電網(wǎng)距離保護(hù)學(xué)習(xí)

1、1距離保護(hù)學(xué)習(xí)2011.12.302目錄v距離保護(hù)基本原理概念測(cè)量阻抗時(shí)限特性基本構(gòu)成v阻抗繼電器相關(guān)術(shù)語動(dòng)作特性v整定計(jì)算及其評(píng)價(jià)v距離保護(hù)的特殊問題超越問題系統(tǒng)振蕩問題串聯(lián)電容補(bǔ)償問題3距離保護(hù)的概念v電流電壓保護(hù)因簡(jiǎn)單、可靠、并在一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求等優(yōu)點(diǎn)在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于它宜受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，在重負(fù)荷、長(zhǎng)距離、電壓等級(jí)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的等情況的電網(wǎng)中往往不能滿足靈敏性快速性以及選擇性的要求。因此就引入了性能更加完善的“距離保護(hù)”。v距離保護(hù)是反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離（阻抗），并根據(jù)距離遠(yuǎn)近而確定是否動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)。Lset

2、 / Zset整定距離/阻抗4測(cè)量阻抗v距離保護(hù)同時(shí)利用短路時(shí)電壓和電流的變化特征，測(cè)量電壓 和電流 的比值測(cè)量阻抗 ，來反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。mUmImZmmmmmmmZjXRIUZ 參數(shù)系統(tǒng)測(cè)量電壓測(cè)量電流測(cè)量阻抗系統(tǒng)正常額定值負(fù)荷電流負(fù)荷阻抗系統(tǒng)故障降低增大線路阻抗v測(cè)量電阻與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離成正比kmLZZ1Z1單位距離線路的正序阻抗Lk短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離5距離保護(hù)的時(shí)限特性v時(shí)限特性動(dòng)作時(shí)間與整定值之間的關(guān)系v為滿足繼電保護(hù)速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求，目前電網(wǎng)中廣泛采用三段式階梯時(shí)限特性的距離保護(hù)：距離I段為速動(dòng)段，II段為帶固定延時(shí)（ t ）的速動(dòng)段，III

3、段時(shí)限需與相鄰下級(jí)線路的II段或III段保護(hù)配合，在其延時(shí)基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)間級(jí)差t 。6距離保護(hù)的基本要求v被保護(hù)線路上發(fā)生直接短路時(shí)，繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離v應(yīng)有明確的方向性v區(qū)外故障時(shí)不應(yīng)超越動(dòng)作v區(qū)內(nèi)經(jīng)過渡電阻短路時(shí)應(yīng)能動(dòng)作v最大負(fù)荷下不應(yīng)誤動(dòng)作v不受系統(tǒng)振蕩的影響7距離保護(hù)的構(gòu)成啟動(dòng)邏輯啟動(dòng)邏輯 時(shí)間元件時(shí)間元件 閉鎖邏輯閉鎖邏輯 距離距離 保護(hù)保護(hù)測(cè)量元件測(cè)量元件 8阻抗繼電器v距離保護(hù)的測(cè)量元件是阻抗繼電器或距離繼電器。阻抗繼電器建立在測(cè)量阻抗的基礎(chǔ)上，動(dòng)作特性可以阻抗方程表示也可以用電壓方程表示。距離繼電器建立在補(bǔ)償電壓的基礎(chǔ)上，動(dòng)作特性也用電壓方程表示

4、，但不一定能用阻抗方程表示。9阻抗繼電器的精度v理想阻抗繼電器的動(dòng)作只與測(cè)量阻抗有關(guān)，而與電流無關(guān)。實(shí)際上阻抗繼電器動(dòng)作必須需要一定數(shù)值的電流。最小精工電流是來衡量距離繼電器精度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。v精確工作電流繼電器的動(dòng)作阻抗與整定阻抗之間相差整定阻抗的10%時(shí)，加入阻抗繼電器的電流。根據(jù)阻抗繼電器的Zop=f(Iop)曲線，可以得到最大工作電流Ijg.max和最小工作電流Ijg.min當(dāng)IIjg.max時(shí)，Zop減小是由于CT飽和使測(cè)量阻抗變大所致；當(dāng)I50時(shí)就不宜采用距離保護(hù)。很短的線路即使末端短路母線電壓也會(huì)下降的很低，電容式PT時(shí)不能快速響應(yīng)；而且短路電流很大TA的誤差也可能增大；同時(shí)U

5、min很小，易受干擾；特性阻抗圓小，受過渡電阻影響。12阻抗繼電器的速度v最新精工電流是用來評(píng)價(jià)距離繼電器精度的，檢驗(yàn)Ijg.min時(shí)對(duì)繼電器的動(dòng)作速度沒有要求。v檢驗(yàn)繼電器的動(dòng)作速度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)Z=0.7Zset和I=1.5Ijg.min的條件下的動(dòng)作時(shí)間。v阻抗繼電器典型的動(dòng)作時(shí)間特性t=f（Z）是在Z0.7Zset時(shí)快速動(dòng)作，特性曲線為水平線，在0.7ZsetZZset，則 與 同相若保護(hù)范圍末端故障故障時(shí)：Zk=Zset，則0U 若保護(hù)范圍內(nèi)部故障故障時(shí)：ZkZset，則 與 反相為了判別 的相位變化，引入?yún)⒖枷蛄考礃O化電壓 ，當(dāng) 在一定范圍時(shí)繼電器啟動(dòng)，當(dāng) 時(shí)，繼電器動(dòng)作最靈敏。可看作不

6、同特性的繼電器的區(qū)別在于所選的極化電壓不同。UUargPUPU180UargPUn補(bǔ)償電壓特性：UrU25動(dòng)作特性極化電壓和補(bǔ)償電壓v當(dāng)以母線電壓為極化量時(shí)，可得到具有方向性的圓特性或直線特性功率方向繼電器，當(dāng)保護(hù)安裝處短路時(shí)，母線電壓為零，繼電器不能動(dòng)作，從而出現(xiàn)電壓死區(qū)。v當(dāng)以電流作為極化量時(shí)，可得到動(dòng)作特性包括原點(diǎn)在內(nèi)的各種直線，這些直線特性的繼電器沒有方向性，在反方向短路時(shí)均能夠動(dòng)作。v當(dāng)以Um和Im的負(fù)荷電壓作為極化量時(shí)，可得到偏移特性的繼電器，偏移程度取決Im所占比例。26距離保護(hù)整定計(jì)算v距離保護(hù)的整定計(jì)算就是根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況計(jì)算出距離保護(hù)I、II、III段的整定阻抗和II、I

7、II段動(dòng)作時(shí)限。三段式距離保護(hù)范圍示圖v目前電網(wǎng)中一般采用三段式階梯時(shí)限特性的距離保護(hù)距離保I段和II段作為主保護(hù)，要求具有明確的方向性，一般采用方向性的測(cè)量元件；距離III段為后備保護(hù)，作為本元件的近后備，相鄰下級(jí)元件的遠(yuǎn)后備以及反方向母線保護(hù)的后備，一般采用偏移特性的測(cè)量元件。27距離保護(hù)整定計(jì)算v距離I段在相鄰元件出口處短路時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)即：v距離II段不應(yīng)超過相鄰元件I段的保護(hù)范圍，同時(shí)動(dòng)作帶有t時(shí)限，以保證選擇性。與相鄰線路的距離I段配合與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合KbABKABKABKABAmZKZZIIIZZIIZZIZIUZ121131311II）（即：setb.minrelset

8、ZZKZKABABZK即：relsetZ本元件的正序阻抗段可靠系數(shù)，一般取ABZK85. 08 . 0rel其中：其中：最小分支系數(shù)段保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)的阻抗相鄰元件，變壓器取線路取段可靠系數(shù)，一般取min. bsetrelI75. 07 . 08 . 0KZK為正確計(jì)算分支電路的測(cè)量阻抗，引入分支系數(shù)Kb28距離保護(hù)整定計(jì)算v距離III段應(yīng)按以下原則整定同時(shí)動(dòng)作時(shí)限要比保護(hù)范圍內(nèi)的其他保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)t與相鄰線路II段或III段配合整與相鄰變壓器電流電壓保護(hù)配合躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗）（即：/setb.minrelsetZZKZKAB最小分支系數(shù)的阻抗鄰變壓器保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)相鄰元件或段

9、或相，變壓器取線路取段可靠系數(shù)，一般取min.b/setrel75.07 .08 .0KZKhzqrelmin.fhsetZKKKZ若采用全阻抗繼電器：）（若采用方向抗繼電器：fhsethzqrelmin.fhsetcosZKKKZmax.fhmin.fhfh.minZIU最小負(fù)荷阻抗：25. 115. 15 . 25 . 18 . 0zqrel返回系數(shù)，一般取一般取電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)，可靠系數(shù)，一般取hKKKNUU95. 09 . 0fh.min壓，一般取系統(tǒng)正常時(shí)最小運(yùn)行電流系統(tǒng)正常時(shí)最大負(fù)荷電fh.maxI29距離保護(hù)整定計(jì)算v靈敏度校驗(yàn)距離段在本元件末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)距離段在本元件末

10、端短路時(shí)的靈敏系數(shù)距離段在相鄰元件末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)v精確工作電流的校驗(yàn)各段保護(hù)末端短路時(shí)的最小短路電流應(yīng)大于其對(duì)應(yīng)阻抗繼電器的最小精確工作電流，兩著比值應(yīng)大于1.525.1KlmKsetZZ路時(shí)的故障阻抗校驗(yàn)范圍末端金屬性短整定阻抗靈敏系數(shù)lmK5 . 1Klm2 . 1Klm30距離保護(hù)的評(píng)價(jià)v距離保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)阻抗繼電器同時(shí)反映電壓和電流變化而動(dòng)作，因此比電流電壓保護(hù)具有更高的靈敏度。距離I段的保護(hù)范圍不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，其他兩段受運(yùn)行方式的影響也較小。可以在多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保證動(dòng)作的選擇性。只接入了單端量電氣量，經(jīng)濟(jì)性和可靠性比雙端量保護(hù)高。v距離保護(hù)的缺點(diǎn)距離I段值能保護(hù)線路全長(zhǎng)

11、的80%85%，不能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。在220kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，不能作為主保護(hù)。由于保護(hù)同時(shí)需要電壓量和電流量，導(dǎo)致可靠性比電流保護(hù)低31距離保護(hù)的超越問題v超越在線路發(fā)生短路故障時(shí), 由于各種原因, 會(huì)使得保護(hù)感受到的阻抗值比實(shí)際線路的短路阻抗值小,使得下一條線路出口短路（即區(qū)外故障）時(shí), 保護(hù)出現(xiàn)非選擇性動(dòng)作。穩(wěn)態(tài)超越由于阻抗繼電器本身測(cè)量原理引起的區(qū)外故障保護(hù)誤動(dòng)。暫態(tài)超越由于故障時(shí)的暫態(tài)分量引起的區(qū)外故障保護(hù)誤動(dòng)。32穩(wěn)態(tài)超越GFLGFLmmmRIIZIRIZIIUZ性，則附件分量呈純電阻單側(cè)電源時(shí)FII穩(wěn)態(tài)超越一般是由過渡電阻引起的，過渡電阻RG一

12、般為純電阻，若流過過渡電阻的電流為IF，流過保護(hù)安裝處的電流為I，則繼電器在正方向故障時(shí)的測(cè)量阻抗為：的附加分量過渡電阻引起測(cè)量阻抗GFRII，附加分量呈容性超前若保護(hù)在送電側(cè)，F(xiàn)II，附加分量呈感性滯后若保護(hù)在受電側(cè)，F(xiàn)II量，則附件分量有電抗分雙側(cè)電源時(shí)FI II33過渡電阻對(duì)阻抗繼電器的影響及其應(yīng)對(duì)措施v過渡電阻對(duì)阻抗繼電器的影響若過渡電阻為電弧電阻，則短路初瞬間其值最小，對(duì)阻抗繼電器影響最小，其后幾個(gè)周期其值急速增大，對(duì)阻抗繼電器影響增大；保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近或區(qū)外越近處短路，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；繼電器動(dòng)作特性在+R軸方向上所占的面積越大，

13、受過渡電阻的影響越小。v防止過渡電阻影響的方法采用能容許較大過渡電阻的阻抗繼電器v采用電抗型或多邊型阻抗繼電器v正方向故障使動(dòng)作特性下偏v反方向故障使動(dòng)作特性上偏采用瞬時(shí)測(cè)量技術(shù)來固定阻抗繼電器的動(dòng)作特性34暫態(tài)超越v暫態(tài)分量產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)故障時(shí)短路電流的中的自由分量電流互感器的過渡過程電容式電壓互感器的過渡過程。v防止暫態(tài)分量影響的方法濾波v硬件v軟件延時(shí)35電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響v振蕩并列運(yùn)行的系統(tǒng)失去同步系統(tǒng)振蕩時(shí)繼電保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作自動(dòng)解列線路（預(yù)定的解列點(diǎn)除外）振蕩時(shí)電流和電壓降周期性變化，測(cè)量阻抗也將周期性變化，當(dāng)測(cè)量阻抗落入阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)內(nèi)時(shí)，容易引起保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)線路兩

14、側(cè)系統(tǒng)等效電勢(shì)相位達(dá)到180時(shí)，線路振蕩中心的電壓降下降為零，同三相短路。v振蕩的原因穩(wěn)定破壞靜態(tài)穩(wěn)定破壞功率傳輸超過了一次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行極限暫態(tài)問題破壞短路故障等原因破壞了系統(tǒng)功率平衡v系統(tǒng)振蕩時(shí)對(duì)距離保護(hù)的要求系統(tǒng)振蕩而無故障時(shí)，保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)區(qū)外故障而引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)區(qū)內(nèi)故障，不論系統(tǒng)是否振蕩，保護(hù)不應(yīng)拒動(dòng)36電力系統(tǒng)振蕩的特征ZEEZZZEEINMNLMNMNNNZIEUv振蕩電流v母線電壓MMMZIEUv測(cè)量阻抗(M側(cè))2ctg21j)21(ejZZZZEEMNM系統(tǒng)阻抗角相同則，假設(shè)振蕩時(shí)電壓和電流的變化特征振蕩時(shí)電壓和電流的變化特征MMMMMZIEIZIEIUZ37距離保護(hù)防止系統(tǒng)振蕩影響的措施v延時(shí)靜穩(wěn)破壞前若檢測(cè)到故障后短時(shí)（160ms）開放保護(hù)動(dòng)作延時(shí)躲過躲過振蕩周期內(nèi)誤動(dòng)時(shí)間，如距離段v不對(duì)稱分量v電氣量變化速度振蕩時(shí)電氣量的變化緩慢，而短路時(shí)變化較快測(cè)量阻抗Zm的變化余弦電壓Ucos的變化系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)會(huì)有負(fù)序或零序分量，發(fā)生三相短路時(shí)也往往會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的不對(duì)稱分量，而系統(tǒng)振蕩而無短路時(shí)，沒有不對(duì)稱分量。不對(duì)稱分量開放保護(hù)的判據(jù)為：7 .03 .0m,ImII102取38串聯(lián)電容器對(duì)距離保護(hù)的影響