電網(wǎng)的距離保護(hù)含筆記

1、第一節(jié) 距離保護(hù)的作用原理一基本概念電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：選擇性靈敏性快速性很難滿足要求（尤其35kv以上的系統(tǒng)）。距離保護(hù)的性能比電流保護(hù)更加完善。，反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離距離保護(hù)，它基本上不說(shuō)系統(tǒng)的運(yùn)行方式的影響。二距離保護(hù)的時(shí)限特性距離保護(hù)分為三段式： I段：，瞬時(shí)動(dòng)作主保護(hù)II段：， III段：躲最小負(fù)荷阻抗，階梯時(shí)限特性。后備保護(hù)第二節(jié) 阻抗繼電器阻抗繼電器按構(gòu)成分為兩種：?jiǎn)蜗嗍胶投嘞嗍絾蜗嗍阶杩估^電器：指加入繼電器的只有一個(gè)電壓UJ（相電壓或線電壓）和一個(gè)電流IJ（相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。測(cè)量阻抗ZJ=R+jX 可以在復(fù)平面上分析其動(dòng)作特性它只能反映

2、一定相別的故障，故需多個(gè)繼電器反映不同相別故障。多相補(bǔ)償式阻抗繼電器：加入的是幾個(gè)相的補(bǔ)償后的電壓。它能反映多相故障，但不能利用測(cè)量阻抗的概念來(lái)分析它的特性。本節(jié)只討論單相式阻抗繼電器。一阻抗繼電器的動(dòng)作特性、BC線路距離I段內(nèi)發(fā)生單相接地故障，Zd在圖中陰影內(nèi)。由于1）線路參數(shù)是分布的，d有差異 2)CT,PT有誤差 3）故障點(diǎn)過(guò)渡電阻 4）分布電容等所以Zd會(huì)超越陰影區(qū)。因此為了盡量簡(jiǎn)化繼電器接線，且便于制造和調(diào)試，把繼電器的動(dòng)作特性擴(kuò)大為一個(gè)圓，見圖。圓1：以od為半徑全阻抗繼電器（反方向故障時(shí)，會(huì)誤動(dòng)，沒(méi)有方向性）圓2：以od為直徑方向阻抗繼電器（本身具有方向性）圓3：偏移特性繼電器另

3、外，還有橢圓形，橄欖形，蘋果形，四邊形等二利用復(fù)數(shù)平面分析阻抗繼電器它的實(shí)現(xiàn)原理：幅值比較原理 相位比較原理 （一） 全阻抗繼電器特性：以保護(hù)安裝點(diǎn)為圓心（坐標(biāo)原點(diǎn)），以Zzd為半徑的圓。圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。Z測(cè)量阻抗正好位于圓周上，繼電器剛好動(dòng)作，這稱為繼電器的起動(dòng)阻抗。 無(wú)論d多大，它沒(méi)有方向性。1. 幅值比較原理：兩變同乘，且，所以，這也就是動(dòng)作方程。2. 相位比較原理分子分母同乘以IJ，（二） 方向阻抗繼電器以Zzd為直徑，通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的圓。圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。Z隨J改變而改變，當(dāng)J等于Zzd的阻抗角時(shí)，Z最大，即保護(hù)范圍最大，工作最靈敏。lm最大靈敏角，它本身具有方向性。1. 幅值比較原理：2.

4、 相位比較原理：（三） 偏移特性阻抗繼電器正方向：整理阻抗Zzd反方向：偏移-Zzd(<1)圓內(nèi)動(dòng)作。圓心半徑： Z隨J變化而變化,但沒(méi)有安全的方向性。1. 幅值比較原理2. 相位比較原理總結(jié)三種阻抗的意義：1） 測(cè)量阻抗ZJ：由加入繼電器的電壓UJ與電流IJ的比值確定。2） 整定阻抗Zzd：一般取繼電器安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端的線路阻抗。全阻抗繼電器：圓的半徑方向阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上圓的直徑偏移特性阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上由原點(diǎn)到圓周的長(zhǎng)度。3） 起動(dòng)阻抗（動(dòng)作阻抗）Z：它表示當(dāng)繼電器剛好動(dòng)作時(shí)，加入繼電器的電壓UJ和電流IJ的比值。除全阻抗繼電器以外：Z隨J的不同而改變。

5、當(dāng)J=lm時(shí)，Z=Zzd，此時(shí)最大。三阻抗繼電器的構(gòu)成主要由兩大基本部分組成：電壓形成路和幅值比較或相位比較回路。 UAUBUCUD基本上是由UJ和IJZzd組合而成。而UJ可直接從PT二次側(cè)取得，必要時(shí)經(jīng)YB變換。而IJZzd則經(jīng)過(guò)DKB獲得。3. 方向阻抗繼電器交流回路的原理接線其它的繼電器的交流回路的組成，可參照此圖自行作成。4. 幅值比較回路將UA和UB分別整流后進(jìn)行幅值比較，有兩種類型：a) 均壓式UA整流后在R1上產(chǎn)生Ua，UB整流后在R2上產(chǎn)生Ub。繼電器反應(yīng)Uab=Ua-Ub而動(dòng)作。2環(huán)流式UA整流后在R1回路產(chǎn)生Ia, UB整流后在R2回路產(chǎn)生Ib。 繼電器反應(yīng)Ia-Ib而動(dòng)

6、作。5. 相位比較回路它是以測(cè)定UC和UD同時(shí)為正的時(shí)間來(lái)判斷它們的相位。2脈沖式比相電路加移相器后移相90º，第三節(jié) 阻抗繼電器的接線方式一基本要求 要使ZJ正比于ld，且與故障類型無(wú)關(guān)。二常用接線方式 參見P90，表3-2，其中0º接線，+30º接線和-30º接線的阻抗繼電器用于反映各種相間短路。相電壓和具有k3I0補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€用于反映各種接地故障。三分析4） 母線殘壓計(jì)算公式： 假設(shè)：Z1=Z2，不計(jì)負(fù)荷電流（其中：k=(Z0-Z1)/3Z1，零序補(bǔ)償系數(shù)）同理：5） 0º接線方式的分析（設(shè)nPT=nl=1）a) 三相短路因?yàn)槿鄬?duì)稱

7、，繼電器1，繼電器2，繼電器3工作情況完全相同，所以就以繼電器1為例分析。 同理ZJ2=Zj3=Z1ld結(jié)論：在三相短路時(shí)，ZJ1，ZJ2，ZJ3均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處點(diǎn)的線路正序阻抗。b) 兩相短路以BC兩相短路為例。結(jié)論：接于故障環(huán)路的阻抗繼電器可以正確反映保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的線路正序阻抗。其余兩只阻抗繼電器的測(cè)量阻抗很大，不會(huì)動(dòng)作。這也就是為什么要用三個(gè)阻抗繼電器并分別接于不同相間的原因。c) 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的兩相接地短路仍然以BC兩相接地短路為例結(jié)論：同兩相短路。6） 接地短路阻抗繼電器的接線方式以A相接地短路為例可見：它能正確測(cè)量以短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間線路正序阻抗。 均不

8、動(dòng)所以必須采用三個(gè)阻抗繼電器。該接線方式能正確反映兩相短路和三相短路。（自行分析）第四節(jié) 方向阻抗繼電器的特性分析由于方向阻抗繼電器的應(yīng)用最為廣泛，故進(jìn)一步分析之。一方向阻抗繼電器的死區(qū)和清除方法（一） 產(chǎn)生死區(qū)的原因在保護(hù)正方向出口發(fā)生相間短路時(shí)，UJ=0，繼電器不動(dòng)作。發(fā)生這種情況的一定范圍，就稱為“死區(qū)”。1 幅值比較式而實(shí)際上，繼電器的執(zhí)行元件動(dòng)作需要一定的功率，所以繼電器不動(dòng)。2 相位比較式因?yàn)閁J=0，無(wú)法比相，所以繼電器不動(dòng)。（二） 消除死區(qū)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(shí)，UP應(yīng)具有足夠的數(shù)值或能保持一段時(shí)間逐漸衰減到零。（三） 獲取極化電壓

9、的方法分析如下：1 記憶回路它是由一個(gè)R，L，C組成的工頻串聯(lián)諧振電路。因?yàn)閣L=1/wc，電路呈純阻性，所以當(dāng)出口短路時(shí)，UJ=0。借助諧振，Up在一定時(shí)間內(nèi)逐漸衰減，其相位保持原先的相位不變。這就相當(dāng)于把原先的電壓記憶下來(lái)，故稱為“記憶回路”。2引入非故障電壓正常運(yùn)行時(shí)，UAB較大，RS又很大。IR主要由UAB產(chǎn)生，第三相電壓基本上不起作用。當(dāng)AB相間短路時(shí)，UAB=0，記憶回路發(fā)揮作用。但Up將逐漸衰減到零，此時(shí)第三相電壓的作用將表現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)椋訧S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(shí)，因?yàn)榈谌嚯妷憾a(chǎn)生的Up可保證繼電器的方向性。但三相短路

10、時(shí)，無(wú)第三相電壓，故不能消除出口三相短路的死區(qū)。其它方法：集成電路保護(hù)中，利用高Q值的50HZ帶通有源濾波器響應(yīng)特性的時(shí)間延遲，起到記憶作用。微機(jī)保護(hù)中，可用故障前電壓與故障電流比相來(lái)實(shí)現(xiàn)。（二）極化電壓的引入對(duì)方向阻抗繼電器初態(tài)特性的影響穩(wěn)態(tài)特性：在正常運(yùn)行和短路后達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的繼電器動(dòng)作特性。初態(tài)特性：在發(fā)生短路的最初瞬間，繼電器的動(dòng)作特性。短路發(fā)生后，Up有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。繼電器特性則由初態(tài)特性逐步向穩(wěn)態(tài)特性過(guò)渡。1 穩(wěn)態(tài)特性分析分析如下：（1）幅值比較式 B A B A當(dāng)臨界動(dòng)作時(shí)，所以引入U(xiǎn)p不改變繼電器的靜態(tài)特性。而當(dāng)正方向出口短路時(shí)，UJ=0能滿足，故能消除死區(qū)，且能防止反方向出口短

11、路時(shí)誤動(dòng)。（2） 相位比較式因?yàn)閁p與UJ同相位，所以所以極化電壓Up并不改變繼電器的穩(wěn)態(tài)特性。而正方向出口短路時(shí)，而。因而繼電器能夠正確判別方向，即能消除死區(qū)。2 初態(tài)特性（設(shè)nl=nPT=1）（1） 正方向短路時(shí)：空載其動(dòng)作特性是以Zzd，-Zs末端連線為直徑的圓。結(jié)論：1）初態(tài)特性圓包括坐標(biāo)原點(diǎn)，故保證出口短路時(shí)可靠動(dòng)作。2）初態(tài)特性圓比穩(wěn)態(tài)特性圓大，有利于躲過(guò)渡電阻的影響。3）正方向的保護(hù)范圍不變。（2） 反方向短路時(shí)其動(dòng)作特性是Zzd，Z0末端的連線為直徑的圓。結(jié)論：在反方向短路時(shí)，繼電器有明確的方向性。第五節(jié) 阻抗繼電器的精確工作電流阻抗繼電器式利用測(cè)量阻抗來(lái)反映故障點(diǎn)的位置，即與

12、的比值，其動(dòng)作特性在理想條件下是常數(shù)，也就是說(shuō)與無(wú)關(guān)。例：全阻抗繼電器（整流型）理想臨界動(dòng)作條件：.即實(shí)際上執(zhí)行元件是需要?jiǎng)幼鞴β实模磳?shí)際臨界動(dòng)作條件為：由此可見，與，有關(guān)（）的關(guān)系曲線可繪制如下圖由圖可見，當(dāng)較小時(shí)，將比整定阻抗明顯減小，即實(shí)際的保護(hù)范圍將比整定范圍小，這將影響到與它相鄰的保護(hù)的配合，而可能引起非選擇性動(dòng)作。每個(gè)阻抗繼電器都有它實(shí)際的曲線，為了把動(dòng)作阻抗與整定阻抗的差距限制在一定的范圍內(nèi)，規(guī)定了精確工作電流這項(xiàng)指標(biāo)。精確工作電流：是指繼電器的動(dòng)作阻抗與整定阻抗之間的差距等于整定阻抗的10（即）時(shí)，加入阻抗繼電器的電流。記做。當(dāng)保護(hù)范圍末端短路時(shí)，應(yīng)大于或等于，才能保證，此誤

13、差在選擇可靠系數(shù)時(shí)已考慮。第六節(jié) 影響距離保護(hù)正確動(dòng)作的因素及防止方法阻抗繼電器的測(cè)量阻抗時(shí)受很多因素影響的。主要有：3. 短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻；4. 電力系統(tǒng)振蕩；5. 保護(hù)安裝處與故障點(diǎn)之間有分支電路；6. CT,PT的誤差；7. PT二次回路斷線；8. 串連補(bǔ)償電容。 本節(jié)著重討論,兩因素的影響及相應(yīng)的措施。一.短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響及相應(yīng)措施：短路一般是非金屬性的，即存在過(guò)渡電阻使得測(cè)量阻抗變化，保護(hù)范圍可能縮短，可能超范圍或反方向誤動(dòng)。（一）.過(guò)渡電阻的影響：1. 過(guò)渡電阻的性質(zhì)：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， ，為超前的角度討論

14、：.,單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò) 純電阻性 增大. 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)受電側(cè)>0,電阻電感性 電抗部分增大送電側(cè)<0,電阻電容性 電抗部分減小2. 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中過(guò)渡電阻的影響B(tài)C線路出口經(jīng)短路當(dāng)較大，超出其段范圍而落入段范圍內(nèi)，而仍在段的保護(hù)范圍內(nèi)，則保護(hù)1和2將同時(shí)以第段時(shí)限動(dòng)作，造成保護(hù)誤動(dòng)。小結(jié)：.短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處越近，影響越大，反之影響越??；.保護(hù)裝置整定值越小，相對(duì)的受過(guò)渡電阻影響越大3. 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中過(guò)渡電阻的影響：BC線路出口經(jīng)短路M側(cè)為送電側(cè). 保護(hù)3：正方向出口短路，<0，落在第四象限，拒動(dòng). 保護(hù)2：反方向出口短路，落在第二象限，誤動(dòng). 保護(hù)1：區(qū)外短路，落入動(dòng)作特性圓

15、，誤動(dòng)以上分析是針對(duì)方向阻抗繼電器，對(duì)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(dòng)作特性在R軸方向上所占面積越大，受過(guò)渡電阻的影響就越小。（二）.減小過(guò)渡電阻的措施： 兩種措施：在保護(hù)范圍不變的前提下，采用動(dòng)作特性在R軸方向上有較大面積的阻抗繼電器（參看P105.圖358）.采用瞬時(shí)測(cè)量裝置： （電弧長(zhǎng)度，電弧電流）短路初瞬，較小，較大（有非周期分量），所以很小；0.10.15s后，拉長(zhǎng)，減?。ǚ侵芷诜至克p），所以增大。距離段：t小于40ms，很小，可以忽略不計(jì)距離段：t為或很長(zhǎng)，應(yīng)采取措施。距離段：因?yàn)樘匦詧A較大，影響較小所謂瞬時(shí)測(cè)量，就是把距離元件的最初動(dòng)作狀態(tài)通過(guò)起動(dòng)元件的

16、動(dòng)作固定下來(lái)。當(dāng)電弧電阻增大時(shí)，距離元件不會(huì)因?yàn)殡娀‰娮璧脑龃蠖祷?，仍以預(yù)定的動(dòng)作時(shí)限跳閘。 短路初瞬，起動(dòng)元件1：段阻抗元件2動(dòng)作，因而起動(dòng)中間繼電器3，3起動(dòng)后通過(guò)其觸點(diǎn)自保持。而當(dāng),阻抗元件2返回。保護(hù)仍能在時(shí)間元件4動(dòng)作后，經(jīng)中間繼電器3的觸點(diǎn) 去跳閘。注：d點(diǎn)短路，保護(hù)3的段動(dòng)作于跳閘，保護(hù)5段跳。對(duì)保護(hù)1，因d點(diǎn)在其第段保護(hù)范圍內(nèi)，起動(dòng)元件和段測(cè)量元件動(dòng)作，若采用瞬時(shí)測(cè)量，則會(huì)誤動(dòng)。所以只在單回線輻射形電網(wǎng)中的距離段上采用。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振蕩時(shí)，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)電勢(shì)間的相角差隨時(shí)間作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓，線路電流以及距離保護(hù)的測(cè)量阻抗也將發(fā)

17、生周期性變化，可能導(dǎo)致距離保護(hù)和企圖確保護(hù)動(dòng)作。但通常系統(tǒng)振蕩若干周期后，多數(shù)情況下能自行恢復(fù)同步，若此時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，勢(shì)必造成不良后果，因而使不允許的。（一）.系統(tǒng)振蕩使，電壓，電流的變化規(guī)律幾點(diǎn)假設(shè)：.全相振蕩時(shí)，系統(tǒng)三相對(duì)稱，故可只取一相分析；.兩側(cè)電源電勢(shì)和電勢(shì)相等，相角差為.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以表示不考慮負(fù)荷電流的影響，不考慮振蕩同時(shí)發(fā)生短路。電流：振蕩電流的有效值隨變化（包絡(luò)線）電壓：系統(tǒng)中總有一點(diǎn)的電壓為最低，其值為由0向相量所做的垂線的長(zhǎng)度，該點(diǎn)則稱為振蕩中心，以z表示。故振蕩中心的電壓值最?。?V當(dāng) 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時(shí)，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點(diǎn)（即處）

18、。當(dāng)時(shí)，I最大，相當(dāng)于在線路z點(diǎn)發(fā)生三相短路。振蕩周期：電壓的一個(gè)最大值到下一個(gè)最大值所經(jīng)歷的時(shí)間，一般發(fā)生在0.252.5s的范圍內(nèi)。（二）.系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗時(shí)測(cè)量阻抗的變化規(guī)律M側(cè)：因?yàn)椋▍⒖碢108）所以,可見，當(dāng)變化，幅值變化，阻抗角亦變化。注：可能在第一象限，也可能在第三象限。（三）.系統(tǒng)振蕩時(shí)時(shí)距離保護(hù)的影響：當(dāng)測(cè)量阻抗進(jìn)入特性圓內(nèi)，阻抗繼電器就要誤動(dòng)。全阻抗繼電器誤動(dòng)的相角，方向阻抗繼電器誤動(dòng)的相角。因?yàn)門0.252.5之間，所以就可躲振蕩的影響小結(jié)：.在相同定值下，全阻抗繼電器所受（振蕩）影響大.當(dāng)保護(hù)安裝點(diǎn)越靠近振蕩中心，受影響越大措施：.延長(zhǎng)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間（如距離段）

19、.把定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外.增設(shè)振蕩閉鎖回路。(四).振蕩閉鎖回路1 基本要求：.當(dāng)系統(tǒng)只發(fā)生振蕩而無(wú)故障時(shí)，應(yīng)可靠閉鎖保護(hù)；.區(qū)外故障而引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，應(yīng)可靠閉鎖保護(hù).區(qū)內(nèi)故障，不論系統(tǒng)是否振蕩，都不應(yīng)閉鎖保護(hù)。根據(jù)上述基本要求，振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理：.利用短路時(shí)出現(xiàn)負(fù)序分量而振蕩時(shí)無(wú)負(fù)序分量的原理.利用振蕩和短路時(shí)電氣量變化速度不同的原理2 利用負(fù)序（和零序）分量元件起動(dòng)的振蕩閉鎖回路起動(dòng)元件可以利用短路時(shí)出現(xiàn)的負(fù)序或零序分量起動(dòng)，也可以利用這些分量的增量或突變量來(lái)起動(dòng)（P115,圖3-71）具體接線參看附錄四.當(dāng)系統(tǒng)只振蕩，起動(dòng)元件不動(dòng)作，保護(hù)不會(huì)開放；.內(nèi)部短路時(shí)

20、，起動(dòng)元件立即動(dòng)作，然后自保持，短時(shí)開放保護(hù)(在此期間允許保護(hù)跳閘) .外部短路引起系統(tǒng)振蕩： 起動(dòng)元件立即起動(dòng)（同），短時(shí)開放保護(hù)，但在阻抗繼電器誤動(dòng)前，短時(shí)開放回路已復(fù)歸，將保護(hù)跳閘回路閉鎖。3 反應(yīng)阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路利用振蕩時(shí)各段動(dòng)作時(shí)間不同實(shí)現(xiàn)的振蕩閉鎖區(qū)內(nèi)故障時(shí)：，同時(shí)動(dòng)作。振蕩時(shí)：先動(dòng)（t1）,后動(dòng)（t2）第七節(jié)距離保護(hù)的整定計(jì)算原則及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)一、距離保護(hù)的整定計(jì)算原則 1. 距離保護(hù)I段的整定 A B C 1 2 3 4 5 6 原則：按躲過(guò)線路末端故障整定。 2. 距離保護(hù)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(guò)線路末端變壓器低壓母線短路整定 （考慮到的計(jì)算誤差大） 取上述兩項(xiàng)中數(shù)值小者作為保護(hù)II段定值。 動(dòng)作時(shí)間： 靈敏度校驗(yàn)：按本線路末端故障校驗(yàn)靈敏度。 要求大于。 若靈敏度不滿足要求，應(yīng)與相鄰線路距離保護(hù)II段配合。3. 距離保護(hù)III段整定 原則：