電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第2版）課件：電網(wǎng)的距離保護(hù)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第2版）

電網(wǎng)的距離保護(hù)第一節(jié)距離保護(hù)的基本原理一、距離保護(hù)的作用原理?電流保護(hù)的缺點(diǎn)：與運(yùn)行方式、故障類型關(guān)聯(lián)較大，在高壓電網(wǎng)難以同時(shí)滿足選擇性、靈敏性以及快速切除故障的要求。?距離保護(hù)特點(diǎn)：反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗(距離)，與運(yùn)行方式和故障類型無關(guān)。?距離保護(hù)核心元件阻抗繼電器是低量動(dòng)作的，

即：測(cè)量阻抗ZK

小于整定阻抗Zset

保護(hù)動(dòng)

作(故障落在保護(hù)范圍內(nèi))。k點(diǎn)發(fā)生金屬性三相短路時(shí)Zm

=

=

Zk

(4-3)通過適當(dāng)選擇距離保護(hù)的接線方式，可以使Zm

=Zk

=Z1l

(4-4)保護(hù)的測(cè)量阻抗在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)Zm

=

Zm

==

ZL圖4-1距離保護(hù)的作用原理圖(4-1)(4-2)短路時(shí)測(cè)量阻抗有以下特征：(1)由保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗Zm

能區(qū)分線路在正常狀態(tài)還是故障狀態(tài)，兩種狀態(tài)下測(cè)量阻抗在幅值和角度上均有明顯的差別；(2)由保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗Zm

能區(qū)分故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，故障點(diǎn)離保護(hù)安裝處的距離越遠(yuǎn)，測(cè)量阻抗越大，反之，測(cè)量阻抗越??；(3)金屬性短路時(shí)的測(cè)量阻抗只與故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離有關(guān)，而與系統(tǒng)運(yùn)行方式無關(guān)。二、距離保護(hù)的動(dòng)作特性圖4-2距離保護(hù)的動(dòng)作特性Z

=K(ZE

?F

+Z

et

.2

)=0.8[ZE

?F

+(0.8~0.85)ZF

?G

]sΙ?III段：躲開正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗?時(shí)限特性：與三段電流保護(hù)類似以保護(hù)1為例整定原則：(4-5)(4-6)Z

et?1

=

K

el

ZE

?FrΙsΙ?II段：?I段：用來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障。能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)定出故障方向和距離，并與預(yù)先設(shè)定的保護(hù)范圍相比較。在電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，距離保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作。電壓回路斷線時(shí)應(yīng)該將保護(hù)閉鎖，以防止出現(xiàn)誤動(dòng)。實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)各個(gè)部分之間的邏輯配合以及三段式距離保護(hù)中各段之間的時(shí)限配合。保護(hù)動(dòng)作時(shí)接通跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。三、距離保護(hù)的構(gòu)成1、啟動(dòng)部分2、測(cè)量部分3、振蕩閉鎖部分

4、電壓回路斷線閉鎖部分

5、配合邏輯部分6、出口部分第二節(jié)距離保護(hù)的接線方式阻抗元件

接線方式MMMU!mI!mU!mI!mU!mI!m相間距離保護(hù)的0接!線U!ABI!A

BU!I!B

CU!I!C

A接地距離保護(hù)接線U!AI

+

K3I!U!I

+

K3I!U!I

+

K3I!根據(jù)距離保護(hù)的工作原理，加入保護(hù)的電壓U!

和電流

I!m

m應(yīng)滿足以下要求：(1)測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離；(2)測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護(hù)范圍不隨故障類型而變化。表4-1

距離保護(hù)采用不同接線方式時(shí)，接入的電壓和電流關(guān)系一、對(duì)接線方式的基本要求C

0B

0A

0BCCAC3B21二、相間距離保護(hù)的0°接線方式1．三相短路2．兩相短路3．中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路三個(gè)阻抗元件的測(cè)量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，三個(gè)阻抗元件均能正確動(dòng)作。三相短路時(shí)，保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓應(yīng)為U!AB

=

U!A

?

U!B

=

I!A

Zl

l

?

I!B

Zl

l

=

(I!A

?

I!B

)Zl

lZ

=

=

Z1

l1)M(3此時(shí)M1

的測(cè)量阻抗為圖4-3三相短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析1．三相短路(4-8)(4-7)M1

的測(cè)量阻抗為:

Z

=

=

Z1

l

(4-

10)M1

能正確動(dòng)作。對(duì)阻抗元件M2

和M3

而言，其測(cè)量阻抗必然大于M1

的測(cè)量阻抗，所以一般不會(huì)起動(dòng)。同理，B－C短路，M2

起動(dòng)；C

－A短路，M3

起動(dòng)。因此，要接3個(gè)阻抗繼電器分別反應(yīng)不同的相間故障。1)M(2故障環(huán)路的電壓為:

U!AB

=I!A

Zl

l

?I!B

Zl

l

=(I!A

?I!B

)Zl

l

(4-9)圖4-4A－B兩相短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析2．兩相短路3．中性點(diǎn)直接接地電?中的兩相接地短路圖4-5A－B兩相接地短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析U!A

=

I!A

ZL

l

+

I!B

ZM

l!#U!

=

I!

Z

l

+I!

Z

l$"#阻抗元件M1

的測(cè)量阻抗為:Z

＝

BBBBBBBBBBBBBBBMALBB設(shè)以ZL

表示輸電線單位長度的自感阻抗，ZM

表示單位長度的互感阻抗，則單位長度的正序阻抗為Z1

=

ZL

?

ZM

，保護(hù)安裝地點(diǎn)的故障相電壓為:M1測(cè)量阻抗與三相短路相同，也能正確動(dòng)作。M2、M3測(cè)量阻抗較大，一般不起動(dòng)。(4-12)＝

(ZL

?ZM

)l

＝

Z1l(4-11)A

B

A

B三、接地距離保護(hù)的接線方式假設(shè)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離為l

，被保護(hù)線路單位長度的正序、負(fù)序、零序阻抗為Z1

、Z2、

Z0

，一般認(rèn)為Z1=Z2

。i按照對(duì)稱分量法，保護(hù)安裝處的母線電壓UA

，故障點(diǎn)的電壓kA

和電流A

可分解為：IiUiU!

=

U!

+

U!

+

U!

"IA

=IA1+IA2+IA0

#U!

=

U!

+

U!

+

U!

$.

.

.

.

$AAAAAAAA1A0A0A2A2A1A1AkA

k

1

k

2

k

0

%$(4-13)根據(jù)各序的等效網(wǎng)絡(luò)，可得保護(hù)安裝處母線上的A相電壓為：U!

=

U!

+

A1

Z

l

+U!

+

A2

Z

l

+U!

+

A0

Z

l=

U!kA

+[(

A1

+

A2

+

A0

)+3

A0

]Z1

l

(4-

14)設(shè)零序電流補(bǔ)償系數(shù)K

=Z0

?

Z1

，則保護(hù)安裝處母線的三相電壓可表示為：3Z

11I?I?I?I?I?I?I?U!A

=

U!kA

+(

A

+K3

0

)Z1

l

"$

U!B

=

U!kB

+(

B

+K3

0

)Z1

l

$#$%I.I.I.I.U!C

=U!kC

+(C

+K30

)Z1

l$I.I.A

k11k21k00(4-15)以下分析各種接地短路時(shí)保護(hù)的測(cè)量阻抗：1.單相接地短路2.兩相接地短路3.三相接地短路1.單相接地短路以A相為例，在發(fā)生金屬性接地短路時(shí)，kA

=

0

，

因此M1

的測(cè)量阻抗為U!

(4-16)M1

能正確地測(cè)量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，并與相間短路的阻抗元件所測(cè)量的阻抗值相同。此時(shí)B相和C相的測(cè)量阻抗與負(fù)荷阻抗差別不大，一般不會(huì)動(dòng)作。UiZ

＝

I!

+

3I!

=

Z1

lAAAAAAAA00AKA1)M(1i

i以A-B兩相接地短路為例，UkA

=

UkB

=

0

，由式(4-15)可以得到i

!Z

1)

=

=

Z

l#"

(4-

17)Z

=

i

i

=

Z1

l

#IB

+

K3I0

$#)))))))))BB)Ui2,1M(1111,M(1M1和M2均能正確動(dòng)作，此時(shí)M3一般不會(huì)動(dòng)作。IA

+

K3I0

#2.兩相接地短路3.三相接地短路三相對(duì)稱性短路時(shí)，故障點(diǎn)的各相電壓均為零，i

i

iUkA

=UkB

=UkC

=0即所以三相的阻抗元件M1

、M2

、M3

均能正確動(dòng)作，測(cè)量阻抗同樣是Z1l

。第三節(jié)阻抗元件及其動(dòng)作特性利用復(fù)數(shù)平面來分析阻抗元件的動(dòng)作特性，在分析中運(yùn)用到三個(gè)阻抗值：1、測(cè)量阻抗

Zm2、整定阻抗Zset3、起動(dòng)阻抗

Zact一、圓和直線特性的阻抗元件1．圓特性的阻抗元件2．直線特性的阻抗元件圖4-6圓特性阻抗元件的動(dòng)作特性(a

)幅值比較式的分析(b)相位比較式的分析圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，而圓外為不動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗位于圓周上時(shí)，阻抗元件剛好動(dòng)作，對(duì)應(yīng)此時(shí)的阻抗就是起動(dòng)阻抗Zact

。1．圓特性的阻抗元件(1)幅值比較方式如圖4-6(a

)所示，動(dòng)作方程為Zm

?(Zset

1

+Zset

2

)三(Zset

1

?Zset

2

)(4-18)上式兩端乘以測(cè)量電流

I!m

，考慮到

I!m

Zm

=

U!m

，有Um

?Im

(Zset

1

+Zset

2

)

Im

(Zset

1

?

Zset

2

)三(4-19)270≥arg

≥90

變?yōu)殡妷合辔槐容^形式：??Um

?Im

Z

set1ooooooooo(2)相位比較式如圖4-6(b)所示。阻抗元件的動(dòng)作方程為：270o

≥arg

?

?

set

2

≥90oUm

?Im

Z(4-20)(4-21)圖4-7幅值比較式與相位比較式之間的關(guān)系它們之間的關(guān)系符合下式：(3)幅值比較式和相位比較式的互換關(guān)系

=

+

??A?B?C??

?

?

?D

=B

?A

??(4-22)還常常采用以下兩種圓特性的阻抗元件：(1)方向阻抗元件在上述的偏移特性中，如果令Zset1=

Zset

，Zset

2

=

0

則動(dòng)作特性變化成方向圓特性，如圖4-8所示。特性：以整定阻抗Zset

為直徑而通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)圓。(2)全阻抗元件在偏移特性中，如果令Zset

1

=

Zset

，Zset

2

=

?Zset

則動(dòng)作特性變化成全阻抗圓特性，如圖4-9所示。特性：以保護(hù)安裝處為圓心，以整定阻抗

Zset

為半徑所作的一個(gè)圓。圖4－8方向阻抗元件的動(dòng)作特性(a)幅值比較式；(b)相位比較式(1)方向阻抗元件相位比較式動(dòng)作方程為：270

≥

arg

≥

90ooooooooo幅值比較式動(dòng)作方程為：1

?三

I

Z

2

m

set方向阻抗元件?

1

?U

?

I

Zm

2

m

set(4-24)(4-25)圖4-9全阻抗元件的動(dòng)作特性(a)幅值比較式；(b)相位比較式(2)全阻抗元件270≥arg

≥90(4-27)oooooooooooo相位比較式動(dòng)作方程為：幅值比較式動(dòng)作方程為：Um三I

Zm

set全阻抗元件(4-26)圖4-10直線特性阻抗元件的動(dòng)作特性(a)幅值比較式；(b)相位比較式；測(cè)量阻抗Zm

位于直線的左側(cè)為動(dòng)作區(qū)，右側(cè)為不動(dòng)作區(qū)。2．直線特性的阻抗元件直線特性的阻抗元件相位比較方式的動(dòng)作方程為

：直線特性的阻抗元件幅值比較方式如圖4-10a所示?Um??m

set

m三270o

≥

arg

≥

90o起動(dòng)的條件可表示為：變?yōu)殡妷旱谋容^：m

set

mZ

三2Z

?Z

2I

Z

?

UUm

?Im

Z(4-28)(4-30)(4-29)set??根據(jù)直線在阻抗復(fù)平面上位置和方向的不同，直線特性可以有電抗特性、電阻特性和方向特性等具體特例。直線左側(cè)

為動(dòng)作區(qū)對(duì)于(a

)取Zset

=

jXset

，當(dāng)Zm

的電抗部分<Xset

時(shí)動(dòng)作對(duì)于(b)

取

Zset

=

Rset

，當(dāng)

Zm

的電阻部分<

Rset

時(shí)動(dòng)作圖4-11具有電抗和電阻特性的阻抗元件(a

)電抗特性；(b)電阻特性直線下方

為動(dòng)作區(qū)幅值比較方式起動(dòng)的條件為：Z

?Z

三Z

+Z

Um

?Im

Z0

三Um

+Im

Z0

相位比較方式的動(dòng)作方程為：i270

≥

arg

≥

90°°°°°°°°°?方向阻抗元件，當(dāng)Zset

→

∞

，圓特性就蛻變?yōu)橐粭l直線，其含義是當(dāng)測(cè)量阻抗是正方向，不管多大，都能動(dòng)作。(如圖4－12)(4-31)(4-33)(4-32)????m0

m00(a

)幅值比較式；(b)相位比較式圖4-12功率方向元件的動(dòng)作特性(a

)方向阻抗元件；(b)功率方向元件圖4-

13

240o

≥θ≥

120o

時(shí)的動(dòng)作特性3．動(dòng)作角度范圍變化對(duì)阻抗元件特性的影響動(dòng)作范圍小

于1800折線透鏡形ü在正常運(yùn)行、正方向區(qū)外故障以及反方向故障時(shí)，

補(bǔ)償電壓實(shí)際上都是保護(hù)范圍末端的真實(shí)電壓，即為補(bǔ)償?shù)絑set

處的電壓。相位上基本與m

同相位，保護(hù)不動(dòng)作。ü當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部金屬性短路時(shí)，補(bǔ)償電壓的相位

與正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)相比較變化了約180o

，不再是保護(hù)范圍末端的真實(shí)電壓。保護(hù)動(dòng)作。U??n

各種圓或直線特性的元件均可用極化電壓Upol與

補(bǔ)償電壓com

進(jìn)行比相而構(gòu)成。對(duì)各種阻抗元件，U?4．阻抗元件的極化電壓和補(bǔ)償電壓的特征均包含有補(bǔ)償電壓??

?Ucom

=Um

?Im

Zset。n

可以認(rèn)為不同特?性的阻抗元件的區(qū)別只是在于所選的極化電壓Upol

不同。?1)當(dāng)以保護(hù)安裝處的母線電壓Um

作為極化量時(shí)，可得到具有方向性的圓特性阻抗元件或直線特性的功率方向元件。在保護(hù)安裝處出口短路時(shí)，阻抗元件因失去極化電壓而出現(xiàn)電壓死區(qū)。??2)當(dāng)以測(cè)量電流Im

作為極化量時(shí)，可得到動(dòng)作特性為包括原點(diǎn)在內(nèi)的各種直線。???3)當(dāng)以Um

和Im

的復(fù)合電壓作為極化量時(shí)，則得到偏移特性的阻抗元件。還可采用非故障相的電壓、正序電壓、零序電流及負(fù)序電流等作為極化量，構(gòu)成各種特性的阻抗元件。?2多邊形動(dòng)作特性可

以看作是直線特性與折線特性的

“與”復(fù)合而成。2能夠同時(shí)兼顧耐受

過渡電阻的能力(

防拒動(dòng))和躲負(fù)荷的能力(防誤動(dòng))。二、復(fù)合特性的阻抗元件圖4-14多邊形特性的阻抗元件三、方向阻抗元件的特性分析v

任何具有方向性的阻抗元件將因加入的電壓

為零而不能動(dòng)作，出現(xiàn)“電壓死區(qū)”。v

為消除死區(qū)，可以利用記憶回路記憶故障前

的電壓，作為測(cè)量元件比相的極化電壓。-對(duì)方向阻抗元件，不采用記憶作用，極化電壓為保護(hù)安裝處的母線電壓k

。-采用記憶回路后，極化電壓將短時(shí)記憶短路前負(fù)?270

≥

arg

≥

90!!!!!!!!!U?荷狀態(tài)下母線電壓UL

的相位，因此在短路瞬間的阻抗元件動(dòng)作條件應(yīng)為?1.保護(hù)正方向短路保護(hù)正方向短路時(shí)系統(tǒng)的接線如圖4-15所示。阻抗元件的測(cè)量阻抗包括短路阻抗和過渡電阻，圖4-15保護(hù)正方向短路時(shí)，分析記憶回路影響的系統(tǒng)接線(4-39)Z

=Z

+R??Uk

=Ik

Z

=

k

(Zs

+

Z)I?E??

?

?

Z

?

Z

?Z

+Zs即k

t

，則Ucom

=Uk

?Ik

Zset

=

set

E?Z

+Z

ULZ

?

Zset

E270o

≥arg

s

?

≥90o?

EIk

=

(Z

+

Zs

)(4-40)?2此特性是包括坐標(biāo)原點(diǎn)的偏移圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。此圓又稱為方向阻抗元件在t=0s的動(dòng)態(tài)特性圓。正方向出口處短路時(shí)，測(cè)量阻抗落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，保護(hù)能夠可靠動(dòng)作。1.保護(hù)正方向短路假定短路前為空載，L

=

，則阻抗元件在t=0s時(shí)的動(dòng)作條件為E?U?270≥arg

s

≥90(4-41)Z

?

Z!!!!!!!!!!!!Z

+Z

set?

動(dòng)態(tài)特性圓雖然包括坐標(biāo)原點(diǎn)在內(nèi)，但并不意味著會(huì)失去方向性，因?yàn)槭?4-41)是在保

護(hù)正方向短路的前提下導(dǎo)出的，不適用于保護(hù)反方向短路的情況。?當(dāng)記憶作用消失后，在穩(wěn)態(tài)情況下阻抗元件的動(dòng)作特性仍是以Z

為直徑所作的穩(wěn)態(tài)圓，如圖4-16虛線所示。圖4-16記憶作用下正方向短路時(shí)阻抗元件的動(dòng)作特性set2.保護(hù)反方向短路保護(hù)反方向短路時(shí)系統(tǒng)的接線及參數(shù)如圖4-17所示。此時(shí)短路電流由對(duì)側(cè)電源供給，仍假定電流的正方向?yàn)閺哪妇€流向被保護(hù)線路，則?

?Uk

=Ik

Z??????

E'Ik

=

(Z

?

Z

)?

?

?

Z

?

Z

?Z

?Zss'圖4-17保護(hù)反方向短路時(shí)，分析記憶回路影響的系統(tǒng)接線(4-42)?o

Z

?

Z

UL

os'270

≥

arg

Z

?

Z

'

≥

90

(4-43)setsetsetsetsetsetsetsetsetE?Ucom

=Uk

?Ik

Zset

=s

t

E''eE'

=Uk

?Ik

Z

=Ik

(Z

?Z)s's'2此特性為以矢量(Z

?

Zset

)

為直徑所作的上拋圓，

圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。當(dāng)反方向短路時(shí)，阻抗元件測(cè)量到的阻抗是?(Zk

+Rt

)

，位于第Ⅲ象限，遠(yuǎn)離動(dòng)作區(qū)域。s'2.保護(hù)反方向短路假定短路前為空載，L

=

，則阻抗元件在t=0s時(shí)的動(dòng)作條件為E?U?270!

≥arg

s

≥90!

(4-44)set

Z

?Z'

Z

?Z?

在反方向短路時(shí)的動(dòng)態(tài)過程中，阻抗元件有

明確的方向性，可靠不

動(dòng)作。?當(dāng)記憶作用消失后，在穩(wěn)態(tài)情況下阻抗元件的動(dòng)作特性仍是以Zset

為直徑所作的穩(wěn)態(tài)圓，如圖4-18虛線所示。圖4-18記憶作用下反方向短路時(shí)阻抗元件的動(dòng)作特性距離保護(hù)的整定計(jì)算及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)第四節(jié)一、距離保護(hù)的整定計(jì)算?采用階梯時(shí)限配合的三段式配置方式1、距離保護(hù)Ⅰ段的整定?躲開下一線路出口處短路保護(hù)1的整定阻抗為：Z

et?1

=

K

el

ZE

?F一般K

Ι

取0.8-0.85?保護(hù)范圍為線路長度的80%-85%；?動(dòng)作時(shí)限為0srΙsΙrel圖4-19整定計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)接線(1)與相鄰線路距離保護(hù)I段相配合Z

=K(ZE

?F

+Kbra.min

Z

set.2

)(2)躲開線路末端變壓器低壓出口處Z

=K(ZE

?F

+Kbra.min

ZT

)Ⅰ含義：變壓器一般采用瞬時(shí)動(dòng)作的差動(dòng)保護(hù)(可以理解為I段)，保護(hù)范圍為元件全長，即變壓器出口，折合成距離保護(hù)的I段定值即是。2、距離保護(hù)Ⅱ段的整定(4-46)(4-47)(3)動(dòng)作時(shí)限的整定當(dāng)保護(hù)1的距離Ⅱ段與保護(hù)2的距離Ⅰ段配合時(shí)，有t

=t

+Δt

(4-48)(4)校驗(yàn)II段靈敏度靈敏系數(shù)定義為：K

=

保護(hù)裝置的動(dòng)作阻抗

具體對(duì)保護(hù)1的距離Ⅱ段而言Ksen

=(4-49)一般要求：K

≥1.25F?EE

?F2Ι1ΙΙ

保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)故障阻抗的計(jì)算值sensensensen3.距離Ⅲ段保護(hù)的整定(1)第Ⅲ段的整定阻抗?躲開正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗UL

?min IL

?max?采用全阻抗特性時(shí)1Z

ΙΙΙ

=

Zrel

Ms

re?采用方向阻抗元件時(shí)(有較好的躲負(fù)荷性能

)Z

t?1

=

ZL

?min

圖4-20

距離保護(hù)第Ⅲ段的整定ΙeΙsΙset

.1

K

ΙΙΙ

K

K

L.minZL

?min

=

??(2)動(dòng)作時(shí)限的整定按照階梯原則整定，應(yīng)比與之配合的相鄰元件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δt

，但考慮到距離Ⅲ段一般不經(jīng)振蕩閉鎖，所以動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)該小于最大的振蕩周期(1.5-2s)。(3)靈敏度校驗(yàn)近后備、遠(yuǎn)后備靈敏度校核，對(duì)保護(hù)1：Z

ΙΙΙset?1Z

+K

ZK

=K

=E

?F

bra.maxnextZ

E

?FZ

ΙΙΙ

set?1sen.1.Rsen.1.L例題：三段式距離保護(hù)1整定計(jì)算?

參數(shù)：已知線路E-F的IL

?max

＝300A，cos

?L

＝0.866，?sen

＝75o

，K

rel

＝0.85

，K

＝0.8

，K

＝1.2，KMs

＝1.5

，

Kre

＝1.15，Δt

=0.5s

，單位線路阻抗為0.4

Ω

/km。ⅠrelⅢrelⅡ(1)相關(guān)元件阻抗計(jì)算E

?FZ

=0.4×40=16Ω

31.5(2)距離Ⅰ段的整定與校驗(yàn)1)

整定阻抗：

ZⅠset?1

=KⅠrel

×ZE

?F

=0.85×12=10.2Ω2)動(dòng)作時(shí)限：t

Ⅰ＝0s3)保護(hù)范圍：保護(hù)本線路全長的85％。TTZ

=

10.5%

×

115

=

44.

1Ω22Z

=0.4×30=12ΩF

?G1(3)距離Ⅱ段的整定與校驗(yàn)1)整定阻抗按下面兩個(gè)原則進(jìn)行整定：a.與相鄰線路F-G保護(hù)3距離Ⅰ段配合(設(shè)

k1點(diǎn)為保護(hù)3的Ⅰ段保護(hù)末端)，如圖4-22所示，即ZⅠset?3

=KⅠrel

×ZF

?G

=0.85×16=13.6Ω保護(hù)1的Ⅱ段整定公式為

Z

?1

=K(ZE

?F

+Kbra?min

×ZⅠset?3

)在k1

點(diǎn)短路時(shí)，與保護(hù)1配合的分支系數(shù)為K

=3

=1

2

=1+s1

E

?FI

I

X11

s2可以看出當(dāng)兩系統(tǒng)阻抗分別取Xs1?min

和Xs2?max

時(shí)，分支系數(shù)為最小，此時(shí)有Kbra?min

=1Z

?1

=K(ZE

?F

+Kbra?min

×Z

?3

)=0.8(12+1×13.6)=20.48ΩsetⅠrelⅡsetⅡrelⅡsetⅡI

I

+I

X

+

X

bra圖4-22例題解答圖b.躲過變壓器低壓側(cè)出口短路(k2

)。在k2

點(diǎn)短路時(shí)，

與保護(hù)1配合的分支系數(shù)為K

=4

=1

2

=1+s1

E

?FI

I

X11

s2同理，分支系數(shù)最小值為Kbra?min

=1。于是Z

?1

=K(ZE

?F

+Kbra?minZT

)=0.8(12+1×

44.1)=44.88Ω以上兩個(gè)原則所得的計(jì)算值取較小者作為距離Ⅱ段整定值，即Z

?1

=20.48ΩsetⅡrelⅡsetⅡI

I

+I

X

+X

bra2)

動(dòng)作時(shí)限

t

＝t

+

Δt

=

0.5s3)靈敏性校驗(yàn)Ksen

===1.71>1.3

滿足要求。(4)距離Ⅲ段的整定與校驗(yàn)1)整定阻抗。UL

?min

取0.9倍的母線額定電壓，母線額定電壓

取110kv的平均額定電壓115kv

，則最小負(fù)荷阻抗為U

0.9

×115I

3×0.3當(dāng)采用全阻抗元件時(shí)，整定值為Z

Ⅲ

=

ZL

?min

=

199.2

=

96.2Ω2)動(dòng)作時(shí)限t

＝max{t,t

}+2Δt=1＋0.5＋0.5＝2.0s7Ⅲ5Ⅲ1Ⅲ3Ⅰ1Ⅱ

K

×KMs

×Kre

1.2×1.5×1.15set?set?set?set?set?set?set?set?set?set?set?set?set?set?1set?set?set?relⅢZ

=L

?min

==199.2ΩL

?minL

?max遠(yuǎn)后備：按F-G線路末端短路(如圖4-22所示的k3

點(diǎn))校驗(yàn)：當(dāng)k3

點(diǎn)短路時(shí)，與保護(hù)1配合的分支系數(shù)最大值為K

=

1

+

Xs1?max

+

ZE

?F

=

1

+

10

+

12

=

1.73s2?min可求得k2

點(diǎn)短路時(shí)，與保護(hù)1配合的分支系數(shù)最大值仍然是1.73。Ksen

?1?R

=

Z

?1

=

96.2

=

1.09

<

1.2

不滿足要求。setⅢKsen

?1?R

=

Z

?1

=

96.2

=

2.42

>

1.2按變壓器T低壓側(cè)出口短路(如圖4-22所示的k2setⅢ3)靈敏性校驗(yàn)近后備：

Ksen

?1?L

＝==8.02>1.5滿足要求。點(diǎn))校驗(yàn)：ZE

?F

+Kbra?max

ZT

12+1.73×44.1ZE

?F

+Kbra?max

ZF

?G

12+1.73×16bra?max

X

30滿足要求即保護(hù)1在采用全阻抗元件時(shí)，作為變壓器T低壓側(cè)出口短路的

Ⅲ段遠(yuǎn)后備不滿足要求。為解決此問題，可采用方向阻抗元件。由cos?L

=

0.866

?L

=

30

，得ooKsen

?1?R(方向阻抗元件)＝Z

=

=

1.54

>

1.2Taxax件m元Z)bK方向阻etⅢset?1(方向阻抗元件)

cos(?sen

??L

)cos(?sen

??L

)cos(75o

?30o

)Z

Ⅲ

＝

Z

?1(全阻抗元件)

＝

Z

?1

=

96.2

=

136ΩsetⅢsetⅢ滿足要求。二、對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)(1)距離保護(hù)可以在多電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保證動(dòng)作的選擇性。除可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)外，還可以作為發(fā)電機(jī)、變壓器等元件的后備保護(hù)。(2)距離保護(hù)與電流、電壓保護(hù)相比較具有更高的靈敏度、更穩(wěn)定的保護(hù)范圍，且受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較小。但是由于接線和算法較復(fù)雜，因而可靠性較低。(3)距離保護(hù)由于只反應(yīng)于線路一側(cè)的電氣量，與其他的階段式保護(hù)如電流保護(hù)相似，不能從線路兩側(cè)瞬時(shí)切除內(nèi)部故障。這在220kV及以上電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，因而不能作為主保護(hù)應(yīng)用。影響距離保護(hù)正確工作的因素及對(duì)策第五節(jié)圖4-23單側(cè)電源線路經(jīng)過渡電阻Rt短路的接線圖?保護(hù)1：Zm?1

=ZE

?F

+Rt?保護(hù)2：Zm?2

=Rt一、短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響1、單側(cè)電源線路上過渡電阻的影響顯然保護(hù)1受Rt

影響較小。?短路點(diǎn)的過渡電阻總是

使阻抗元件的測(cè)量阻抗增

大，從而使保護(hù)范圍縮短。?保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近，

受過渡電阻的影響越大。?保護(hù)裝置的整定值越小，受過渡電阻的影響越大。因此對(duì)短線路的距離保護(hù)

應(yīng)特別注意過渡電阻的影。當(dāng)Rt

較大時(shí)，可能出現(xiàn)Zm?2

已超出保護(hù)2第Ⅰ段整定

的特性圓范圍，Zm?1

仍位于保護(hù)1第Ⅱ段內(nèi)，可能會(huì)導(dǎo)圖4-24過渡電阻對(duì)不同安裝地點(diǎn)距離保護(hù)影響的分析致無選擇性的跳閘。響α

>0,測(cè)量阻抗的電抗部分增大，可能造成保護(hù)拒動(dòng)。α<0,測(cè)量阻抗的電抗部分減小，可能引起保護(hù)誤動(dòng)作。母線E和F上的殘余電壓為保護(hù)2和1的測(cè)量阻抗為?

?U

I

I

I

I

I

ttt2mm

2k'k'k'U

I

I

I

E

FtE

FE

F1mm

1k'k'2.雙側(cè)電源線路上過渡電阻的影響Z

.

==Z

?

+

k

RejαZ

.

==R

=

k

Rejα圖4-25雙側(cè)電源線路經(jīng)過渡電阻短路的接線圖??

?E

k

t

k

E?FU

=I

R

+I'

Z?

?F

k

tU

=I

R?3.克服過渡電阻影響的措施一般地，阻抗繼電器特性在＋R方向所占面積越大，

受過渡電阻影響就越小。(a)網(wǎng)絡(luò)接線

(b)對(duì)不同動(dòng)作特性阻抗元件的影響圖4-26過渡電阻對(duì)不同動(dòng)作特性阻抗元件影響的比較?防止和減小過渡電阻影響的方法(1)采用具有較好抗過渡電阻能力的阻抗繼電器動(dòng)作特性(擴(kuò)大在＋R方向的面積)(2)四邊形的上邊適當(dāng)?shù)叵蛳聝A斜一個(gè)角度,可以防止過渡電阻使測(cè)量電抗減少時(shí)阻抗元件的穩(wěn)態(tài)超越。(3)對(duì)于接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的較大過渡

電阻，可以利用不同動(dòng)作特性的復(fù)合，以便獲得較好的抗過渡電阻性能。二、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖回路1．電?系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律a)相量圖a)各點(diǎn)電壓幅值的變化圖4-29電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電壓的變化(全系統(tǒng)阻抗角相等且h=1)圖4-28電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流幅值的變化(h=1)圖4-27雙側(cè)電源系統(tǒng)接線i

i如以電動(dòng)勢(shì)EM

為參考相量，則EM

=EM

。在系統(tǒng)振蕩時(shí)，可認(rèn)為N

側(cè)系統(tǒng)等值電勢(shì)

EN

圍繞i

iEM

旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。因此EN

落后于EM

的角度δ

在0o

到360o

之間變化設(shè)h

=

表示兩側(cè)系統(tǒng)電動(dòng)勢(shì)幅值之比，則在任意δ

角度時(shí)，兩側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)差可以表示為i此時(shí)由M

側(cè)流向N

側(cè)的電流(又稱為振蕩電流)IM

為iI

=

=

(1

?he

)?

jδ?

jδ?

jδ?

jδ?

jδMiΔ=M

?N

=EM

(1?e)=EM

(1?he

?

jδ)?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδ?jδEiEiEiEN

=

E

e

?

jδ(4-59)(4-61)(4-60)Niii此電流落后于電動(dòng)勢(shì)差EM

?

EN

，有

=

arctg

=

arctg

(4-62)由此可見，振蕩電流的幅值與相位都與振蕩角度δ

有關(guān)。只有當(dāng)δ

恒定不變時(shí)，振蕩

電流才是純正弦函數(shù)。假設(shè)兩側(cè)系統(tǒng)電動(dòng)勢(shì)幅值相等，即h

=1，則振蕩電流的幅值為IM

=

sin

，如圖

4-28

所示。Z

2Σi

i如果輸電線是均勻的，則輸電線上各點(diǎn)電壓矢量的端點(diǎn)沿著直線(UM

?UN

)移動(dòng)。從原點(diǎn)與此i

i直線上任一點(diǎn)連線所作成的矢量即代表輸電線上該點(diǎn)的電壓。從原點(diǎn)作直線(UM

?UN

)的垂線所得的矢量最短，垂足z

所代表的輸電線上那一點(diǎn)在振蕩角度δ

下的電壓最低，該點(diǎn)稱為系統(tǒng)在振蕩角度為δ

時(shí)的電氣中心或稱振蕩中心。此時(shí)系統(tǒng)中M、N

和z

點(diǎn)的電壓幅值隨

δ

變化的曲線如圖4-29(b)所示。UZ

相鄰兩個(gè)過零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為振蕩周期。MM2E

δi

i?當(dāng)全系統(tǒng)阻抗角均相等且兩側(cè)電勢(shì)幅值相等時(shí)，

電氣中心不隨δ

的改變而移動(dòng)，始終位于系統(tǒng)縱

向總阻抗(ZM

+

Zl

+

ZN

)

之中點(diǎn)，電氣中心的名稱即由此而來。?當(dāng)δ

=

180

，振蕩中心的電壓降為零。從電壓電流

的幅值看，這和在該點(diǎn)發(fā)生三相短路類似。?系統(tǒng)振蕩屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)而非故障，繼電保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作切除振蕩中心所在的線路。因此，繼電保護(hù)裝置必須具備區(qū)別三相短路和系統(tǒng)振蕩的能力，才能保證在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下的正確工作。?如果系統(tǒng)各部分阻抗角不相同，那么振蕩中心的位置會(huì)隨著δ

變化而變化，有時(shí)可能移出線路，甚至進(jìn)入變壓器或發(fā)電機(jī)內(nèi)部。!!當(dāng)δ

=

0

時(shí)，Zm

=(?ZM

)?j∞，對(duì)應(yīng)o

點(diǎn)；當(dāng)δ

=180時(shí)，Zm

=ZΣ

?ZM

，等于保護(hù)安裝地點(diǎn)到振蕩中心之間的阻抗；當(dāng)

δ

=

360

時(shí)，Zm

=(?ZM

)+j∞，對(duì)應(yīng)o'

點(diǎn)?？梢?，當(dāng)δ

改變時(shí)，不僅測(cè)量阻抗的數(shù)值在變化，而且阻抗角也在變化，其變化的范圍在(?k

?90)到(?k

+90)之間。!!!!!!!!!ooooo圖4-30系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗的變化(全系統(tǒng)阻抗角相等且h

=1

)2.電?系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響在近似計(jì)算中，假定h

=1且系統(tǒng)和線路的阻抗角相同，則測(cè)量阻抗Zm

隨δ

的變化關(guān)系為Zm

=

ZΣ

?

ZM

=

ZΣ

(1

?

jctg

δ)?ZM將此測(cè)量阻抗Zm

隨δ

變化的關(guān)系，畫在以保護(hù)安裝地點(diǎn)M

為原點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗平面上，

如圖4-30，當(dāng)全系統(tǒng)所有阻抗角都相同時(shí)，測(cè)量阻抗Zm

將在ZΣ

的垂直平分線oo'

上移動(dòng)。設(shè)距離保護(hù)安裝在圖4-27所示的變電所M側(cè)的線路上。根據(jù)前面的分析可知，M

側(cè)阻抗元件的測(cè)量阻抗Zm

為=

ZΣ?

ZM