实验三距离保护

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1、实验三、距离保护及方向距离保护整定实验一、实验目的1熟悉阶段式距离保护及方向距离保护的工作原理和基本特性。2掌握时限配合、保护动作阻抗（距离）和对DKB、YB的实际整定调试方法。二、预习与思考1什么是距离保护？距离保护的特点是什么？2什么是距离保护的时限特性？3什么是方向距离保护？方向距离保护的特点是什么？4方向距离保护的段和段为什么在单电源或多电源任何形状的电网中都能够保证有选择性地切除故障线路？5阶段式距离保护中各段保护是如何进行相关性配合的？6在整定距离保护动作阻抗时，是否要考虑返回系数。三、原理说明1距离保护的作用和原理电力系统的迅速发展，使系统的运行方式变化增大，长距离重负荷线路增多

2、，网络结构复杂化。在这些情况下，电流、电压保护的灵敏度、快速性、选择性往往不能满足要求。电流、电压保护是依据保护安装处测量电流、电压的大小及相应的动作时间来判断故障是否发生以及是否属于内部故障，因而受系统的运行方式及电网的接线形式影响较大。针对被保护的输电线路或元件，在其一端装设的继电保护装置，如能测量出故障点至保护安装处的距离并与保护范围对应的距离比较，即可判断出故障点的位置从而决定其行为。这种方式显然不受运行方式和接线的影响。这样构成的保护就是距离保护。以上设想，表示在图5-1中。图中线路A侧装设着距离保护，由故障点到保护安装处间的距离为l，按该保护的保护范围整定的距离为lzd，如上所述，

3、距离保护的动作原理可用方程表示：llzd。满足此方程时表示故障点在保护范围内，保护动作；反之，则不应动作。图5-1 距离保护原理说明 Z表示距离保护装置距离比较的方程两端同乘以一个不为零且大于零的z1（输电线每千米的正序阻抗值）得到： Zd = z1l z1lzd ( 5-1 ) 式（5-1）称为动作方程或动作条件判别式。表明距离保护是反应故障点到保护安装处间的距离（或阻抗）并与规定的保护范围（距离或阻抗）进行比较，从而决定是否动作的一种保护装置。当Zd z1lzd时，表明故障发生在保护范围外，保护不应动作；当 Zd = z1lzd时，表明故障发生在保护范围末端，保护刚好动作。所以，距离保护又

4、称为低阻抗保护。 设故障点d（或d1等）发生金属性三相短路，则保护安装处的母线电压变为U = IZd，自母线流向线路的电流为I，则 U/I = Zd ；再设法取得z1lzd。按式（5-1）即可实现距离保护。对于高电压、大电流的电力系统，母线电压与线路电流必须经过互感器后送入距离保护的测量元件（阻抗继电器），其值为UJ 和IJ，如图5-1所示。假设保护用的电压互感器和电流互感器的变比均为1，则测量元件感受到的测量阻抗ZJ = UJ/IJ = U/I = Zd。又因变比为1，在阻抗继电器上设置的整定阻抗Zzd = z1lzd。故得出阻抗继电器（也称距离保护）的动作方程 Zd=ZJ = UJ/IJ

5、Zzd ( 5-2 ) 从式（5-2）可知，距离保护是由阻抗继电器来实现阻抗（即距离）的测量，当满足式（5-2）时，说明故障在内部，保护应动作。 如果所用的阻抗继电器不但能测量阻抗的大小，而且能判断故障方向，这种距离保护就称为方向距离保护。因此它不但能反应输入的工作电流（测量电流）和工作电压（测量电压）的大小，而且能反应它们之间的相角关系。由于在多电源的复杂电网中，要求测量元件能反应短路故障点的方向，所以方向阻抗继电器就成为距离保护装置中最常用的测量元件，方向距离保护也就成实用性较强的典型保护。2距离保护的时限特性 为了满足对保护的基本要求，距离保护也构成阶段式。描述其动作时限T与故障点至保护

6、安装点间的距离L的关系曲线称为距离保护的时限特性。三段式阶梯时限特性如图5- 2所示。 图 5-2 距离保护的时限特性距离段，为保证选择性，其保护范围应限制在本线路内。以保护1为例，它的整定阻抗Zzd1应小于ZAB，通常整定为（0.80.85）ZAB。由于不必和其他线路的保护配合，故第段动作不需带时限，t1仅由继电器的固有动作时间决定。距离段，用以弥补第段之不足，尽快切除本线路末端15% 20% 范围内的故障，但为了切除全线上的故障，势必延伸到下一条线路首端部分区域。为了缩短动作时限，距离段的保护范围要与相邻下一线路距离段配合。时限也与相邻下一线路的段时限配合。即t1= t2+ t。距离段和距

7、离段共同作为线路的主保护。 距离段，作为本线路的近后备及相邻线路的远后备。其时限可按t1= t2+ t或t1= t2+ t之一来配合。 在超高压网络中，为简化距离保护的接线，也可采用只有、段或、段的两段式简化距离保护。 3距离保护的主要组成元件 距离保护一般由起动元件、闭锁元件、测量元件、逻辑元件及执行元件几大部分组成（如图5-3），分述于下：图5-3 相间距离保护简化原理框图1）起动元件 其主要作用是故障时才起动保护，即为保护的各段准备好跳闸回路；起动切换回路以切换、段共用阻抗继电器的电压回路。2）闭锁元件 其主要作用是实施振荡闭锁和电压回路断线闭锁，防止距离保护误动作（本图未表示）。3）测

8、量元件 测量故障的远近从而以相应的时限跳闸。一般、段共用的一个方向距离元件构成，本实验为由、段组成的两段式方向距离保护中的ZKJAB构成。4）逻辑元件 由段时间元件及若干与、或、与非门、延时电路构成。其作用是实现段的延时及组成一系列条件的判断以决定保护的行为。 5）执行元件 包括出口、信号、切换等其他功能。 在上述距离保护的主要组成元件中测量元件的整定调试是首先要求做好的一项重要工作，因此通过下面整定与调试实验掌握其具体的操作方法。四、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1ZBT73整流型方向阻抗继电器组件1台2ZB35数字式交流电压表1台3ZB36数字式交流电流表1台4ZBT75数字式相位表

9、组件1台5ZB41可调电阻箱3.3、16.8A1台6DZB01三相交流电源1路三相自耦调压器1台7DZB02-1单相自耦调压器1台变流器1台可调变阻器6.3、10A1台8DZB02-2双臂可调电阻220、1.2A1台三相交流移相器1台五、实验内容与步骤 （一） 相间距离保护实验调试整定值的设置(计算)1网络及参数设置距离保护网络如图5-4所示，主要参数如下：1）线路的正序阻抗Z1 = 0.4/Km，阻抗角L = 65。2）线路AB、BC装设距离保护。、段阻抗测量及起动元件采用方向阻抗继电器。并采用0接线。3）线路AB：Ifhmax = 500A，nTA= 600/1；线路BC：Ifhmax =

10、 400A，nTA= 500/1；nTV = 110/0.1。4）线路上负荷的自起动系数Kzq = 2，负荷的功率因数，COS= 0.9，（= 26）。5）变压器b装设有能保护整个变压器的无时限纵差动保护。本实验以A变电站4号保护为例计算相间距离、段的起动阻抗；校验其第段的灵敏度；整定其第段时限；针对、段距离保护的要求对阻抗继电器的整定阻抗及DKB、YB的插孔位置进行实际调试。图5-4 实验算例的网络图2距离保护4号段动作阻抗整定值设置1）距离段一次起动阻抗值整定值的计算方法4号保护无分支线：只需按躲开本线路末端d1点短路整定 Zdz4=KkZAB (5 -3) 式中 阻抗继电器的正误差，通常

11、取= 0.05； 电流电压互感器的误差，通常取=0.08；此外，线路参数ZAB的值也有影响，当经过实测时取KK =0.85，未经实测时一般取KK = 0.8。2）距离段一次起动阻抗整定值计算实例 Zdz4 = Kk Z1 lAB = 0.850.445 = 15.3 3距离保护4号段动作阻抗、灵敏度校验及动作时间设置1）距离段的计算配合与校验方法 距离段起动阻抗的计算方法：a与相邻下一条线路距离段配合 Zdz4 = KKZAB + KKKfzmin Zdz3 ( 5-5 ) 式中 KK一般取 0.85，KK 取0.8 （计及两条线路阻抗角可能不等；相邻线阻抗继电器的正负不同的误差） Kfzmi

12、n 是相邻线路第段保护范围末端短路时最小分支系数b躲开线路末端变电所变压器低压母线上短路（d3）整定 Zdz4 = KK(ZAB+ Kfzmin Zb ) （5-6）式中 KK取 0.7，Zb为二台变压器b的阻抗。计算后，取以上两式中数值较小者。 动作时限配合方法：4号保护距离段的动作时限应比相邻线路距离段的时限及线路末端变压器速动保护的时限大一个t，一般取0.50.6 s。 灵敏度检验方法：4号保护距离段灵敏度按线路末端发生金属性短路来校验： KLm4 = Zdz4 / ZAB 1.31.5 ( 5-7 ) 如果按a、b二项条件所取的起动值Zdz4不能满足灵敏系数的要求，应将第段的起动值与下

13、一条线路的第段配合，即： Zdz4 = KK ZAB + KKKfzmin Zdz.3 ( 5-8 )式中 KK取 0.85，KK取0.8； Zdz3 相邻线保护3第段的起动阻抗； Kfzmin 相邻线末端短路时，实际可能的最小分支系数。动作时限：应与下一条线路段时限配合。2）距离保护段整定的计算实例 距离段一次起动阻抗计算：与保护3距离段配合 Zdz3 = Kk Z1 lBC = 0.850.453 = 18.02对于4号保护，依据其背侧A系统的运行方式及对端B系统的运行方式可确定出当B系统断开时，相邻线路第段保护范围末端短路时出现最小分支系数Kfzmin = 1。 Zdz4 = Kk ZA

14、B + Kk Kfzmin Zdz3 = 0.8518 + 0.8118.02 = 29.72与对端变压器速动保护配合 Zdz4 = Kk（ZAB + Kfzmin Zb） Zdz4 = 0.7( 0.445 + 142.35 ) = 42.25 为保证选择性，应取上述两项中较小的计算值作为段的定值，所以 Zdz4 = 29.72 距离段灵敏度校验： 距离段动作时限： t4 = t3 +t = 0.5s4阻抗继电器的整定值设置1）起动阻抗二次值的计算方法：以上求出的是保护的一次起动值。还必须将它换算为实际完成距离保护任务的阻抗继电器的起动值（二次值），并在阻抗继电器的电流和电压回路整定端子板上

15、完成相应的整定，方向距离保护还需根据线路阻抗进行角度整定。由一次值换算为二次值与阻抗继电器的特性、接线方式、继电器的最大灵敏角是否等于线路阻抗角有关。设 Lm = d = L 。 起动阻抗的二次值： ZdzJ=Zdz(nTA / nTV) Kjx ( 5-9 )式中 Zdz 保护的一次起动阻抗；nTA 电流互感器的变比； nTV 电压互感器的变比； Kjx 接线系数。与继电器的特性、接线方式有关。全阻抗继电器：0接线Kjx =1，30接线 ；方向阻抗继电器：0接线Kjx = 1，30接线Kjx = 2。 阻抗继电器电流电压回路端子板上的整定：方向距离保护首先将DKB最灵敏角调整电阻整定到Lm=

16、L的相应位置，然后按下式整定阻抗值： Zzd = ZzdJ = KI / KU （5-10）具体方法是在DKB的KI整定端子板上从满足Zzd值的几个位置中选择整定在KI值较大的那一档。这样使得精确工作电流易于满足要求。KI值确定后可由式（5-10）确定KU值则： KU = KI / Zzd （5-11）由式（8-11）的计算值（百分数），在相应YB的插孔整定。如果在实际工程中出现LmL，也就是说线路实际阻抗角值在距离保护装置没有对应的整定灵敏角位置，则由下式确定起动阻抗二次整定值： 2）起动阻抗二次值的计算实例：见网络及参数，本实验线路阻抗角为65，在距离保护装置上有对应整定角度值，因此计算各

17、段继电器的二次起动阻抗（即距离保护整定阻抗）时，由于Lm=L不必进行修正，可应用式（5-9）直接将距离保护的一次整定阻抗转换为二次整定阻抗。 (二)相间距离保护的整定调试方法：整定调试接线见图5-5所示。1 Lm值整定：方向距离保护应根据线路阻抗角度L值，将阻抗继电器面板上的最大灵敏角整定等于线路阻抗角值，本实验线路阻抗角为65，因此置于Lm = L = 65位置。2 KI值整定：根据上述距离保护二次起动阻抗值在DKB的KI整定端子板上从满足ZzdJ值的几个位置中整定在KI 值较大的那一档。在本实验中段和段的KI 分别整定如下：段 ZzdJ = 8.345 KI整定在7；段 ZzdJ =16.

18、21 KI整定在7；在电抗变压器DKB上选定14匝绕组，改变联接片位置并确认联接正确无误，此时对于1A型阻抗继电器绕阻匝数145倍=70匝，最小动作阻抗为7欧姆的整定位置。DKB整定联接位置1A型阻抗继电器实际参数联接片位置实际使用的绕阻设计最小动作阻抗值DKB匝数与YB配合可实现的整定范围2匝1/10匝110/4匝2/20匝220/6匝3/30匝330/14匝7/70匝770/三绕阻串联20匝10/100匝10100/图5-5 相间方向距离保护整定调试实验接线图DKB整定对应参数表3KU值整定：整定KI后根据式5-10计算各段KU 值： 段 KU = 7/8.345 = 0.839； 段 K

19、U = 7/16.21 = 0.432；4距离保护段、段电气动作试验与调整根据上述KU值在阻抗继电器YB整定板上对距离保护、段分别进行整定、试验与调整：1）将段测量元件YB的粗调整定螺钉置于80%位置，微调初步整定在4%位置，按图8-5进行实验接线，将、段切换开关SA置于上端，联接阻抗继电器34与36的接线端子，使距离保护工作于段，然后检查确认接线正确无误后进行试验调整。2）在阻抗继电器的电流回路通入1A额定电流，调节移相器YX使电压和电流之间的相位差固定在65，然后将加在阻抗继电器电压回路的电压调至对应于8.3的相应电压值，记下阻抗继电器实际动作时的电压，并计算动作阻抗是否符合要求，如不满足

20、可改变KU值微调整定螺钉后再进行测试，直至满足要求为止。调试结束后将电流、电压回路调至零位并关闭电源。3）将、段切换开关SA从上端切至下端，断开阻抗继电器34与36之间的联接，将端子34与38接通，使距离保护工作方式置于段。4）将段测量元件YB粗调整定螺钉置40%的位置，微调整定螺钉分别置于3%、0.5%位置，电压与电流之间的相位角仍固定在65位置，实验接线同前。5）在阻抗继电器的电流回路通入1A额定电流，调节移相器保持电压和电流之间的相位角为65，然后将加入阻抗继电器电压回路的输入电压调至对应于16.2的相应电压值，记录下实际动作电压并计算段阻抗是否符合要求，如有差异应改变KU微调整定值后再

21、进行试验。直至全部符合要求并将上述实验数据记录于表5-1中。表5-1阶段式相间距离保护实验参数记录表段距离保护一次起动阻抗Zzd4 线路阻抗角度二次起动阻抗ZzdJKI整定值 保护动作时限 秒KU整定值 % % %段距离保护一次起动阻抗Zzd4 线路阻抗角度二次起动阻抗ZzdJKI整定值 保护动作时限 秒KU整定值 % % %六、实验报告1根据本实验的计算整定和试验调整方法写出距离保护的整定调试要点并画出工作流程框图。2为什么距离保护和方向距离保护的整定调试方法基本相同，差异仅在于后者需要对线路阻抗角进行整定？ 3为什么相间距离I段的实际保护范围需整定在本线路全长的80%85%范围以内，有何实际意义？ 4为什么距离保护I段的动作时限由阻抗继电器的固有动作时间决定不需要延时？