Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
第三章 电网的距离保护 电流保护简单可靠 整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行方式影响大 电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电压等级的配电网。35kV及其以上的复杂电网很难满足选择性、灵敏性和速动性的要求 对于110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？ →距离保护
2
第一节 距离保护的作用原理 一、基本原理 距离保护：反映故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间的一种保护装置。 测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的保护安装处至短路点的阻抗值。 当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增加，动作时间增长；保证有选择性地切除故障线路。
3
使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。 1） 测量阻抗Zr：由加入继电器的电压Ur与电流Ir的比值确定。
2） 整定阻抗Zset：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。 3) 起动阻抗（动作阻抗）Zop：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压Ur 和电流Ir的比值。 使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。
4
正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即
距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。 正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即
5
在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即
距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。
6
当d点短路时，保护1测量的阻抗是 ，保 护2测量的阻抗是 。 由于保护1距短路点较近，保护2距短路点较远，所以保护1的动作时间可以做得比保护2的动作时间短。这样故障由保护1切除，而保护2不动作。这种选择性的配合，是靠适当地选择各个保护的整定值和动作时限来完成的。
7
二、距离保护的时限特性 定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系 三段阶梯型时限特性，称距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。 ① 距离Ⅰ段
定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系 三段阶梯型时限特性，称距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。 ① 距离Ⅰ段 希 望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求 动作值： 动作时间： =保护本身固有动作时间
8
② 距离Ⅱ段 希 望：保护范围不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个 的时限。
② 距离Ⅱ段 希 望：保护范围不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个 的时限。 动作值：当保护1第Ⅰ段末端短路时，保护2的测量阻抗为 动作时间： 距离保护Ⅰ段和Ⅱ段联合构成本线路的主保护。 ③ 距离Ⅲ段 希 望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。 动作值： = 按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定， 不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别。 动作时间：
9
距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。
10
第二节 阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，主要作用：测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。 单相式阻抗继电器：加入继电器的只有一个电压 （可 以是相电压或线电压）和一个电流 （可以是相电流或两相 电流之差）的阻抗继电器， 和 的比值称为继电器的测量 阻抗 ，即 可以写成 的复数形式，利用复数平面来分析 这种继电器的动作特性。
11
一、构成阻抗继电器的基本原则 以线路B-C的保护1为例，将阻抗继电器的测量阻抗画在复数阻抗平面上。 线路的始端B位于坐标原点，正方向线路的测量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻抗与R轴之间角度为线路B-C的阻抗角 。对保护1的距离Ⅰ段，起动阻抗应整定为
12
为了减少过渡电阻以及互感器误差的影响，尽量简化继电器的接线，并便于制造和调试，通常把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图所示，其中1为全阻抗继电器的动作特性，2为方向阻抗继电器的动作特性，3为偏移特性的阻抗继电器的动作特性。
13
正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zr与R轴的夹角为线路的阻抗角d；
反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在 向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。 阻抗继电器都接于流互和压互的二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系
14
二、阻抗继电器的特性分析 1.全阻抗继电器 特性：以B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗 为半径所作的一个圆，如图所示。当测量阻抗 位于圆内时继电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗 。
15
该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的
电压和电流之间的角度 为多大，继电器起动阻抗在数值 上等于整定阻抗，即 ，全阻抗继电器没有方向性。 ①幅值比较方式。当测量阻抗 位 于圆内时，继电器能够起动，用阻抗的幅值表示，即 这是比幅式继电器（比较两电压向量幅值大小）的动 作与边界条件。 为电流在某一恒定阻抗 上的电压 降落，利用电抗互感器或其它补偿装置获得。
17
（2）相位比较 继电器的动作边界条件为:
18
继电器的动作边界条件为: 分子分母同乘以测量电流得
19
2. 方向阻抗继电器 特性：以整定阻抗 为直径而通过坐标原点的一个圆。 圆内为动作区，圆外为不动作区。当加入继电器的电压和电流之间的相位差 为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。 当 等于的阻抗角 时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。
20
（1）幅值比较 起动（即测量阻抗 位于圆内）条件为 当反方向发生短路时，测量阻抗 位于第三象限，继电器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。
21
（2）相位比较 相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示： 其动作与边界条件为
23
3. 偏移特性的阻抗继电器 特性：当正方向的整定阻抗为 时，同时向反方向偏移一个 ，其中 。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为 ，圆心坐标 该特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当 时，为方向阻抗继电器，而当 时，为全阻抗继电器，其起动阻抗既与 有关，但又没有完全的方向性，所以一般称为具有偏移特性的阻抗继电器。
24
Z r - r Z 1、比幅式动作方程： set r Z ) 1 ( 5 . a + -
25
（2）相位比较 其相位比较的动作与边界条件为 r Z r Z set2 Z - set2 Z -
26
r Z r Z set2 Z - set2 Z -
27
第三节 阻抗继电器的接线方式 1、对阻抗继电器接线要求 （１）阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处之间的距离；
（２）阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；
28
2、反映相间短路故障接线 （1） 当 时，加在继电器端子上电压与电流的相位差为零。
29
为了正确反映保护安装处到短路点之间的距离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差。
继电器1 继电器2 继电器3
30
当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。
3、反映接地短路故障的阻抗继电器接线 作用：作为接地短路故障测量元件。 当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。
31
以A相为例，故障点对地电压为零。
32
将故障点电压和电流分解为序分量，则 保护安装处三序分量电压为
33
保护安装处A相电压为：
34
若加入继电器电压、电流为 则测量阻抗为
35
为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：
其中： 测量阻抗
36
显然，加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点间距离。
继电器1 继电器2 继电器3
38
前情提要： 三段式距离保护工作原理 阻抗继电器的接线 阻抗继电器的动作特性
40
r Z set r Z ) 1 ( 5 . a + -
41
第5节 距离保护振荡闭锁 1、电气量变化特点； 2、测量阻抗的特性分析； 3、短路故障和振荡的区分； 4、振荡过程中对称短路故障的识别；
第5节 距离保护振荡闭锁 1、电气量变化特点； 2、测量阻抗的特性分析； 3、短路故障和振荡的区分； 4、振荡过程中对称短路故障的识别； 5、振荡闭锁。
42
教学要求： 通过学习要求掌握系统振荡时电气量变化的特点；测量阻抗变化特性；短路与振荡的区分原理。
43
1、系统振荡时电气量变化特点 定义：并列运行的系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。
特点：电力系统振荡时两侧等效电动势的夹角 在 作周期性变化。 原因：切除短路故障时间过长、误操作、发电厂失磁或故障跳闸、断开某一线路或设备等造成系统振荡。 产生的影响：电力系统振荡时，将引起电压、电流大幅度变化，对用户产生严重影响。 要求：在振荡过程中不允许保护发生误动作。
44
振荡时电气量变化的特点 （1）电流作大幅度变化 若 ，正常运行时夹角为 ， 负荷电流为：
45
系统振荡时，设 超前 的相位为 ，两侧电势相等，系统中各元件阻抗角相等，振荡电流为：
最大。 当 振荡电流滞后电势差角为： M N
46
特点：正常运行时负荷电流幅值保持不变，振荡电流幅值作周期变化。
最大。 当
47
M N 系统M、N点的电压为： Z点位于 处。 当 最大。
48
母线M的电压： =0, 90, =180, 270, =360,
49
因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。
在Z点位于Z/2处，当=180时： 最大。 电压Uz=0， 此点的电气参数与什么故障相类似？ 三相短路。 因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。
50
2.电力系统振荡对距离保护的影响 M母线上阻抗继电器的测量阻抗为 M N
51
结论：阻抗继电器的测量阻抗将在Z的垂直平分线OO上移动。
应用欧拉公式及三角公式，有 2 jctg 1 e j d - = j e d - = sin cos 于是 结论：阻抗继电器的测量阻抗将在Z的垂直平分线OO上移动。
53
N B M A M N
55
结论：在同样整定值的条件下全阻抗继电器受振荡的影响最大，而方向阻抗继电器所受的影响最小。
57
前情提要： 电力系统振荡电气量变化
58
电力系统振荡对距离保护的影响 (1)继电器的动作特性在阻抗平面沿oo′方向所占的面积越大，受振荡的影响就越大。
(2)保护安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会误动。 （3）当保护的动作带有较大的延时时，如距离Ⅲ段，可利用延时躲开振荡的影响。
60
双稳态
63
第7节 影响距离保护正确工作的因素 短路点过渡电阻对距离保护的影响 分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响
第7节 影响距离保护正确工作的因素 短路点过渡电阻对距离保护的影响 分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响 电力系统振荡对距离保护的影响
64
1、过渡电阻对距离保护的影响 为了分析问题的简便，前面分析问题时总是假设金属性短路故障。事实上，短路点通常是经过渡电阻短路的。 短路点的过渡电阻是指当相间短路或接地短路时，短路点的短路电流所通过的物质的电阻。
65
过渡电阻的特点： 短路点的过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻Rg，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，Rg很小。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，Rg随着增大，大约经0.1～0.15秒后，Rg剧烈增大。
68
保护2的测量阻抗为 。 保护1的测量阻抗为 ，
69
结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大，同时保护装置的整定值越小，则相对地受过渡电阻的影响也越大。
70
当为正时，测量阻抗增大，当为负时，测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。
保护1和保护2的测量阻抗分别为 对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使测量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。 当为正时，测量阻抗增大，当为负时，测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。
71
=
74
过渡电阻对不同特性的阻抗继电器的影响
79
在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，Rg很小。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，Rg随着增大，大约经0. 1～0
在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，Rg很小。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，Rg随着增大，大约经0.1～0.15秒后，Rg剧烈增大。
80
2、采用瞬时测定装置 既使电弧电阻增大，使KR返回，保护仍能以预定的延时跳闸。
“瞬时测定”就是把距离元件的最初动作状态，通过起动元件的动作而固定下来，当电弧电阻增大时，仍以预定的时限动作跳闸。它通常应用于距离保护第Ⅱ段。 在短路的初瞬间，KA及KR均动作， KM、KT起动，通过KA的接点及KM自保持，此后KM的动作与KR无关 经过KT的延时 发出跳闸脉冲。 既使电弧电阻增大，使KR返回，保护仍能以预定的延时跳闸。
81
二、分支电流的影响 1.助增电流的影响 使故障线路电流增大的现象，称为助增。如下图所示电路，当在BC线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗为 结论：助增电流，使测量阻抗增大，保护范围缩短。
82
2.外汲电流的影响 使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下图所示电路，当在平行线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗 结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可能引起无选择性动作。
83
第八节 距离保护的整定计算 一、距离保护段 1.动作阻抗 2.动作时限
84
二、距离保护Ⅱ段 1.动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护配合 式中 Kb为分支系数， （2）与相邻变压器的快速保护相配合
取（1）、（2）计算结果中的小者作为 。
85
2.动作时限 3.灵敏度校验 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即
第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，
86
三、 距离保护段 1.动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为 式中 ——最小负荷阻抗，
87
2．动作时限 3.灵敏度校验 作近后备保护时 作远后备保护时 式中，Kb为分支系数，取最大可能值。
88
讨论： 1）当采用全阻抗特性圆时，由于起动阻抗与 无关，因此： 2）当采用方向圆时， 因此，方向阻抗继电器具有较好的躲负荷性能。
89
思考：灵敏度不能满足要求时， 怎么办？ 采用方向阻抗继电器，以提高灵敏度 方向阻抗继电器的动作阻抗的整定原则与全阻抗继电器相同。正常运行时，负荷阻抗的阻抗角L较小;短路时，短路阻抗角d较大。如果选取方向阻抗继电器的lm = k ，则方向阻抗继电器的动作阻抗为 结论：采用方向阻抗继电器时，保护的灵敏度比采用全阻抗继电器时可提高1/cos(k - L )。
90
二、对距离保护的评价 距离Ⅰ段，保护全长80%～85%，两端合成起来有30%～40%长度不能瞬时切除，0.5s延时。 较电流保护的灵敏度高。
根据距离保护的工作原理，可在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。 距离Ⅰ段，保护全长80%～85%，两端合成起来有30%～40%长度不能瞬时切除，0.5s延时。 较电流保护的灵敏度高。 距离保护中，采用了复杂的阻抗继电器和大量辅助继电器，可靠性低（指传统阻抗继电器）。
Similar presentations
