繼電保護(hù)-距離保護(hù)

天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院距離保護(hù)

距離保護(hù)的基本概念阻抗繼電器阻抗繼電器的接線方式距離保護(hù)的整定計(jì)算影響距離保護(hù)工作的因素天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離保護(hù)定義——反應(yīng)輸電線路故障點(diǎn)至測量點(diǎn)之間的距離（或線路阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。

距離保護(hù)裝置的主要元件是距離繼電器（阻抗繼電器）距離繼電器根據(jù)其端子上所加的電壓和電流的比值測知保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗值，這一阻抗稱為繼電器的測量阻抗一、距離保護(hù)基本概念天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭故障時(shí)，阻抗值比正常運(yùn)行情況下的負(fù)荷阻抗值小。據(jù)此可以構(gòu)成阻抗繼電器，因?yàn)榫€路阻抗與線路距離成正比，所以阻抗保護(hù)又稱為距離保護(hù)。距離保護(hù)往往作為110kV輸電線路相間和接地故障的主保護(hù)。短路故障時(shí)電壓降低、短路電流大測量的故障阻抗小。一、距離保護(hù)基本概念天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭忽略線路分布電容，以集中電阻和電感等效線路:GZlZRXUmIm測量阻抗Z1是單位長度的線路阻抗；l是故障距離。因此測量阻抗與故障距離成正比。一、距離保護(hù)基本概念天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離保護(hù)的基本概念阻抗繼電器阻抗繼電器的接線方式距離保護(hù)的整定計(jì)算影響距離保護(hù)工作的因素天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭二、阻抗繼電器阻抗繼電器的作用：測量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，并與整定阻抗值進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。它是距離保護(hù)裝置的核心元件。

繼電器的動(dòng)作特性可以利用復(fù)數(shù)阻抗平面來分析

將線路的始端置于座標(biāo)的原點(diǎn)，正方向線路的測量阻抗放在第一象限，反方向線路的測量阻抗置于第三象限，正方向線路測量阻抗與R軸之間的角度為線路的阻抗角天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭二、阻抗繼電器對(duì)保護(hù)1的距離Ⅰ段，若其保護(hù)范圍為線路全長的85%時(shí)，則阻抗繼電器的起動(dòng)特性可以用包括0.85ZBC在內(nèi)的陰影線所包括的范圍表示。只要測量阻抗落入陰影之中，繼電器就動(dòng)作。天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭二、阻抗繼電器考慮到互感器的誤差以及故障點(diǎn)存在過渡電阻；考慮到便于制造和調(diào)試，通常把阻抗繼電器的動(dòng)作特性擴(kuò)大為一個(gè)圓。圓1全阻抗繼電器的動(dòng)作特性，圓2為方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性，圓3為偏移特性的阻抗繼電器的動(dòng)作特性整定阻抗：圓特性阻抗繼電器，取阻抗角與線路阻抗角相等，繼電器剛好能動(dòng)作的阻抗值為整定阻抗

天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭特性：以繼電器安裝處為圓心，以整定阻抗為半徑所作的一個(gè)圓。圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為不動(dòng)作區(qū)，它沒有方向性。起動(dòng)阻抗的數(shù)值等于整定阻抗。阻抗繼電器特性和動(dòng)作方程1.全阻抗繼電器二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭1.全阻抗繼電器動(dòng)作方程比幅式或二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭二、阻抗繼電器1.全阻抗繼電器比相式或天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭2.方向阻抗繼電器特性：以整定阻抗為直徑而通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)圓圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為不動(dòng)作區(qū)，有方向性。死區(qū)：出口短路屬于繼電器的起動(dòng)條件，考慮互感器和繼電器的誤差，實(shí)際出口短路時(shí)繼電器不動(dòng)作，從而產(chǎn)生了動(dòng)作的“死區(qū)”二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭2.方向阻抗繼電器動(dòng)作方程比幅式或二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭二、阻抗繼電器2.方向阻抗繼電器比相式極化電壓補(bǔ)償電壓天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭特性：正方向的整定阻抗為時(shí)，同時(shí)向反方向偏移一個(gè)圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為不動(dòng)作區(qū)。起動(dòng)阻抗與有關(guān)。3.偏移特性阻抗繼電器二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭動(dòng)作方程比幅式或3.偏移特性阻抗繼電器二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭比相式3.偏移特性阻抗繼電器極化電壓補(bǔ)償電壓二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭特性：下方為動(dòng)作區(qū)，上方為不動(dòng)作區(qū)。4.電抗繼電器動(dòng)作方程比幅式比相式二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭特性：左側(cè)為動(dòng)作區(qū)，右側(cè)為不動(dòng)作區(qū)。5.負(fù)荷限制繼電器動(dòng)作方程比相式二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭特性：動(dòng)作范圍小于180的功率方向繼電器+電抗繼電器+負(fù)荷限制繼電器四邊形內(nèi)為繼電器的動(dòng)作區(qū)，四邊形以外為不動(dòng)作區(qū)。AB防區(qū)外發(fā)生經(jīng)過渡電阻故障時(shí)可能引起的“超范圍”誤動(dòng)；BC躲開負(fù)荷阻抗的影響6.四邊形特性的阻抗繼電器二、阻抗繼電器天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離保護(hù)的基本概念阻抗繼電器阻抗繼電器的接線方式距離保護(hù)的整定計(jì)算影響距離保護(hù)工作的因素天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭三、阻抗繼電器的接線方式對(duì)接線方式的基本要求：（1）繼電器的測量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離；（2）繼電器的測量阻抗與故障類型無關(guān)，即保護(hù)范圍不隨故障類型而變化。天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭繼電器三、阻抗繼電器的接線方式相間短路（接線）三個(gè)阻抗繼電器，引入的相間電壓和相應(yīng)相的相電流之差。如表所示。由于引入的是相間電壓和相應(yīng)相的相電流之差，當(dāng)時(shí)和同相位，故稱為接線天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭三、阻抗繼電器的接線方式1、三相短路三個(gè)繼電器的工作情況完全相同，以J1為例分析。三個(gè)繼電器的測量阻抗等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗；三個(gè)繼電器均能動(dòng)作天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭三、阻抗繼電器的接線方式2、兩相短路以A－B相間短路為例，則故障環(huán)路的電壓為正確反應(yīng)了短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，能正確動(dòng)作。其余兩個(gè)繼電器，測量阻抗很大，不能起動(dòng)。通過“或”門控制出口跳閘回路，能保證距離保護(hù)正確動(dòng)作繼電器的測量阻抗為天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭三、阻抗繼電器的接線方式3、兩相接地短路以A－B相間短路為例，把A、B相看成兩個(gè)“導(dǎo)線—地”的送電線路并有互感耦合在一起，保護(hù)安裝地點(diǎn)的故障相電壓正確反應(yīng)了短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，能正確動(dòng)作。通過“或”門控制出口跳閘回路，能保證距離保護(hù)正確動(dòng)作繼電器的測量阻抗為天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭4、單相接地短路（零序電流補(bǔ)償接線）單相接地時(shí)，將故障點(diǎn)的電壓和電流分解為對(duì)稱分量為三、阻抗繼電器的接線方式在保護(hù)安裝地點(diǎn)各對(duì)稱分量電壓與短路點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓之間，應(yīng)具有如下的關(guān)系天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭三、阻抗繼電器的接線方式正確反應(yīng)了短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，能正確動(dòng)作。通過“或”門控制出口跳閘回路，能保證距離保護(hù)正確動(dòng)作保護(hù)安裝地點(diǎn)母線上的A相電壓即應(yīng)為取得零序電流補(bǔ)償系數(shù)天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離保護(hù)的基本概念阻抗繼電器阻抗繼電器的接線方式距離保護(hù)的整定計(jì)算影響距離保護(hù)工作的因素天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭整定原則1．距離Ⅰ段

采用方向阻抗特性躲開下一條線路出口處短路的原則來確定整定值可靠系數(shù)取0.8~0.85。因此距離Ⅰ段在理想情況下只能保護(hù)線路全長的80～85%，動(dòng)作時(shí)限為保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間。四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭2、距離Ⅱ段采用方向阻抗特性整定原則（1）與相鄰線路距離Ⅰ段配合，并考慮分支系數(shù)的影響

（2）與相鄰變壓器的瞬動(dòng)保護(hù)配合，并考慮分支系數(shù)的影響：保護(hù)1第Ⅰ段末端短路時(shí)可能的最小數(shù)值取以上兩式中數(shù)值較小的作為定值。

距離I、II段共同構(gòu)成本段線路的主保護(hù)。四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭靈敏性校驗(yàn)距離Ⅱ段的靈敏系數(shù)：用起動(dòng)阻抗與本線路末端短路時(shí)的測量阻抗之比四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭3、距離Ⅲ段整定原則：躲開正常時(shí)的最小負(fù)荷阻抗?？紤]到外部故障切除后，在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)的條件下，保護(hù)第Ⅲ段必須立即返回的要求，應(yīng)采用距離III段可作為下一段線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)也是本段線路的近后備保護(hù)?？煽肯禂?shù)返回系數(shù)自起動(dòng)系數(shù)四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離Ⅲ段靈敏性校驗(yàn)作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，其靈敏系數(shù)應(yīng)按相鄰元件末端短路的條件來校驗(yàn)，并考慮分支系數(shù)為最大的運(yùn)行方式，要求≥1.2；作為近后備保護(hù)時(shí)，則按本線路末端短路的條件來校驗(yàn)，要求≥1.5。四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭

一般距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)限采用階梯型三段式動(dòng)作特性；其中距離III段動(dòng)作時(shí)限比其保護(hù)范圍內(nèi)其他保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)Δt。距離保護(hù)的時(shí)限特性四、距離保護(hù)整定計(jì)算天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭距離保護(hù)的基本概念阻抗繼電器阻抗繼電器的接線方式距離保護(hù)的整定計(jì)算影響距離保護(hù)工作的因素天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭五、影響距離保護(hù)工作的因素短路點(diǎn)過渡電阻電力系統(tǒng)振蕩保護(hù)裝置電壓回路斷線輸電線路的串聯(lián)電容補(bǔ)償電流互感器和電壓互感器的過渡過程短路電流中的暫態(tài)分量輸電線路的非全相運(yùn)行等天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響短路點(diǎn)的過渡電阻是指當(dāng)相間短路或接地短路時(shí)，短路電流從一相流到另一相或從相導(dǎo)線流入地的途徑中所通過的物質(zhì)的電阻，這包括電弧、中間物質(zhì)的電阻，相導(dǎo)線與地之間的接觸電阻，金屬桿塔的接地電阻等。在相間短路時(shí)，過渡電阻主要由電弧電阻構(gòu)成。短路初瞬間，電弧電流最大，弧長最短，弧阻最小。幾個(gè)周期后，在風(fēng)吹、空氣對(duì)流和電動(dòng)力等作用下，電弧逐漸伸長，弧阻迅速增大，因此電弧電阻屬于非線性電阻。目前我國對(duì)500kV線路接地短路的最大過渡電阻按300

估計(jì)；對(duì)220kV線路，則按100

估計(jì)。天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭單側(cè)電源經(jīng)過渡電阻短路當(dāng)線路B—C的出口經(jīng)短路時(shí)，距離保護(hù)的測量阻抗分別為短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響本段線路出口發(fā)生經(jīng)過渡電阻故障，前一級(jí)距離II段可能越級(jí)跳閘。當(dāng)較大使落在保護(hù)1的第Ⅱ段范圍內(nèi)，而仍落在保護(hù)2的第Ⅱ段范圍內(nèi)時(shí)，兩個(gè)保護(hù)同時(shí)以第Ⅱ段時(shí)限動(dòng)作，失去選擇性。結(jié)論：保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過渡電阻的影響越大；保護(hù)裝置的整定值越小，受過渡電阻的影響也越大。天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭短路點(diǎn)的過渡電阻可能使測量阻抗增大，也可能使測量阻抗減小。

雙側(cè)電源經(jīng)過渡電阻短路短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭設(shè)線路B—C的出口經(jīng)過渡電阻三相短路，和分別為兩側(cè)電源供給的短路電流，流經(jīng)的電流為短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響保護(hù)2的測量阻抗保護(hù)1的測量阻抗式中表示超前于的角度。當(dāng)為正時(shí)，測量阻抗的電抗部分增大；當(dāng)為負(fù)時(shí)，測量阻抗的電抗部分減小,也可能引起某些保護(hù)的無選擇性“超越”誤動(dòng)作天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭防止過渡電阻影響采取的措施

采用在+R軸方向上有較大面積的動(dòng)作特性，如偏移圓特性、四邊形特性；采用瞬時(shí)測量裝置。相間短路時(shí)，過渡電阻主要是電弧電阻，其數(shù)值在短路瞬間最小，大約經(jīng)過后迅速增大，對(duì)距離Ⅱ段影響較大，可能返回。因此可采用瞬時(shí)測量裝置，將短路瞬間的測量阻抗值固定下來，使的影響減至最小。

短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響電力系統(tǒng)中發(fā)生振蕩時(shí)，各點(diǎn)的電壓、電流的幅值和相位都將發(fā)生周期性的變化。測量阻抗也將周期性地變化，當(dāng)測量阻抗進(jìn)入動(dòng)作區(qū)域時(shí)，距離保護(hù)將發(fā)生誤動(dòng)作。1.電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電壓電流的變化規(guī)律振蕩電流天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭

此電流落后于電勢差的角度為系統(tǒng)總阻抗角令表示兩側(cè)系統(tǒng)電勢幅值之比；電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響全系統(tǒng)總阻抗則振蕩電流改寫為天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭在振蕩時(shí)，線路兩側(cè)母線的電壓分別為：電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響其中天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭兩側(cè)母線電壓的幅值和相位分別為：系統(tǒng)振蕩時(shí)母線電壓的幅值和相位也是隨而變化的。當(dāng)時(shí)，和最大；當(dāng)時(shí)，和最小電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭2、系統(tǒng)阻抗角與線路阻抗角相等時(shí)的振蕩向量圖

輸電線上各點(diǎn)電壓向量的端點(diǎn)沿著直線移動(dòng)，從原點(diǎn)與此直線上任一點(diǎn)連線所構(gòu)成的向量即代表輸電線上該點(diǎn)的電壓。從原點(diǎn)作直線的垂線所得的向量最短，垂足Z點(diǎn)的電壓最低，稱為系統(tǒng)在振蕩角度為時(shí)的振蕩中心電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭當(dāng)系統(tǒng)阻抗角和線路阻抗角相等且兩側(cè)電勢幅值相等即時(shí)，振蕩中心不隨的改變而移動(dòng)，始終位于系統(tǒng)縱向總阻抗之中點(diǎn)當(dāng)，振蕩中心的電壓將降至零，而此時(shí)振蕩電流又達(dá)到最大值，相當(dāng)于此點(diǎn)發(fā)生了三相短路。電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭3、系統(tǒng)阻抗角與線路阻抗角不等時(shí)的振蕩向量圖

輸電線上任一點(diǎn)電壓向量的端點(diǎn)將落在直線上從原點(diǎn)作直線的垂線即可找到振蕩中心的位置及振蕩中心的電壓振蕩中心的位置隨著的變化而變化。電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響4、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗的變化規(guī)律設(shè)距離保護(hù)安裝在變電所M的線路上。當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，測量阻抗假定,繼電器測量阻抗隨的變化關(guān)系是天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響考慮到可得天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭100-1電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響測量阻抗的軌跡將在垂直于的平分線上移動(dòng)天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭電力系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗隨著時(shí)間的推移是變化的，當(dāng)測量阻抗進(jìn)入動(dòng)作特性內(nèi)時(shí)，阻抗繼電器要誤動(dòng)作。

5、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響在整定阻抗相同的情況下，測量阻抗穿越全阻抗繼電器的時(shí)間最長、穿越橄欖圓繼電器的時(shí)間最短設(shè)振蕩周期為T，作勻速變化，則測量阻抗穿越繼電器的時(shí)間為天津大學(xué)—TIANJINUNIVEISITY姜惠蘭6、結(jié)論繼電器的動(dòng)作特性在阻抗平面上沿oo’方向所占的面積越大，受振蕩的影響就越大；如果距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于測量阻抗穿越繼電器動(dòng)作特性的時(shí)間，如距離Ⅲ段，可以躲開振蕩的影響；距離保護(hù)受振蕩的影響還與保護(hù)的安裝地點(diǎn)有關(guān)。當(dāng)保護(hù)安裝地點(diǎn)越靠近于振蕩中心時(shí)，受到的影響就越大，而振蕩中心在保護(hù)范圍以外或位于保護(hù)的反方向時(shí)，