華電-電力系統(tǒng)繼電保護課件

1、1/77,第 3 章 電網的距離保護,2/77,一、距離保護基本原理 二、阻抗繼電器動作特性及其實現方法 三、距離保護的整定計算 及對距離保護的評價 四、距離保護的振蕩閉鎖 五、故障類型判別及故障選相 六、距離保護特殊問題的分析 七、工頻故障分量距離保護,3/77,第3.1節(jié) 距離保護基本原理及構成,電流保護：反映故障電流大小。 簡單、經濟、工作可靠，但是，受系統(tǒng)運行方 式變化的影響較大，難以滿足高壓和超高壓電網快 速、有選擇性地切除故障的要求。 一般適用于35kV及以下電網。 因此，還需要研究其他方式的保護，以便克服 電流保護的不足。,4/77, 過電流保護 低電壓保護 阻抗（距離）保護 縱

2、聯(lián)差動保護(高頻、微波、光纖) 零序或負序分量保護 瓦斯保護、過熱保護等,短路的主要特征歸納： 1）電流增大 2）電壓降低 3）阻抗減小 4）兩側電流大小和相位的差別 5）不對稱分量出現 6）非電氣量,5/77,所以，還能反映短路點到保護安裝處的距離 lm ，因此，也稱為：距離保護。,對于輸電線路，由于,3.1.1 距離保護基本原理與構成 利用保護安裝處測量電壓和測量電流的比值 所構成的繼電保護方式稱為阻抗保護，,如果計算出具體的數值，還具有測距的功能。,6/77,依據測量阻抗在不同情況下的“差異”，保護就 能夠區(qū)分出系統(tǒng)是否發(fā)生故障，以及故障發(fā)生的 范圍正向及范圍，或反向。,正比關系（三個短

3、路點位置的例子）,7/77,距離保護的保護范圍和靈敏度受運行方式的影響 較小，尤其是距離保護段的保護范圍比較穩(wěn)定， 同時，還具備判別短路點方向的功能。,二者幾乎反映了同一個性質。 細微的區(qū)別：一個側重保護的范圍； 另一個側重具體的測量數值。,8/77,既然是復數，就可以用極坐標或直角坐標的形式來表示。,9/77,測量阻抗具有以下的“差異”： 1）系統(tǒng)正常運行時,10/77,2）短路時,將二者以及其它的阻抗情況用直角坐標系表示出來，并標注出橫軸和縱軸的物理含義，于是，出現了R-X復平面，這樣，可以更直觀地了解測量阻抗與動作范圍的關系。,11/77,似乎設計為這 樣的判別區(qū)域,12/77,似乎設計

4、為這 樣的判別區(qū)域,但通常設計為 一個“面”的區(qū)域,13/77,因此，通常將阻抗繼電器的保護范圍擴大為一個 面或圓的形式。當測量阻抗落在這個范圍內時，阻 抗元件動作；否則不動作。 這個保護范圍的邊界叫做：整定阻抗。用下面的 符號表示：,設計為一個“面（區(qū)域）”的理由 考慮到二次側的測量阻抗受下列因素影響： 1）電流、電壓互感器誤差； 2）輸電線路阻抗角的角度差； 3）過渡電阻的影響等（后面再分析）。,14/77,3.1.3 距離保護的接線方式 接線方式 采用何種測量電壓和測量電流？ 希望或要求： 1）能夠反映短路點到保護安裝處的正序阻抗； 2）適合于任何的短路類型。 但遺憾的是，到目前為止，還

5、沒有一種接線方式 能夠同時滿足上述的 2個要求。 同學們可以探索更好的接線方式！,15/77,經過分析、研究、比較，目前，常用的接線方式 有2種： （1）相間距離 0接線方式。,（2）帶零序補償的接地距離0接線方式。,(仍假設:Cos=1,即A相電壓、電流同相位),16/77,經過分析、研究、比較，目前，常用的接線方式 有2種： （1）相間距離 0接線方式。,（2）帶零序補償的接地距離0接線方式。,(仍假設:Cos=1,即A相電壓、電流同相位),17/77,下面詳細分析接線方式的測量情況。,從K點“往左側看”（右側類似），有：,18/77,從K點“往左側看”（右側類似），有：,下面詳細分析接線

6、方式的測量情況。,左式是一個通用表達式,實際上，正、負、零三序的電壓表達式在任何情況下均反映： K點與M點之間的關系,19/77,由此可以得到：,20/77,21/77,實際上，零序補償系數K代表了多重含義：,單位長度的參數,線路全長的參數,K實際上應當是一個平均值，且為可測量的已知數。,22/77,因此，三相的M點與K點在任何情況下的通用表 達式為：,此時要想得到反映短路點K到保護安裝處M的正序阻抗 Z1，那么，只要進行下面的計算就可以實現：,此式的分析過程還包含了接線方式的產生過程。,帶零序補償的00接線方式,23/77,三相的M點與K點在任何情況下的通用表達式為：,于是，保護的各相測量電

7、壓為：,如果分析或計算A相，那么，應當取A相的電氣量：,24/77,三相的M點與K點在任何情況下的通用表達式為：,于是，保護的各相測量電壓為：,如果分析或計算AB相，那么，應當取AB相的電氣量：,25/77,下面具體分析各種測量阻抗的情況：,（1）正常運行,絕對值大，角度?。ㄒ话阈∮?0度）。,接地阻抗：,相間阻抗：,26/77,（2）三相短路 （以下分析中，無下標m時，均表示為測量量）,27/77,能反映短路點的距離。,28/77,（3）兩相相間短路（設BC相）,29/77,30/77,31/77,C、A相測量阻抗與B相類似分析，絕對值較大。,BC兩相相間短路時，接地測量阻抗：,32/77,

8、（4）兩相接地短路（設BC相） 類似分析，可得：,33/77,（5）單相接地短路（設A相）,34/77,0接線方式的測量阻抗歸納：,包含非故障相的電氣量時，測量阻抗的幅值通常偏大。,35/77,36/77,接地阻抗的 0接線方式,相間阻抗的 0接線方式,接線方式可以反映的故障類型：,阻抗元件為“欠量動作”，故測量阻抗偏大時，影響較小。,37/77,順便說明：在一些特殊情況下，當故障相的測量阻抗動作時，非故障相的測量阻抗（包含非故障相電氣量的測量阻抗）有可能也會動作，為此，在單相故障需要僅跳開單一的故障相時，還需要采用選相元件予以輔助確定。,38/77,3.1.4 距離保護的時限特性 與單電源的

9、電流保護類似： 三段式配置，時限特性設計方法一致。,39/77,3.1.5 距離保護的構成,實際的邏輯相當復雜，尤其是振蕩閉鎖部分。,40/77,3.2 阻抗繼電器及其動作特性 重述一遍：考慮到二次側的測量阻抗受電流、電 壓互感器和輸電線路阻抗角的角度差等因素影響， 因此，通常將阻抗繼電器的保護范圍擴大為一個面 或圓的形式。當測量阻抗落在這個范圍內時，阻抗 元件動作；否則不動作。 這個保護范圍的邊界叫做：整定阻抗。用下面的 符號表示：,41/77,回顧一下動作區(qū)域,42/77,在距離保護的各種動作區(qū)域中，常用的一種形式是：圓特性。典型的圓特性如下：,方向特性,整定阻抗是圓的直徑（絕對值最大保護

10、范圍最大）,大部分設計為圓內動作,希望：線路阻抗角等 于最大靈敏角。,43/77,在距離保護的各種動作區(qū)域中，常用的一種形式是：圓特性。典型的圓特性如下：,方向圓特性可以判斷： 短路范圍和方向。 但是，出口短路時需要 “記憶”。 這是最常用特性之一。,方向特性,44/77,偏移特性可以判斷：短路范圍，沒有出口死區(qū)。 但是，反方向出口短路會誤動。 通常應用于斷路器合閘時。,偏移特性,45/77,全阻抗特性可以判斷：短路范圍。 但是，沒有方向性。 較少采用。 沒有最大靈敏角的概念。,全阻抗特性,46/77,各種圓特性的動作方程 一、幅值比較動作方程 要點：圓周上任何一點到圓心的距離均等于半徑。 于

11、是有：,或,（直角坐標系）,（極坐標系）,47/77,以偏移阻抗特性為例。,2）再求圓心相量,1）圓的半徑,48/77,的幅值比較動作方程：,49/77,當 = 0 時，就是方向圓的幅值動作方程，即：,當 = 1 時,就是全阻抗圓的幅值動作方程，即：,偏移特性的幅值比較動作方程：,50/77,二、相位比較動作方程 要點：圓周上任何一點到直徑兩端點之間的 夾角均等于90 。,51/77,二、相位比較動作方程 圓周上任何一點到直徑兩端點之間的夾角均等于90 。,52/77,考慮測量阻抗落在另一半的圓周時,53/77,考慮測量阻抗落在另一半的圓周時,54/77,歸納，并確定動作范圍。,55/77,因

12、此，考慮圓周和圓內為動作區(qū)域之后，偏移阻抗特性的相位比較動作方程為：,同樣，有： （1）當=0時，就是方向圓 的相位比較方程。 （2）當=1時，就是全阻抗 圓的相位比較方程。,56/77,整定阻抗不是圓的直徑時，有：,整定阻抗是圓的直徑時，有：,57/77,58/77,按照上述思路，可以得到任意圓特性的幅值比較和相位比較的動作方程。 微機保護中，較多采用幅值比較的方法。 還可以采用阻抗的幅值比較方法實現功率方向的直線特性，如下圖。,59/77,紅線以下為動作區(qū)域時，,“或”依據Zm落在動作區(qū)域時，誰大誰小確定！,60/77,此方法還可以應用于電流保護的功率方向元件中。,61/77,回顧一下功率

13、方向元件：,動作方程用“阻抗”表示時，有：,上述的分析方法還可以應用于電流保護中的功率方向元件。,62/77,功率方向元件動作區(qū)域的拓展： （非900的動作區(qū)域）,動作區(qū)域,動作區(qū)域,63/77,另外，兩個或多個的園特性還可以構成“與”、“或”的關系，組合出其它特性。,橄欖型特性 蘋果型特性,（兩圓“與”） （兩圓“或” ）,64/77,還有如下的特性：,提高Zset定值（保證靈敏度），另外，加電阻線來防止負荷情況下的誤動。,65/77,多邊形特性常用特性之一 （淡化了最大靈敏角的概念）,與園特性比較，多邊形特性的保護范圍、耐過渡電阻能力容易兼顧。,66/77,3.3 阻抗元件的實現方法,67

14、/77,一、微機距離保護中幅值比較的實現,在微機保護基礎課程中，將介紹：來自TV的測量電壓和來自TA的測量電流，通過各自的模擬量輸入回路，經過低通濾波、采樣保持、A/D轉換后變?yōu)橄鄳臄底至浚缓蟛捎靡欢ǖ臄底譃V波算法，計算得到相應的相量。,當然，測量電壓、測量電流應當與接線方式對應。,68/77,（同乘以）,69/77,所以，利用測量阻抗中的電抗分量，還可以實現故障距離的測量（測距），即：,代入通用表達式：,或：,1、園特性,對于架空輸電線路，存在：,70/77,考慮誤差,2、多邊形特性,71/77,二、阻抗繼電器的精確工作電壓與精確工作電流 非計算機構成的阻抗繼電器，都需要克服一個動作門檻

15、，而計算機實現的方式也會由于下面的情況造成測量誤差（以電抗為例）。,由于電流測量有誤差（相對、絕對誤差），導致出現：,72/77,當電流很小時，會極大地影響了電抗的測量（上式還應當考慮對分子的影響）。 因此，都需要限定一個最小的測量電流 稱為最小精確工作電流，簡稱精工電流。,繼電保護允許的最大誤差10%,電流工作的范圍,73/77,在微機保護中，影響最小精確工作電流、最大精確工作電流的主要原因：,：變換器的傳變特性、 A/D的位數及其量化誤差、 噪聲、 計算過程的有效位數等。,：變換器的飽和特性影響等。,線路保護設計規(guī)范（2007年發(fā)布）的要求： 在（0.0520）IN 或者（0.140）IN

16、 時測量誤差不大于5。,74/77,動作阻抗實際的動作 邊界,測量阻抗接線方式的 計算值,幾個阻抗術語的區(qū)別,整定阻抗用于確定希望 構成的動作區(qū)域,75/77,理論上，當計算量都是故障的電氣量時，有：,這是一個理想的、純工頻穩(wěn)態(tài)量的情況。實際上，暫態(tài)的成分是十分復雜的，存在諧波、非周期分量、計算誤差等因素的影響，因此，測量有誤差。,76/77,為此，規(guī)定：整定值處的允許裝置誤差為5%！, 5%稱為暫態(tài)超越范圍,可動， 可不動,(限定誤差)！,77/77,動作速度的考核,標準規(guī)定： 高壓線路無延時保護的動作速度不大于30ms,78/77,設相位比較方程為：,幅值比較方程、相位比較方程之間的相互轉

17、換,設幅值比較方程為：,79/77,設相位比較方程為：,幅值比較方程、相位比較方程之間的相互轉換,設幅值比較方程為：,合并90度的角度比較后，有：,動作量,制動量,兩種方程的邊界是一致的。,80/77,設相位比較方程為：,設幅值比較方程為：,81/77,設相位比較方程為：,設幅值比較方程為：,82/77,設相位比較方程為：,設幅值比較方程為：,83/77,設相位比較方程為：,84/77,綜合上述分析，可知：,因此，若?。?則幅值比較方程與相位比較方程是一致的。,85/77,同樣，若已知幅值比較方程為：,可得：,二者存在互換關系,86/77,二者之間的互換關系可以歸納為：,及,在第一章的電流方向保護中，功率方向元件的幅值比較、相位比較的轉換關系與此類似。 學習距離保護之后，再回頭去理解功率方向元件，就更容易理解，也更鞏固了。,87/77,三、整流型距離保護中幅值比較的實現 以方向阻抗特性為例，動作方程為：,同乘以 后，得到電壓量的比較方程：,88/77,方向阻抗繼電器(圓)的電壓形成回路(非微機),(降低電壓),(形成電壓量，便于連接),89/77,方