繼電保護(hù)3-1課件

第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)

第一節(jié)距離保護(hù)的作用原理

主編：賀家李宋從矩主講：聶宏展第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)第一節(jié)距離保護(hù)的作用原理一、距離保護(hù)的基本概念電流、電壓保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。電流、電壓保護(hù)的主要缺點(diǎn)：選擇性、保護(hù)范圍、靈敏性受電網(wǎng)的接線和運(yùn)行方式的影響大，在35KV以上電網(wǎng)中很難滿足“四性”的要求。第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理距離保護(hù)：反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離（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。第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理距離保護(hù)裝置的主要元件：阻抗（距離）繼電器。阻抗（距離）繼電器根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測(cè)知保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測(cè)量阻抗。第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理二、距離保護(hù)的時(shí)限距離保護(hù)的整定原則及時(shí)限特性與電流保護(hù)類似。分為距離Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段。距離保護(hù)的時(shí)限特性：距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限與保護(hù)安裝地點(diǎn)至短路點(diǎn)之間距離的關(guān)系。距離Ⅰ段：保護(hù)線路全長(zhǎng)的80％－85％，瞬動(dòng)。

距離Ⅱ段：與下一線路的距離Ⅰ段配合，時(shí)限高出第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理一個(gè)，以保證選擇性。

距離Ⅰ段與Ⅱ段聯(lián)合構(gòu)成本線路的主保護(hù)。距離Ⅲ段：躲開正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗。距離Ⅲ段的作用：做為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒動(dòng)時(shí)的后備，同時(shí)也做為本線路距離Ⅰ段與Ⅱ段的后備。動(dòng)作時(shí)限的整定原則：階梯原則。第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理三、距離保護(hù)的主要組成元件啟動(dòng)元件：發(fā)生故障時(shí)瞬間啟動(dòng)整套保護(hù)裝置?？捎蛇^(guò)電流繼電器、低阻抗繼電器、反應(yīng)負(fù)序電流和零序電流的繼電器構(gòu)成。距離元件：測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。Ⅰ段、Ⅱ段一般用方向阻抗繼電器，Ⅲ段用偏移特性阻抗繼電器。時(shí)間元件：根據(jù)預(yù)定的時(shí)限特性確定動(dòng)作時(shí)間，以保證保護(hù)的選擇性。其邏輯關(guān)系如下圖。第3－1節(jié)距離保護(hù)的作用原理第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心元件。阻抗繼電器的作用：測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，并與整定阻抗進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。阻抗繼電器按其構(gòu)成方式可分為單相補(bǔ)償式阻抗繼電器和多相補(bǔ)償式阻抗繼電器兩種。單相補(bǔ)償式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個(gè)電壓和一個(gè)電流的阻抗繼電器，和的比值稱為繼電器的測(cè)量阻抗，即第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器可以用復(fù)平面來(lái)分析阻抗繼電器的動(dòng)作特性。如圖3－3。一、構(gòu)成阻抗繼電器的基本原則由于阻抗繼電器是接于電流互感器和電壓互感器的二次側(cè)，其測(cè)量阻抗與線路一次阻抗之間由下列關(guān)系：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器為了減少過(guò)渡電阻以及互感器誤差的影響，盡量簡(jiǎn)化繼電器的接線，并便于制造和調(diào)試，通常把阻抗繼電器的動(dòng)作特性擴(kuò)大為一個(gè)園，如上圖。圖中，1為全阻抗繼電器，2為方向阻抗繼電器，3為偏移特性阻抗繼電器。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器二、利用復(fù)數(shù)平面分析圓特性阻抗繼電器1、全阻抗繼電器全阻抗繼電器的動(dòng)作特性：以Ｂ點(diǎn)（如圖3－3，保護(hù)1安裝處）為圓心，以整定阻抗Zset為半徑所作的園，如下圖。園內(nèi)是動(dòng)作區(qū)，園外是非動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗正好位于圓周上時(shí)，繼電器剛好動(dòng)作，此時(shí)的阻抗就是繼電器的啟動(dòng)阻抗Zk.act。全阻抗繼電器的啟動(dòng)阻抗等于其整定阻抗第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（1）全阻抗繼電器的比幅式動(dòng)作方程當(dāng)測(cè)量阻抗Zk位于園內(nèi)時(shí)繼電器動(dòng)作，即上式兩端乘以電流，因，上式變成為電壓形式的比幅式動(dòng)作方程：上式右側(cè)表示電流在某一已知阻抗上的壓降。全阻抗繼電器的缺點(diǎn)是：不具有方向性。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（2）全阻抗繼電器的比相式動(dòng)作方程如圖所示。將兩個(gè)矢量均以電流乘之，即得電壓形式的比相式動(dòng)作方程或第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器上式中：為極化電壓，是參考矢量。為補(bǔ)償電壓。上述動(dòng)作方程也可以表示為：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（3）比幅式與比相式動(dòng)作方程之間得關(guān)系設(shè)、、、如圖，3－6。一般而言，以、、、表示的動(dòng)作方程為：和第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器、、、之間的關(guān)系符合下式：

以上關(guān)系是以全阻抗繼電器為例導(dǎo)出的，其結(jié)果可以推廣到所有比較兩個(gè)電氣量的繼電器。上述結(jié)果說(shuō)明，利用比幅式原理與利用比相式原理實(shí)現(xiàn)的繼電器之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。注意：這種關(guān)系的成立是有條件的。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器2、方向阻抗繼電器方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性：以整定阻抗Zset為直徑而通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)園，如下圖，園內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，園外是非動(dòng)作區(qū)。當(dāng)加入繼電器的電壓和電流之間的相位差為不同數(shù)值時(shí)，此種繼電器的啟動(dòng)阻抗將隨之改變。當(dāng)?shù)扔赯set的阻抗角時(shí)，繼電器最靈敏。方向阻抗繼電器本身具有方向性。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（1）方向阻抗繼電器比幅式動(dòng)作方程測(cè)量阻抗位于園內(nèi)時(shí)動(dòng)作。則比幅式動(dòng)作方程為：上式兩端均以電流乘之，即變?yōu)殡妷盒问降谋确絼?dòng)作方程：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（2）方向阻抗繼電器比相式動(dòng)作方程阻抗形式動(dòng)作方程為：電壓形式動(dòng)作方程為：或其中：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（3）方向阻抗繼電器比幅式與比相式動(dòng)作方程之間的互換關(guān)系：同全阻抗繼電器，只不過(guò)是、、、表示的具體向量不同。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器3、偏移特性阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器的特性是：正方向的整定阻抗為，反方向的整定阻抗為，園內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，園外為非動(dòng)作區(qū)。介于0和1之間。直徑為：圓心為：園的半徑為：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器這種阻抗繼電器的動(dòng)作特性介于全阻抗繼電器和方向阻抗繼電器之間，通常采用＝0.1-0.2之間，以消除方向阻抗繼電器的死區(qū)。（1）比幅式動(dòng)作方程：

第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（2）比相式動(dòng)作方程：阻抗形式比相式動(dòng)作方程：分別以電流乘之，得到電壓形式比相式動(dòng)作方程：或極化電壓補(bǔ)償電壓第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（3）偏移阻抗繼電器比幅式與比相式動(dòng)作方程之間的互換關(guān)系：同全阻抗繼電器，只不過(guò)是、、、表示的具體向量不同。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器重復(fù)總結(jié)一下測(cè)量阻抗、整定阻抗、啟動(dòng)阻抗的定義及區(qū)別：測(cè)量阻抗：由加入繼電器的電壓與電流的比值確定，的阻抗角就是和之間的相位差，取線路的阻抗角。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器整定阻抗：繼電器安裝處到保護(hù)范圍末端的線路阻抗。啟動(dòng)阻抗：繼電器剛好動(dòng)作時(shí)，加入繼電器中的電壓與電流的比值。除全阻抗繼電器外，是隨著的不同而改變的，當(dāng)時(shí)，的數(shù)值最大。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器4、功率方向繼電器用復(fù)數(shù)阻抗平面分析功率方向繼電器的動(dòng)作特性，可把它看成是方向阻抗繼電器的特例。如圖3－9其動(dòng)作特性可表示為：或第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器5、具有直線特性的繼電器如圖3－10所示，由Ｏ點(diǎn)作動(dòng)作特性邊界線的垂線，其矢量表示為，測(cè)量阻抗位于直線的左側(cè)為動(dòng)作區(qū)。其動(dòng)作條件可表示為：或：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器如果取，則動(dòng)作特性如圖3－10ｃ所示，為一電抗型繼電器，而與電阻部分的大小無(wú)關(guān)。6、動(dòng)作角度范圍變化對(duì)繼電器特性的影響前面分析的是園或直線特性繼電器。如果使動(dòng)作范圍小于1800，則園特性的分析阻抗繼電器將變成透鏡形的阻抗繼電器，而直線特性繼電器的動(dòng)作特性將變成折線特性，如圖3－11所示。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器8、繼電器的極化電壓和補(bǔ)償電壓各種園或直線特性的繼電器均可用極化電壓與補(bǔ)償電壓進(jìn)行比相而構(gòu)成。以圖3－1ａ中的保護(hù)為例，當(dāng)發(fā)生金屬性短路使，設(shè)電流互感器與電壓互感器的變比為1，則：選擇：則：與同相位。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（1）當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時(shí)，，與同相位，繼電器不動(dòng)作。

（2）當(dāng)保護(hù)范圍末端短路時(shí)，，，繼電器處于臨界狀態(tài)。（3）當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部短路時(shí)，，與相位差1800，繼電器動(dòng)作。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器（4）可見，相位的變化實(shí)質(zhì)上反映了短路阻抗與整定阻抗的比較。為判別相位的變化，必須有一個(gè)參考矢量作為基準(zhǔn)，這就是所采用的極化電壓。選用不同的極化電壓就可以構(gòu)成各種不同動(dòng)作特性的繼電器。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器三、阻抗繼電器交流回路的原理接線用幅值比較和相位比較實(shí)現(xiàn)各種不同特性的阻抗繼電器時(shí)，被比較量、、、的組成盡管各不相同，當(dāng)基本上都可以歸納為兩種形式，一個(gè)是加于繼電器上的電壓，一個(gè)是加入繼電器的電流在某一已知阻抗上的壓降。這些量需用變換器來(lái)獲得。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器變換器的作用：變換電量、調(diào)節(jié)定值、隔離電路。常用變換器有：電壓變換器、電流變換器、阻抗變壓器。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器1、電壓變換器電壓變換器工作原理同變壓器。2、電流變換器作用：將一次電流變換成與之成正比的二次電壓。原理如圖3－15，其二次電壓為：與一次電流波形完全相同。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器3、電抗互感器ＴＸ作用：將一次電流變換成與之成正比且超前一定角度的二次電壓。原理接線如圖3－12。圖3－13為二次繞組Ｗ３開路時(shí)的等值電路。勵(lì)磁電抗（歸算到二次側(cè)）：第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器二次電壓：超前900。特點(diǎn)：當(dāng)ＴＸ二次并聯(lián)電阻時(shí)：當(dāng)Ｒ改變時(shí)，超前的角度可調(diào)。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器

稱為電抗互感器ＴＸ模擬電抗，具有阻抗的量綱。4、全阻抗繼電器的交流回路原理接線如圖3－16ａ所示。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器動(dòng)作方程：整理后的動(dòng)作方程：利用調(diào)節(jié)ＴＶＭ的變比即可改變阻抗繼電器的整定值。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器四、幅值比較回路幅值比較回路是把和分別整流后進(jìn)行比較的。根據(jù)被比較的整流量是電壓還是電流，比較電路可分為均壓式和環(huán)流式兩種。如圖3－18。第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器第3－2節(jié)單相補(bǔ)償式阻抗繼電器五、相位比較回路用以實(shí)現(xiàn)比較兩個(gè)或多個(gè)電壓之間相位關(guān)系的電路稱為相位比較回路，簡(jiǎn)稱比相回路。相位比較回路的種類：1、測(cè)量瞬時(shí)值同時(shí)為正（或?yàn)樨?fù)）的與門比相回路，適用于動(dòng)作范圍：－900－＋900。2、測(cè)量瞬時(shí)值為一正一負(fù)的異或門比相回路，適用于動(dòng)作范圍：900－2700。第3－2節(jié)