第四章_輸電線路距離保護4.1-4.2

1、華中科技大學文華學院機電學部華中科技大學文華學院機電學部2009.92009.9 電氣工程及其自動化專業(yè)課程電氣工程及其自動化專業(yè)課程課程內容第一章 電力系統(tǒng)繼電保護概述第二章 繼電保護的基礎知識 第三章 輸電線路的電流電壓保護第四章 輸電線路的距離保護第五章 輸電線路的縱聯(lián)保護 第六章 輸電線路的自動重合閘第七章 電力變壓器的繼電保護本章基本要求本章基本要求了解距離保護的工作原理、主要組成元件及了解距離保護的工作原理、主要組成元件及動作時限特性。動作時限特性。熟練地掌握運用幅值比較原理和相位比較熟練地掌握運用幅值比較原理和相位比較原理在復平面上分析阻抗繼電器的動作特性，原理在復平面上分析阻抗

2、繼電器的動作特性，以及運用這兩種原理構成各種常用繼電器的以及運用這兩種原理構成各種常用繼電器的方法。方法。掌握阻抗繼電器用于相間短路的基本接線方掌握阻抗繼電器用于相間短路的基本接線方式式；了解阻抗繼電器用于接地保護的基本接線；了解阻抗繼電器用于接地保護的基本接線方式。方式。Chapter 4 輸電線路的距離保護輸電線路的距離保護掌握影響距離保護正確工作的因素，主掌握影響距離保護正確工作的因素，主要要求：要要求：掌握過渡電阻對距離保護工作的影響及其防止措施；掌握電力系統(tǒng)振蕩的影響及其防止措施；掌握分支電流的影響及其防止措施；了解電壓回路斷線的影響及其防止措施；熟練地掌握三段式距離保護的整定計算原

3、則熟練地掌握三段式距離保護的整定計算原則和整定計算方法。和整定計算方法。本章基本要求本章基本要求4.1 距離保護作用原理和構成距離保護作用原理和構成4.2 阻抗元件的動作特性和動作方程阻抗元件的動作特性和動作方程4.3 阻抗元件的接線方式阻抗元件的接線方式4.4 影響阻抗元件測量阻抗精度的因素影響阻抗元件測量阻抗精度的因素4.5 相間距離保護的整定計算相間距離保護的整定計算Chapter4 輸電線路的距離保護4.1.14.1.1、距離保護的概念距離保護的概念(Concept of Distance (Concept of Distance Protection)Protection)思考：思考

4、：電流、電壓保護的主要優(yōu)點是簡單、可電流、電壓保護的主要優(yōu)點是簡單、可靠、經(jīng)濟，但是，對于容量大、電壓高或結構靠、經(jīng)濟，但是，對于容量大、電壓高或結構復雜的網(wǎng)絡，它們難于滿足電網(wǎng)對保護的要求復雜的網(wǎng)絡，它們難于滿足電網(wǎng)對保護的要求。電流、電壓保護一般只適用于。電流、電壓保護一般只適用于35kV及以下電及以下電壓等級的配電網(wǎng)。對于壓等級的配電網(wǎng)。對于110kV及以上電壓等級及以上電壓等級的復雜網(wǎng)，線路保護采用何種保護方式？的復雜網(wǎng)，線路保護采用何種保護方式？解決方法：解決方法：采用一種新的保護方式采用一種新的保護方式距離保護。距離保護。4.1 距離保護的原理與構成距離保護的原理與構成(Funda

5、mental Principle and Structure of Distance Protection)4.1.14.1.1、距離保護的概念距離保護的概念距離保護：距離保護：是反應保護安裝處至故障點的是反應保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置。一種保護裝置。 測量保護安裝處至故障點的距離，實測量保護安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小，故有時又稱之為抗大小，故有時又稱之為阻抗保護阻抗保護。 4.1 距離保護的原理與構成距離保護的原理與構成LmmmZIUZ

6、mUkkZIUIUZmmm殘殘4.1.2 距離保護的作用原理距離保護的作用原理ABCZ正常情況下：正常情況下： 測量阻抗測量阻抗 k故障時：故障時： 測量阻抗測量阻抗 1234圖4-1 距離保護接線原理圖mI距離保護的實質是用測量阻抗 與被保護線路的整定阻抗 比較。當短路點在保護范圍以外時，即 時， 繼電器不動作；當短路點在保護范圍以內時，即 時， 繼電器動作。距離保護又稱為低阻抗保護距離保護又稱為低阻抗保護.setmZZ setZ圖4-1 距離保護接線原理圖Z1234mZsetmZZmUmIk 使距離保護裝置剛能動作的最大測量阻抗。三個重要的基本概念三個重要的基本概念整定阻抗整定阻抗Z Zs

7、etset： 測量阻抗測量阻抗Z Zm m：加入繼電器的電壓、電流的比值。起動阻抗起動阻抗Z Zopop指編制整定方案時，根據(jù)保護范圍給出的阻抗。發(fā)生短路時，當測量阻抗等于或小于整定阻抗時繼電器動作。4.1.3 距離保護的構成距離保護的構成跳閘起動 Z Z Ztt1&出口圖42 三段式距離保護組成的單相邏輯框圖振蕩閉鎖元件PT二次斷線閉鎖元件1起動元件起動元件故障瞬間故障瞬間起動整套保起動整套保護裝置護裝置,根據(jù)根據(jù)被保護線路被保護線路的不同，可的不同，可選用選用過電流過電流繼電器繼電器、低低阻抗繼電器。阻抗繼電器。距離元件（阻抗距離元件（阻抗元件）元件）測量測量短路點到保護安短路點到

8、保護安裝處的距離（即裝處的距離（即測量阻抗測量阻抗)。時間元件時間元件按照故按照故障點到保護安裝處的障點到保護安裝處的遠近，根據(jù)預定的時遠近，根據(jù)預定的時間特性確定動作的時間特性確定動作的時限，以保證動作的選限，以保證動作的選擇性，一般采用時間擇性，一般采用時間繼電器。繼電器。v阻抗繼電器阻抗繼電器 阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件，阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件，其主要作用是測量短路點到保護安裝處的阻抗，其主要作用是測量短路點到保護安裝處的阻抗，并與并與整定阻抗值整定阻抗值進行比較，以確定保護是否動進行比較，以確定保護是否動作。作。 阻抗繼電器按其構成方式的不同可分為阻抗繼電器按其構成

9、方式的不同可分為單相式單相式和和多相式多相式兩種。兩種。 何謂何謂單相式阻抗繼電器單相式阻抗繼電器和和多相補償式阻多相補償式阻抗繼電器抗繼電器？阻抗繼電器阻抗繼電器 阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件，阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件，其主要作用是測量短路點到保護安裝處的阻抗，其主要作用是測量短路點到保護安裝處的阻抗，并與并與整定阻抗值整定阻抗值進行比較，以確定保護是否動進行比較，以確定保護是否動作。作。 阻抗繼電器按其構成方式的不同可分為阻抗繼電器按其構成方式的不同可分為單相式單相式和和多相式多相式兩種。兩種。mmmIUZmI 單相式阻抗繼電器單相式阻抗繼電器中加入繼電器的只有一個中加入繼

10、電器的只有一個電壓電壓(可以是相電壓或線電壓可以是相電壓或線電壓)和一個電流和一個電流 （可（可以是相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器，以是相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器， 和和 的比值稱為繼電器的測量阻抗的比值稱為繼電器的測量阻抗 ，即：，即： Z Zm m可以寫成可以寫成R+jXR+jX的復數(shù)形式，所以可以的復數(shù)形式，所以可以利用復數(shù)平面來分析繼電器的動作特性，并利用復數(shù)平面來分析繼電器的動作特性，并用一定的幾何圖形把它表示出來。用一定的幾何圖形把它表示出來。 多相補償式阻抗繼電器多相補償式阻抗繼電器則是一種多相式繼則是一種多相式繼電器，加入繼電器的是幾個相的補償后電壓，電器，加入繼電

11、器的是幾個相的補償后電壓，它的主要優(yōu)點是可反映不同相別組合的相間或它的主要優(yōu)點是可反映不同相別組合的相間或接地短路，但由于加入繼電器的不是單一的電接地短路，但由于加入繼電器的不是單一的電壓和電流，因此就不能利用測量阻抗的概念來壓和電流，因此就不能利用測量阻抗的概念來分析它的特性，而必須結合給定的系統(tǒng)、給定分析它的特性，而必須結合給定的系統(tǒng)、給定的短路點和給定的故障類型對其動作特性進行的短路點和給定的故障類型對其動作特性進行具體的分析。具體的分析。 下面我們將主要討論下面我們將主要討論單相式阻抗繼電器單相式阻抗繼電器。AB321ZZZC距離保護分為距離保護分為三段式三段式：段段：ZIset.3=

12、(0.80.85)ZAB 瞬時動作瞬時動作 段段：ZIIset.3=Krel(ZAB+KrelZIset.2) 段段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性 后備保護后備保護主保護主保護4.1.4 三段式三段式距離保護的時限特性距離保護的時限特性圖4-3 單側電源網(wǎng)絡接線v距離保護的時限特性距離保護的距離保護的動作時間動作時間 t t 與與保護安裝處到故障點保護安裝處到故障點的距離的距離 l l 之間的關系稱為之間的關系稱為距離保護的距離保護的時限特性。時限特性。= tI2t= tIII2tAB321ZZZCtI3tII3tIII3tI2tII2tI1tIII2保護保護3

13、3的的段段保護保護3 3的的段段保護保護3 3的的段段lt圖圖4 44 4 距離保護的時限特性距離保護的時限特性4.2 4.2 阻抗元件的動作特性和動作方程阻抗元件的動作特性和動作方程4.2.1 4.2.1 繼電器的動作特性和動作方程的概念繼電器的動作特性和動作方程的概念4.2.2 4.2.2 圓特性阻抗繼電器的動作方程圓特性阻抗繼電器的動作方程4.2.3 4.2.3 直線阻抗繼電器的動作方程直線阻抗繼電器的動作方程4.2.4 4.2.4 四邊形特性的阻抗元件四邊形特性的阻抗元件 阻抗繼電器的動作特性是用阻抗元件動作阻抗繼電器的動作特性是用阻抗元件動作范圍的圖形表示的，而動作方程是阻抗元件動范

14、圍的圖形表示的，而動作方程是阻抗元件動作范圍的數(shù)學表達式。作范圍的數(shù)學表達式。4.2.1 繼電器的動作特性和動作方程的概念繼電器的動作特性和動作方程的概念1、構成阻抗繼電器的基本原則ZIop.1=0.85ZBC K ZBC其中：k 線路阻抗角 整定阻抗角 ZK 測量阻抗反方向發(fā)生短路時： Zk在第三象限正方向發(fā)生短路時： Zk在第一象限dZset 阻抗繼電器的動作特性部分不阻抗繼電器的動作特性部分不 不是一條直線，而應是包含該不是一條直線，而應是包含該 線段在內的某些簡單圖形。線段在內的某些簡單圖形。kIABZC(a)TATVkUABC圖44 用復數(shù)平面分析阻抗繼電器的特性 （a）系統(tǒng)圖 （b

15、）阻抗特性圖jXR(b)kZk1）線路參數(shù)是分）線路參數(shù)是分 布，布，差異差異; ; 2) TA,TV2) TA,TV 有誤差有誤差; ;3 3）故障點過渡電阻）故障點過渡電阻; ;4 4）分布電容等）分布電容等; ; 所以所以Z Zk會超越陰影會超越陰影 區(qū)。因此為了盡區(qū)。因此為了盡 量簡化繼電器接線量簡化繼電器接線 ，且便于制造和，且便于制造和 調試，把繼電器調試，把繼電器 的動作特性擴大的動作特性擴大 為一個圓或四邊為一個圓或四邊 形等。形等。kIABZC(a)TATVkUABC圖34 用復數(shù)平面分析阻抗繼電器的特性 （a）系統(tǒng)圖 （b）阻抗特性圖jXR(b)Zset.1=0.85ZBC

16、ZBCdZsetkZk由于：4.2.24.2.2 圓特性阻抗繼電器的動作方程圓特性阻抗繼電器的動作方程 單相式阻抗繼電器的構成方式有兩種：對電單相式阻抗繼電器的構成方式有兩種：對電氣量的幅值進行比較（氣量的幅值進行比較（比幅式阻抗繼電器比幅式阻抗繼電器）和對）和對電氣量的相位進行比較（電氣量的相位進行比較（比相式阻抗繼電器比相式阻抗繼電器）。）。 圓特性阻抗繼電器圓特性阻抗繼電器主要有全阻抗繼電器、主要有全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、偏移阻抗繼電器等。方向阻抗繼電器、偏移阻抗繼電器等。 下面我們來討論這些圓特性阻抗繼電器的下面我們來討論這些圓特性阻抗繼電器的動作特性和動作方程。動作特性和動作方

17、程。動作特性及動作方程的分析動作特性及動作方程的分析1）、全阻抗繼電器）、全阻抗繼電器（1 1）幅值比較）幅值比較msetZZ動作與邊界條件：動作與邊界條件：,mmsetmZIBZIA令令 比幅式繼電器的動作與邊界條件比幅式繼電器的動作與邊界條件為：為：BA圖45 全阻抗繼電器的動作特性RjXZm(Zcl)Zset (Zzd)（2 2）相位比較）相位比較動作與邊界條件動作與邊界條件: :90arg90msetmsetZZZZ( a )( a )Zset-mZsetZZmZm+setZjXjXoR R( b )( b )ZsetmZZset+mZjXjXoR RZset-mZ( c )( c )

18、ZmZ m+setZZset-mZjXjXoR RZset2 2）、方向阻抗繼電器）、方向阻抗繼電器（1 1）幅值比較）幅值比較動作與邊界條件：動作與邊界條件：（2 2）相位比較）相位比較動作與邊界條件：動作與邊界條件：setsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ動作特性動作特性 3 3）、偏移特性阻抗繼電器）、偏移特性阻抗繼電器（1 1）幅值比較）幅值比較動作與邊界條件：動作與邊界條件：RjXoZsetZm圖49(a）偏移特性阻抗繼電器的動作特性osetZsetoZZ)1 (21ZmZoZoosetomZZZZ其其中中：，此方程即為，此方程即為全阻抗繼電器動全阻抗繼電器動作方程

19、。作方程。，此方程即為，此方程即為方向阻抗繼電方向阻抗繼電器動作方程；器動作方程；setoZZ210，若若0oZ1，若若setmsetmmZIZIU)1 (21)1 (21omsetmommZIZIZIU（2 2）相位比較）相位比較動作與邊界條件：RjXoZsetZm圖49（b）偏移特性阻抗繼電器的相位比較分析osetZZsetZmZm+Zset90arg90setmmsetZZZZ4 4）、圓特性阻抗繼電器的通用動作方程）、圓特性阻抗繼電器的通用動作方程 mmAIKUKU21mmBIKUKU43令令 mAIKU2m3BUKU041 KK(1)(1)當當時，時， BAUU 若若m3m2UKIK

20、mIK3setZKK32令令全阻抗繼電器絕對值比較動作方程全阻抗繼電器絕對值比較動作方程msetZZ 32KKZmmIAIKUmImBIKUKU3， 若若BAUUmImmIIKUKIK3mIK3setIZKK213令令方向阻抗繼電器絕對值比較動作方程方向阻抗繼電器絕對值比較動作方程01KIKKK42(2)(2)當當，即：，即： ，33KKZKKImIsetsetmZZZ2121上式即表示偏移上式即表示偏移特性圓特性特性圓特性 24KK 若若 時，時，可知合理地選擇系數(shù)可知合理地選擇系數(shù)K1、K3、K2、K4，并經(jīng)過適當并經(jīng)過適當?shù)淖儞Q，可得到各種阻抗的變換，可得到各種阻抗圓特性的動作方程。圓特

21、性的動作方程。 mAIKU2mmBIKUKU43，01K(3)(3)令令時，時，mIK3若若BAUUmmmIKUKIK432圓的半徑矢量圓的半徑矢量圓心矢圓心矢量量34m32KKZKK上式即表示上拋上式即表示上拋圓或下拋圓特性圓或下拋圓特性 若若24KK 時，時，圓的表達圓的表達式式4.2.34.2.3、直線特性阻抗繼電器、直線特性阻抗繼電器（1 1）幅值比較）幅值比較（2 2）相位比較）相位比較1 1、電抗特性、電抗特性圖示陰影區(qū)為該阻圖示陰影區(qū)為該阻抗元件的動作區(qū)抗元件的動作區(qū) ，直線直線1為為jx的垂直平的垂直平分線。分線。 9021)21(arg90setsetmZZZ電抗特性電抗特性

22、 稱為純電抗特性，稱為純電抗特性，直線直線1以下所示半平面以下所示半平面動作方程：msetmZZZ動作方程：jxZset當當mmZRZ2、電阻特性、電阻特性（1）幅值比較稱為純電阻特性，直線稱為純電阻特性，直線1以以左所示半平面左所示半平面（2）相位比較9021)21(arg90setsetmZZZ電阻特性電阻特性 動作方程：動作方程：RZset當當 3、功率方向特性、功率方向特性功率方向特性功率方向特性 setmsetmZZZZ（1）幅值比較（2）相位比較90arg90setmZZ小結：直線特性一般不單獨應用，而是與其他小結：直線特性一般不單獨應用，而是與其他特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件。特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件。動作方程：動作方程：4.2.44.2.4、四邊形特性的阻抗元件、四邊形特性的阻抗元件 由于圓特性阻抗繼電器存在以下兩個缺點：由于圓特性阻抗繼電器存在以下兩個缺點： 受短路點過渡電阻的影響較大；受短路點過渡電阻的影響較大； 長距離重負荷線路時長距離重負荷線路時, ,躲負荷阻抗的能力差。躲負荷阻抗的能力差。為此，