電網(wǎng)距離保護

1、3 . 電網(wǎng)距離保護電網(wǎng)距離保護3.1 距離保護的基本原理與構成距離保護的基本原理與構成3.2 阻抗繼電器及其動作特性阻抗繼電器及其動作特性3.3 阻抗繼電器的實現(xiàn)方法阻抗繼電器的實現(xiàn)方法3.4 距離保護的整定計算與對距離保護的評價距離保護的整定計算與對距離保護的評價3.5 距離保護的振蕩閉鎖距離保護的振蕩閉鎖3.6 故障類型判斷和故障選相故障類型判斷和故障選相3.7 距離保護特殊問題的分析距離保護特殊問題的分析3.8 工頻故障分量距離保護工頻故障分量距離保護3.1 距離保護的基本原理與構成距離保護的基本原理與構成 3.1.1 距離保護的概念距離保護的概念 3.1.2 測量阻抗及其與故障距離的

2、關系測量阻抗及其與故障距離的關系 3.1.3 三相系統(tǒng)中測量電壓和測量電流的選取三相系統(tǒng)中測量電壓和測量電流的選取 3.1.4 距離保護的時限特性距離保護的時限特性 3.1.5 距離保護的構成距離保護的構成3.1.1 距離保護的概念距離保護的概念 距離保護： 利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應故障點到保護安裝處的距離而工作的保護。 整定距離LSet 故障點到保護安裝處的距離Lk測量阻抗測量阻抗 測量阻抗測量阻抗(Zm)： 保護安裝處測量電壓保護安裝處測量電壓Um與測量電流與測量電流Im之比。之比。 復數(shù)復數(shù)Zm的表示：的表示： 系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)正常運行時，Zm為

3、負荷阻抗為負荷阻抗Zl，其特點，其特點: 阻抗的量值較大阻抗的量值較大 阻抗性質以電阻性為主阻抗性質以電阻性為主 發(fā)生金屬性短路時，發(fā)生金屬性短路時，Zm變?yōu)槎搪伏c與保護安裝處的線路阻抗，變?yōu)槎搪伏c與保護安裝處的線路阻抗， 阻抗角等于輸電線路的阻抗角，阻抗性質以電感性為主。阻抗角等于輸電線路的阻抗角，阻抗性質以電感性為主。mmmIUZmmmmmjXRZZkkkmLjxrLzZZ)(111三相系統(tǒng)中測量電壓和測量電流的選取三相系統(tǒng)中測量電壓和測量電流的選取單相系統(tǒng)中，測量電壓單相系統(tǒng)中，測量電壓 就是保護安裝處的電壓，測量電流就是保護安裝處的電壓，測量電流 就是被保就是被保護元件中的電流，系統(tǒng)金

4、屬性短路時兩者之間的關系為：護元件中的電流，系統(tǒng)金屬性短路時兩者之間的關系為：實際三相系統(tǒng)中，各相的電壓、電流都不再簡單地滿足上式。實際三相系統(tǒng)中，各相的電壓、電流都不再簡單地滿足上式。kmkmmmmLzIZIZIU1kCkCCkBkBBkAkAkAAAAkAKAKAKAkAALzIKIUULzIKIUULzIKIULzzzzIIIIULzILzILzIUU10101011100021002211)3()3()3(33)(單相接地短路故障單相接地短路故障 A相金屬性接地短路時，相金屬性接地短路時， ，上式變?yōu)椋海鲜阶優(yōu)椋?若令若令 、 ，又可表示為：，又可表示為： 由由 、 算出的測量阻抗能

5、夠準確反應故障的距離，可以實現(xiàn)對算出的測量阻抗能夠準確反應故障的距離，可以實現(xiàn)對故障區(qū)段的比較和判斷。故障區(qū)段的比較和判斷。 B、C兩相電壓、電流算出的測量阻抗不會動作。兩相電壓、電流算出的測量阻抗不會動作。 B相單相接地故障時，用相單相接地故障時，用 、 作為測量電壓、電流能夠正確反應故障距離，作為測量電壓、電流能夠正確反應故障距離， C相單相接地故障時，用相單相接地故障時，用 、 作為測量電壓、電流能夠正確反應故障距離。作為測量電壓、電流能夠正確反應故障距離。0kAUkAALzIKIU10)3(AmAUU03IKIIAmAkmAmALzIU1mAUmAIBmBUU03IKIIBmBCmCU

6、U03IKIICmC兩相接地短路兩相接地短路金屬性兩相接地短路故障時，故障點處兩接地相的電壓都為金屬性兩相接地短路故障時，故障點處兩接地相的電壓都為0。以以BC兩相接地故障為例，兩相接地故障為例，令令 ， 或或 ，有：有： 根據(jù)上式作出的測量和判斷能夠準確反應故障距離根據(jù)上式作出的測量和判斷能夠準確反應故障距離此外，將以上兩式相減，可得到：此外，將以上兩式相減，可得到：取取作為測量電壓、測量電流，也能正確判斷故障距離作為測量電壓、測量電流，也能正確判斷故障距離A相的測量電壓、測量電流不能正確判斷故障。相的測量電壓、測量電流不能正確判斷故障。同理可以分析出同理可以分析出AB兩相或兩相或CA兩相接

7、地故障時的情況兩相接地故障時的情況0kCkBUUBmBUU03IKIIBmB03IKIICmCkmBmBLzIU1kmCmCLzIU1kCBCBLzIIUU1)(03IKIICmCCBmBCUUUCBmBCIIICmCUU兩相不接地短路故障兩相不接地短路故障 金屬性兩相短路的情況下，故障點處兩故障相的對金屬性兩相短路的情況下，故障點處兩故障相的對地電壓相等，各相電壓都不為地電壓相等，各相電壓都不為0， 以以A、B兩相故障為例，兩相故障為例， 令令 可以進行故障判別?？梢赃M行故障判別。 非故障相非故障相C相故障點處的電壓與故障電壓不等，作相故障點處的電壓與故障電壓不等，作相減時不能被消掉，不能用

8、來進行故障距離的判斷。相減時不能被消掉，不能用來進行故障距離的判斷。kBkAUUkBABALzIIUU1)(BAmABBAmABIIIUUU,三相對稱短路三相對稱短路 故障點處的各相電壓相等，且在三相系統(tǒng)對故障點處的各相電壓相等，且在三相系統(tǒng)對稱時均為稱時均為0。 這種情況下，應用任何一相的電壓、電流或這種情況下，應用任何一相的電壓、電流或任何兩相的相間電壓、兩相電流差作為距離任何兩相的相間電壓、兩相電流差作為距離保護的測量電壓和電流，都可以用來進行故保護的測量電壓和電流，都可以用來進行故障判斷。障判斷。故障環(huán)路的概念及測量電壓電流的選取故障環(huán)路的概念及測量電壓電流的選取 故障環(huán)路：故障環(huán)路：

9、 故障電流可以流通的通路稱為故障環(huán)路。故障電流可以流通的通路稱為故障環(huán)路。 以故障環(huán)路上的電壓和環(huán)路以故障環(huán)路上的電壓和環(huán)路 中流通的電流作為測量電壓和中流通的電流作為測量電壓和測量電流所算出的測量阻抗，能夠正確地反應保護安裝處測量電流所算出的測量阻抗，能夠正確地反應保護安裝處到故障點的距離。到故障點的距離。 類型：類型： 單相接地短路：一個相地故障環(huán)路；單相接地短路：一個相地故障環(huán)路； 兩相接地短路：兩個相地故障環(huán)路；兩相接地短路：兩個相地故障環(huán)路； 兩相不接地短路：一個相相故障環(huán)路；兩相不接地短路：一個相相故障環(huán)路； 三相短路接地：三個相地故障環(huán)和三個相相故障環(huán)路。三相短路接地：三個相地故

10、障環(huán)和三個相相故障環(huán)路。距離保護接線方式距離保護接線方式 接地距離保護接線方式：接地距離保護接線方式： 對于保護接地短路，取接地短路的故障環(huán)路為相對于保護接地短路，取接地短路的故障環(huán)路為相-地故地故障環(huán)路，測量電壓為保護安裝處故障相對地電壓，測量障環(huán)路，測量電壓為保護安裝處故障相對地電壓，測量電流為帶有零序電流補償?shù)墓收舷嚯娏?。電流為帶有零序電流補償?shù)墓收舷嚯娏鳌?由它們算出的測量阻抗能夠準確反應單相接地故障、兩由它們算出的測量阻抗能夠準確反應單相接地故障、兩相接地故障和三相接地短路情況下的故障距離。相接地故障和三相接地短路情況下的故障距離。 相間距離保護接線方式：相間距離保護接線方式： 對于

11、相間短路，故障環(huán)路為相對于相間短路，故障環(huán)路為相-相故障環(huán)路，取測量電相故障環(huán)路，取測量電壓為保護安裝處兩故障相的電壓差，測量電流為兩故障壓為保護安裝處兩故障相的電壓差，測量電流為兩故障相電流之差。相電流之差。 由它們算出的測量阻抗能夠準確反應兩相短路、三相短由它們算出的測量阻抗能夠準確反應兩相短路、三相短路和兩相短路接地情況下的故障距離。路和兩相短路接地情況下的故障距離。兩種接線方式的距離保護在不同類型短路時動作情況兩種接線方式的距離保護在不同類型短路時動作情況距離保護的時限特性距離保護的時限特性 距離保護的時限特性：距離保護的時限特性： 距離保護的動作時間與故障點到保護安裝處的距距離保護的

12、動作時間與故障點到保護安裝處的距離之間的關系。離之間的關系。 三段式的階梯時限特性：三段式的階梯時限特性： 距離距離段為無延時的速動段；段為無延時的速動段； 段為帶固定時限的速動段，固定的時延一般為段為帶固定時限的速動段，固定的時延一般為0.30.6秒；秒； 段時限需與相鄰下級線路的段時限需與相鄰下級線路的段或段或段保護配段保護配合，在其延時的基礎上再加上一個時間級差合，在其延時的基礎上再加上一個時間級差 。距離保護的時限特性距離保護的時限特性距離保護的構成距離保護的構成 啟動部分：啟動部分： 用來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障。用來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障。 當作為遠后備保護范圍末端發(fā)生故障時，應靈敏、快

13、速當作為遠后備保護范圍末端發(fā)生故障時，應靈敏、快速動作，使整套保護迅速投入工作。動作，使整套保護迅速投入工作。 測量部分測量部分 距離保護的核心。距離保護的核心。 在系統(tǒng)故障的情況下，快速、準確地測定出故障方向和在系統(tǒng)故障的情況下，快速、準確地測定出故障方向和距離，區(qū)內故障時給出動作信號，區(qū)外故障時不動作。距離，區(qū)內故障時給出動作信號，區(qū)外故障時不動作。 振蕩閉鎖部分：振蕩閉鎖部分： 在電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護不應該動作。在電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護不應該動作。 為防止保護誤動，要求該元件準確判別系統(tǒng)振蕩，并將為防止保護誤動，要求該元件準確判別系統(tǒng)振蕩，并將保護閉鎖。保護閉鎖。距離保護的

14、構成距離保護的構成 電壓回路斷線部分：電壓回路斷線部分： 電壓回路斷線時，將會造成保護測量電壓的消失，從而電壓回路斷線時，將會造成保護測量電壓的消失，從而可能使距離保護的測量部分出現(xiàn)誤判斷。這種情況下應可能使距離保護的測量部分出現(xiàn)誤判斷。這種情況下應該將保護閉鎖，以防止出現(xiàn)不必要的誤動。該將保護閉鎖，以防止出現(xiàn)不必要的誤動。 配合邏輯部分：配合邏輯部分： 用來實現(xiàn)距離保護各個部分之間的邏輯配合以及三段式用來實現(xiàn)距離保護各個部分之間的邏輯配合以及三段式保護中各段之間的時限配合。保護中各段之間的時限配合。 出口部分：出口部分： 包括跳閘出口和信號出口，在保護動作時接通跳閘回路包括跳閘出口和信號出口

15、，在保護動作時接通跳閘回路并發(fā)出相應的信號。并發(fā)出相應的信號。3.2 阻抗繼電器及其動作特性阻抗繼電器及其動作特性 阻抗繼電器動作區(qū)域的概念阻抗繼電器動作區(qū)域的概念 阻抗繼電器的動作特性和動作方程阻抗繼電器的動作特性和動作方程 絕對值比較與相位比較之間的轉換關系絕對值比較與相位比較之間的轉換關系阻抗繼電器動作區(qū)域的概念阻抗繼電器動作區(qū)域的概念 阻抗繼電器的作用：阻抗繼電器的作用： 在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，通過測量故障環(huán)路上的測量阻抗在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，通過測量故障環(huán)路上的測量阻抗Zm，并將，并將它與整定阻抗它與整定阻抗Zset相比較，以確定出故障所處的區(qū)段，在保護范圍內相比較，以確定出故障所處

16、的區(qū)段，在保護范圍內部故障時，給出動作信號。部故障時，給出動作信號。 在實際情況下，繼電器實際的測量阻抗在實際情況下，繼電器實際的測量阻抗Zm一般并不能嚴格一般并不能嚴格地落在與地落在與Zset同向的直線上，而是在該直線附近的一個區(qū)域同向的直線上，而是在該直線附近的一個區(qū)域中。中。 在阻抗復平面上的動作區(qū)域：在阻抗復平面上的動作區(qū)域： 包括包括Zset對應線段在內，但在對應線段在內，但在Zset的方向上不超過的方向上不超過Zset。 圓形區(qū)域、四邊形區(qū)域、蘋果形區(qū)域、橄欖形區(qū)域等。圓形區(qū)域、四邊形區(qū)域、蘋果形區(qū)域、橄欖形區(qū)域等。 動作區(qū)域的邊界就是阻抗繼電器的臨界動作邊界。動作區(qū)域的邊界就是阻

17、抗繼電器的臨界動作邊界。阻抗繼電器的動作特性和動作方程阻抗繼電器的動作特性和動作方程 動作特性：動作特性： 阻抗繼電器動作區(qū)域的形狀，稱為動作特性。阻抗繼電器動作區(qū)域的形狀，稱為動作特性。 類型：類型： 圓特性、蘋果形、橄欖形、多邊形、圓特性、蘋果形、橄欖形、多邊形、 直線特性以及復合特性。直線特性以及復合特性。 動作方程：動作方程： 描述動作特性的復數(shù)的數(shù)學方程。描述動作特性的復數(shù)的數(shù)學方程。 主要有兩種方式：主要有兩種方式： 絕對值（或幅值）比較。絕對值（或幅值）比較。 相位比較。相位比較。圓特性阻抗繼電器圓特性阻抗繼電器 分為偏移圓特性、方向圓特性、全阻抗圓特性和上分為偏移圓特性、方向圓

18、特性、全阻抗圓特性和上拋圓特性等幾種類型。拋圓特性等幾種類型。 偏移圓特性阻抗繼電器：偏移圓特性阻抗繼電器： 有兩個整定阻抗：有兩個整定阻抗： 正方向整定阻抗正方向整定阻抗Zset1 反方向整定阻抗反方向整定阻抗Zset2 動作區(qū)域如圖所示，動作區(qū)域如圖所示， 圓心：圓心： 半徑：半徑：2121setsetZZ2121setsetZZ偏移圓特性繼電器偏移圓特性繼電器 阻抗繼電器的動作特性：阻抗繼電器的動作特性： 當測量阻抗落在圓內，阻抗繼電器動作。當測量阻抗落在圓內，阻抗繼電器動作。 當測量阻抗落在圓外時，阻抗繼電器不動作。當測量阻抗落在圓外時，阻抗繼電器不動作。 當測量阻抗正好落在圓周上時，

19、阻抗繼電器臨界動作。當測量阻抗正好落在圓周上時，阻抗繼電器臨界動作。 絕對值比較動作方程：絕對值比較動作方程： 相位比較動作方程：相位比較動作方程：21212121setsetsetsetmZZZZZ90arg9021setmmsetZZZZ偏移圓特性阻抗繼電器的動作阻抗偏移圓特性阻抗繼電器的動作阻抗 使阻抗元件處于臨界動作狀態(tài)對應的阻抗，稱為使阻抗元件處于臨界動作狀態(tài)對應的阻抗，稱為動作阻抗，通常用動作阻抗，通常用Zop表示。表示。 對于偏移園特性阻抗繼電器，有：對于偏移園特性阻抗繼電器，有： 當測量阻抗當測量阻抗Zm的阻抗角與正向整定阻抗的阻抗角與正向整定阻抗Zset1的阻抗角的阻抗角相等

20、時，阻抗繼電器的動作阻抗最大，且相等時，阻抗繼電器的動作阻抗最大，且 此時繼電器最為靈敏，此時繼電器最為靈敏，Zset1的阻抗角又稱為最靈敏角。的阻抗角又稱為最靈敏角。 若若Zset2的方向正好與的方向正好與Zset1的方向相反，則的方向相反，則Zset2可用下式可用下式表示：表示： 稱為偏移特性的偏移率。稱為偏移特性的偏移率。 通常用在距離保護的后備段（第通常用在距離保護的后備段（第段）段）1setopZZopsetZZ2方向圓特性方向圓特性 方向圓特性，動作區(qū)域如圖所示。方向圓特性，動作區(qū)域如圖所示。 特性圓經過坐標原點處，因此，特性圓經過坐標原點處，因此， 圓心為：圓心為： 半徑為：半徑

21、為： 方向圓特性的絕對值比較動作方程：方向圓特性的絕對值比較動作方程： 方向圓特性的相位比較動作方程：方向圓特性的相位比較動作方程： 阻抗元件本身具有方向性。阻抗元件本身具有方向性。 方向圓特性的阻抗元件一般用于距離保護的主保護段方向圓特性的阻抗元件一般用于距離保護的主保護段(段和段和段段)中。中。 setsetZZ102setZsetZ21setZ21setsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ全阻抗圓特性全阻抗圓特性 動作區(qū)域如圖所示。動作區(qū)域如圖所示。 圓心位于座標原點，半徑為圓心位于座標原點，半徑為Zset。 絕對值比較動作方程：絕對值比較動作方程： 相位比較動作方程：相

22、位比較動作方程： 全阻抗圓特性在各個方向上的動作阻抗都相同，不具方向性。全阻抗圓特性在各個方向上的動作阻抗都相同，不具方向性。 應用：應用： 單側電源的系統(tǒng)中，當應用于多測電源系統(tǒng)時，應與方向元件相配合。單側電源的系統(tǒng)中，當應用于多測電源系統(tǒng)時，應與方向元件相配合。setsetZZ1setsetZZ2setmZZ90arg90msetmsetZZZZ上拋圓阻抗特性上拋圓阻抗特性 動作區(qū)域如圖所示動作區(qū)域如圖所示 Zset1、Zset2都處于第一象限都處于第一象限 特性圓不包括坐標原點，特性圓不包括坐標原點， 圓心位于：圓心位于： 半徑為：半徑為： 拋圓阻抗特性的動作方程：拋圓阻抗特性的動作方程

23、： 與偏移圓阻抗特性的動作方程式具有完全相同的形式與偏移圓阻抗特性的動作方程式具有完全相同的形式 不同之處在于所處的象限不同。不同之處在于所處的象限不同。 應用：通常用在發(fā)電機的失磁保護中。應用：通常用在發(fā)電機的失磁保護中。2/ )(21setsetZZ2/21setsetZZ特性圓的偏轉特性圓的偏轉 臨界動作的邊界為臨界動作的邊界為90 +和和90 +， 動作的范圍仍為動作的范圍仍為180 ， 這時的相位比較動作方程變?yōu)椋哼@時的相位比較動作方程變?yōu)椋?若若=0 ，動作特性為：，動作特性為： 一個以一個以Zset1、Zset2的末端連線為直徑的圓。的末端連線為直徑的圓。 若若0 ，動作特性：，

24、動作特性： 仍是一個圓，但仍是一個圓，但Zset1、Zset2的末端連線變成了它的一個弦。的末端連線變成了它的一個弦。 取不同值時的動作特性如圖所示。取不同值時的動作特性如圖所示。 當當a為正角時，特性圓向右側偏轉，反之，當為正角時，特性圓向右側偏轉，反之，當a為負角時，為負角時，特性圓左偏。特性圓左偏。 方向圓特性、全阻抗圓特性和上拋圓特性也都可以作類似方向圓特性、全阻抗圓特性和上拋圓特性也都可以作類似的偏轉。的偏轉。90arg90msetmsetZZZZ蘋果形和橄欖形阻抗元件蘋果形和橄欖形阻抗元件 考察相位比較方程中動作的范圍不等于考察相位比較方程中動作的范圍不等于180o的情況，的情況，

25、 以方向圓特性為例，動作方程變?yōu)椋阂苑较驁A特性為例，動作方程變?yōu)椋?若若 90o，該方程對應的動作區(qū)域為蘋果形區(qū)域；，該方程對應的動作區(qū)域為蘋果形區(qū)域； 若若 90o，該方程對應的動作區(qū)域為橄欖形區(qū)域。，該方程對應的動作區(qū)域為橄欖形區(qū)域。 蘋果特性：蘋果特性： 在在R方向上的動作區(qū)較大；方向上的動作區(qū)較大； 耐受過渡電阻的能力較高；耐受過渡電阻的能力較高； 耐受過負荷的能力比較差。耐受過負荷的能力比較差。 橄欖特性：橄欖特性： 耐受過負荷能力較強；耐受過負荷能力較強； 耐過渡電阻能力較差。耐過渡電阻能力較差。msetmsetZZZZarg直線特性的阻抗元件直線特性的阻抗元件 根據(jù)直線在阻抗復平

26、面上位置和方向根據(jù)直線在阻抗復平面上位置和方向的不同，直線特性可分為：的不同，直線特性可分為： 電抗特性電抗特性 電阻特性電阻特性 方向特性方向特性電抗特性電抗特性動作邊界如圖直線動作邊界如圖直線1所示所示絕對值比較動作方程為：絕對值比較動作方程為：相位比較動作方程為：相位比較動作方程為：其動作情況只與測量阻抗中的電抗分量有關，與電阻無關。有很強的耐其動作情況只與測量阻抗中的電抗分量有關，與電阻無關。有很強的耐過渡電阻的能力。過渡電阻的能力。但是它本身不具有方向性，且負荷阻抗情況下也可能動作，所以通常它但是它本身不具有方向性，且負荷阻抗情況下也可能動作，所以通常它不能獨立應用，而是與其它特性復

27、合，形成具有復合特性的阻抗元件。不能獨立應用，而是與其它特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件。實際應用的電抗特性一般為圖中的直線實際應用的電抗特性一般為圖中的直線2，稱為準電抗特性或修正電抗特，稱為準電抗特性或修正電抗特性。性。對應的相位比較式的動作方程為：對應的相位比較式的動作方程為：90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ電阻特性電阻

28、特性 電阻特性的動作邊界如圖所示。電阻特性的動作邊界如圖所示。 絕對值比較方程為：絕對值比較方程為： 相位比較方程為：相位比較方程為： 電阻特性通常也是與其它特性復合，形成具有復合特性的阻電阻特性通常也是與其它特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件?？乖?。 實際應用的電阻特性一般為圖中的直線實際應用的電阻特性一般為圖中的直線2，對應的相位比較，對應的相位比較式的動作方程為：式的動作方程為：90arg90setsetmRRZ90arg90setsetmRRZsetmmRZZ290arg90setsetmRRZsetmmRZZ2方向特性方向特性 方向特性的動作邊界如圖所示。方向特性的動作邊界如圖所

29、示。 絕對值比較方程為絕對值比較方程為: 相位比較方程為相位比較方程為:90arg90setmZZsetmsetmZZZZ90arg90setmZZsetmsetmZZZZ多邊形特性的阻抗元件多邊形特性的阻抗元件 多邊形特性的阻抗元件，能夠同時兼顧耐受過渡電多邊形特性的阻抗元件，能夠同時兼顧耐受過渡電阻的能力和躲負荷的能力，最常用的多邊形為四邊阻的能力和躲負荷的能力，最常用的多邊形為四邊形和稍做變形的準四邊形特性。形和稍做變形的準四邊形特性。多邊形特性的阻抗元件多邊形特性的阻抗元件 四邊形可以看作是準電抗特性直線、準電阻特性直線和折線四邊形可以看作是準電抗特性直線、準電阻特性直線和折線復合而成

30、的，當測量阻抗落在它們所包圍的區(qū)域時，測量元復合而成的，當測量阻抗落在它們所包圍的區(qū)域時，測量元件動作，落在該區(qū)域以外時，測量元件不動。件動作，落在該區(qū)域以外時，測量元件不動。 基于相位比較原理的折線特性的動作方程為：基于相位比較原理的折線特性的動作方程為： 當測量阻抗同時滿足三個特性對應的方程時，說明當測量阻抗同時滿足三個特性對應的方程時，說明Zm一定一定落在四邊形內，阻抗繼電器動作；只要任一個方程不滿足，落在四邊形內，阻抗繼電器動作；只要任一個方程不滿足，說明說明Zm一定落在四邊形外，阻抗元件不動。一定落在四邊形外，阻抗元件不動。 用以上三個特性相用以上三個特性相“與與”，就可獲得四邊形特

31、性。，就可獲得四邊形特性。22190argsetsetmRZZ復合特性的阻抗元件復合特性的阻抗元件 將各種特性復合而得到的動作特性稱為復合特性。將各種特性復合而得到的動作特性稱為復合特性。 常用的復合方式有兩種：常用的復合方式有兩種： “與與”復合：參與復合的各特性動作區(qū)的公共部分，為復復合：參與復合的各特性動作區(qū)的公共部分，為復合特性的動作區(qū)。合特性的動作區(qū)。 “或或”復合：參與復合的任一特性的動作區(qū)，都是復合特復合：參與復合的任一特性的動作區(qū)，都是復合特性的動作區(qū)。性的動作區(qū)。 蘋果特性可以看作是兩個共弦的圓特性的蘋果特性可以看作是兩個共弦的圓特性的“或或”復合，復合， 橄欖特性則是兩個共

32、弦的圓特性的橄欖特性則是兩個共弦的圓特性的“與與”復合，復合， 四邊形特性也可以看作是直線特性與折線特性的四邊形特性也可以看作是直線特性與折線特性的“與與”復復合。合。絕對值比較與相位比較之間的轉換關系絕對值比較與相位比較之間的轉換關系 絕對值比較動作條件的一般表達式為：絕對值比較動作條件的一般表達式為： 相位比較動作條件的一般表達式為：相位比較動作條件的一般表達式為：90arg90DCZZABZZ絕對值比較與相位比較之間的轉換關系絕對值比較與相位比較之間的轉換關系 由圖可知，四個量之間關系為：由圖可知，四個量之間關系為： 利用這些關系，已知絕對值比較方程，可以方便利用這些關系，已知絕對值比較

33、方程，可以方便地導出相位比較方程，反之亦然。地導出相位比較方程，反之亦然。)(21)(21BADBACDCBDCAZZZZZZZZZZZZ3.3. 阻抗繼電器的實現(xiàn)方法阻抗繼電器的實現(xiàn)方法 距離保護的功能：距離保護的功能： 判斷故障是處于保護區(qū)之外還是保護區(qū)之內，而不需要知道故障判斷故障是處于保護區(qū)之外還是保護區(qū)之內，而不需要知道故障的具體位置。的具體位置。 距離保護的實現(xiàn)方法距離保護的實現(xiàn)方法: 首先精確地測量出首先精確地測量出Zm，然后再將它與事先確定的動作特性進行比，然后再將它與事先確定的動作特性進行比較，當較，當Zm落在動作區(qū)域之內時，判為區(qū)內故障，給出動作信號，落在動作區(qū)域之內時，判

34、為區(qū)內故障，給出動作信號，當當Zm落在動作區(qū)域之外時，繼電器不動作；落在動作區(qū)域之外時，繼電器不動作； 無需精確地測出無需精確地測出Zm，只需間接地判斷它是處在動作邊界之內還是，只需間接地判斷它是處在動作邊界之內還是處在動作邊界之外，即可確定繼電器動作或不動作。處在動作邊界之外，即可確定繼電器動作或不動作。 距離保護的實現(xiàn)原理：距離保護的實現(xiàn)原理： 絕對值比較法絕對值比較法 相位比較法相位比較法3.3.1. 絕對值比較原理的實現(xiàn)絕對值比較原理的實現(xiàn) 絕對值比較式的阻抗元件，有兩種方式實現(xiàn)：絕對值比較式的阻抗元件，有兩種方式實現(xiàn)： 阻抗比較式：阻抗比較式： 電壓比較式：電壓比較式： 上式兩端乘以

35、測量電流上式兩端乘以測量電流Im，并令，并令可得電壓形式的絕對值比較方程：可得電壓形式的絕對值比較方程：ABZZAAmUZIBBmUZIABUU模擬式距離保護中絕對值比較的實現(xiàn)模擬式距離保護中絕對值比較的實現(xiàn)傳統(tǒng)的模擬式距離保護中，絕對傳統(tǒng)的模擬式距離保護中，絕對值比較原理是以電壓比較的形式值比較原理是以電壓比較的形式實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。動作條件為：動作條件為：兩側除以兩側除以 ，令，令 ， 可得阻抗表示的具有方向圓特性可得阻抗表示的具有方向圓特性的阻抗繼電器。的阻抗繼電器。mUmIBmIAUKIKUUKU2121mImUmIUKUKIK2121mIUKsetUIZKK數(shù)字式保護中絕對值比較的實現(xiàn)

36、數(shù)字式保護中絕對值比較的實現(xiàn) 數(shù)字式保護中，來自數(shù)字式保護中，來自TV的測量電壓和來自的測量電壓和來自TA的測量電流分的測量電流分別通過各自的模擬量輸入回路送到別通過各自的模擬量輸入回路送到A/D轉換器，轉換成數(shù)字轉換器，轉換成數(shù)字信號，由微型計算機計算出相量信號，由微型計算機計算出相量Um和和Im 。 若用電壓比較算法，則直接根據(jù)動作特性要求用軟件形成兩個比較若用電壓比較算法，則直接根據(jù)動作特性要求用軟件形成兩個比較電壓，并比較它們的大小，決定是否動作；電壓，并比較它們的大小，決定是否動作； 若采用阻抗比較算法，則先算出若采用阻抗比較算法，則先算出Zm，然后按動作特性要求形成兩個，然后按動作

37、特性要求形成兩個比較阻抗，判斷它們的大小，決定是否動作。比較阻抗，判斷它們的大小，決定是否動作。 數(shù)字式保護中實現(xiàn)絕對值比較的關鍵是計算數(shù)字式保護中實現(xiàn)絕對值比較的關鍵是計算Um、Im或或Zm等等參數(shù)。參數(shù)。 參數(shù)的計算方法：參數(shù)的計算方法： 兩點積算法、導數(shù)算法、付氏算法、解微分方程算法兩點積算法、導數(shù)算法、付氏算法、解微分方程算法應用傅氏算法計算應用傅氏算法計算 計算步驟：計算步驟： 從電壓、電流采樣值中計算出測量電壓和測量電流基波從電壓、電流采樣值中計算出測量電壓和測量電流基波相量的實部和虛部；相量的實部和虛部； 求出基波測量電壓、測量電流和測量阻抗。求出基波測量電壓、測量電流和測量阻抗

38、。 計算公式：計算公式：UmIRmUjUUUmmIRIRRIIRIIRRIRIRmmmjXRIIIUIUjIIIUIUjIIjUUIUZ2222mmIUmmmmmZIUIUZImIRmIjIII相位比較原理的實現(xiàn)相位比較原理的實現(xiàn) 相位比較原理的阻抗元件動作條件的一般表達式：相位比較原理的阻抗元件動作條件的一般表達式： 將相角表達式的分子、分母同乘以將相角表達式的分子、分母同乘以 Im ，并令，并令 則可得電壓形式相位比較方程：則可得電壓形式相位比較方程： 90arg90DCUU90arg90DCZZDDmCCmUZIUZI,模擬式保護中相位比較的實現(xiàn)模擬式保護中相位比較的實現(xiàn) 電壓的形成兩種

39、方式：電壓的形成兩種方式： 用模擬加減法器運算用模擬加減法器運算 依靠回路串并聯(lián)連接：依靠回路串并聯(lián)連接： 以圓特性的方向阻抗元件以圓特性的方向阻抗元件為例，比較電壓可由圖中為例，比較電壓可由圖中的回路連接形成。的回路連接形成。mUDmUmICUKUUKIKU9090mUmUmIUKUKIK數(shù)字式保護中相位比較的實現(xiàn)數(shù)字式保護中相位比較的實現(xiàn) 用阻抗比較的形式實現(xiàn)：用阻抗比較的形式實現(xiàn)： 應用上述阻抗的算法，求出系統(tǒng)故障時的測量阻抗；應用上述阻抗的算法，求出系統(tǒng)故障時的測量阻抗； 然后根據(jù)特性要求，與已知的整定阻抗一起，組合出然后根據(jù)特性要求，與已知的整定阻抗一起，組合出比較阻抗比較阻抗ZC和

40、和ZD，直接代入動作條件的一般表達式，直接代入動作條件的一般表達式，根據(jù)是否滿足動作條件，決定是否動作。根據(jù)是否滿足動作條件，決定是否動作。 用電壓比較的形式實現(xiàn)：用電壓比較的形式實現(xiàn)： 相量比較相量比較 瞬時采樣值比較瞬時采樣值比較距離保護的整定計算距離保護的整定計算 階梯時限配合的三段式配置方式。階梯時限配合的三段式配置方式。 距離保護的整定計算：距離保護的整定計算： 根據(jù)被保護電力系統(tǒng)的實際情況，確根據(jù)被保護電力系統(tǒng)的實際情況，確定計算出距離定計算出距離段、段、段和段和段測量段測量元件的整定阻抗與動作時限。元件的整定阻抗與動作時限。 當距離保護用于雙側電源的電力系統(tǒng)當距離保護用于雙側電源

41、的電力系統(tǒng)時，一般要求時，一般要求、 段的測量元件都段的測量元件都要具有明確的方向性，即采用具有方要具有明確的方向性，即采用具有方向性的測量元件。向性的測量元件。 第第段為后備段，包括對本線路段為后備段，包括對本線路、段保護的近后備、相鄰下一級線路段保護的近后備、相鄰下一級線路保護的遠后備和反向母線保護的后備，保護的遠后備和反向母線保護的后備，所以第所以第段通常采用帶有偏移特性的段通常采用帶有偏移特性的測量元件，用較大的時限保證其選擇測量元件，用較大的時限保證其選擇性性距離保護第距離保護第I段的整定段的整定整定原則：整定原則：距離距離I段為無延時的速動段，其測量元件的整定阻抗，應該按躲過本線路

42、末段為無延時的速動段，其測量元件的整定阻抗，應該按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定。端短路時的測量阻抗來整定。以以A處保護為例：處保護為例：式中式中 距離距離I段的整定阻抗；段的整定阻抗； 被保護線路的長度；被保護線路的長度； 被保護線路單位長度的正序阻抗，被保護線路單位長度的正序阻抗， ； 可靠系數(shù)，由于距離保護為欠量動作，所以可靠系數(shù)，由于距離保護為欠量動作，所以 ，考慮到繼電器誤，考慮到繼電器誤差、互感器誤差和參數(shù)測量誤差等因素，一般取差、互感器誤差和參數(shù)測量誤差等因素，一般取0.80.85。1zLKZABIrelIsetIsetZABL1zIrelK1IrelKkm/距離保護距離保

43、護段的整定段的整定 與相鄰線路距離保護相配合，保護與相鄰線路距離保護相配合，保護1距離距離段的整定阻抗為：段的整定阻抗為： 式中式中 KIIrel可靠系數(shù)，一般取可靠系數(shù)，一般取0.8。 與相鄰變壓器的快速保護相配合，保護與相鄰變壓器的快速保護相配合，保護1距離距離II段的整定值段的整定值應為：應為： 式中式中 Krel可靠系數(shù)，考慮變壓器阻抗誤差較大，一般取可靠系數(shù)，考慮變壓器阻抗誤差較大，一般取0.70.75。 Kb 分支系數(shù)分支系數(shù) 當被保護線路末端母線上既有出線又有變壓器時，當被保護線路末端母線上既有出線又有變壓器時， 距離距離II段的整定阻抗應分別按上述兩種情況計算，取其中的較小者段

44、的整定阻抗應分別按上述兩種情況計算，取其中的較小者作為整定阻抗。作為整定阻抗。)(2 .min.1 .IsetbABIIrelIIsetZKZKZ)(min.1 .tbABIIrelIIsetZKZKZ分支系數(shù)的確定分支系數(shù)的確定 分支系數(shù)的定義：分支系數(shù)的定義： 有兩種情況：有兩種情況： 使測量阻抗增大的分支，稱為助增分支，對應的電流稱為助增電流使測量阻抗增大的分支，稱為助增分支，對應的電流稱為助增電流 使測量阻抗變小的分支，稱為外汲分支，對應的電流稱為外汲電流使測量阻抗變小的分支，稱為外汲分支，對應的電流稱為外汲電流kbBAkBAkBAAmlZKZZIIZIZIZIIUZ121211靈敏度

45、與動作時間靈敏度與動作時間 靈敏度校驗：靈敏度校驗： 距離保護的距離保護的段，應能保護線路的全長，本線路末端段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度。短路時，應有足夠的靈敏度。 靈敏系數(shù)應滿足：靈敏系數(shù)應滿足： 若靈敏度不能滿足要求，距離若靈敏度不能滿足要求，距離段應改為與相鄰元件段應改為與相鄰元件的的段相配合。段相配合。 動作時間的整定：動作時間的整定： 距離保護距離保護段的動作時間，應比與之配合的相鄰元件段的動作時間，應比與之配合的相鄰元件的動作時間大一個時間級差的動作時間大一個時間級差 ，即：，即： 25. 1ABIIsetsenZZKtttxII)(21t距離保護第距

46、離保護第段的整定段的整定 與相鄰下級線路距離保護與相鄰下級線路距離保護段或段或段配合：段配合： 與相鄰下級變壓器的電流、電壓保護配合：與相鄰下級變壓器的電流、電壓保護配合： 按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定 按上述三個原則進行計算，取其中較小者為距離保按上述三個原則進行計算，取其中較小者為距離保護護段的整定阻抗，采用偏移特性時，偏移率一般段的整定阻抗，采用偏移特性時，偏移率一般取為取為5左右左右)(2 .min.1 .IIsetbABIIIrelIIIsetZKZKZ)(minmin.1 .ZKZKZbABIIIrelIIIsetmax.max.min.mi

47、n.95. 09 . 0LNLLLIUIUZmin.1 .1LressrelIIIsetZKKKZLsetressrelLIIIsetKKKZZcosmin.1 .靈敏度與動作時間靈敏度與動作時間 靈敏度校驗：靈敏度校驗： 距離保護的距離保護的段作為本線路段作為本線路、保護的近后備時，靈保護的近后備時，靈敏度按本線路末端短路校驗：敏度按本線路末端短路校驗： 距離保護的距離保護的段作為相鄰下級設備保護的遠后備時，靈段作為相鄰下級設備保護的遠后備時，靈敏度按相鄰設備末端短路校驗：敏度按相鄰設備末端短路校驗： 動作時間的整定：動作時間的整定： 距離保護距離保護段的動作時間，應比與之配合的相鄰元件的段

48、的動作時間，應比與之配合的相鄰元件的動作時間大一個時間級差動作時間大一個時間級差 ，但考慮到距離，但考慮到距離段一般段一般不經振蕩閉鎖，其動作時間不應小于最大的振蕩周期不經振蕩閉鎖，其動作時間不應小于最大的振蕩周期（1.5s2s）。）。 t5 . 1)1(ABIIIsetsenZZK2 . 1max.)2(nextbABIIIsetsenZKZZK整定參數(shù)的換算整定參數(shù)的換算 實際應用時，需要把一次系統(tǒng)值換算到保護接入的實際應用時，需要把一次系統(tǒng)值換算到保護接入的二次系統(tǒng)參數(shù)值，二次系統(tǒng)參數(shù)值，)2()2()2()1()1()1(mTATVmTAmTVmmmZnnInUnIUZ)1()2(mTVTAmZnnZ)1()2(setTVTAsetZnnZ對距離保護的評價對距離保護的評價 同時利用了短路時的電壓電流的變化特征，通過測量故障阻同時利用了短路時的電壓電流的變化特征，通過測量故障阻抗來確定故障所處的范圍、保護區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，受電網(wǎng)抗來確定故障所處的范圍、保護區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，受電網(wǎng)運行方式的影響小，能夠在多側電源的高壓及超高壓復雜電運行方式的影響小，能夠在多側電源的高壓及超高壓復雜電力系統(tǒng)中應用。力系統(tǒng)中應用。