第三講電網(wǎng)距離保護(毛博士)

電網(wǎng)距離保護東南大學電氣工程系毛鵬2005.12概述距離保護在高壓線路保護中的地位：

重要＋難點；國內在此方面處于國際領先水平本課程的內容：距離保護的基本原理阻抗繼電器動作特性阻抗繼電器的實現(xiàn)方式距離保護的整定計算振蕩閉鎖故障選相特殊問題分析工頻變化量距離保護3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成1、距離保護的概念問題的提出：更高電壓等級的復雜網(wǎng)絡中，電流、電壓保護不能要求＝》性能更加完善的繼電保護原理

本課程的內容：距離保護的基本原理阻抗繼電器動作特性阻抗繼電器的實現(xiàn)方式距離保護的整定計算振蕩閉鎖故障選相特殊問題分析工頻變化量距離保護3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成1、距離保護的概念故障時測量的阻抗特點：反映故障點位置（矢量具有方向性）；有別于負荷阻抗；一般指正序阻抗。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成ZK1

Lzd

K2圖3-1距離保護原理示意圖Lk1Lk2之

G

~K3Lk3

G

~2、測量阻抗計算的幾個前提：金屬性故障；正負序阻抗相等。單相接地故障；相間故障；三相故障；故障環(huán)的概念：故障環(huán)的阻抗測量不受負荷、振蕩、非全相的影響。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成2、測量阻抗和故障類型的對應關系3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成接線方式故障類型接地距離保護接線方式相間距離保護接線方式A相B相C相AB相BC相CA相單相接地A+－－－－－B－+－－－－C－－+－－－兩相接地AB++－+－－BC－++－+－CA＋－＋－－＋兩相不接地AB－－－+－－BC－－－－+－CA－－－－－＋三相ABC＋＋＋＋＋＋注

“+”表示能正確反應故障距離；“－”表示不能正確反應故障距離。3、距離保護的時限特性

目前距離保護廣泛采用三段式的階梯時限特性；類同于階段式過流保護的時間特性。

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.1距離保護的基本原理與構成4、距離保護的構成

就本身而言:測量/比較執(zhí)行。配合元件：起動元件；選相元件；方向元件；振蕩閉鎖元件；電路回路斷線閉鎖。1、動作區(qū)域（zone）的概念

在阻抗復平面上，動作范圍應該是一個包括Zset對應線段的區(qū)域；當測量阻抗ZJ落在這樣的動作區(qū)域以內時，測量元件就動作；當測量阻抗ZJ落在動作區(qū)域以外時，測量元件不動作。這個區(qū)域的邊界就是測量元件的臨界動作邊界。

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－－3.2距離保護的基本原理與構成2、動作特性和動作方程

動作特性:阻抗元件動作區(qū)域的形狀;動作方程:用復數(shù)的數(shù)學方程來描述；各種常見的阻抗特性：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成ZzdRjXo圖3-9全阻抗特性圓絕對值比較動作方程：相位比較動作方程：1）、全阻抗特性的特點和應用

不具方向性：全阻抗特性在各個方向上的動作阻抗都相同，它在正向或反向故障的情況下具有相同的保護區(qū)。單側電源的系統(tǒng)中；后備保護中（距離Ⅲ）3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成2）、偏移阻抗特性

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成Zzd2Zzd1RjXo圖3-6偏移阻抗特性圓ZJ圓心位于:半徑為:絕對值比較原理:Zzd1-ZJ1Zzd2Zzd1RjXo圖3-7偏移阻抗特性圓ZJ1ZJ1-Zzd2Zzd1-ZJ2ZJ2-Zzd2ZJ2相位比較原理:2）、偏移阻抗特性的特點和應用

最靈敏角：一般等于阻抗角；偏移特性的偏移率

；主保護（測量式需配方向元件或模阻抗元件）和后備保護中（距離Ⅲ）。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成3）、方向阻抗特性

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成圓心位于:半徑為:絕對值比較原理:相位比較原理:|Zzd/2|Zzd/2ZzdRjXo圖3-8方向阻抗特性圓ZJ方向特性的阻抗元件一般用于距離保護的主保護段（I段和II段）中4）、上拋阻抗特性

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成圓心位于:半徑為:上拋阻抗特性的動作方程與偏移阻抗特性的動作方程式具有完全相同的形式，不同之處在于Zzd2值不同而已。上拋特性的阻抗元件通常用在發(fā)動機的失磁保護中。（Zzd1＋Zzd2）/2Zzd2Zzd1RjXo圖3-10上拋阻抗特性圓ZJ|Zzd1－Zzd2|/25）、特性圓的偏轉

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成動作的范圍是180o時測量元件的動作特性仍是圓，只是發(fā)生偏轉而已。自適應距離特性呈現(xiàn)這種特性。圖3-11特性圓的偏轉Zzd2Zzd1RjXoα＝-30oα＝-15oα＝0oα＝30oα＝15oα＝0o相位比較原理:2、蘋果形和橄欖形阻抗元件

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成圖3-11特性圓的偏轉Zzd2Zzd1RjXoα＝-30oα＝-15oα＝0oα＝30oα＝15oα＝0o相位比較原理:＝＝》Zzd-ZJ1ZzdRjXZJ1Zzd1-ZJ2ZJ2相位比較原理:3、直線特性的阻抗元件

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－－3.2距離保護的基本原理與構成相位比較原理:通用相位比較原理:1)電抗特性jXZJj2XzdjXzdo圖3-13電抗特性RZJ-j2XzdZJ-

jXzd12α3、直線特性的阻抗元件

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成相位比較原理:通用相位比較原理:2)電阻特性

jXZJ2RzdRzdo圖3-14電阻特性RZJ-2RzdZJ-

Rzd12θ3、直線特性的阻抗元件

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成相位比較原理:3)方向特性

ZJ-ZzdZJ+ZzdjXZzdo圖3-15方向特性R－ZzdZJ動作的范圍是180時測量元件的動作特性仍是直線，只是發(fā)生偏轉而已；否則形成折線。4、多邊形特性的阻抗元件

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成一般通過解析方程，來組合生成。圖3-16多邊形特性(a)XzdoZzd2RzdRjX12abzZJ(b)XzdoRzdRjXα1ZJα2α3α4α1α2α4α3(a)四邊形特性；(b)準四邊形特性θ5、復合特性的阻抗元件

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－－3.2距離保護的基本原理與構成RjX(a)oRjX(b)oR(a)ojXRjX(d)oRjX(e)o(c)(f)oRjX圖3-17幾種較為常用的復合特性(a)方向圓與電抗特性的復合；(b)方向圓與上拋圓的復合；(c)方向圓與偏移圓的復合；(d)四邊形與圓特性的復合；(e)圓與直線特性的復合；(f)四邊形與方向特性的復合6、絕對值比較與相位比較之間的相互轉換

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.2距離保護的基本原理與構成＝＝》ZDZAZBZCZDZAZBZC1、直接絕對值和相位比較的實現(xiàn)方法數(shù)字化保護裝置中已經(jīng)與集成電路型大不相同，在此不詳細介紹了。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法2、電壓相位法實現(xiàn)的故障區(qū)段判斷基本原理：工作電壓又稱補償電壓（一般不變）；極化電壓（參考電壓）的不同具有不同的動作特性。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法2、方向阻抗特性方向阻抗特性的優(yōu)點是測量元件本身具有方向性；測量阻抗ZJ都落在坐標原點附近，都處于動與不動的邊沿狀態(tài)， 即有可能出現(xiàn)正向出口短路拒動或反向出口短路誤動的情況。通過電壓的比較實現(xiàn)距離的測量和比較；特性分析需轉化為阻抗特性來分析。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法2、以正序電壓為極化電壓的測量元件

為消除出口死去，引入正序電壓作極化電壓量；三相電壓組合而成的，即在不對稱短路時，正序電壓中自然包括了非故障相的電壓，用它來作為極化電壓，就相當于在極化電壓中引入了非故障相電壓。構成極化電壓的正序電壓，也應該隨著故障類型和相別的不同而不同，它的選取方式應該與測量電壓的選取方式一致。故障前后電壓相角變化不大。南瑞繼保采用此方案。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法3、正序電壓的變化分析

A相單相接地短路：AB相兩相接地短路：AB相兩相短路：ABC三相對稱性短路：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、正序電壓為極化的動作特性的分析

正序電壓作為極化電壓時

的分析公式：單相接地故障時：保護安裝處的正序電壓：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、正序電壓為極化的動作特性的分析

保護安裝處的正序電壓：假設系統(tǒng)各部分阻抗的阻抗角都相等，則為大于0的實常數(shù)，它的存在不會對比相有任何影響，則動作條件又可以表示為：

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－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、正序電壓為極化的動作特性的分析

動作域：Zzd-ZJ－ZM1ZzdRjXo圖3-22正序電壓極化的測量元件在正向故障時的動作特性ZJZJ＋ZM1出口故障可靠動作；該偏移圓的直徑要大得多，因而其耐受過渡電阻得能力要比方向阻抗強；動作區(qū)域包括原點并不意味著會失去方向性。

3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、正序電壓為極化的動作特性的分析

反向故障時保護安裝處的測量和正序電壓：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、正序電壓為極化的動作特性的分析

動作域：反向出口短路時，測量阻抗在原點附近，遠離動作區(qū)域，可靠不動。反向遠處短路時，測量阻抗本身位于第三象限，不可能落入動作圓內，所以也不會動作。這表明，正序電壓極化的測量元件具有明確的方向性。

RjXo－ZJZzd3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法4、電壓相位法實現(xiàn)的故障區(qū)段判斷多相故障（兩相接地、兩相不接地、三相短路）情況下，故障相測量元件的動作特性可采用同樣思路分析；假設：故障系統(tǒng)兩側電源的電動勢完全相等、各個部分的阻抗角都完全相同、Kc為實數(shù)，實際情況下，會有偏轉；優(yōu)點：

測量和區(qū)域判斷一體；具有許多優(yōu)良的自適應性能。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法解決出口三相故障？ 可根據(jù)系統(tǒng)短路時，短路前后母線電壓的相位基本不變這一特點，利用故障前的記憶電壓，作為測量元件的極化電壓。5、以記憶電壓為極化電壓的測量元件

動作的條件為：空載條件下：阻抗動作表達式：與正序電壓極化的測量元件一樣，記憶電壓極化的測量元件在正向出口短路時，測量阻抗明確地落在動作區(qū)內，能夠可靠地動作，耐受過渡電阻得能力也比方向阻抗強。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法反向故障，同理可推出：5、以記憶電壓為極化電壓的測量元件

動作的條件為：空載條件下：阻抗動作表達式：記憶與不對稱正序一致；短時有效，需要入段固定的處理策略。3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法動作的方程為：正向故障時阻抗特性：6、零序電抗型的測量元件jXZzd-Zdo圖3-24零序電抗特性R動作的特性將進一步下傾動作的特性將上翹3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法動作的方程為：反向故障時的阻抗特性：6、零序電抗型的測量元件jX－ZzdZdo圖3-25零序電抗特性反向故障時的動作區(qū)RZJ零序電抗特性不具備方向性；在防止距離繼電器穩(wěn)態(tài)超越時應用，與基本距離繼電器組成復合繼電器3、電網(wǎng)距離保護

－－3.3距離保護的實現(xiàn)方法只有實際的測量電流在最大和最小精確工作電流之間，電壓大于最小精確工作電壓時，三段式距離保護才能準確的配合，其誤差已考慮在可靠系數(shù)中。7、精確工作電流、電壓3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價1、距離保護的整定計算

圖3-26距離保護各段動作區(qū)域示意圖

G

~

G

~RjX2134jXRCABD3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價1）、距離保護第I段的整定應該按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定：可靠系數(shù)取0.8～0.85.2）、距離保護第II段的整定考慮分支系數(shù)的影響；與相鄰線路距離保護I段相配合：與相鄰變壓器的快速保護相配合：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價2）、距離保護第II段的整定靈敏度校驗. 距離保護的II段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足：

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－－3.4整定計算和評價3）、距離保護第III段的整定按與相鄰線路距離保護II或III段配合整定：按與相鄰變壓器的電流、電壓保護配合整定:按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定:3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價3）、距離保護第III段的整定作為近后備時，按本線路末端短路校驗：作為遠后備時，按相鄰設備末端短路校驗：3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價4）、距離保護邏輯示意圖5）、距離保護的時限特性3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價2、距離保護的評價3、電網(wǎng)距離保護

－－3.4整定計算和評價保護區(qū)穩(wěn)定、靈敏度高、受運行方式影響??；不能做到全線速動；在元件保護中作為阻抗元件應用；理解和分析比較難，做好不容易。1、振蕩閉鎖的概念

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－－－3.5振蕩閉鎖功角周期型變化；分靜穩(wěn)破壞和動穩(wěn)破壞；不是故障，希望保護不動作；電流電壓周期型變化；距離保護、（電流保護，一般不用）。1、振蕩閉鎖的概念

3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖看波形2、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響

3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖1）、振蕩時的阻抗軌跡3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖2）、特點3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖電力系統(tǒng)振蕩時，距離保護的測量元件有可能因測量阻抗進入其動作區(qū)而動作；對稱性；周期性；相比故障，變化速率慢。3、振蕩閉鎖（開放）元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖要求：振蕩無故障不誤動；振蕩不對稱故障選相跳閘；振蕩三相故障，帶延時跳閘。檢測元件：突變量元件啟動短時開放；穩(wěn)態(tài)量啟動直接進入振蕩閉鎖模塊；靜穩(wěn)檢測元件。3、振蕩閉鎖（開放）元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖阻抗變化率（大圓套小圓或遮擋線原理）3、振蕩閉鎖（開放）元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.5振蕩閉鎖不對稱開放條件：對稱開放條件：其他開放條件等。1、選相作用3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相準確測量；分相出口。2、相電流差突變量選相元件先計算三個突變量的有效值并找出其大小順序。利用（大－中）<<（中－?。┻@一判據(jù)，可以將單相接地和兩相短路接地很好地區(qū)分出來。2、相電流差突變量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相故障時突變量特征分析故障A-G0B-G0C-G0表2：兩相相間短路接地故障BC-GCA-GAB-G表1：單相接地2、相電流差突變量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相2、相電流差突變量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相模量計算，簡單、快速；靈敏度高，尤其是區(qū)分單相和兩相故障；多用于快速段；在機端，當正、負序阻抗不同時，靈敏度受影響；相電壓差突變量選相元件可以得出同樣的結論：弱饋，電壓波形比電流好（暫態(tài)分量、包含等）。3、穩(wěn)態(tài)量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相不同故障下正、零和負序的相位關系A相接地

B相接地

C相接地圖1單相接地短路時序分量相位關系圖3、穩(wěn)態(tài)量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相不同故障下正、零和負序的相位關系BC相接地CA相接地AB相接地圖1兩相接地短路時序分量相位關系圖3、穩(wěn)態(tài)量選相元件3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相序分量選相原理序分量選相中接地故障采用零、負序分量的相對相位關系結合阻抗選相，不接地故障采用阻抗選相。序分量選相是根據(jù)不同故障情況下負序及零序電流相對相位來確認的，相區(qū)的劃分如下圖所示：3、穩(wěn)態(tài)量選相元件 超前的相角（度）可能的故障類型（1）－30～＋30A,BC（2）＋90～＋30AB（3）＋150～＋90C,AB（4）－150～＋150CA（5）－90～－150B,CA（6）－90～－30BC

上面（2）、（4）、（6）為單一故障相別的相區(qū)，直接確認為相應的相間故障，在（1）、（3）、（5）相區(qū)包含單相和相間兩種故障類型，由于兩種故障類型的相別總是不相關的，采用相間阻抗排除法，即如果保護裝置測量到的相間阻抗值在整定的相間阻抗范圍內，則確認為是相間故障，否則，確認為相應的單相接地故障。采用相間阻抗排除法的原因是相間阻抗元件對于兩相故障總能準確動作。3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.6選相1、短路點過渡電阻對測量元件的影響

3、電網(wǎng)距離保護

－－－3.7特殊問題拒動；穩(wěn)態(tài)超越。1）單側電源線路上過渡電阻的影響：RgZC之

G

~A（a）BBjXRRjXA圖3-43單側電源線路過渡電阻的影響ZJC(b)（a）系統(tǒng)示意圖；(b)對不同安裝地點的距離保護的影響Rg2、短路點過渡電阻對測量元件的影