電網(wǎng)距離保護(hù)

第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)第一節(jié)距離保護(hù)概述一、距離保護(hù)的基本概念思考：電流、電壓保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)，但是，對于容量大、電壓高或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們難于滿足電網(wǎng)對保護(hù)的要求。電流、電壓保護(hù)一般只適用于35kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)。對于110kV及以上電壓等級的復(fù)雜網(wǎng)，線路保護(hù)采用何種保護(hù)方式？解決方法：采用一種新的保護(hù)方式一一距離保護(hù)。距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動作時限的一種保護(hù)裝置。測量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，實際上是測量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小，故有時又稱之為阻抗保護(hù)。距離保護(hù)也有一個保護(hù)范圍，短路發(fā)生在這一范圍內(nèi)，保護(hù)動作，否則不動作，這個保護(hù)范圍通常只用給定阻抗Zzd的大小來實現(xiàn)的。正常運(yùn)行時保護(hù)安裝處測量到的線路阻抗為負(fù)荷阻抗之?，即—U_7Z——?cl—Zcl在被保護(hù)線路任一點(diǎn)發(fā)生故障時，測量阻抗為保護(hù)安裝地點(diǎn)到短路點(diǎn)的短路阻抗Zd，即?.UU

Z———.殘—Z

clIIdcld距離保護(hù)反應(yīng)的信息量比反應(yīng)單一物理量的電流保護(hù)靈敏度高。、.Z，、Z距離保護(hù)的實質(zhì)是用整定阻抗zd與被保護(hù)線路的測量阻抗cl比較。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時，即］Zd>^ZdI時繼電器不動。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，即^Zcl<ZzJ時繼電器動作。因此，距離保護(hù)又稱為低阻抗保護(hù)。動作阻抗：使距離保護(hù)剛能動作的最大測量阻抗。二、時限特性距離保護(hù)的動作時間，與保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的距離l的關(guān)系稱為距離保護(hù)的時限特性，目前獲得廣泛應(yīng)用的是階梯型時限特性，如圖3—1所示。這種時限特性與三段式電流保護(hù)的時限特性相同，一般也作成三階梯式，即有與三個動作范圍相應(yīng)的三個動作時限:t'、t〃、tt'、t〃、t保護(hù)3的【段」保護(hù)3的I【段保護(hù)3的III段圖3—1距離保護(hù)的時限特性三、距離保護(hù)的組成三段式距離保護(hù)裝置一般由以下四種元件組成，其邏輯關(guān)系如圖3—2所示。1.起動元件起動元件的主要作用是在發(fā)生故障的瞬間起動整套保護(hù)。早期的距離保護(hù)，起動元件采用的是過電流繼電器或者阻抗繼電器。方向元件方向元件的作用是保證保護(hù)動作的方向性，防止反方向故障時，保護(hù)誤動作。采用單獨(dú)的方向繼電器或方向元件和阻抗元件相結(jié)合。圖3-2=圖3-2=距蔑保護(hù)原理的組成元件框圖乂距離元件距離元件（Z'、Z〃、Z”）的主要作用是測量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（即測量阻抗），一般采用阻抗繼電器。時間元件時間元件（t〃、t）的主要作用是，根據(jù)預(yù)定的時限特性確定動作的時限，以保證保護(hù)動作的選擇性，一般采用時間繼電器。正常運(yùn)行時，起動元件1不起動，保護(hù)裝置處于被閉鎖狀態(tài)。

當(dāng)正方向發(fā)生故障時，起動元件1和方向元件2動作，距離保護(hù)投入工作。如果故障點(diǎn)位于第I段保護(hù)范圍內(nèi)，則Z'動作直接起動出口元件8,瞬時動作于跳閘。如果故障點(diǎn)位于距離I段之外的距離II段保護(hù)范圍內(nèi)，則Z'不動作，而Z〃動作，起動距離II段時間繼電器5,經(jīng)'時限，出口元件8動作，使斷路器跳閘，切除故障。如果故障點(diǎn)位于距離I段之外的距離III段保護(hù)范圍內(nèi)，則Z'、Z〃不動作，而Z動作，起動距離III段時間繼電器7,經(jīng)'"'時限，出口元件8動作，使斷路器跳閘，切除故障。返回第二節(jié)阻抗繼電器繼電器的測量阻抗：指加入繼電器的電壓和電流的比值，即Z廣U/。。氣可以寫成R+jx的復(fù)數(shù)形式，所以可以利用復(fù)數(shù)平面來分析這種繼電器的動作特圖3-3圖3-3用復(fù)數(shù)平面分析阻抗繼電器的特性（a）系統(tǒng)圖；（b）阻抗特性圖性，并用一定的幾何圖形把它表示出來，如圖3-3所示。以圖3—3（。）中線路BC的距離保護(hù)第I段為例來進(jìn)行說明。設(shè)其整定阻抗Z'zd—Z'zd—0.85ZBC，并假設(shè)整定阻抗角與線路阻抗角相等。當(dāng)正方向短路時測量阻抗在第一象限，正向測量阻抗Zci與R軸的夾角為線路的阻抗角ZUclZUcl-rC^=——TVII/nclBCTA阻抗繼電器的動作特性擴(kuò)大為一個圓。如圖3—3(b)特性圓，圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。反方向短路時，測量阻抗Zcl在第三象限。如果測量阻抗Zcl的相量，落在ZZd向量以內(nèi)，則阻抗繼電器動作；反之，阻抗繼電器不動作。Un?n"E=Z-T-TV所示的阻抗繼電器的動作特性為方向一、具有圓及直線動作特性的阻抗繼電器特性分析及電壓形成回路為；［為；［全阻抗繼電器(1)幅值比較全阻抗繼電器的動作特性如圖3—4所示，它是以整定阻抗Zzd為半徑，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的一個圓，動作區(qū)在圓內(nèi)。它沒有方向性。全阻抗繼電器的動作與邊界條件為：知習(xí)ZJ令A(yù)=i贏奇=點(diǎn)，比轅兩電壓唳良值大小的堀成繼電器的動作與邊界條件A>B圖3-5全阻抗繼電器幅值比較電壓形成回路構(gòu)成幅值比較的電壓形成回路如圖3—5所示。(2)相位比較相位比較的動作特性如圖3—6所示，繼電器的動作與邊界條件為*Z與Z+Zcl的夾角小于等于90°，即

-90。<arg'id—?dú)?0<90。

Zd+Zcl(b)(a)(c)圖3-6相位比較方式分析全阻抗繼電器的動作特性(a)測量阻抗在圓上；(b)測量阻抗在圓內(nèi)；(ccl(b)(a)(c)U—UD—90。<arg—=arg—=0<90。U+UC.k.y上式中，D量超前于C量時0角為正，反之為負(fù)。構(gòu)成相位比較的電壓形成回路如圖3—7所示圖3-7全阻抗繼電器相位比較電壓形成回路方向阻抗繼電器(1)幅值比較方向阻抗繼電器的動作特性為一個圓，如圖3—8(a)所示，圓的直徑為整定阻抗Zzd，圓周通過坐標(biāo)原點(diǎn)，動作區(qū)在圓內(nèi)。當(dāng)正方向短路時，若故障在保護(hù)范圍內(nèi)部，繼電器動作。當(dāng)反方向短路時，測量阻抗在第III象限，繼電器不動。因此，這種繼電器的動作具有方向性，圖3-8圖3-8方向阻抗繼電器的動作特性(a)幅值比較的分析；(b)相位比較的分析幅值比較的動作與邊界條件為11-Z>Z——Z2zdcl2zd分子分母同乘以測量電流得其電壓形成回路如圖3—9所示。圖3-9方向阻抗繼電器幅值比較電壓形成回路（2）相位比較相位比較的方向阻抗繼電器動作特性如圖上圖所示，其動作與邊界條件為分式上下同乘以電流-90。<argZd-圖3-9方向阻抗繼電器幅值比較電壓形成回路（2）相位比較相位比較的方向阻抗繼電器動作特性如圖上圖所示，其動作與邊界條件為分式上下同乘以電流-90。<argZd-Z=0<90。clU-U-90。<arg—<90。Uy圖3-10方向阻抗繼電器相位比較電壓形成回路偏移特性阻抗繼電器

JjXr0clROXzd圖3-11偏移特性阻抗繼電器動作特性(1)幅值比較偏移特性阻抗繼電器的動作特性，如圖3—11所示，圓的直徑為Zzd與&Zzd之差。一.~?一其中=(-0.1?-0.2),圓心坐標(biāo)一1_.一、氣,=2(氣+吃),圓的半徑為.(Z—aZ)zdzd，其動作與邊界條件為1,.、_(z—az)>z—z2zdzdcloo'即2匕-吃*lz廣i(zzd+吃)兩邊同乘以電流得-1?--L.、?A=_(1—a)U>U—_(1+a)U2ky2k(2)相位比較偏移特性阻抗繼電器相位比較分析，如圖3-12所示，其相位比較的動作與邊界條件為兩邊同乘以電流得???U—UD一90。<arg=arg一<90。u—aucyk(二)阻抗繼電器的比較回路具有圓或直線特性阻抗繼電器可以用比較兩個電氣量幅值的方法來構(gòu)成，也可以用比較兩個電氣量相位的方法來實現(xiàn)，所有繼電器都可以認(rèn)為是由圖3-15所示的兩個基本部分組成，即由電壓形成回路和幅值比較或相位比較回路組成。UcIcUcIc;_-電壓一^1幅執(zhí)行一—!■形成—I■回路（輸出）l（a）川＞時圖3-15阻抗繼電器的構(gòu)成原理方框圖Ucl—r電壓-C_i"比相執(zhí)行.i―^形成一回路^出）cln（b）—9世arC1壓9。0（a）幅值比較式；（b）相位比較式二極管環(huán)形相位比較回路二極管環(huán)形相位比較回路基于把兩個進(jìn)行比較的電氣量的相位變化關(guān)系轉(zhuǎn)換為直流輸出脈動電壓的極性變化。原理圖和其等效電路圖如下圖所示。iI?IDDii4miI?IDDii4m+Md3■/V/Vt-色02§!d2n-皿2兀④,UmnpJE1<E2,這時輸（a）皿2兀④,UmnpJE1<E2,這時輸假定%＞匕，兩者相位角」睡（匕?）=睡（DC），Ri=R2。右一T1nn一T1TE1—U1+U2,E2-U1—U2，當(dāng)相位角。變化時，比相回路的輸出電壓Umn脈沖寬度及極性相應(yīng)產(chǎn)生變化，現(xiàn)分析如下。（1）當(dāng)°=。。時，輸出電壓Umn等于在一周期內(nèi)電阻虬、R2上電壓降的代數(shù)和，即U=(i‘+i)R+(￡a辛i')RTOC\o"1-5"\h\zmn122121??（2）當(dāng)0=18°。時，E1、E2與比較量的向量關(guān)系如下圖（b）所示。111211出電壓的平均值為負(fù)極性最大值。U?§22④ti2R2iR21i2R2i；R1umnUmnp廣0(C)2"1E1i2R2iR21i2R2i；R1umnUmnp廣0(C)00(30EU1U102,E0=0。2當(dāng)0廣90。就Umn的波形如下圖，Umn為正、負(fù)脈沖，其脈沖寬度均為90。。顯然，這時輸出電壓的平均值晨季。當(dāng)0為其它任意角度時，同樣可得到相應(yīng)的輸出電壓Umn的正、負(fù)脈沖的寬度及其幅值，從而可簍出如圖J生i8^示的Um】E瑚”(0(或關(guān)系曲線。氣由圖可知，僅當(dāng)相位角的變化在-90。<°<90。范圍的條件下，輸出電壓平均值為正值，這就保證了阻抗繼電器動作條件。圖3^?蔬形1抗繼瞄輸出電及平區(qū)掬除方相角9"系曲線思考：對于方向阻抗繼電器，當(dāng)保護(hù)出口短路時，會不會有死區(qū)？為什么？對幅值比較的方向阻抗繼電器，其動作條件為1--1-一U>U——U2Ky2k,U=0,,,,一,,,,r,、r,、，，、，，r當(dāng)Uy0時，繼電器也不動作。對于相位比較的方向阻抗繼電器，其動作條件為U-U-90。<arg—<90。Uy，、U=0,一,一，，當(dāng)y時，無法進(jìn)行比相，因而繼電器也不動作。思考：對于方向阻抗繼電器，當(dāng)保護(hù)出口短路時，采用什么措施消除死區(qū)？記憶回路

對瞬時動作的距離I段方向阻抗繼電器，在電壓">的回路中廣泛采用“記憶回路”的接線，即將電壓回路作成是一個對50HZ工頻交流的串聯(lián)諧振回路。圖3-23所示是常用的接線之一。但它的作用時間有(c)?,U=U?ACU=Ij-.但它的作用時間有(c)?,U=U?ACU=Ij-.=UBA限。.BCRjj結(jié)論：在電阻Rj上的壓降UR也與外加電壓U同相位，記憶電壓Uj通過記憶變壓器》JYB與"y同相位。引入記憶電壓以后，幅值比較的動邊條件為：1---1--一U+U>U——U+U2Kjy2Kj在出口短路時，Uy=0，由于諧振回路的儲能作用，極化電壓Uj在衰減到零之前存在，且.】與Uy同相位。由于繼電器記錄了故障前的電壓，故方向阻抗繼電器消除了死區(qū)。引入第三相電壓思考：記憶回路只能保證方向阻抗繼電器在暫態(tài)過程中正確動作，cjRR-jx+jxRR

jcjLjjUr'『jjrXl

(a)(a)(b)(b),,?,UU=(a)(a)(b)(b),,?,UU=壓U?ACACB.CBCUU=IRRjjcjcjjj????二二UUU=UEEBBAAAA(c)(c)結(jié)論：Oj超前】R近9圖圖魂阻入入三相降或壓產(chǎn)生極化電壓的卿瞬B電壓與故障前電壓Uab同相位。因此乎當(dāng)出口兩幅路短短珊等值可以在弒必"和故障前電壓UAB（即%）同相的而且不衰減的極化電壓Uj，以保證方向阻抗繼電器正確動作，即能消除死區(qū)。四、阻抗繼電器的精工電流和精工電壓實際上方向阻抗繼電器的臨界動作方程為+Uol式中U0為動作量克服二極管正向壓降及極化繼電器動作反力所需的剩余電壓，假設(shè)上式中各向量均為同相位，則上列方程可寫為U-2U+U=Ukyk0?U―o-2U21clZdz=Zzd考慮U0的影響后，給出氣=f（。1）的關(guān)系曲線如圖3—30所示gcl圖3-30方向阻抗繼電器Z=f（I的曲線dzc/所謂精工電流，就是當(dāng)'廣。時，繼電器的動作阻抗氣=0,99\d，即比整定阻抗縮小了10%。因此，當(dāng)1cl＞。時，就可以保證起動阻抗的誤差在10%以內(nèi)，而這個誤差在選擇可靠系數(shù)時，已經(jīng)被考慮進(jìn)去了。

在繼電器通以精工電流的條件下Zdz根據(jù)允許條件其動作方程=Z-孔zd21gZzd在繼電器通以精工電流的條件下Zdz根據(jù)允許條件其動作方程=Z-孔zd21g結(jié)論：精工電流與反應(yīng)元件的靈敏性（U0）及電抗變壓器的整定阻抗有關(guān)。為了便于衡量阻抗繼電器的靈敏度，有時應(yīng)用精工電壓作為繼電器的質(zhì)量指標(biāo)。精工電壓就是精工電流和整定阻抗的乘積，用Ug表示，則。Ug=『廣磴結(jié)論：它不隨繼電器的整定阻抗而變，對某指定的繼電器而言，它是常數(shù)。在整定阻抗一定的情況下，U0越小，。越小，即Ug越小，繼電器性能越好。返回第三節(jié)阻抗繼電器的接線方式一、對距離保護(hù)接線方式的要求及接線種類加入繼電器的電壓和電流應(yīng)滿足如下要求：繼電器的測量阻抗應(yīng)能準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，即與故障點(diǎn)至故障安裝處的距離成正比。繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，即保護(hù)范圍不隨故障類型而變化。阻抗繼電器常用的接線方式有四類，如表3-1中所示。表中“△”表示按相間電壓或相表3-1阻抗繼電器的常用接線方式接線方式繼電器、,U，L（00）UU.UI+k.iU,,IY,U?IY,U?IY.U0IJ?U訕4?,I-1J?U訕J?-144?U訕J,I?UI+K3IJ2UI-1U.cT.UCI,UI+K3IJ,UCI-1,UCCC,-1n,UC?Ikc4,UCI+K3IC0電流差，“Y”表示按相電壓或相電流。二、反應(yīng)相間短路阻抗繼電器的0。接線2—⑶L圖3-31三相短路測量阻抗分析1、三相短路以J1為例分析之。設(shè)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離為L千米，線路每千米的正序阻抗斗Z。為斗Z。為1，則保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓UAB應(yīng)為U=U-U=IZL-1ZL=(I-1)ZLABABA1B1AB1此時，阻抗繼電器的測量阻抗為jZ(3)=——AB—=ZLJ1I-I1結(jié)論：在三相短路時，三個繼電器的測量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的正序阻抗，三個繼電器均能正確動作。兩相短路,UAB如圖3-32所示，設(shè)以AB兩相短路為例，分析此時三個阻抗繼電器的測量阻抗。對J1而言=IZL-1ZL=(I-1)ZL,UABA1B1AB1_E[Z①一圖3-32兩相短路測量阻抗分析Z(2)=J1j.AB.=ZLI-I1Z(2)=J1結(jié)論：與三相短路時的測量阻抗相同。因此，J1能正確動作，J2和七不會動作。同理，在BC或CA兩相短路時，相應(yīng)地分別有J2和七能準(zhǔn)確測量出Z1L而正確動作中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中兩相接地短路

圖3-33dG.測量阻抗的分析AB如圖3—33所示，設(shè)故障發(fā)生在AB相，它與兩相短路不同之處是地中有電流流回，因此。"—‘B。我們可以把A相和B相看成兩個“導(dǎo)線一一地”的送電線路并有互感耦合在一起，設(shè)Z乙表示每千米的自感阻抗，ZM表示每千米的互感阻抗，則保護(hù)安裝地點(diǎn)的故障相電壓應(yīng)為U=IZL+IZLTOC\o"1-5"\h\zAALBMU=IZL+1ZLBBLAM繼電器J1的測量阻抗為U(I-1)(Z-Z)LZ(1.1)=——A^—=—ABLM\o"CurrentDocument"J1I-II-IABAB=(Z^-ZM)L=Z1L其值與三相短路時相同，保護(hù)能夠正確的動作。三、反應(yīng)相間短路阻抗繼電器的30。接線這種接線方式有兩種，以繼電器匕為例，在三相和AB兩相短路時，其測量阻抗為U（I-1）ZLZ=.AB=—A——T——1—=（1-e-爬）ZLTOC\o"1-5"\h\zJ（+30。）II1AA（y‘B）Z1L=（1-eg）ZL-I1B.（y‘B）Z1L=（1-eg）ZL-I1B7UZABJ(-30。)-IB將以上兩式合并寫成Z」=（1-e+帥）Z1L正常運(yùn)行情況Z=（1—e力‘120。）Z=?3Ze+伽。測量阻抗的數(shù)值為每相負(fù)荷阻抗的扣'3倍，阻抗角則較負(fù)荷阻抗的角度偏移土30°，當(dāng)采用+30°接線時，測量阻抗的阻抗角向超前于每相負(fù)荷阻抗的方向移動3°。，而當(dāng)采用-3°。接線時，則向滯后方向移動30°。2.2.三相短路三相短路與正常運(yùn)行時相似，只是Z”為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間每相的正序阻抗，因此Z=.3ZLe+j30°即測量阻抗的數(shù)值為每相線路阻抗的％3倍，相位則比線路阻抗角偏離土30°。兩相短路TT以AB兩相短路為例，，a超前于'b的角度180°，因此Z=(1-e+ji80°)ZL=2ZL即測量阻抗的數(shù)值為每相短路阻抗的2倍，相位則等于線路的阻抗角。采用30°接線方式的阻抗繼電器在不同故障類型時，其測量阻抗的數(shù)值與相位均不相同，這種接線方式可應(yīng)用于圓特性方向阻抗繼電器。如圖3-34所示，三相短路與兩相短路時V_3ZlR止0圖3-34方向阻抗繼電器用于接線時的動作特性V_3ZlR止0這種接線方式較簡單，電流互感器的負(fù)擔(dān)也較輕，因此，除了用于圓特性的方向阻抗繼電器外，還可用于作為起動元件的全阻抗繼電器。此外在輸電線路的送電端，當(dāng)采用—30°接線時，在正常情況下其測量阻抗一般位于第四象限，它將具有更好的避越長距離重負(fù)荷線路負(fù)荷阻抗的能力，而在輸電線路的受電端采用+30°接線時，也具有同樣的效果。四、反應(yīng)接地短路阻抗繼電器的接線單相接地故障時，只有故障相電壓降低，電流增大，而任何相間電壓都是很高的。因此應(yīng)將故障相的電壓和電流加入到繼電器中，對A相阻抗繼電器，接入繼電器的電壓為U=U+U+U+'ZL+'ZL+'ZLAd1d2d0112200='ZL+'ZL+'ZL

,??=(I+I+I)ZL-IZL+IZL12010100=IZL+—IZLaiZL0ii?_.=(IA+3KI0)ZiL.K=1=式中KI0——稱為零序補(bǔ)償電流，其中3Zi，為常數(shù);接入繼電器的電流Ij=A30，則故障相阻抗繼電器的測量阻抗為=ZLiZ(i)=~JAIA+3KI0=ZLi它能正確地測量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)間的阻抗。為了反應(yīng)任一相的單相接地短路，接地距離保護(hù)也必須采用三個阻抗繼電器。這種接線方式同樣能夠正確反應(yīng)兩相接地短路和三相短路，此時接于故障相的阻抗繼電器的測量阻抗均為ZiL。返回第四節(jié)影響距離保護(hù)正確工作的因素及采取的防止措施一、短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響保護(hù)i的測量阻抗為Rg，保護(hù)2的測量阻抗為%AB+Rg。由圖(b)可見，當(dāng)Rg較大時，可能出現(xiàn)ZJ.i已超出保護(hù)i第I段整定的特性圓范圍，而ZJ可能出現(xiàn)ZJ.i已超出保護(hù)i第I段整定的特性圓范圍，而ZJ.2仍位于保護(hù)2第II段整定的圖3-35過渡電阻對不同安裝地點(diǎn)距離保護(hù)的影響結(jié)論：保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時，受過渡電阻的影響越大，同時保護(hù)裝置的整定值越小，則相對地受過渡電阻的影響也越大。對圖3-36(a)所示的雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)，短路點(diǎn)的過渡電阻可能使量阻抗增大，也可能使測量阻抗減小。

(a)圖3-36雙側(cè)電源通?短路的接線圖及阻抗電流向量圖

g(a)系統(tǒng)圖；(b)向量圖保護(hù)(a)圖3-36雙側(cè)電源通?短路的接線圖及阻抗電流向量圖

g(a)系統(tǒng)圖；(b)向量圖保護(hù)1和保護(hù)2的測量阻抗分別為U-=~BId1i=^dRId1=LrejaIgd1.U?AId1ZAB+LrejaIgd1ii式中a—Id超前Id1的角度。當(dāng)a為正時，測量阻抗增大，當(dāng)a為負(fù)時，測量阻抗的電抗部分將減小。在后一種情況下，可能導(dǎo)致保護(hù)無選擇性的動作。過渡電阻主要是純電阻性的電弧電阻Rg，且電弧的長度和電流的大小都隨時間而變化，在短路開始瞬間電弧電流很大，電弧的長度很短，Rg很小。隨著電弧電流的衰減和電弧長度的增長，Rg隨著增大，大約經(jīng)0.1?0.15秒后，Rg劇烈增大。減小過渡電阻對距離保護(hù)影響的措施采用瞬時測定裝置它通常應(yīng)用于距離保護(hù)第II段。原理接線如圖3—37所示。

EU-37瞬時測定裝置原理圖在短路的初瞬間，KA及KJ均動作,KM.KT起動,通iSXAffi接點(diǎn)&KM自保持，此后KM的動作與KJ無關(guān)+1經(jīng)過KT的延時-?發(fā)出跳閘豚沖。/既使電弧電阻增大，使以返回，保護(hù)仍能以預(yù)定的延時跳閘。-采用帶偏移特性的阻抗繼電器保護(hù)2的測量阻抗Zcl2=Zd+Rg當(dāng)過渡電阻達(dá)Rg1時，具有橢圓特性的阻抗繼電器開始拒動。當(dāng)過渡電阻達(dá)Rg2時，方向阻抗繼電器開始拒動。當(dāng)過渡電阻達(dá)Rg3時，全阻抗繼電器開始拒動。結(jié)論：阻抗繼電器的動作特性在+R軸方向所占的面積越大則受過渡電阻的影響越小。采用能容許較大的過渡電阻而不致拒動的阻抗繼電器，如偏移特性阻抗繼電器等。二、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖回路(一)電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的分布

TOC\o"1-5"\h\z?1r■*t*EMr-zINEZ

ZLZMN圖3-38系統(tǒng)振蕩的等值圖iI圖3-38為簡化系統(tǒng)等值電路圖，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，設(shè)Em超前于n的相位角為Z7—Z7—Z7M-N一，且系統(tǒng)中各元件的阻抗角相等，則振蕩電流為-E-EE-EE(1—e-ja)I=MN——=—MNzhZM+ZL+ZNZz=ZzE振蕩電流滯后于電勢差Em-E，—、E振蕩電流滯后于電勢差Em「arg疽M+XL+XnR+R+RUM.UN.UZ系統(tǒng)UM.UN.UZ-1ZMzhM=E+1zNzhN=E-11zMzh2Z①點(diǎn)位于ZE處-當(dāng)S=180°時，I亦=蕓達(dá)最大值，電壓％=0,此點(diǎn)稱為系統(tǒng)振電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響M母線上阻抗繼電器的測量阻抗為UE-1ZEZ=,M=―M_,-^Zh_M=.M—Z

MclJJIMzhzhzh?—知7_7—17_7(E—E)zM1—e項EMMN應(yīng)用尤拉公式及三角公式，有e—j=cos5—jsin81，21—e—j=g-1—Mg-于是r,1r-、.1r5氣廣（-ZE-ZM）-j-ZEctg2將此繼電器測量阻抗隨5變化的關(guān)系，畫在以保護(hù)安裝地點(diǎn)M為原點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗平面上，當(dāng)系統(tǒng)所有元件的阻抗角都相同時，阻抗繼電圖3-41系統(tǒng)振蕩時，測量阻抗的變化器的測量阻抗將在在E的垂直平分線。0'上移動，如圖3-41所示。當(dāng)時測重阻抗Z■心=co*當(dāng)心啊時測童阻抗曲=乒廠叫系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響以變電站M處的保護(hù)為例，其距離I段起動阻抗整定為0.85Zl，在圖3-42中以長度MA表示，由此可繪出各種繼電器的動作特性曲線。圖3-42系統(tǒng)振蕩時變電站心處測量阻抗的變化圖結(jié)論：在同樣整定值的條件下全阻抗繼電器受振蕩的影響最大，而橢圓繼電器所受的影響最小。繼電器的動作特性在阻抗平面沿。?！较蛩嫉拿娣e越大，受振蕩的影響就越大。保護(hù)安裝地點(diǎn)越靠近于振蕩中心，距離保護(hù)受振蕩的影響越大，而振蕩中心在保護(hù)范圍以外時，系統(tǒng)振蕩，距離保護(hù)不會誤動。當(dāng)保護(hù)的動作帶有較大的延時時，如距離m段，可利用延時躲開振蕩的影響。振蕩閉鎖回路1、電力系統(tǒng)振蕩和短路時的主要區(qū)別。、振蕩時電流和各電壓幅值的變化速度較慢，而短路時電流是突然增大，電流也突然降低。、振蕩時電流和各點(diǎn)電壓幅值均作周期變化，各點(diǎn)電壓與電流之間的相位角也作周期變化。振蕩時三相完全對稱,電力系統(tǒng)中不會出現(xiàn)負(fù)序分量；而短路時，總要長期(在不對稱短路過程中)或瞬間(在三相短路開始時)出現(xiàn)負(fù)序分量。2、對振蕩閉鎖回路的要求

（1）、系統(tǒng)振蕩而沒故障時，應(yīng)可靠將保護(hù)閉鎖。（2）、系統(tǒng)發(fā)生各種類型故障，保護(hù)不應(yīng)被閉鎖。（3）、在振蕩過程中發(fā)生故障時,保護(hù)應(yīng)能正確動作。（4）先故障，且故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外，而后振蕩，保護(hù)不能無選擇性動作。3、振蕩閉鎖回路的工作原理（1）、利用負(fù)序（和零序）分量或其增量起動的振蕩閉鎖回路。①負(fù)序電壓濾過器負(fù)序電壓濾過器：從三相不對稱電壓中取出其負(fù)序分量的回路。目前廣泛應(yīng)用的是阻容雙臂式負(fù)序電壓濾過器，其接線如下圖所示。其參數(shù)關(guān)系為:?]-j——bc—?]-j——bc—XR-jX2U=U+U=IR—jIX=ab一mnR1X21122R-jX習(xí)U舀U11\：3-jbc—\：3-j-<3-j=MUab1E+號Ubc1°-頑。當(dāng)輸入端只有正序電壓加入時，在m—n端的空載輸出電壓為

U=U+U=2U0/30。+*Ue-j30。=0mnR1X22ab12bc1當(dāng)輸入端有負(fù)序電壓加入時，在m―n端的空載輸出電壓為(a)加入正序電壓;,U(b)(員加入負(fù)序電壓圖3-44(a)加入正序電壓;,U(b)(員加入負(fù)序電壓圖3-44負(fù)序電壓濾過器向量圖,?U=Umn2R1+U=^—Uej30o+^—Ue-j30o=—Ue/60。=1.5t3Uej300X22ab22bc22ab2a2②負(fù)序電流濾過器負(fù)序電流濾過器：從三相不對稱電流中取出其負(fù)序分量的回路稱為負(fù)序電流濾過器。目前常用的一種由電抗變壓器TX和電流變換器TA組成，其原理接線如圖3-45所示。圖3-45圖3-45負(fù)序電流濾過器原理接線圖其中電抗變壓輸出：U=-jz(I—I)kKbc，電流變換器的變比為:n=WW2'1，在電阻R上的壓降為:1--云(L°)R。在m-n端子上的輸出電壓為：U=i(I-1)R-jZ(-1mnna0kbc)當(dāng)輸入端加入正序電流時，其相量如圖3-46(a)所示，輸出電壓為：U=11R-jZ(I-1)=I(R-&Z)mn1nalkblclalnk當(dāng)選取參數(shù)為"=n、&k，則Umnl=0。(當(dāng)只有零序電流輸入時在TX和TA原邊的安匝互相抵消，Umn0=0。當(dāng)只輸入負(fù)序電流時，如圖3-46(b)所示，負(fù)序電流濾過器的輸出電壓為U=-1R-jz(I-1)=I(R+屈)=2RImnna2kb2c2a2nkna2思考：除了利用負(fù)序分量構(gòu)成振蕩閉鎖回路外，還可以利用哪些原理構(gòu)成振蕩閉鎖回路?答案：1、利用負(fù)序增量2、利用電氣量變化速度三、分支電流的影響使故障線路電流增大的現(xiàn)象，稱為助增。如圖3—47所示電路當(dāng)在BC線路上的。點(diǎn)發(fā)生短路時，在變電所A距離保護(hù)l的測量阻抗為UIz+1zIZ==_ABBC_d=Z+-(BCZABABAB圖3-47有助增電流的網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)論：助增電流，使測量阻抗增大，保護(hù)范圍縮短。

使故障線路中電流減小的現(xiàn)象稱為外汲。如圖3—48所示電路，當(dāng)在平行線路上的D點(diǎn)發(fā)生短路時，在變電所A距離保護(hù)1的測量阻抗Zcl.1U—IIZ+1ZIZcl.1U—IABABAB-A_ABBC_d—Z+-rBCZABABAB圖3-48有外汲電流的網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)論：外汲電流時使測量阻抗減小，保護(hù)范圍增大，可能引起無選擇性動作。四、電壓回路斷線對距離保護(hù)的影響當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時，距離保護(hù)將失去電壓，這時阻抗元件失去電壓而電流回路仍有負(fù)荷電流通過，可能造成誤動作。對此，在距離保護(hù)中應(yīng)裝設(shè)斷線閉鎖裝置。對斷線閉鎖裝置的主要要求是：（1）當(dāng)電壓互感器發(fā)生各種可能導(dǎo)致保護(hù)誤動作的故障時，斷線閉鎖裝置均應(yīng)動作，將保護(hù)閉鎖并發(fā)出相應(yīng)的信號。（2）當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生各種故障，不因故障電壓的畸變錯誤地將保護(hù)閉鎖，以保證保護(hù)可靠動作。區(qū)分以上兩種情況的電壓變化的辦法：解決方法：看電流回路是否也同時發(fā)生變化。斷線信號裝置大都是反應(yīng)于斷線后所出現(xiàn)的零序電壓來構(gòu)成的，其原理接線如圖3—49所示。R0UA,3UUB,UCUR0UA,3UUB,UCUNC圖3-49電壓回路斷線信號裝置原理接線圖R0,3UUAUB,UCUN解決方法:將KS的另一組線圈W2經(jīng)C0和R0接于電壓互感器二次側(cè)開口三角形的輸出電壓上，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電壓時，兩組線圈W1和W2所產(chǎn)生的零序電壓安匝大小相等，方向相反，合成磁通為零，KS不動作。返回第五節(jié)距離保護(hù)的整定計算一、距離保護(hù)第一段1.動作阻抗(1)對輸電線路按躲過本線路末端短路來整定，即取"KZAB圖3-50電力系統(tǒng)接線圖2.動作時限(1)的影響二、距離保護(hù)第二段1.動作阻抗與下一線路的第一段保護(hù)范圍配合，并用分支系數(shù)考慮助增及外汲電流對測量阻抗即=Khab+KfzKZBC)式中Kfz為分支系數(shù)Kfz'ABJmin(2)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合AB+KJ)圖3-50電力系統(tǒng)接線圖動作時限保護(hù)第II段的動作時限，應(yīng)比下一線路保護(hù)第I段的動作時限大一個時限階段，即t〃=t'+Atd12靈敏度校驗K=I>1.5lmZAB如靈敏度不能滿足要求，可按照與下一線路保護(hù)第I段相配合的原則選擇動作阻抗，即Z〃=K〃G+KZ")dzkABfzdz.2這時，第I段的動作時限應(yīng)比下一線路第I段的動作時限大一個時限階段，即t〃=t〃+At12三、距離保護(hù)的第三段動作阻抗按躲開最小負(fù)荷阻抗來選擇，若第III段采用全阻抗繼電器，其動作阻抗為dz.1-K〃'KK'f^.minkhzq式中?'點(diǎn).um最小負(fù)荷阻抗，Zf訕=———'?"頊.MM動作時限保護(hù)第m段的動作時限較相鄰與之配合的元件保護(hù)的動作時限大一個時限階段，即tn,=tm+At2靈敏度校驗作近后備保護(hù)時ZK=Zdz1>1.5lm?近ZAB作遠(yuǎn)后備保護(hù)時ZK=dz>1.2m.遠(yuǎn)ZAB+KfZBC式中，Kfz為分支系數(shù)，取最大可能值。思考：靈敏度不能滿足要求時，怎么辦？解決方法：采用方向阻抗繼電器，以提高靈敏度方向阻抗繼電器的動作阻抗的整定原則與全阻抗繼電器相同?？紤]到正常運(yùn)行時，負(fù)荷阻抗的阻抗角中?較小，(約為25。)，而短路時，架空線路短路阻抗角中d較大(一般約為65°~85。)。如果選取方向阻抗繼電器的最大靈敏角平饑=甲d，則方向阻抗繼電器的動作阻抗為Z圖3-51Z圖3-51全阻抗繼電器和方向阻抗繼電器靈敏度比較結(jié)論：采用方向阻抗繼電器時，保護(hù)的靈敏度比采用全阻抗繼電器時可提高1/cos(中d一中乃)四、阻抗繼電器的整定保護(hù)二次側(cè)動作阻抗Zdi=Zdz『*TV式中Kj——接線系數(shù)'對全阻抗繼電器；0°接線，K尸1；±30°挎線，知命=店-對方向阻抗繼電器：T接線，尺就=1;士和接線，自產(chǎn)如J"五、對距離保護(hù)的評價主要優(yōu)點(diǎn)能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對保護(hù)動作選擇性的要求。阻抗繼電器是同時反應(yīng)電壓的降低與電流的增大而動作的，因此距離保護(hù)較電流保護(hù)有較高的靈敏度。主要缺點(diǎn)(1)不能實現(xiàn)全線瞬動。(2)阻抗繼電器本身較復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩，可靠性較低。AMZ1VNE"=1Xx2-mE"=1AMZ1VNE"=1Xx2-mE"=1Xx1-mXx1-m,IZkeinXx2-mBCQ6k)m廿'56了6k)mz9t"'=0.5s1/V=3e=2ein圖3-52S=3.5M&%=1.0d*4va=00.0s網(wǎng)絡(luò)接線圖例3-1在圖3-02所示網(wǎng)絡(luò)中，各線路均裝有距離保護(hù)，試對其中保護(hù)1的相間短路保護(hù)I、II、m段進(jìn)行整定計算。已知線路AB的最大負(fù)荷電流".max=350A，功率因數(shù)cos七疽0.9,各