電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第6章輸電線路距離保護(hù)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第6章輸電線路距離保護(hù)第一頁，共100頁。6.1距離保護(hù)概述1、距離保護(hù)的作用

原因：電流保護(hù)區(qū)隨系統(tǒng)運(yùn)行方式而變化，有時(shí)電流速斷保護(hù)或限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍將變得很小，甚至沒有保護(hù)區(qū)。對(duì)長距離、重負(fù)荷線路，線路的最大負(fù)荷電流可能與線路末端短路時(shí)的短路電流相差甚微，采用過電流保護(hù)，其靈敏性也常常不能滿足要求。第二頁，共100頁。在高電壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中，自適應(yīng)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)還不能得到充分發(fā)揮。2、距離保護(hù)的基本原理工作原理：距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動(dòng)作時(shí)限的一種繼電保護(hù)裝置。特點(diǎn)：故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處越近時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越短；反之，故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處越遠(yuǎn)時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越長。

6.1距離保護(hù)概述第三頁，共100頁。故障點(diǎn)總是由離故障點(diǎn)近的保護(hù)首先動(dòng)作切除，從而保證了在任何形狀的電網(wǎng)中，故障線路都能有選擇性的被切除。距離保護(hù)核心元件：阻抗繼電器。阻抗繼電器：測量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。方向阻抗繼電器不僅能測量阻抗的大小，而且還應(yīng)能測量出故障點(diǎn)的方向。6.1距離保護(hù)概述第四頁，共100頁。原理：測量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗，實(shí)際上是測量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的線路距離。假設(shè)：電壓、電流互感器變比等于1。加入繼電器電壓、電流為、。測量阻抗工作電壓：6.1距離保護(hù)概述第五頁，共100頁。設(shè)阻抗繼電器安裝在線路M側(cè)：特點(diǎn)：1）正向保護(hù)區(qū)外短路時(shí)，工作電壓大于0。6.1距離保護(hù)概述第六頁，共100頁。2）正向保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，工作電壓小于0。3）反向短路，工作電壓大于0。

結(jié)論：檢測工作電壓的相位變化，不僅能測量出阻抗的大小，而且還能檢測出短路故障的方向。1、極化電壓設(shè)極化電壓與測量電壓同相位，以極化電壓作為參考相量。6.1距離保護(hù)概述第七頁，共100頁。區(qū)內(nèi)區(qū)外注意：極化電壓只作相位參考量，不參與阻抗測量，任何時(shí)候其值不能為零。6.1距離保護(hù)概述第八頁，共100頁。動(dòng)作方程或極化電壓作用：1）極化電壓是按相位比較原理工作的方向阻抗繼電器工作所必須。數(shù)值過大或過小都是不適宜的。6.1距離保護(hù)概述第九頁，共100頁。2）可保證方向阻抗繼電器正、反向出口短路故障時(shí)有明確的方向性。3）根據(jù)比相原理的阻抗繼電器性能特點(diǎn)的要求，極化電壓有不同的構(gòu)成方式，可獲得阻抗繼電器的不同功能，改善阻抗繼電器性能。

2、插入電壓令6.1距離保護(hù)概述第十頁，共100頁。區(qū)內(nèi)短路，大于。插入電壓一般與測量電壓同相。區(qū)外短路，小于。6.1距離保護(hù)概述第十一頁，共100頁。3、距離保護(hù)時(shí)限特性距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限與保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)間距離的關(guān)系，即的關(guān)系稱為時(shí)限特性。與三段式電流保護(hù)類似，具有階梯時(shí)限特性的距離保護(hù)獲得了廣泛的應(yīng)用。6.1距離保護(hù)概述第十二頁，共100頁。6.2阻抗繼電器教學(xué)要求：掌握各種阻抗繼電器特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，整定阻抗、測量阻抗及動(dòng)作阻抗意義；比幅與比相間的轉(zhuǎn)換。阻抗繼電器作用：阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心,其主要作用是測量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。

加入阻抗繼電器的電壓與電流的比值稱為測量阻抗。第十三頁，共100頁。為了方便比較，通常將測量阻抗與整定阻抗畫在同一阻抗復(fù)數(shù)平面上。6.2阻抗繼電器第十四頁，共100頁。

所表示的直線段為繼電器動(dòng)作區(qū)，直線以外的區(qū)域?yàn)榉莿?dòng)作區(qū)。

由于互感器的誤差，直線形動(dòng)作特性不能采用的，必須擴(kuò)大保護(hù)區(qū)。6.2阻抗繼電器第十五頁，共100頁。一、圓特性阻抗繼電器1、全阻抗繼電器動(dòng)作方程：特點(diǎn):1)圓的半徑為整定阻抗；2)圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)；3)動(dòng)作不具有方向性。6.2阻抗繼電器第十六頁，共100頁。圓的動(dòng)作方程為：方程兩邊乘以電流,則方程為若令整定阻抗為：物理意義：正常運(yùn)行時(shí)，電壓為額定電壓、電流是負(fù)荷電流，方程不滿足條件，即繼電器不動(dòng)作；當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，電壓降低，電流增大，方程滿足條件，保護(hù)起動(dòng)。6.2阻抗繼電器第十七頁，共100頁。動(dòng)作方程兩邊同乘以測量電流,則方程為若令整定阻抗為：2、方向阻抗繼電器6.2阻抗繼電器第十八頁，共100頁。動(dòng)作方程：6.2阻抗繼電器第十九頁，共100頁。

方向阻抗繼電器以電壓形式表示的動(dòng)作方程為：特點(diǎn)：1）動(dòng)作具有方向性；2）圓的直徑為整定阻抗；3）圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。缺點(diǎn)：當(dāng)加入繼電器的電壓等于零時(shí)，保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū)。6.2阻抗繼電器第二十頁，共100頁。由于在保護(hù)安裝出口處發(fā)生三相短路時(shí)，加入繼電器的電壓為零，存在動(dòng)作死區(qū)。實(shí)用的方向元件必須解決保護(hù)動(dòng)作死區(qū)問題。動(dòng)作阻抗：使阻抗繼電器啟動(dòng)的最大測量阻抗。整定阻抗：指保護(hù)安裝處至保護(hù)區(qū)末端阻抗。6.2阻抗繼電器第二十一頁，共100頁。特點(diǎn)：當(dāng)加入繼電器電壓與電流之間的相位差為不同數(shù)值時(shí)，動(dòng)作阻抗也隨之而變。處于靈敏角狀態(tài)下動(dòng)作阻抗具有最大值，保護(hù)區(qū)最長，即最靈敏。當(dāng)測量阻抗角等于整定阻抗角時(shí)，此時(shí)動(dòng)作阻抗具有最大值，將此角度稱為靈敏角。6.2阻抗繼電器第二十二頁，共100頁。比幅特性與比相特性間的轉(zhuǎn)換：動(dòng)作方程為：6.2阻抗繼電器第二十三頁，共100頁。動(dòng)作方程用電壓形式表示時(shí)，其方程為：缺點(diǎn)：當(dāng)加入繼電器電壓為零時(shí)，也無法比相。存在動(dòng)作死區(qū)。6.2阻抗繼電器第二十四頁，共100頁。3、偏移特性阻抗繼電器動(dòng)作方程：6.2阻抗繼電器第二十五頁，共100頁。圓的半徑為：其中動(dòng)作方程可表示為：6.2阻抗繼電器第二十六頁，共100頁。當(dāng)，方程為：當(dāng)，方程為：全阻抗繼電器6.2阻抗繼電器第二十七頁，共100頁。偏移特性阻抗繼電器比相形式動(dòng)作方程：6.2阻抗繼電器第二十八頁，共100頁。以電壓形式表示動(dòng)作方程為：6.2阻抗繼電器第二十九頁，共100頁。小結(jié)：1）測量阻抗：由測量電壓與測量電流的比值，大小與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處遠(yuǎn)近有關(guān)；2）整定阻抗：一般取保護(hù)安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端線路的阻抗；3）動(dòng)作阻抗：使阻抗繼電器動(dòng)作的最大測量阻抗。6.2阻抗繼電器第三十頁，共100頁。二、多邊形阻抗繼電器

多邊型阻抗繼電器反應(yīng)故障點(diǎn)過渡電阻能力強(qiáng)、躲過負(fù)荷能力好，在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用的相對(duì)廣泛。1、四邊形阻抗繼電器6.2阻抗繼電器第三十一頁，共100頁。動(dòng)作方程：特點(diǎn)：測量阻抗落入四邊形區(qū)域內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作。但保護(hù)不具方向性。6.2阻抗繼電器第三十二頁，共100頁。2、方向性多邊形阻抗繼電器

為了減小過渡電阻對(duì)阻抗保護(hù)的影響，各邊都采用了傾斜角，特性如圖所示。6.2阻抗繼電器第三十三頁，共100頁。動(dòng)作方程：方向判別的動(dòng)作方程為：6.2阻抗繼電器第三十四頁，共100頁。4.2阻抗繼電器3、零序電抗繼電器

為克服單相接地短路時(shí)過渡電阻對(duì)保護(hù)區(qū)的影響，使阻抗繼電器動(dòng)作特性適應(yīng)附加測量阻抗的變化、保護(hù)區(qū)穩(wěn)定不變，零序電抗繼電器是廣泛采用的一種阻抗繼電器。其動(dòng)作特性是過整定阻抗端點(diǎn)有一個(gè)傾角的直線。第三十五頁，共100頁。

送電側(cè)受電側(cè)

若附加測量阻抗角等于傾斜角，則動(dòng)作特性與附加阻抗平行。則保護(hù)區(qū)不受過渡電阻的影響。6.2阻抗繼電器第三十六頁，共100頁。動(dòng)作方程為：6.2阻抗繼電器第三十七頁，共100頁。小結(jié)：（1）多邊形特性阻抗繼電器與直線形零序電抗繼電器在微機(jī)保護(hù)中被廣泛應(yīng)用；（2）其最大優(yōu)點(diǎn)是躲過過渡電阻能力比較強(qiáng)；（3）同時(shí)可以采用帶方向性。6.2阻抗繼電器第三十八頁，共100頁。6.3阻抗繼電器接線1、對(duì)阻抗繼電器接線要求１）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離；２）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護(hù)范圍不隨故障類型而變化；3）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)不受短路故障點(diǎn)過渡電阻的影響。第三十九頁，共100頁。2、反映相間短路故障接線當(dāng)時(shí)，加在繼電器端子上電壓與電流的相位差為零。接線定義：加入相電壓與同相電流時(shí)：6.3阻抗繼電器接線第四十頁，共100頁。測量阻抗可正確反應(yīng)三相短路故障。6.3阻抗繼電器接線第四十一頁，共100頁。故障相電壓為：測量阻抗為：6.3阻抗繼電器接線第四十二頁，共100頁。保護(hù)安裝處相間電壓為：測量阻抗為：6.3阻抗繼電器接線第四十三頁，共100頁。

為了正確反映保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的距離，必須加入相間電壓與同名相的兩相電流差。繼電器1繼電器2繼電器36.3阻抗繼電器接線第四十四頁，共100頁。各種相間短路故障時(shí)的測量阻抗:1、三相短路保護(hù)安裝處母線電壓為：6.3阻抗繼電器接線第四十五頁，共100頁。阻抗繼電器1測量阻抗為：說明在被保護(hù)線路發(fā)生三相金屬性短路故障時(shí)，三個(gè)阻抗繼電器的測量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗。6.3阻抗繼電器接線第四十六頁，共100頁。2、兩相短路（BC）故障相間電壓為：6.3阻抗繼電器接線第四十七頁，共100頁。4.3阻抗繼電器接線阻抗繼電器2的測量阻抗為：

保護(hù)區(qū)內(nèi)BC兩相短路時(shí)，阻抗繼電器2能正確地測量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗。

阻抗繼電器1、3所加電壓有一相非故障相電壓，電流只有一相故障電流，其測量阻抗較大。第四十八頁，共100頁。3、兩相接地短路保護(hù)安裝處故障相電壓6.3阻抗繼電器接線第四十九頁，共100頁。阻抗繼電器2測量阻抗為：

上式可見，BC兩相接地短路故障時(shí)，阻抗繼器2能正確測量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。6.3阻抗繼電器接線第五十頁，共100頁。將故障點(diǎn)電壓和電流分解為序分量，則3、反映接地接線6.3阻抗繼電器接線第五十一頁，共100頁。保護(hù)安裝處三序分量電壓為6.3阻抗繼電器接線第五十二頁，共100頁。保護(hù)安裝處A相電壓為：6.3阻抗繼電器接線第五十三頁，共100頁。若加入繼電器電壓、電流為則測量阻抗為6.3阻抗繼電器接線第五十四頁，共100頁。

為了正確測量阻抗，加入繼電器電壓、電流應(yīng)為：其中：測量阻抗6.3阻抗繼電器接線第五十五頁，共100頁。

顯然，加入相電壓、帶零序電流補(bǔ)償?shù)南嚯娏?，阻抗繼電器就能正確測量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間距離。繼電器1繼電器2繼電器36.3阻抗繼電器接線第五十六頁，共100頁。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖1、系統(tǒng)振蕩時(shí)電氣量變化特點(diǎn)特點(diǎn):電力系統(tǒng)振蕩時(shí)兩側(cè)等效電動(dòng)勢間的夾角在作周期性變化。產(chǎn)生振蕩原因：由于切除短路故障時(shí)間過長引起系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞，在聯(lián)系較弱的系統(tǒng)中，也可能由于誤操作、發(fā)電廠失磁或故障跳閘、斷開某一線路或設(shè)備、過負(fù)荷等造成系統(tǒng)振蕩。定義：并列運(yùn)行的系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象稱為振蕩。第五十七頁，共100頁。振蕩造成影響：將引起電壓、電流大幅度變化，對(duì)用戶產(chǎn)生嚴(yán)重影響。設(shè)，要求：在振蕩過程中不允許保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第五十八頁，共100頁。系統(tǒng)振蕩時(shí)，設(shè)超前的相位為，兩側(cè)電勢相等，系統(tǒng)中各元件阻抗角相等，振蕩電流為：若，正常運(yùn)行時(shí)夾角為，負(fù)荷電流為：6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第五十九頁，共100頁。系統(tǒng)M、N點(diǎn)的電壓為：當(dāng)最大。稱為振蕩中心6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十頁，共100頁。Z點(diǎn)位于處。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十一頁，共100頁。特點(diǎn)：正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流幅值保持不變，振蕩電流幅值作周期變化。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十二頁，共100頁。其中：則測量阻抗變化軌跡為直線。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十三頁，共100頁。當(dāng)m具有不同值時(shí),直線位置不同。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十四頁，共100頁。2、全相振蕩時(shí)，系統(tǒng)保持對(duì)稱性，系統(tǒng)中不含負(fù)序、零序分量，只有正序分量。短路時(shí)，一般將出現(xiàn)負(fù)序分量或零序分量。3、系統(tǒng)電壓作大幅度變化6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十五頁，共100頁。圖中、令則，所以于是6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十六頁，共100頁。，M母線電壓最高。當(dāng)時(shí)，當(dāng)m=0.5時(shí)，M母線電壓為零。M越趨近0.5。變化幅度越大。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十七頁，共100頁。設(shè)系統(tǒng)總阻抗角與被保護(hù)線路阻抗角相等，則可在保護(hù)安裝處測得振蕩中心電壓。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十八頁，共100頁。設(shè)兩側(cè)電源不相等，設(shè)保護(hù)安裝處電壓、電流表示為：設(shè)電勢相等，則相角差為：6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第六十九頁，共100頁。求得系統(tǒng)振蕩時(shí)角的變化率為若用電壓標(biāo)幺值，上式可寫成或

6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十頁，共100頁。當(dāng)振蕩中心離保護(hù)安裝處不遠(yuǎn)時(shí)，在振蕩過程中激烈變化必然造成較大幅度變化。因母線電壓很容易檢測到，所以檢測值可檢測出系統(tǒng)是否振蕩。（4）振蕩時(shí)電氣量變化速度與短路故障時(shí)不同，短路故障時(shí)電氣量變化是突變的。（5）短路與振蕩流過被保護(hù)線路兩側(cè)電流方向、大小是不相同的。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十一頁，共100頁。2、系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗特性分析（1）測量阻抗變化軌跡6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十二頁，共100頁。4.7距離保護(hù)振蕩閉鎖圖中P、M、N、Q四定點(diǎn)由阻抗、、值確定相對(duì)位置。M側(cè)測量阻抗為：第七十三頁，共100頁。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十四頁，共100頁。（2）測量阻抗變化率其中：6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十五頁，共100頁。時(shí)，阻抗變化率最小，即6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十六頁，共100頁。因，據(jù)統(tǒng)計(jì)，振蕩周期最大值為3s，于是測量阻抗變化率為≥只要適當(dāng)選擇保護(hù)開放條件，可保證保護(hù)不誤動(dòng)。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十七頁，共100頁。3、短路與振蕩的區(qū)分要求：短路時(shí)應(yīng)開放保護(hù)；振蕩時(shí)可靠閉鎖保護(hù)；振蕩過程中發(fā)生短路，保護(hù)能正確動(dòng)作；振蕩平息后自動(dòng)復(fù)歸。（1）利用電氣量變化速度不同區(qū)分短路故障和振蕩6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十八頁，共100頁。(2)判別測量阻抗變化率檢測振蕩系統(tǒng)振蕩測量阻抗變化率必大于，正常運(yùn)行時(shí)測量阻抗變化率為零（負(fù)荷阻抗為定值）。阻抗變化率＞若滿足，則系統(tǒng)振蕩。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第七十九頁，共100頁。4、振蕩過程中對(duì)稱短路故障的識(shí)別6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第八十頁，共100頁。由上圖可得:＞6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第八十一頁，共100頁。若?。迹荚O(shè)的范圍為振蕩中心測量阻抗變化軌跡如圖6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第八十二頁，共100頁。1）利用檢測振蕩中心電壓來識(shí)別6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第八十三頁，共100頁。振中電壓表達(dá)式電弧電壓表達(dá)式＞若發(fā)生三相短路，電弧電壓不超過額定電壓的6%，振蕩中心電壓是變化。6.4距離保護(hù)振蕩閉鎖第八十四頁，共100頁。

目前相間距離保護(hù)多采用階段式保護(hù)，三段式距離保護(hù)（包括接地距離保護(hù)）的整定計(jì)算原則與三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算原則基本相同。

1、相間距離保護(hù)第Ⅰ段的整定

相間距離保護(hù)第Ⅰ段的整定值主要是按躲過本線路末端相間短路故障條件來選擇。6.5距離保護(hù)的整定計(jì)算第八十五頁，共100頁。線路AB保護(hù)1相間距離保護(hù)第Ⅰ段的動(dòng)作阻抗：可靠系數(shù)，取0.8~0.85；

線路AB的正序阻抗。6.5距離保護(hù)的整定計(jì)算第八十六頁，共100頁。若被保護(hù)對(duì)象為線路變壓器組，則送電側(cè)線路距離保護(hù)第Ⅰ段可按保護(hù)范圍伸入變壓器內(nèi)部整定：可靠系數(shù)，取0.8~0.85；

伸入變壓器部分可靠系數(shù)，取0.75；線路末端變壓器阻抗。6.1距離保護(hù)概述第八十七頁，共100頁。2、相間距離保護(hù)第Ⅱ段的整定相間距離保護(hù)第Ⅱ段應(yīng)與相鄰線路相間距離第Ⅰ段或與相鄰元件（變壓器）速動(dòng)保護(hù)配合。（1）與相鄰線路相間距離保護(hù)第Ⅰ段配合6.5距離保護(hù)的整定計(jì)算第八十八頁，共100頁。距離保護(hù)第Ⅱ段可靠系數(shù)，取0.8~0.85；距離保護(hù)第Ⅱ段的可靠系數(shù)，取≤；

最小分支系數(shù)。(2)與相鄰變壓器速動(dòng)保護(hù)配合6.5距離保護(hù)的整定計(jì)算第八十九頁，共100頁。距離保護(hù)第Ⅱ段可靠系數(shù)，取0.8~0.85；距離保護(hù)第Ⅱ段的可靠系數(shù)，取≤；

最小分支系數(shù)。相鄰變壓器正序最小阻抗（應(yīng)計(jì)及調(diào)壓、并聯(lián)運(yùn)行等因素）。取上述兩條件較小值為動(dòng)作值。6.1距離保護(hù)概述第九十頁，共100頁。相間距離保護(hù)第Ⅱ段的動(dòng)作時(shí)間為：

相間距離保護(hù)第Ⅱ段的靈敏度：≥當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，可與相鄰線路相間距離第Ⅱ段配合：6.5距離保護(hù)的整定計(jì)算第九十一頁，共100頁。距離保護(hù)第Ⅱ段可靠系數(shù)，取0.8~0.85；距離保護(hù)第Ⅱ段的可靠系數(shù)，取≤；

保護(hù)距離動(dòng)作時(shí)間：