzd(<1) 圓內(nèi)動作。圓心 半徑： Zdz.J隨 J變化而變化,但沒有安全的方向性。1. 幅值比較原理 2. 相位比較原理總結三種阻抗的意義：1） 測量阻抗ZJ：由加入繼電器的電壓UJ與電流IJ的比值確定。2） 整定阻抗Zzd：一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗。全阻抗繼電器：圓的半徑方向阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上圓的直徑偏移特性阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上由原點到圓周的長度。3） 起動阻抗（動作阻抗）Zdz.J：它表示當

5、繼電器剛好動作時，加入繼電器的電壓UJ 和 電流IJ的比值。除全阻抗繼電器以外：Zdz.J隨J的不同而改變。當J=lm時，Zdz.J=Zzd，此時最大。三阻抗繼電器的構成主要由兩大基本部分組成：電壓形成路和幅值比較或相位比較回路。 UAUBUCUD基本上是由UJ和IJZzd組合而成。而UJ可直接從PT二次側取得，必要時經(jīng)YB變換。而IJZzd則經(jīng)過DKB獲得。（一） 方向阻抗繼電器交流回路的原理接線其它的繼電器的交流回路的組成，可參照此圖自行作成。（二） 幅值比較回路將UA和UB分別整流后進行幅值比較，有兩種類型：1 均壓式UA整流后在R1上產(chǎn)生Ua，UB整流后在R2上產(chǎn)生Ub。繼電器反應Ua

6、b=Ua-Ub而動作。2環(huán)流式 UA整流后在R1回路產(chǎn)生Ia, UB整流后在R2回路產(chǎn)生Ib。 繼電器反應Ia-Ib而動作。（三） 相位比較回路它是以測定UC和UD同時為正的時間來判斷它們的相位。2脈沖式比相電路加移相器后移相90º， 第三節(jié) 阻抗繼電器的接線方式一基本要求 要使ZJ正比于ld，且與故障類型無關。二常用接線方式 參見P90，表3-2，其中0º接線，+30º接線和-30º接線的阻抗繼電器用于反映各種相間短路。相電壓和具有k3I0補償?shù)南嚯娏鹘泳€用于反映各種接地故障。三分析（一） 母線殘壓計算公式： 假設：Z1=Z2，不計負荷電流 （其中：k

7、=(Z0-Z1)/3Z1，零序補償系數(shù)）同理：（二） 0º接線方式的分析（設nPT=nl=1）1 三相短路因為三相對稱，繼電器1，繼電器2，繼電器3工作情況完全相同，所以就以繼電器1為例分析。 同理ZJ2=Zj3=Z1ld結論：在三相短路時，ZJ1，ZJ2，ZJ3均等于短路點到保護安裝處點的線路正序阻抗。2 兩相短路以BC兩相短路為例。結論：接于故障環(huán)路的阻抗繼電器可以正確反映保護安裝處到故障點之間的線路正序阻抗。其余兩只阻抗繼電器的測量阻抗很大，不會動作。這也就是為什么要用三個阻抗繼電器并分別接于不同相間的原因。3 中性點直接接地電網(wǎng)的兩相接地短路仍然以BC兩相接地短路為例結論：同

8、兩相短路。（三） 接地短路阻抗繼電器的接線方式以A相接地短路為例可見：它能正確測量以短路點到保護安裝處之間線路正序阻抗。 均不動所以必須采用三個阻抗繼電器。該接線方式能正確反映兩相短路和三相短路。（自行分析）第四節(jié) 方向阻抗繼電器的特性分析由于方向阻抗繼電器的應用最為廣泛，故進一步分析之。一方向阻抗繼電器的死區(qū)和清除方法（一） 產(chǎn)生死區(qū)的原因在保護正方向出口發(fā)生相間短路時，UJ=0，繼電器不動作。發(fā)生這種情況的一定范圍，就稱為“死區(qū)”。1 幅值比較式而實際上，繼電器的執(zhí)行元件動作需要一定的功率，所以繼電器不動。2 相位比較式因為UJ=0，無法比相，所以繼電器不動。（二） 消除死區(qū)的方法引入極化

9、電壓UP，要求如下：1） 與UJ同相位2） 出口短路時，UP應具有足夠的數(shù)值或能保持一段時間逐漸衰減到零。（三） 獲取極化電壓的方法分析如下：1 記憶回路它是由一個R，L，C組成的工頻串聯(lián)諧振電路。因為wL=1/wc，電路呈純阻性，所以當出口短路時，UJ=0。借助諧振，Up在一定時間內(nèi)逐漸衰減，其相位保持原先的相位不變。這就相當于把原先的電壓記憶下來，故稱為“記憶回路”。2引入非故障電壓正常運行時，UAB較大，RS又很大。IR主要由UAB產(chǎn)生，第三相電壓基本上不起作用。當AB相間短路時，UAB=0，記憶回路發(fā)揮作用。但Up將逐漸衰減到零，此時第三相電壓的作用將表現(xiàn)出來。因為，所以IS與UAC同

10、相位。見左邊向量圖，Up與UAB(EAB)同相位所以出口兩相短路時，因為第三相電壓而產(chǎn)生的Up可保證繼電器的方向性。但三相短路時，無第三相電壓，故不能消除出口三相短路的死區(qū)。其它方法：集成電路保護中，利用高Q值的50HZ帶通有源濾波器響應特性的時間延遲，起到記憶作用。微機保護中，可用故障前電壓與故障電流比相來實現(xiàn)。（二）極化電壓的引入對方向阻抗繼電器初態(tài)特性的影響穩(wěn)態(tài)特性：在正常運行和短路后達到穩(wěn)態(tài)時的繼電器動作特性。初態(tài)特性：在發(fā)生短路的最初瞬間，繼電器的動作特性。短路發(fā)生后，Up有一個過渡過程。繼電器特性則由初態(tài)特性逐步向穩(wěn)態(tài)特性過渡。1 穩(wěn)態(tài)特性分析分析如下：（1）幅值比較式 B A B

11、 A當臨界動作時，所以引入Up不改變繼電器的靜態(tài)特性。而當正方向出口短路時，UJ=0能滿足，故能消除死區(qū)，且能防止反方向出口短路時誤動。（2） 相位比較式因為Up與UJ同相位，所以所以極化電壓Up并不改變繼電器的穩(wěn)態(tài)特性。而正方向出口短路時，而。因而繼電器能夠正確判別方向，即能消除死區(qū)。2 初態(tài)特性（設nl=nPT=1）（1） 正方向短路時：空載其動作特性是以Zzd，-Zs末端連線為直徑的圓。結論：1）初態(tài)特性圓包括坐標原點，故保證出口短路時可靠動作。2）初態(tài)特性圓比穩(wěn)態(tài)特性圓大，有利于躲過渡電阻的影響。3）正方向的保護范圍不變。（2） 反方向短路時其動作特性是Zzd，Z0末端的連線為直徑的圓

12、。結論：在反方向短路時，繼電器有明確的方向性。第五節(jié) 阻抗繼電器的精確工作電流 阻抗繼電器式利用測量阻抗來反映故障點的位置，即與的比值，其動作特性在理想條件下是常數(shù)，也就是說與無關。例：全阻抗繼電器（整流型）理想臨界動作條件：.即實際上執(zhí)行元件是需要動作功率的，即實際臨界動作條件為：由此可見，與，有關（）的關系曲線可繪制如下圖由圖可見，當較小時，將比整定阻抗明顯減小，即實際的保護范圍將比整定范圍小，這將影響到與它相鄰的保護的配合，而可能引起非選擇性動作。每個阻抗繼電器都有它實際的曲線，為了把動作阻抗與整定阻抗的差距限制在一定的范圍內(nèi)，規(guī)定了精確工作電流這項指標。精確工作電流：是指繼電器的動作阻

13、抗與整定阻抗之間的差距等于整定阻抗的10（即0.9）時，加入阻抗繼電器的電流。記做。當保護范圍末端短路時，應大于或等于，才能保證，此誤差在選擇可靠系數(shù)時已考慮。 第六節(jié) 影響距離保護正確動作的因素及防止方法阻抗繼電器的測量阻抗時受很多因素影響的。主要有： 短路點的過渡電阻； 電力系統(tǒng)振蕩； 保護安裝處與故障點之間有分支電路； CT,PT的誤差； PT二次回路斷線； 串連補償電容。 本節(jié)著重討論,兩因素的影響及相應的措施。一.短路點過渡電阻的影響及相應措施：短路一般是非金屬性的，即存在過渡電阻使得測量阻抗變化，保護范圍可能縮短，可能超范圍或反方向誤動。（一）.過渡電阻的影響：1. 過渡電阻的性質

14、：電弧電阻電弧電阻，桿塔電阻，大地電阻阻抗繼電器感受到的可能不是純電阻性的。其中為附加阻抗， ，為超前的角度討論：.,單側電源網(wǎng)絡 純電阻性 增大. . 雙側電源網(wǎng)絡受電側>0, 電阻電感性 電抗部分增大送電側<0, 電阻電容性 電抗部分減小2. 單側電源網(wǎng)絡中過渡電阻的影響B(tài)C線路出口經(jīng)短路當較大，超出其段范圍而落入段范圍內(nèi)，而仍在段的保護范圍內(nèi)，則保護1和2將同時以第段時限動作，造成保護誤動。小結：.短路點距保護安裝處越近，影響越大，反之影響越??；.保護裝置整定值越小，相對的受過渡電阻影響越大3. 雙側電源網(wǎng)絡中過渡電阻的影響：BC線路出口經(jīng)短路M側為送電側. 保護3：正方向出

15、口短路，<0，落在第四象限，拒動. 保護2：反方向出口短路，落在第二象限，誤動. 保護1：區(qū)外短路，落入動作特性圓，誤動以上分析是針對方向阻抗繼電器，對其它特性阻抗繼電器也有類似的情形。一般而言，阻抗繼電器動作特性在R軸方向上所占面積越大，受過渡電阻的影響就越小。（二）.減小過渡電阻的措施： 兩種措施：在保護范圍不變的前提下，采用動作特性在R軸方向上有較大面積的阻抗繼電器（參看P105.圖358）.采用瞬時測量裝置： （電弧長度，電弧電流）短路初瞬，較小，較大（有非周期分量），所以很??；0.10.15s后，拉長，減小（非周期分量衰減），所以增大。距離段：t小于40ms，很小，可以忽略不計

16、距離段：t為或很長，應采取措施。距離段：因為特性圓較大，影響較小 所謂瞬時測量，就是把距離元件的最初動作狀態(tài)通過起動元件的動作固定下來。當電弧電阻增大時，距離元件不會因為電弧電阻的增大而返回，仍以預定的動作時限跳閘。 短路初瞬，起動元件1：段阻抗元件2動作，因而起動中間繼電器3，3起動后通過其觸點自保持。而當,阻抗元件2返回。保護仍能在時間元件4動作后，經(jīng)中間繼電器3的觸點 去跳閘。注：d點短路，保護3的段動作于跳閘，保護5段跳。對保護1，因d點在其第段保護范圍內(nèi)，起動元件和段測量元件動作，若采用瞬時測量，則會誤動。所以只在單回線輻射形電網(wǎng)中的距離段上采用。二電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩

17、閉鎖回路 振蕩時，系統(tǒng)中各發(fā)電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發(fā)生周期性變化，可能導致距離保護和企圖確保護動作。但通常系統(tǒng)振蕩若干周期后，多數(shù)情況下能自行恢復同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（一）.系統(tǒng)振蕩使，電壓，電流的變化規(guī)律幾點假設：.全相振蕩時，系統(tǒng)三相對稱，故可只取一相分析；.兩側電源電勢和電勢相等，相角差為.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以表示不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發(fā)生短路。電流：振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）電壓：系統(tǒng)中總有一點的電壓為最低，其值為由0向相量所做的垂線的長度，該點則稱為

18、振蕩中心，以z表示。當 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點（即處）。當時，I最大，相當于在線路z點發(fā)生三相短路。振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經(jīng)歷的時間，一般發(fā)生在0.252.5s的范圍內(nèi)。（二）.系統(tǒng)振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規(guī)律M側：因為（參看P108）所以,可見，當變化，幅值變化，阻抗角亦變化。注：可能在第一象限，也可能在第三象限。（三）.系統(tǒng)振蕩時時距離保護的影響：當測量阻抗進入特性圓內(nèi)，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角，方向阻抗繼電器誤動的相角。因為T0.252.5之間，所以就可躲振蕩的影響小結：.在相同定值下，全阻抗繼電器所受

19、（振蕩）影響大.當保護安裝點越靠近振蕩中心，受影響越大措施：.延長保護裝置的動作時間（如距離段）.把定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外.增設振蕩閉鎖回路。(四).振蕩閉鎖回路1 基本要求： .當系統(tǒng)只發(fā)生振蕩而無故障時，應可靠閉鎖保護；.區(qū)外故障而引起系統(tǒng)振蕩時，應可靠閉鎖保護.區(qū)內(nèi)故障，不論系統(tǒng)是否振蕩，都不應閉鎖保護。根據(jù)上述基本要求，振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理：.利用短路時出現(xiàn)負序分量而振蕩時無負序分量的原理.利用振蕩和短路時電氣量變化速度不同的原理2 利用負序（和零序）分量元件起動的振蕩閉鎖回路起動元件可以利用短路時出現(xiàn)的負序或零序分量起動，也可以利用這些分量的增量或突變量來起動（

20、P115,圖3-71）具體接線參看附錄四.當系統(tǒng)只振蕩，起動元件不動作，保護不會開放；.內(nèi)部短路時，起動元件立即動作，然后自保持，短時開放保護(在此期間允許保護跳閘) .外部短路引起系統(tǒng)振蕩： 起動元件立即起動（同），短時開放保護，但在阻抗繼電器誤動前，短時開放回路已復歸，將保護跳閘回路閉鎖。3 反應阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路利用振蕩時各段動作時間不同實現(xiàn)的振蕩閉鎖區(qū)內(nèi)故障時：，同時動作。振蕩時：先動（t1）, 后動（t2）第七節(jié) 距離保護的整定計算原則及對距離保護的評價一、距離保護的整定計算原則 1. 距離保護I段的整定 A B C 1 2 3 4 5 6 原則：按躲過線路末端故障整定。 2. 距離保護II段的整定 原則1：與相鄰線路的距離I段配合 原則2：按躲過線路末端變壓器低壓母線短路整定 （考慮到的計算誤差大） 取上述兩項中數(shù)值小者作為保護II段定值。 動作時間： 靈敏度校驗：按本線路末端故障校驗靈敏度。 要求大于1.25。