第三章電網距離保護較好節距離保護的作用原理一、電流保護的基本概念優點：簡單、可靠、經濟。缺點：選擇性、靈敏度、快速性難以滿足要求(特別是35kv以上的系統)。距離保護的性能比電流保護更完善。反映故障點到保護裝置的距離是——，基本上沒有說系統運行方式的影響。二.距離保護時限特性距離保護分為三段：較好段，瞬時動作主保護第二段，T=0.5 ' '段，第三段，避開較小負載阻抗和步進時限特性。————后備保護第二節阻抗繼電器阻抗繼電器按其組成分為單相和多相單相阻抗繼電器：指只有一個電壓UJ(相電壓或線電壓)和一個電流IJ(相電流或兩相電流之差)的阻抗繼電器。用——測量阻抗ZJ=R jX可以在復平面上分析其動作特性，并且只能反映某些相故障，因此需要多個繼電器來反映不同的相故障。多相補償阻抗繼電器：多相補償電壓相加。它能反映多相故障，但不能用實測阻抗的概念來分析其特性。本節僅討論單相阻抗繼電器。一、阻抗繼電器的動作特性在BC線距離I內發生單相接地故障，圖中Zd為陰影。因為1)線路參數是分布的， d有差異，2)CT和PT有誤差，3)故障點過渡電阻，4)分布電容，Zd會超過陰影區。因此，為了盡可能簡化繼電器接線，便于制造和調試，將繼電器的動作特性展開成一個圓圈，如圖。圓1:以od為半徑的——全阻抗繼電器(反方向失靈會失靈，沒有方向性)圓2:以od為直徑的——定向阻抗繼電器(本身有方向性)圓3:偏移特性繼電器另外還有橢圓形、橄欖形、蘋果形、四邊形等。2.用復平面分析阻抗繼電器。其實現原理：幅值比較原理和相位比較原理(1)全阻抗作用區域在圓內。Zdz測得的阻抗。J——正好在圓周上，繼電器剛好動作，這叫繼電器的啟動阻抗。 d再大也沒有方向性。1.振幅比較原理：兩個變量相乘，因此，這也是作用方程。2.相位比較原理分子和分母乘以IJ。(2)方向阻抗繼電器以Zzd為直徑，通過坐標原點的圓。動作區在圓圈里。Zdz。j隨 j的變化而變化，當 j等于Zzd的阻抗角時，Zdz。j較大，即保護范圍較大，工作較敏感。lm ——的較大敏感角是定向的。1.振幅比較原理：2。相位比較原理：(3)偏移特性阻抗繼電器正向：完成阻抗Zzd反向：偏置-Zzd( 1)作用于一個圓。中心半徑：Zdz。J隨 J變化，但沒有安全的方向性。1.振幅比較原理2。相位比較原理總結了三種阻抗的含義：1)測量阻抗ZJ:由加到繼電器上的電壓UJ和電流IJ之比決定。2)設置阻抗Zzd:一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗。總阻抗繼電器：圓的徑向阻抗繼電器：圓在較大敏感角方向的直徑偏差特性阻抗繼電器：在較大敏感角方向從原點到圓周的長度。3)啟動阻抗(動作阻抗)Zdz。j:表示繼電器剛動作時，加到繼電器上的電壓UJ和電流IJ的比值。全阻抗繼電器除外：Zdz。J隨 J變化.當 j= lm時，Zdz。J=Zzd，這是較大值。3.阻抗繼電器主要由兩個基本部分組成：電壓形成電路和幅度比較或相位比較電路。Ua、ub、UC、ud基本由UJ和IJZzd組成。UJ可以直接從鉑的次級側獲得，并由鐿轉化，如果 #p#分頁標題#e#

(2)幅度比較電路分別對Ua和Ub進行整流，然后比較幅度。有兩種類型：1。均壓UA在R1整流產生UA，UB在R2整流產生UB。繼電器響應Uab=Ua-Ub動作。2.循環UA整流后R1回路產生IA，UB整流后R2回路產生Ib。繼電器響應Ia-Ib動作。(3)相位比較回路，通過同時測量UC和UD的正時間來判斷它們的相位。2.添加移相器后，脈沖相位比較電路偏移90。第三節阻抗繼電器1的連接方式。基本要求是ZJ正比于ld，與故障類型無關。二.常用的接線方式見P90和表3-2，其中0接線、30接線和-30接線的阻抗繼電器用于反映各種相間短路。帶k3I0補償的相電壓和相電流接線用于反映各種接地故障。三.分析(1)母線殘壓計算公式：假設：Z1=Z2，不含負荷電流(其中：k=(Z0-Z1)/3Z1，零序補償系數)。同理：(2)0連接方式分析(NPT=NL=1) 1。三相短路是因為三相對稱，繼電器1，繼電器2，繼電器2，同理，ZJ2=Zj3=Z1ld結論：三相短路時，ZJ1，ZJ2，Zj3等于短路點到保護安裝點的線路正序阻抗。2.以BC兩相短路為例。結論：接入故障回路的阻抗繼電器能夠正確反映線路從保護裝置到故障點的正序阻抗。另外兩個阻抗繼電器測量阻抗大，無法工作。這就是為什么應該使用三個阻抗繼電器并連接到不同的相位。3.中性點直接接地電網兩相接地短路仍以BC兩相接地短路為例。(3)接地短路阻抗繼電器的接線方式以A相接地短路為例，可以正確測量短路點與保護安裝地點之間線路的正序阻抗。都不動，必須用三個阻抗繼電器。這種連接方式可以正確反映兩相短路和三相短路。(自我分析)第四節方向阻抗繼電器的特性分析隨著方向阻抗繼電器的廣泛應用，對其進行了進一步的分析。一、方向阻抗繼電器的死區及清除方法(一)死區的原因當保護正出口發生相間短路時，

UJ=0，繼電器不動作。發生這種情況的一定范圍，就稱為“死區”。1．幅值比較式而實際上，繼電器的執行元件動作需要一定的功率，所以繼電器不動。2．相位比較式因為UJ=0，無法比相，所以繼電器不動。（二）消除死區的方法引入極化電壓UP，要求如下：1）與UJ同相位2）出口短路時，UP應具有足夠的數值或能保持一段時間逐漸衰減到零。（三）獲取極化電壓的方法分析如下：1．記憶回路它是由一個R，L，C組成的工頻串聯諧振電路。因為wL=1/wc，電路呈純阻性，所以當出口短路時，UJ=0。借助諧振，Up在一定時間內逐漸衰減，其相位保持原先的相位不變。這就相當于把原先的電壓記憶下來，故稱為“記憶回路”。2．引入非故障電壓正常運行時，UAB較大，RS又很大。IR主要由UAB產生，第三相電壓基本上不起作用。當AB相間短路時，UAB=0，記憶回路發揮作用。但Up將逐漸衰減到零，此時第三相電壓的作用將表現出來。因為，所以IS與UAC同相位。見左邊向量圖，Up與UAB(EAB)同相位所以出口兩相短路時，因為第三相電壓而產生的Up可保證繼電器的方向性。但三相短路時，無第三相電壓，故不能消除出口三相短路的死區。其它方法：集成電路保護中，利用高Q值的50HZ帶通有源濾波器響應特性的時間延遲，起到記憶作用。微機保護中，可用故障前電壓與故障電流比相來實現。（二）極化電壓的引入對方向阻抗繼電器初態特性的影響穩態特性：在正常運行和短路后達到穩態時的繼電器動作特性。初態特性：在發生短路的較初瞬間，繼電器的動作特性。短路發生后，Up有一個過渡過程。繼電器特性則由初態特性逐步向穩態特性過渡。1．穩態特性分析分析如下：（1）幅值比較式BAB’A’當臨界動作時，，所以引入Up不改變繼電器的靜態特性。而當正方向出口短路時，UJ=0能滿足，故能消除死區，且能防止反方向出口短路時誤動。（2）相位比較式因為Up與UJ同相位，所以所以極化電壓Up并不改變繼電器的穩態特性。而正方向出口短路時，，而。因而繼電器能夠正確判別方向，即能消除死區。2．初態特性（設nl=nPT=1）（1）正方向短路時：空載其動作特性是以Zzd，-Zs末端連線為直徑的圓。結論：1）初態特性圓包括坐標原點，故保證出口短路時可靠動作。2）初態特性圓比穩態特性圓大，有利于躲過渡電阻的影響。3）正方向的保護范圍不變。（2）反方向短路時其動作特性是Zzd，Z0’末端的連線為直徑的圓。結論：在反方向短路時，繼電器有明確的方向性。第五節阻抗繼電器的精確工作電流阻抗繼電器式利用測量阻抗來反映故障點的位置，即與的比值，其動作特性在理想條件下是常數，也就是說與無關。例：全阻抗繼電器（整流型）理想臨界動作條件：.即實際上執行元件是需要動作功率的，即實際臨界動作條件為：由此可見，與，有關（）的關系曲線可繪制如下圖由圖可見，當較小時，將比整定阻抗明顯減小，即實際的保護范圍將比整定范圍小，這將影響到與它相鄰的保護的配合，而可能引起非選擇性動作。每個阻抗繼電器都有它實際的曲線，為了把動作阻抗與整定阻抗的差距限制在一定的范圍內，規定了精確工作電流這項指標。精確工作電流：是指繼電器的動作阻抗與整定阻抗之間的差距等于整定阻抗的10％（即＝0.9）時，加入阻抗繼電器的電流。記做。當保護范圍末端短路時，應大于或等于，才能保證，此誤差在選擇可靠系數時已考慮。第六節影響距離保護正確動作的因素及防止方法阻抗繼電器的測量阻抗時受很多因素影響的。主要有：①．短路點的過渡電阻；②．電力系統振蕩；③．保護安裝處與故障點之間有分支電路；④．CT,PT的誤差；⑤．PT二次回路斷線；⑥．串連補償電容。本節著重討論①,②兩因素的影響及相應的措施。一.短路點過渡電阻的影響及相應措施：短路一般是非金屬性的，即存在過渡電阻使得測量阻抗變化，保護范圍可能縮短，可能超范圍或反方向誤動。（一）.過渡電阻的影響：1.過渡電阻的性質：————電弧電阻————電弧電阻，桿塔電阻，大地電阻阻抗繼電器感受到的可能不是純電阻性的。其中為附加阻抗，，α為超前的角度討論：①.,單側電源網絡純電阻性增大②..雙側電源網絡受電側α 0,電阻電感性電抗部分增大送電側α 0,電阻電容性電抗部分減小2.單側電源網絡中過渡電阻的影響BC線路出口經短路當較大，超出其Ⅰ段范圍而落入Ⅱ段范圍內，而仍在Ⅱ段的保護范圍內，則保護1和2將同時以第Ⅱ段時限動作，造成保護誤動。小結：①.短路點距保護安裝處越近，影響越大，反之影響越小；②.保護裝置整定值越小，相對的受過渡電阻影響越大3.雙側電源網絡中過渡電阻的影響：BC線路出口經短路M側為送電側①.保護3：正方向出口短路，α 0，落在第四象限，拒動②.保護2：反方向出口短路，落在第二象限，誤動③.保護1：區外短路，落入動作特性圓，誤動以上分析是針對方向阻抗繼電器，對其它特性阻抗繼電器也有類似的情形。一般而言，阻抗繼電器動作特性在＋R軸方向上所占面積越大，受過渡電阻的影響就越小。（二）.減小過渡電阻的措施：兩種措施：①．在保護范圍不變的前提下，采用動作特性在＋R軸方向上有較大面積的阻抗繼電器（參看P105.圖3－58）②.采用瞬時測量裝置：（——電弧長度，——電弧電流）短路初瞬，較小，較大（有非周期分量），所以很小；0.1～0.15s后，拉長，減小（非周期分量衰減），所以增大。距離Ⅰ段：t小于40ms，很小，可以忽略不計距離Ⅱ段：t為或很長，應采取措施。距離Ⅲ段：因為特性圓較大，影響較小所謂瞬時測量，就是把距離元件的較初動作狀態通過起動元件的動作固定下來。當電弧電阻增大時，距離元件不會因為電弧電阻的增大而返回，仍以預定的動作時限跳閘。短路初瞬，起動元件1：Ⅱ段阻抗元件2動作，因而起動中間繼電器3，3起動后通過其觸點①自保持。而當,阻抗元件2返回。保護仍能在時間元件4動作后，經中間繼電器3的觸點②去跳閘。注：d點短路，保護3的Ⅰ段動作于跳閘，保護5Ⅱ段跳。對保護1，因d點在其第Ⅱ段保護范圍內，起動元件和Ⅱ段測量元件動作，若采用瞬時測量，則會誤動。所以只在單回線輻射形電網中的距離Ⅱ段上采用。二．電力系統振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路振蕩時，系統中各發電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發生周期性變化，可能導致距離保護和企圖確保護動作。但通常系統振蕩若干周期后，多數情況下能自行恢復同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（一）.系統振蕩使，電壓，電流的變化規律幾點假設：①.全相振蕩時，系統三相對稱，故可只取一相分析；②.兩側電源電勢和電勢相等，相角差為③.系統中各元件阻抗角均相等，以表示④．不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發生短路。電流：振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）電壓：系統中總有一點的電壓為較低，其值為由0向相量所做的垂線的長度，該點則稱為振蕩中心，以z表示。當且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點（即處）。當時，，I較大，相當于在線路z點發生三相短路。振蕩周期：電壓的一個較大值到下一個較大值所經歷的時間，一般發生在0.25~2.5s的范圍內。（二）.系統振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規律M側：因為（參看P108）所以,,,,,,可見，當變化，幅值變化，阻抗角亦變化。注：可能在較好象限，也可能在第三象限。（三）.系統振蕩時時距離保護的影響：當測量阻抗進入特性圓內，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角，方向阻抗繼電器誤動的相角。因為T＝0.25～2.5之間，所以就可躲振蕩的影響小結：①.在相同定值下，全阻抗繼電器所受（振蕩）影響大②.當保護安裝點越靠近振蕩中心，受影響越大措施：①.延長保護裝置的動作時間（如距離Ⅲ段）②.把定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外③.增設振蕩閉鎖回路。(四).振蕩閉鎖回路1．基本要求：①.當系統只發生振蕩而無故障時，應可靠閉鎖保護；②.區外故障而引起系統振蕩時，應可靠閉鎖保護③.區內故障，不論系統是否振蕩，都不應閉鎖保護。根據上述基本要求，振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理：①.利用短路時出現負序分量而振蕩時無負序分量的原理②.利用振蕩和短路時電氣量變化速度不同的原理2．利用負序（和零序）分量元件起動的振蕩閉鎖回路起動元件可以利用短路時出現的負序或零序分量起動，也可以利用這些分量的增量或突變量來起動（P115,圖3-71）具體接線參看附錄四①.當系統只振蕩，起動元件不動作，保護不會開放；②.內部短路時，起動元件立即動作，然后自保持，短時開放保護(在此期間允許保護跳閘)③.外部短路引起系統振蕩：起動元件立即起動（同②），短時開放保護，但在阻抗繼電器誤動前，短時開放回路已復歸，將保護跳閘回路閉鎖。3．反應阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路利用振蕩時各段動作時間不同實現的振蕩閉鎖區內故障時：，，同時動作。振蕩時：先動（t1）,后動（t2）第七節距離保護的整定計算原則及對距離保護的評價一、距離保護的整定計算原則1.距離保護I段的整定ABC123456原則：按躲過線路末端故障整定。2.距離保護II段的整定原則1：與相鄰線路的距離I段配合原則2：按躲過線路末端干式變壓器低壓母線短路整定（考慮到的計算誤差大）取上述兩項中數值小者作為保護II段定值。動作時間：靈敏度校驗：按本線路末端故障校驗靈敏度。要求大于1.25。若靈敏度不滿足要求，應與相鄰線路距離保護II段配合。3.距離保護III段整定原則：按躲過輸電線路的較小負荷阻抗整定。求較小負荷阻抗：考慮外部故障切除后，電動機自啟動時，距離保護III段應可靠返回。對于全阻抗繼電器，其整定值為：對于方向阻抗繼電器。其整定阻抗為：動作時間按階梯時限原則整定。在負荷阻抗同樣的條件下，采用方向阻抗繼電器比采用全阻抗繼電器時，距離保護三段的靈敏度高。靈敏度校驗：近后備的靈敏度：要求大于1.5遠后備的靈敏度：求大于1.2說明方向阻抗比全阻抗繼電器靈敏度高的圖。4.較小精確工作電流校驗按各段保護范圍末端短路的較小短路電流整定。二、對距離保護的評價1.選擇性在、多電源的復雜網絡中能保證動作的選擇性。2.快速性距離保護的較好段能保護線路全長的85，對雙側電源的線路，至少有30的范圍保護要以II段時間切除故障。3.靈敏性由于距離保護同時反應電壓和電流，比單一反應電流的保護靈敏度高。距離保護較好段的保護范圍不受運行方式變化的影響。保護范圍比較穩定。第二、第三段的保護范圍受運行方式變化影響。（分支系數變化）4.可靠性由于阻抗繼電器構成復雜，距離保護的直流回路多，振蕩閉鎖、斷線閉鎖等使接線復雜，可靠性較電流保護低。應用：在35KV~110KV作為相間短路的主保護和后備保護，采用帶零序電流補償的接線方式，在110KV線路中也可作為接地故障的保護。在220KV線路中作為后備保護。另外，接地阻抗繼電器還可作重合閘裝置中的選相元件，與高頻收發信機配合，可構成高頻閉鎖（或允許）式距離保護。作業：P32習題1；P34習題6；P35習題2，3，5 來源：中電力資料網#p#分頁標題#e#