电网的距离保护含笔记

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1、第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理一、基本概念电流保护的优点：简单 、可靠、经济。缺点：选择性、灵敏性、快速性很难满足要求 （尤其35kv以上的系统）。距离保护的性能比电流保护更加完善。U dUeZiid Zd Zf ,反映故障点到保护安装处的距离一一距离保护，它基 .IdIf本上不说系统的运行方式的影响。二、距离保护的时限特性距离保护分为三段式：I段：Zdz （0.80.85）Zab,瞬时动作 主保护I II 段：ZdZiKK （Zab Zd）, t=0.5 JIII段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。后备保护tit2t2tit2I ti第二节阻抗继电器阻抗继电器按构成分为两种：单相

2、式和多相式单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压Uj （相电压或线电压）和一个电流Ij （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。Zj测量阻抗IJZJ=R+jX可以在复平面上分析其动作特性它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。它能反映多相故障，但不能多相补偿式阻抗继电器： 加入的是几个相的补偿后的电压。利用测量阻抗的概念来分析它的特性。本节只讨论单相式阻抗继电器。一、阻抗继电器的动作特性、U1 . U j npT U i n rni. Zj-Zdi jl11nPTnPTniBC线路距离I段内发生单相接地故障，Zd在图中阴影内。 由于1）线路参数是分布的，Wd有差异2）CT

3、,PT 有误差3 ）故障点过渡电阻4 ）分布电容等所以Zd会超越阴影区。因此为了尽量简化继电器接线，且便于制 造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆， 见图。圆1:以od为半径一一全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性）圆2:以od为直径一一方向阻抗继电器（本身具有方向性）圆3:偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二、利用复数平面分析阻抗继电器.它的实现原理：幅值比较原理U A U BccUc cc相位比较原理90 arg 90.U D(特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。圆内为动作区。Zdz.J测量阻抗正好位于圆周上，继 电器刚好动作，这称

4、为继电器的起动阻 抗。无论Wd多大，Zdz.J |Zzd| ,它没有方向性。1.幅值比较原理：Zj Zzd两变同乘I J ,且I J ZJU J,所以U J I J Zzd ,这也就是动作方程。2.相位比较原理jx 4ZJ 2Zzd1.幅值比较原理:90argZdZJ90ZzdZj分子分母同乘以Ij, I J Zzd U j 90 arg 90.I j Zzd U j）方向阻抗继电器以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆 内为动作区。Zdz.J随WJ改变而改变，当 Wj等于Zzd的阻抗角时，Zdz.j最大，即保 护范围最大，工作最灵敏。Wlm 最大灵敏角，它本身具有方向 性。2.相位比较原理:1

5、 .Uj -I j Zzd2zd9090arg4Zzd Zj90U Jarg.I J Zzd U J90（三）偏移特性阻抗继电器正方向：整理阻抗 Zzd反方向：偏移-a Zzd（a 1）圆内动作。圆心11Z02（Zzd Zzd） -（1 ）Zzd半径:Zdz.J 随向性。12（1）4Wj变化而变化，但没有安全的方1.幅值比较原理1Zj Z01(1 )Zzd21 1Zj 1(1 )Zzd 二(1 )Zzd2 2u.1 .一1 .一u J -I J(1 )Zzd-I J(1 )Zzd2 22.相位比较原理90arg ZJZzd-90Zzd Zju9090U J I J Zzd arg.I J Zz

6、d U J总结三种阻抗的意义：1）测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。. U J J argI j2）整定阻抗Zzd： 一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。全阻抗继电器：圆的半径方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。3）起动阻抗（动作阻抗）ZdzJ:它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压Uj和电流Ij的比值。除全阻抗继电器 以外：Zdz.J随W J的不同而改变。当W 尸Wlm时，Zdz.J=Z zd ,此时最三、阻抗继电器的构成主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。交流回路交流

7、回路UA、UB、UC、UD基本上是由Uj和IJZzd组合而成。而 Uj可直接从PT二次侧取得，必 要时经YB变换。而IjZzd则经过DKB获得。（一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线A.Ua -IjZzdUc U J2Ub1 .U J I J Z zd2U d I j Zzd U j其它的继电器的交流回路的组成，可Ri UaUbR2参照此图自行作成。（二）幅值比较回路将Ua和Ub分别整流后进行幅值比较，有两种类型:1.均压式Ua整流后在Ri上产生Ua, Ub整流后在R2上产生Ub。 继电器反应Uab=Ua-Ub而动作。Ua整流后在Ri回路产生Ia,Ub整流后在R2回路产生Ib。继电器反应Ia

8、-Ib而动作。（三）相位比较回路UcUdms020ms90Uc cc arg90.U d延时动作 瞬时返回 （角度鉴别器瞬时动作延时返回（脉冲长宽电路它是以测定 Uc和Ud同时为正的 时间来判断它们的相位。)U *Uc_. UdUd2.脉冲相UiKUdU2AduUc3U2kdtU3AU4上1800Uo人Udk动作不动作UqUi)II方 波方 波I *式比 电路90o5ms.U D微分元件（产生脉冲输出的时间与前沿同时）Udkarn.UJL aig4 1r不动作-*-20 ms. UoUc方油的加移相器后U父U2）移相90,动作UcUce9090Ucarg 90.U d第三节阻抗继电器的接线方式

9、、基本要求要使Zj正比于ld,且与故障类型无关。二、常用接线方式参见P90,表3-2,其中0o接线，+30o接线和-30 o接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。相电压和具有 k3Io补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。三、分析（一） 母线残压计算公式:假设：Zi=Z2,不计负荷电流Ua UaD IaiZ11dIA2Z21dIaoZ01d IaoZ11dU AdlAZild I AO(Zo 乙)ld（其中：k=（Zo-Zi）/3Zi,零序补偿系数）U Ad (l A k3Io)Zi Id同理：Ub U Bd (l B k3Io)ZiId .Uc U Cd (Ic k3Io)Z11d(二)oo

10、接线方式的分析(设 np尸ni=1)1 .三相短路因为三相对称，继电器 1,继电器2,继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器 为例分析。 .UAd UBd Ucd o3lo o.u A U B ( 1 A 1 B)Z1ld Z J1 Z11d问理 Zj2=Zj3=Z1ld.1 A 1 B1 A 1 B结论：在三相短路时，ZJ1, ZJ2, ZJ3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。2 .两相短路以BC两相短路为例。 .I BIC I a 0 3I0 0.UaEaUb UBd IbZ（ Uc Ucd IcZildU Bd U CdUb Uc (I B Ic)ZildJ2Z1ld.I B

11、I C I B I CUa Ub Ea UBd I b ZJd z ji .I A IBI B乙ldUBd Ea乙ldUc Ua Ucd IcZild EaZ J2.IC I AI C乙ldUcd Ea乙ld结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。3.中性点直接接地电网的两相接地短路 仍然以BC两相接地短路为例U Bd U Cd3IoUb Uc (Ib Ic)Zild k3IZildk3IZildZJ2 一.IB I CIB IC乙ldUa UbJ1Z1

12、l dI A I BZj3乙 ld结论：同两相短路。（三）接地短路阻抗继电器的接线方式 以A相接地短路为例UAd 0ZjiUa(Ia k3I0)ZildZil dI A k3I0 I A 3k 10可见：它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。Z J2UbEb乙ldZj3 Zild均不动I b k3Io k3Io所以必须采用三个阻抗继电器。该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。（自行分析）第四节 方向阻抗继电器的特性分析由于方向阻抗继电器的应用最为广泛 一、方向阻抗继电器的死区和清除方法（一） 产生死区的原因在保护正方向出口发生相间短路时， 就称为“死区”。1 .幅值比较式,故进一

13、步分析之。Uj=0,继电器不动作。发生这种情况的一定范围,1 .Uj 2IjZzd1 .2IjZzdUj 01, 2IjZzdi .2IjZzd而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。3 .相位比较式Uj 90 arg.IjZzd U j90因为Uj=0,无法比相，所以继电器不动。（二）消除死区的方法引入极化电压 Up,要求如下：1）与Uj同相位2）出口短路时，Up应具有足够的数值或能保持一段时间逐渐衰减到零。（三）获取极化电压的方法分析如下：1.记忆回路它是由一个R, L, C组成的工 频串联谐振电路。因为wL=1/wc ,电路呈纯阻 性，所以当出口短路时，Uj=0o

14、借助谐振，Up在一定时间内逐渐 衰减，其相位保持原先的相位不 变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆回路”2.引入非故障电压IrwL (1K) RU尸Uab TJYBBe u uRs(30K82K)因为Rs（很大）（R-jX）/jX l,所以Is与Uac同相位。IS RjXLjXcjXLUp Ir R Is jXLjXL正常运行时，Uab较大，Rs又很大。 Ir主要由Uab产生，第三相电压基本上 不起作用。当AB相间短路时，Uab=0,记忆回 路发挥作用。但Up将逐渐衰减到零，此 时第三相电压的作用将表现出来。见左边向量图，Up与Uab（Eab）同相所以出口两相短路时，因为第三相电压

15、而产生的Up可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。其它方法：集成电路保护中，利用高Q值白5 50HZ带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用。微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。(二)极化电压的引入对方向阻抗继电器初态特性的影响稳态特性：在正常运行和短路后达到稳态时的继电器动作特性。初态特性：在发生短路的最初瞬间，继电器的动作特性。短路发生后，Up有一个过渡过程。继电器特性则由初态特性逐步向稳态特性过渡。1 .稳态特性分析分析如下：(1)幅值比较式1 .Up U j -Ij Zzd21 .Up -Ij Zzd2Z Z 1ZZP ZJ

16、_ Zzd2当临界动作时， AZ 1ZZp 2 Zzdy. .AA所以引入Up不改变继电器的静态特性。而当正方向出口短路时，Uj=01 .Up -IJZzd1 .Up 2IJZzd足，故能消除死区，且能防止反方向出口短路时误动。(2) 相位比较式所以极化电压 Up并不改变继电器的稳态特性。而正方向出口短路时,U p 0。因而继电器能够正确判别方向，即能消除死区。2.初态特性（设ni=npT=1）(1)正方向短路时：空载UjI jZdEUJZ0, Zf电阻电感性 Zf电抗部分增大送电侧a 0, Zf电阻电容性 Zf电抗部分减小BC线路出口经Ra短路 g当Rg较大，Zj2超出其I段范围而落入n段范

17、围内，而 Zji仍在n段的保护范围内，则保护1和2将同时以第n段时限动作，造成保护误动。小结：.短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小；.保护装置整定值越小，相对的受过渡电阻影响越大3.双侧电源网络中过渡电阻的影响:BC线路出口经Rg短路M侧为送电侧ZjiZliITRgejZj2-dRge， dZj3I-RgejI d .保护3：正方向出口短路，50, Zj3落在第四象限，拒动 .保护2:反方向出口短路，ZJ3落在第二象限，误动 .保护1:区外短路，Zj1落入动作特性圆，误动以上分析是针对方向阻抗继电器，对其它特性阻抗继电器也有类似的情形。一般而言, 阻抗继电器动作特性在+ R轴方向上

18、所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小。（二）.减小过渡电阻的措施：两种措施： .在保护范围不变的前提下，采用动作特性在+ R轴方向上有较大面积的阻抗继电器（参看 P105.图 3- 58） .采用瞬时测量装置：rlg.Rg （lg 电弧长度，Ig 电弧电流）1 g短路初瞬，lg较小，Ig较大（有非周期分量），所以Rg很小；0.10.15S后，lg拉长，Ig减小（非周期分量衰减），所以R。增大。 g距离I段：t小于40ms, Rg很小，可以忽略不计距离n段：t为0.5或很长，应采取措施。距离出段：因为特性圆较大，影响较小所谓瞬时测量，就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来。当电弧

19、 电阻增大时，距离元件不会因为电弧电阻的增大而返回，仍以预定的动作时限跳闸。3, 3起动后通过其触点自保持。而当Rq ，阻抗元件2返回。保护仍能在时间元件 4动作后，经中间继电器 gd点短路，保护3的I段动作于跳闸，保护 5 n段跳。对保护1,因d点在其第n段保护范围内， 起动元件和n段测量元件动作，若采用瞬时测量,则会误动。所以只在单回线辐射形电网中的距离n段上采用。二.电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护和企图确保护动作。但通常系统振荡若干周

20、期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。（一）.系统振荡使，电压，电流的变化规律几点假设：.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；360 ) .两侧电源电势 Em和En电势相等，相角差为 (0 .系统中各元件阻抗角均相等，以d表示 .不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。Em En Em (1 ej ) 2EmIsin 一Zm Zl ZnZZ 2电压：Um Em I Zm.U N En I Zn系统中总有一点的电压为最低，其值为由。向Em En相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以 z表示。故振荡中心的电压值最小：0V.当EmEn且

21、系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即Z处）。2.当 180时，U z 0, I最大，相当于在线路 z点发生三相短路。振荡周期：电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.252.5s的范围内。(二).系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律Z、 Um Em I Zm Em 、 乙 、M 侧： Z J.m. .- Z M Z MIII1 e i2因为1 e (参看P108)1崎2ZZZ所以 Zj.m - (1 jctg -) Zm(- Zm) j ctg-4?|-Di|41，当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。全阻抗继电器误动的相角可见，当 变化

22、，Zj幅值变化，阻抗角亦变化。注：（Z zm ）可能在第一象限，也可能在第三象限。 2（三）.系统振荡时时距离保护的影响:z2180,ctg 0,Zj 2Zm360 , ctg ,Zj2Zj(2Zm),Z j-2Zj20 ,ctg 2,Zj (Zm)Zj2方向阻抗继电器误动的相角32。ti -.Tt2 2.T360360因为T= 0.252.5之间，所以tbh 1.5S就可躲振荡的影响小结：.在相同定值下，全阻抗继电器所受（振荡）影响大 .当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大措施：.延长保护装置的动作时间（如距离出段） .把定值压低，使振荡中心位于特性圆外 .增设振荡闭锁回路。（四）.振荡闭

23、锁回路1. 基本要求： .当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护； .区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护 .区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护。根据上述基本要求，振荡闭锁回路目前主要采用两种原理： .利用短路时出现负序分量而振荡时无负序分量的原理 .利用振荡和短路时电气量变化速度不同的原理2 .利用负序（和零序）分量元件起动的振荡闭锁回路起动元件可以利用短路时出现的负序或零序分量起动，也可以利用这些分量的增量或突变量来起动（P115，图3-71 ） 具体接线参看附录四 .当系统只振荡，起动元件不动作，保护不会开放； .内部短路时，起动元件立即动作，然后自保持，短时开放保护（在

24、此期间允许保护跳闸） .外部短路引起系统振荡：起动元件立即起动（同），短时开放保护，但在阻抗继电器误动前，短时开放回路已复归，将保护跳闸回路闭锁。3 .反应阻抗变化速度的振荡闭锁回路利用振荡时各段动作时间不同实现的振荡闭锁区内故障时：Zi, Zu, Zw同时动作。振荡时：Zm先动（t1） , Zn后动（t2）第七节距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价、距离保护的整定计算原则原则：按躲过线路末端故障整定。Z I K I Z 乙zdi K 乙ABkK0.8 0.852.距离保护II段的整定原则1：与相邻线路的距离I段配合zZdiKK (Zab Kfz.minZZd2) kK 0.8原则2:按躲

25、过线路末端变压器低压母线短路整定zZdikK (Zab Kfz.minZb) kK 0.7（考虑到Zb的计算误差大）取上述两项中数值小者作为保护II段定值。动作时间：tiIIt2t 0.5stiItbt 0.5s灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。Z IIKlm311.25要求大于1.25。ZAB若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护3.距离彳护III段整定原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。II段配合。求最小负荷阻抗（电压最小、电流最大时的阻抗）:Zfh.minU f .minI f.max考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护 对于全阻抗继电器，其整定值为：III段应可靠返

26、回。zZdi1Zfh -IIIfh. minKk Kzq Kh对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为:zZdiKKI Kzq Khcos(df)乙h.min动作时间按阶梯时限原则整定。距离保护三段的灵在负荷阻抗同样的条件下， 采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时, 敏度局。灵敏度校验：近后备的灵敏度:7 III要求大于1.51.2求大于1.2Klm 片 1.5远后备的灵敏度:KmzZdiZab Kfz.maxZBCZab说明方向阻抗比全阻抗继电器灵敏度高的图。4 .最小精确工作电流校验按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定。1d.min1.51 jg.min nlh二、对距离保护的评价1 .选择

27、性在多电源的复杂网络 中能保证动作的选择性。2 .快速性距离保护的第一段能保护线路全长的85%,对双侧电源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除故障。(Q-3 .灵敏性由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流的保护灵敏度高。距离保护第一段的保护范围不受运行方式变化的影响，保护范围比较稳定。第二、第三段的保护范围受运行方式变化影响。（分支系数变化）4 .可靠性由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保护低。应用：在35KV110KV作为相间短路的主保护和后备保护，采用带零序电流补偿的接线方式，在110KV线路中也可作为接地故障的保护。在220KV线路中作为后备保护。另外，接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相元件，与高频收发信机配合，可构成高频闭锁（或允许）式距离保护。作业：P32习题1; P34习题6; P35习题2, 3, 5