中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)

1、 主講人：肖仕武主講人：肖仕武電氣與電子工程學(xué)院四方研究所電氣與電子工程學(xué)院四方研究所Office: 教五B309North China Electric Power University第第 三三 章章 電網(wǎng)距離保護(hù)第三章 電網(wǎng)距離保護(hù)一、距離保護(hù)基本原理與構(gòu)成一、距離保護(hù)基本原理與構(gòu)成 二、阻抗繼電器及動(dòng)作特性二、阻抗繼電器及動(dòng)作特性三、阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法三、阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法四、距離保護(hù)的整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)四、距離保護(hù)的整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)五、距離保護(hù)的振蕩閉鎖五、距離保護(hù)的振蕩閉鎖六、故障類型判別和故障選相六、故障類型判別和故障選相七、距離保護(hù)特殊問題的分析七、距離保

2、護(hù)特殊問題的分析八、工頻故障分量距離保護(hù)八、工頻故障分量距離保護(hù)第一節(jié)第一節(jié) 距離保護(hù)基本原理及構(gòu)成距離保護(hù)基本原理及構(gòu)成一、距離保護(hù)的概念一、距離保護(hù)的概念 電流保護(hù)：電流保護(hù)：反映故障電流大小。反映故障電流大小。 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、工作可靠，適用于簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、工作可靠，適用于35kV及以下電網(wǎng)；及以下電網(wǎng)； 受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，難以滿足高壓和超高受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，難以滿足高壓和超高壓電網(wǎng)快速、有選擇性地切除故障的要求。壓電網(wǎng)快速、有選擇性地切除故障的要求。距離保護(hù)：距離保護(hù)：利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，反應(yīng)故障點(diǎn)至利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)

3、安裝點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間。時(shí)間。 mmmIUZ通過選取適當(dāng)?shù)慕泳€方式，使得通過選取適當(dāng)?shù)慕泳€方式，使得測(cè)量阻抗與故障距離測(cè)量阻抗與故障距離 L 成正比。成正比。 M N21setL1K2K3KLZk1ZSetZRj Xk2Zk3ZmmmmmmmjXRZIUZ依據(jù)測(cè)量阻抗在不同情況下幅值和相位的依據(jù)測(cè)量阻抗在不同情況下幅值和相位的“差差異異”，保護(hù)就能夠區(qū)分出系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及，保護(hù)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。故障發(fā)生的范圍。：是測(cè)量電流：是測(cè)量電流：是測(cè)量電壓：是測(cè)量電壓mUmI：是測(cè)量阻抗：是測(cè)量阻

4、抗mZ：是測(cè)量電阻：是測(cè)量電阻mR：是測(cè)量電抗：是測(cè)量電抗mX三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選?。ň嚯x保護(hù)的接線方式）三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選?。ň嚯x保護(hù)的接線方式）若使距離保護(hù)正確工作，測(cè)量阻抗在不同故障類型情若使距離保護(hù)正確工作，測(cè)量阻抗在不同故障類型情況下均能正確反應(yīng)故障距離，必須選取適當(dāng)?shù)慕泳€方?jīng)r下均能正確反應(yīng)故障距離，必須選取適當(dāng)?shù)慕泳€方式。對(duì)接線方式的基本要求：式。對(duì)接線方式的基本要求：測(cè)量電壓、測(cè)量電流的選取形式，測(cè)量電壓、測(cè)量電流的選取形式，稱為接線方式。稱為接線方式。mmmIUZ2 2）測(cè)量阻抗應(yīng)該與故障類型無(wú)關(guān)，即在故障位置確定）測(cè)量阻抗應(yīng)該與故障類型無(wú)關(guān)，即在故障

5、位置確定情況下，測(cè)量阻抗不隨故障類型的變化而變化。情況下，測(cè)量阻抗不隨故障類型的變化而變化。lZml， 是故障距離。是故障距離。1 1）測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離；）測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離；lzZm1阻抗繼電器的接線方式主要有兩種：1、相間距離繼電器接線（ 0 接線方式），反應(yīng)相間故障；2、接地距離繼電器接線方式（相電壓和具有K3I0補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€），反應(yīng)接地短路故障。三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選?。ň嚯x保護(hù)的接線方式）三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取（距離保護(hù)的接線方式）(1) (1) 接地距離保護(hù)的接線方式接地距離保護(hù)的接線方式000333IKI

6、UIKIUIKIUIUCCBBAAmm110103)3(ZZZKlZIKIUUd其中1) 1) 三相短路三相短路0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAAllZZUmdA10 M N21dkIU2) 2) 單相接地短路單相接地短路假設(shè)假設(shè)A 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIKIUUd10)3(0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAAllZZUmdA103) 3) 兩相接地短路兩相接地短路假設(shè)假設(shè)AB 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIKIUUd10)3(0101033)3(IKI

7、UlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAAllZZUmdA104) 4) 兩相相間短路兩相相間短路 M N21dkIU假設(shè)假設(shè)AB 相間短路相間短路: :lZIKIUUd10)3(0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAAlIKIUlZZUAdAmdA0130（2 2）相間距離保護(hù)的）相間距離保護(hù)的 接線方式接線方式CACABCBCABABmmIUIUIUIUlZIUUd11) 1) 三相短路三相短路ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11llZZUmdAB10 M N21dkIU2) 2) 兩相相間短路兩

8、相相間短路 M N21dkIUABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11假設(shè)假設(shè)AB 相間短路相間短路: :lZIUUd1llZZUmdAB103) 3) 兩相接地短路兩相接地短路假設(shè)假設(shè)AB 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIUUd1ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11llZZUmdAB104) 4) 單相接地短路單相接地短路假設(shè)假設(shè)A 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIUUd1ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11lIUlZZUUUABdABmdBdAdAB10(3)K

9、1)(1,K(1)K(2)K接地距離保護(hù)接地距離保護(hù) 接線方式接線方式相間距離保護(hù)相間距離保護(hù) 接線方式接線方式為保證距離保護(hù)的正確工作，測(cè)量電壓、測(cè)量電為保證距離保護(hù)的正確工作，測(cè)量電壓、測(cè)量電流應(yīng)取用流應(yīng)取用故障環(huán)路（故障電流流通的回路）故障環(huán)路（故障電流流通的回路）上電壓、上電壓、電流量。電流量。接地短路的故障環(huán)路為接地短路的故障環(huán)路為 相地故障環(huán)路；相地故障環(huán)路；相間短路的故障環(huán)路為相間短路的故障環(huán)路為 相相故障環(huán)路相相故障環(huán)路。三、階段式距離保護(hù)（距離保護(hù)的時(shí)限特性）三、階段式距離保護(hù)（距離保護(hù)的時(shí)限特性）每一線路裝設(shè)有三段式距離保護(hù)，段、段、段之間，并與相鄰線路三段式距離保護(hù)共同構(gòu)

10、成了較完善的保護(hù)系統(tǒng)。四、距離保護(hù)的構(gòu)成四、距離保護(hù)的構(gòu)成啟動(dòng)部分：判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障，故障時(shí)能瞬間啟動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)部分：判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障，故障時(shí)能瞬間啟動(dòng)保護(hù)測(cè)量部分：測(cè)量故障距離（阻抗），由阻抗元件構(gòu)成，三段測(cè)量部分：測(cè)量故障距離（阻抗），由阻抗元件構(gòu)成，三段振蕩閉鎖：系統(tǒng)振蕩時(shí)，防止距離保護(hù)誤動(dòng)振蕩閉鎖：系統(tǒng)振蕩時(shí)，防止距離保護(hù)誤動(dòng)PT 斷線：斷線： 防止由于測(cè)量電壓消失而使測(cè)量部分誤動(dòng)防止由于測(cè)量電壓消失而使測(cè)量部分誤動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性阻抗繼電器及其動(dòng)作特性 阻抗繼電器：阻抗繼電器： 測(cè)量保護(hù)安裝點(diǎn)至短路點(diǎn)之間的距離，與整定阻抗測(cè)量保護(hù)安裝點(diǎn)至短路點(diǎn)之間的距離，與

11、整定阻抗比較，確定故障范圍，決定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。比較，確定故障范圍，決定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。 LZk1ZSetZRj Xk2Zk3Z由于互感器誤差、故障點(diǎn)過由于互感器誤差、故障點(diǎn)過渡電阻等因素的影響，渡電阻等因素的影響，Zm并并不能嚴(yán)格落在與不能嚴(yán)格落在與Zset同向直同向直線上，而是附近的一個(gè)區(qū)域線上，而是附近的一個(gè)區(qū)域中，為保證區(qū)內(nèi)故障時(shí)正確中，為保證區(qū)內(nèi)故障時(shí)正確動(dòng)作，通常將動(dòng)作區(qū)域設(shè)定動(dòng)作，通常將動(dòng)作區(qū)域設(shè)定為圓或四邊形。為圓或四邊形。阻抗繼電器的動(dòng)作特性由阻抗復(fù)平面圖上的阻抗繼電器的動(dòng)作特性由阻抗復(fù)平面圖上的阻抗阻抗動(dòng)作區(qū)動(dòng)作區(qū)來表示。來表示。阻抗動(dòng)作區(qū)：是阻抗復(fù)平面圖上的一個(gè)區(qū)域，

12、當(dāng)測(cè)量阻抗落在區(qū)域內(nèi)，則阻抗繼電器認(rèn)為是內(nèi)部故障，繼電器動(dòng)作一、一、阻抗繼電器的動(dòng)作特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性阻抗繼電器動(dòng)作區(qū)域的形阻抗繼電器動(dòng)作區(qū)域的形狀，稱為動(dòng)作特性（圓特性、狀，稱為動(dòng)作特性（圓特性、四邊形特性）；描述動(dòng)作特性四邊形特性）；描述動(dòng)作特性的數(shù)學(xué)方程，稱為動(dòng)作方程。的數(shù)學(xué)方程，稱為動(dòng)作方程。1 1）全阻抗圓特性）全阻抗圓特性以保護(hù)按照點(diǎn)為圓心，以整定阻抗以保護(hù)按照點(diǎn)為圓心，以整定阻抗Z Zsetset為半徑所作的一為半徑所作的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。mset M N21dkIU動(dòng)作特性取決于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝動(dòng)作特性取決于短路點(diǎn)到

13、保護(hù)安裝處之間的阻抗大小，與阻抗角無(wú)關(guān)。處之間的阻抗大小，與阻抗角無(wú)關(guān)。三種圓特性的阻抗動(dòng)作區(qū)：三種圓特性的阻抗動(dòng)作區(qū)：1. 全阻抗繼電器特性全阻抗繼電器特性2. 方向阻抗繼電器特性方向阻抗繼電器特性3. 偏移阻抗繼電器特性偏移阻抗繼電器特性動(dòng)作方程：動(dòng)作方程： （1）幅值比較方式）幅值比較方式 （2）相位比較方式）相位比較方式setmmsetmZIUZZ90arg9090arg90setmmmsetmsetmmsetZIUUZIZZZZ全阻抗圓特性的缺陷全阻抗圓特性的缺陷： 正向、反向故障情況下具有相同的保護(hù)區(qū)，即阻抗元件正向、反向故障情況下具有相同的保護(hù)區(qū)，即阻抗元件本身不具備方向性。本身

14、不具備方向性。2 2）方向阻抗圓特性）方向阻抗圓特性 以保護(hù)安裝點(diǎn)為圓心，以整定阻抗以保護(hù)安裝點(diǎn)為圓心，以整定阻抗Z Zsetset為直徑所作的為直徑所作的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。 M N21dkIU動(dòng)作特性與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之動(dòng)作特性與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗大小以及阻抗角都有關(guān)。間的阻抗大小以及阻抗角都有關(guān)。set當(dāng)測(cè)量阻抗的阻抗角當(dāng)測(cè)量阻抗的阻抗角不同時(shí)，方向阻抗元件的不同時(shí)，方向阻抗元件的動(dòng)作動(dòng)作阻抗阻抗也不相同，當(dāng)也不相同，當(dāng)?shù)扔谡ㄗ杩沟淖杩菇堑扔谡ㄗ杩沟淖杩菇莝et時(shí)，動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作阻抗達(dá)到最大，等于阻抗達(dá)到最大，等于Zs

15、et ，此時(shí)方向阻抗元件的保護(hù)范圍，此時(shí)方向阻抗元件的保護(hù)范圍最大，工作最靈敏，因此最大，工作最靈敏，因此set也稱為最大靈敏角也稱為最大靈敏角sen動(dòng)作方程：動(dòng)作方程： （1）幅值比較方式）幅值比較方式 setsetmsetmmsetsetmZIZIUZZZ21212121（2） 相位比較方式相位比較方式 msetZZ90arg9090arg90mmsetmmmsetUUZIZZZmsetZZ方向阻抗元件在第三象限方向阻抗元件在第三象限無(wú)動(dòng)作區(qū)，當(dāng)保護(hù)反方向發(fā)無(wú)動(dòng)作區(qū)，當(dāng)保護(hù)反方向發(fā)生故障時(shí)不動(dòng)作，阻抗元件生故障時(shí)不動(dòng)作，阻抗元件本身具有方向性。本身具有方向性。3 3）偏移圓特性）偏移圓特性

16、 有兩個(gè)整定阻抗，即正方向整定阻抗有兩個(gè)整定阻抗，即正方向整定阻抗Z Zset1set1和反方和反方向整定阻抗向整定阻抗Z Zset2set2，以保護(hù)安裝點(diǎn)為圓心，以兩整定阻抗，以保護(hù)安裝點(diǎn)為圓心，以兩整定阻抗對(duì)應(yīng)矢量末端的連線為直徑所作的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作對(duì)應(yīng)矢量末端的連線為直徑所作的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。 M N21dkIU0ZZm0ZZm圓心坐標(biāo)：圓心坐標(biāo)：)(21)(21212110setsetsetsetsetZZZZZZ圓的半徑：圓的半徑：2121setsetZZR動(dòng)作方程：動(dòng)作方程： （1）幅值比較方式：）幅值比較方式： RZZm00ZZm動(dòng)作

17、方程：動(dòng)作方程： （2）相位比較方式：）相位比較方式： 90arg9021setmmsetZZZZ偏移特性阻抗元件在第三象限有一段小的動(dòng)偏移特性阻抗元件在第三象限有一段小的動(dòng)作區(qū)，能夠作區(qū)，能夠消除方向阻抗元件在正向出口處的消除方向阻抗元件在正向出口處的保護(hù)死區(qū)保護(hù)死區(qū)，但同時(shí)反方向故障也存在誤動(dòng)的可，但同時(shí)反方向故障也存在誤動(dòng)的可能，所以能，所以沒有完全的方向性沒有完全的方向性。測(cè)量阻抗、整定阻抗、起動(dòng)阻抗的意義和區(qū)別測(cè)量阻抗、整定阻抗、起動(dòng)阻抗的意義和區(qū)別1、測(cè)量阻抗 ：mZmmmIUZ由加入繼電器的測(cè)量電壓和測(cè)量電流計(jì)算得出。2、整定阻抗 ：setZ取繼電器安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端的線路阻抗

18、作為整定阻抗。由線路阻抗整定計(jì)算得出。3、起動(dòng)阻抗 ：表示當(dāng)繼電器opZ剛好動(dòng)作時(shí)，加入繼電器電壓 和電流 的比值，整定阻抗 模值隨 的不同而改變。mUmIopZmset幅值比較和相位比較之間的關(guān)系（互換性）：幅值比較和相位比較之間的關(guān)系（互換性）：（1）幅值比較原理：）幅值比較原理：（2）相位比較原理：）相位比較原理：BA90arg90DCABCDABCDABCD90arg90DCBA90argDCBA90arg270DCBA 幅值比較方式與相位比較方式之間具有互換性，可以幅值比較方式與相位比較方式之間具有互換性，可以用其中任意一種來分析，但需要注意：用其中任意一種來分析，但需要注意：（1）

19、只適用于）只適用于A、B、C、D為同一頻率正弦交流量；為同一頻率正弦交流量；（2）短路暫態(tài)過程中的非周期分量不成立。）短路暫態(tài)過程中的非周期分量不成立。22;BADBACDCBDCA其他圓特性的阻抗繼電器1）上拋圓特性；2）特性圓的偏轉(zhuǎn)。其他形狀阻抗動(dòng)作區(qū)的阻抗繼電器1）蘋果形特性和橄欖形特性阻抗繼電器；2）直線特性的阻抗繼電器；3）多邊形特性的阻抗元件；4）復(fù)合特性的阻抗元件5. 動(dòng)作角度范圍變化對(duì)繼電器特性的影響動(dòng)作角度范圍變化對(duì)繼電器特性的影響橄欖形（透鏡型）繼電器：橄欖形（透鏡型）繼電器：mmsetZZZarg蘋果型繼電器：蘋果型繼電器： 折線型繼電器：折線型繼電器：60arg600Z

20、IUJJmmsetZZZarg 90 90,第三節(jié)第三節(jié) 阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法阻抗繼電器的兩種實(shí)現(xiàn)方法：（1）精確測(cè)量出測(cè)量阻抗Zm，然后把它與事先確定的動(dòng)作特性進(jìn)行比較。如果Zm在動(dòng)作區(qū)域內(nèi)，判為內(nèi)部故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。（2）根據(jù)阻抗繼電器的動(dòng)作方程，即幅值比較不等式動(dòng)作方程或相位比較不等式動(dòng)作方程來實(shí)現(xiàn)。setmsetmmsetsetmZIZIUZZZ2121212190arg9090arg90mmsetmmmsetUUZIZZZ一、幅值（絕對(duì)值）比較原理和相位比較原理的實(shí)現(xiàn)setmsetmmZIZIU21211. 模擬式距離保護(hù)中的實(shí)現(xiàn)在模擬式距離保護(hù)中，絕對(duì)值比較原

21、理都是以電壓的形式實(shí)現(xiàn)的。模擬式距離保護(hù)的相位比較原理也是以電壓比較的形式實(shí)現(xiàn)的。90arg90mmsetmUUZIsetmsetmmZIZIU212190arg90msetmmUZIU2. 數(shù)字式距離保護(hù)中的實(shí)現(xiàn)在數(shù)字式保護(hù)（微機(jī)保護(hù)）中，利用微機(jī)強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和存儲(chǔ)能力，可以精確的計(jì)算出 、 和 。然后代入幅值比較不等式動(dòng)作方程或相位比較不等式動(dòng)作方程，如果滿足不等式方程，則判斷為內(nèi)部故障，發(fā)出動(dòng)作命令。mUmImZsetsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ在數(shù)字式保護(hù)中，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是計(jì)算 、 和 。mUmImZ這些關(guān)鍵的相量在微機(jī)保護(hù)中，可以基于電流、電壓的瞬時(shí)采樣值，通

22、過微機(jī)保護(hù)的算法計(jì)算得到。這些算法包括兩點(diǎn)乘積算法、導(dǎo)數(shù)算法、傅氏算法和解微分方程算法得到。二、比較工作電壓相位法實(shí)現(xiàn)的故障區(qū)段判斷1. 比較工作電壓相位法的基本原理工作電壓 ：又稱為補(bǔ)償電壓。opUsetmmopZIUU，其中 是整定阻抗。setZ M N1setZ1K2K3KzmUmI可見，補(bǔ)償電壓 就是線路整定點(diǎn)z處的運(yùn)行電壓。其大小接近線路額定電壓，相位基本同 。opUmU M N1setZ1K2K3KzmUmI（1）正方向區(qū)外K2點(diǎn)短路時(shí)： 與 同相位。opUmU（2）反方向區(qū)外K3點(diǎn)短路時(shí)： 與 同相位。opUmU（3）正方向區(qū)內(nèi)K1點(diǎn)短路時(shí)： 與 相位相反。opUmU所以應(yīng)用補(bǔ)償

23、電壓 和 之間的相位關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)域內(nèi)故障的判斷，即補(bǔ)償電壓和測(cè)量電壓相位相反時(shí)，為區(qū)內(nèi)故障。arg180opmUUopUmU90arg270opmUU ，則表示為區(qū)內(nèi)故障。動(dòng)作方程為：2. 以正序電壓為參考電壓的測(cè)量元件工作電壓 ：又稱為補(bǔ)償電壓。opUsetmmopZIUU參考電壓 ：作為判斷 相位的參考， 也是一種參考電壓。refUopUmU當(dāng)采用測(cè)量電壓 作為參考電壓 時(shí)，無(wú)法保證線路正向出口短路時(shí)的選擇性。因?yàn)楫?dāng)正向出口短路時(shí)，有：mUrefU0mU，無(wú)法確定電壓 的相位。mU在這種情況下，需要選擇其它不同的電壓來作為參考電壓 。refU所以，引入正序電壓 作為參考電壓 ，即1

24、UrefU1UUref在接地距離接線方式下，以A相為例，A相正序電壓為在相間距離接線方式下，以BC相為例，其正序電壓為1AU1BCU參考電壓是正序電壓 時(shí)在各種故障情況下的分析1U（1）A相出口單相接地短路故障。 保護(hù)安裝處的三相電壓為：000CCBBAUUUUU其中， 、 和 是故障前母線處B、C和A相的電壓。0BU0CU0AU則A相正序電壓為：)0(31)(3102021CBCBAAUUUUUU032AU出口單相接地故障時(shí)，故障相正序電壓的相位與該相故障前的電壓相位相同，幅值等于其2/3。參考電壓是正序電壓 時(shí)在各種故障情況下的分析1U（2）A、B兩相出口接地短路故障。 保護(hù)安裝處的三相電

25、壓為：000CCBAUUUU0022131)00(31)(31ACCBAAUUUUUU002131)00(31)(31BCCBABUUUUUU011131ABBAABUUUU出口兩相接地短路故障時(shí)，兩故障相正序電壓的相位與該兩相故障前的電壓相位相同，幅值等于其1/3。（3）A、B兩相出口相間短路故障。 保護(hù)安裝處的三相電壓為：060021CCjABAUUeUUU經(jīng)過推導(dǎo)有：011121ABBAABUUUU出口兩相相間短路故障時(shí)，兩故障相正序電壓的相位與該兩相故障前的電壓相位相同，幅值等于其1/2。（4）A、B、C三相出口短路故障。0CBAUUU0111CABCABUUU出口三相短路時(shí)，各相正序

26、電壓為0，正序參考電壓將無(wú)法應(yīng)用。正序電壓 為參考電壓的測(cè)量元件的動(dòng)作特性1U測(cè)量元件的動(dòng)作方程為：90arg901mopUU對(duì)于按接地距離保護(hù)接線方式而言，有setsetmmopZIKIUZIUU)3(0所以，測(cè)量元件的動(dòng)作方程變?yōu)椋?0)3(arg9010msetUZIKIU正序電壓 為參考電壓的測(cè)量元件的動(dòng)作特性1U（1）在正向故障時(shí)的動(dòng)作特性，即K1、K2點(diǎn)故障 M N1setZ1K2K3KzmUmI10111112MMMMMMZZZECEZIEU)(3)(21 ()21 (1001110111mMMMMMMZZIKIZZZCEZZZC最終有：90)(arg901mMsetmZZZZ（

27、2）在反向故障時(shí)的動(dòng)作特性，即K3點(diǎn)故障 M N1setZ1K2K3KzmUmI10111112MMMMMMZZZECEZIEU)(3()3(00mmZIKIZIKIU)(3()21 ()21 (1001110111mNNMNNMZZIKIZZZCEZZZC最終有：90)(arg901mNmsetZZZZ以記憶電壓為參考電壓的測(cè)量元件在以測(cè)量電壓 或正序電壓 為參考電壓，在出口三相對(duì)稱短路時(shí)三相電壓都降為0，而失去比較的依據(jù)，從而產(chǎn)生動(dòng)作死區(qū)。為了克服上述方法，可以利用故障前的記憶電壓作為參考電壓 。mU1UrefU90arg90refopUU，其中0ABrefUU以相間距離保護(hù)接線方式為例分

28、析，有：可得動(dòng)作方程為：90)(arg900ABsetBAABUZIIU假設(shè)系統(tǒng)兩側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)相等，系統(tǒng)各部分的阻抗角相同。（1）系統(tǒng)正向故障時(shí)，有：mBAABZIIU)()(10mMBAABABZZIIEU動(dòng)作方程為：90arg901mMmsetZZZZmBAABZIIU)()(10mNBAABABZZIIEU動(dòng)作方程為：90)(arg901mNmsetZZZZ（2）當(dāng)系統(tǒng)反向故障時(shí)，有：三、阻抗繼電器的精確工作電流與精確工作電壓1. 比較工作電壓相位法的基本原理在實(shí)際情況下，阻抗繼電器的動(dòng)作情況不僅與測(cè)量電壓電流之間的相對(duì)相位有關(guān)，還與它們的大小有關(guān)。只有實(shí)際的測(cè)量電流在最小和最大精確工

29、作電流之間、測(cè)量電壓在最小精確工作電壓以上時(shí)，距離保護(hù)才能準(zhǔn)確地配合工作。:min.acI最小精確工作電流:max.acI最大精確工作電流setacacZIUmin.min.第四節(jié)第四節(jié) 距離保護(hù)的整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)距離保護(hù)的整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)距離保護(hù)的整定計(jì)算距離保護(hù)也采用階梯時(shí)限配合的三段式配置方式，即分為距離段、距離段和距離段保護(hù)。1. 距離保護(hù)第段的整定BArelABrelsetLzKZKZ11 .（1）整定阻抗，應(yīng)該躲開本線路末端短路時(shí)的測(cè)量阻抗。（2）動(dòng)作時(shí)限，無(wú)延時(shí)速動(dòng)。秒01t距離段只能保護(hù)線路首端一部分。距離段的保護(hù)范圍不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，也不受故障類型的

30、影響。其中，距離段可靠系數(shù) 取0.80.85。relK2. 距離段的整定 分支電路對(duì)測(cè)量阻抗的影響12111 .IZIZIIUZkBAAmkbBAkBAZKZZIIZ12對(duì)于助增支路，分支系數(shù) 1bK0 . 112過的短路電流前一級(jí)保護(hù)所在線路流故障線路流過的電流IIKb對(duì)于外汲支路，分支系數(shù) 1bK對(duì)于無(wú)支路電路，分支系數(shù) 1bK)(2 .min.1 .setbABrelsetZKZKZ其中， 是最小分支系數(shù)。min. bK可靠系數(shù) 8 . 0relK（1）與相鄰距離保護(hù)第段配合，并考慮分支系數(shù)；（2）與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合。其保護(hù)范圍不超過下級(jí)變壓器快速保護(hù)的范圍，按照躲開線路末端變

31、壓器低壓側(cè)出口短路時(shí)的阻抗值，考慮分支系數(shù)。 整定阻抗取（1）和（2）中的最小值。 距離段的整定阻抗tttx21距離段的靈敏度校驗(yàn)：25. 1ABsetsenZZK路阻抗保護(hù)范圍末端金屬性短動(dòng)作阻抗 距離段的靈敏度校驗(yàn)如果靈敏系數(shù)不滿足，則距離段應(yīng)與下級(jí)線路的距離段配合。 距離段的動(dòng)作時(shí)限，其中 是下級(jí)線路距離段或段的動(dòng)作時(shí)限。xt22. 距離段的整定min.1 .1LressrelsetZKKKZ，是最小負(fù)荷阻抗。max.max.min.min.)95. 09 . 0(LNLLLIUIUZ距離段能夠保護(hù)本線路全長(zhǎng)、下級(jí)線路全長(zhǎng)及更遠(yuǎn)。整定阻抗一般情況下按照躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定。3

32、 . 12 . 1 ，一般取是距離段的可靠系數(shù)relK、自起動(dòng)系數(shù)。是距離段的返回系數(shù)、ssKKre)cos(min.1 .LsetressrelLsetKKKZZ 距離段的整定阻抗整定阻抗為考慮負(fù)荷阻抗角與整定阻抗角不同，ttt21 距離段的動(dòng)作時(shí)限，滿足階梯配合時(shí)限特性。 距離段的靈敏度校驗(yàn)近后備的靈敏度校驗(yàn)：5 . 1)1(ABsetsenZZK遠(yuǎn)后備的靈敏度校驗(yàn)：2 . 1)2(BCbABsetsenZKZZK二、對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)二、對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：（1）比電流保護(hù)具有更高的選擇性；（2）比電流保護(hù)具有更高的靈敏性。確定：（1）不能實(shí)現(xiàn)線路的全線速動(dòng)。（2）實(shí)現(xiàn)原理較復(fù)雜。第五節(jié)

33、第五節(jié) 距離保護(hù)的振蕩閉鎖距離保護(hù)的振蕩閉鎖3.5.1 振蕩閉鎖的概念電力系統(tǒng)振蕩：并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)間的夾角可能在0360范圍內(nèi)周期性變化。兩側(cè)電力系統(tǒng)失去同步，即兩側(cè)電氣量的頻率不相等， 。NMff電力系統(tǒng)失步振蕩是不正常運(yùn)行狀態(tài)，繼電保護(hù)裝置不應(yīng)該跳閘。3.5.2 電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電氣量的變化規(guī)律電力系統(tǒng)失步振蕩時(shí)，兩側(cè)電源電動(dòng)勢(shì)間的夾角 在0360范圍內(nèi)周期性變化。是左側(cè)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)相量與右側(cè)系統(tǒng)電動(dòng)勢(shì)相量的相角差。振蕩電流 ，隨 而變化。)(NLMNMNMXXXjEEjXEEIM側(cè)母線電壓 的大小也 隨 而

34、變化。在以上相量圖中，M、M、N、N 四點(diǎn)的位置滿足以下關(guān)系：MUNLMXXXNNMNMM:所以，從相量圖可以得出：（1）當(dāng)相差角 大時(shí)，振蕩電流 大，而母線電壓 ??；（2）當(dāng)相差角 小時(shí)，振蕩電流 小，而母線電壓 大。MUMUII振蕩中心Z：電氣中心，位于兩側(cè)系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線的某一位置，在振蕩時(shí)該點(diǎn)的電壓最低。當(dāng) 180，振蕩中心電壓為零。電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響212sincos11jctgjejMjMMMMMMMMMmZZeZIEIZIEIUZ11當(dāng)EMEN時(shí)測(cè)量阻抗變化軌跡：因?yàn)?21)21(221)21(ctgZjZctgZjZZZMMmZZMM，在近似

35、計(jì)算中，假定在近似計(jì)算中，假定上移動(dòng)。的垂直平分線在OOZZm221)21(221)21(ctgZjZctgZjZZZMMm，可得阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為：NMeEEK 其中，NMeEEK 電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響當(dāng)電流系統(tǒng)振蕩時(shí)，保護(hù)安裝處M點(diǎn)的電壓、電流會(huì)周期性變化，當(dāng)電流變大時(shí)電壓變小，測(cè)量阻抗Zm幅值變小，有可能進(jìn)入阻抗動(dòng)作區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致距離保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)振蕩中心落在母線M、N之間的線路上， 變化時(shí)M側(cè)測(cè)量阻抗將沿著直流OO移動(dòng)。當(dāng)測(cè)量阻抗在軌跡o1和o2點(diǎn)范圍以內(nèi)時(shí)，測(cè)量阻抗落在阻抗動(dòng)作區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致距離保護(hù)誤動(dòng)。距離段不易受振蕩影響。距離、段整定阻抗較大，容易受振蕩的影響。電力系統(tǒng)振蕩與

36、短路時(shí)電氣量的差別（1）振蕩時(shí)，三相完全對(duì)稱，沒有負(fù)序和零序分量出現(xiàn)；短路時(shí)，總要出現(xiàn)負(fù)序或零序分量。 在三相短路的暫態(tài)期間，由于三相間的不平衡，會(huì)短時(shí)出現(xiàn)負(fù)序或零序分量。（2）振蕩時(shí)，電氣量呈現(xiàn)周期性的變化，其變化速度與系統(tǒng)功角變化速度一致，比較慢；短路時(shí)，從短路前到短路后電氣量突然變化，變換速度快，而短路后短路電流、各點(diǎn)的殘余電壓和測(cè)量阻抗是不變的。（3）振蕩時(shí)，阻抗繼電器在一個(gè)振蕩周期內(nèi)動(dòng)作和返回一次；短路時(shí)，阻抗繼電器會(huì)動(dòng)作，或不動(dòng)作，狀態(tài)唯一。3.5.3 距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施距離保護(hù)的振蕩閉鎖應(yīng)滿足以下要求：（1）系統(tǒng)發(fā)生全相或非全相振蕩時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)作跳閘；（2）系統(tǒng)在全相

37、或非全相振蕩過程中，被保護(hù)線路發(fā)生各種類型的不對(duì)稱故障，保護(hù)裝置應(yīng)有選擇性動(dòng)作跳閘。（3）系統(tǒng)在全相振蕩過程中再發(fā)生三相短路時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)可靠動(dòng)作跳閘，并允許帶短延時(shí)。振蕩閉鎖：在電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，要采取必要的措施，防止距離保護(hù)因振蕩而誤動(dòng)，這種防止系統(tǒng)振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的措施，稱為振蕩閉鎖。振蕩閉鎖主要是利用短路與振蕩時(shí)電氣量變化特征的差異實(shí)現(xiàn)的。距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施1. 利用系統(tǒng)短路時(shí)的負(fù)序、零序分量或電流突然變化，短時(shí)開放保護(hù)，實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。2. 利用阻抗變化率的不同來構(gòu)成振蕩閉鎖。3. 利用動(dòng)作的延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。發(fā)生短路時(shí)，測(cè)量阻抗Zm由負(fù)荷阻抗ZL突變?yōu)槎搪纷杩筞k；而系統(tǒng)振蕩時(shí)，測(cè)量

38、阻抗Zm緩慢變化進(jìn)入阻抗動(dòng)作區(qū)域。第六節(jié)第六節(jié) 故障類型判別和故障選相故障類型判別和故障選相在距離保護(hù)中，為了能使阻抗測(cè)量元件（阻抗繼電器）準(zhǔn)確地反映故障的距離，必須找出故障環(huán)路，即必須判斷出故障類型和相別。故障選相：判斷出故障類型和故障相別。共有： AN、BN、CN、AB、BC、CA、ABN、BCN、CAN、 ABC（ABCN） 十種故障類型。微機(jī)保護(hù)中經(jīng)常采用電流突變量來選相。電流突變量主要包括相電流差突變量和相電流突變量。BABBAABABAABIIIIIIIIIII)()()()(0000相電流差突變量：相電流差突變量BAABIIICBBCIIIACCAIII其中， 、 和 是相電流突

39、變量AIBICI故障選相的步驟：（1）首先根據(jù)測(cè)量電流中是否含有零序分量，判定是接地短路故障還是不接地短路故障。（2）如果是接地故障，進(jìn)而判定是單相接地故障還是兩相接地故障，并確定故障相別。（3）如果是相間短路故障，進(jìn)而判定是兩相短路故障還是三相短路故障，并確定故障相別。第七節(jié)第七節(jié) 距離保護(hù)特殊問題的分析距離保護(hù)特殊問題的分析3.7.1 短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響 1. 短路點(diǎn)過渡電阻的性質(zhì)短路點(diǎn)過渡電阻的性質(zhì) 電弧電阻、中間物質(zhì)電阻、導(dǎo)線與地的接觸電阻、電弧電阻、中間物質(zhì)電阻、導(dǎo)線與地的接觸電阻、 金屬桿塔的接地電阻等。金屬桿塔的接地電阻等。 相間短路：相

40、間短路：電弧電阻為主電弧電阻為主，短路初，電阻最小。，短路初，電阻最小。 Rg1050 lg / Rg 接地短路：接地短路：500KV 300 220KV 100 影響：（1）使測(cè)量阻抗增大，保護(hù)范圍縮短；（2）距離保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近，受到的影響越大；（3）線路越短，距離保護(hù)整定值越小，所受影響越大。 2. 單側(cè)電源線路過渡電阻的影響單側(cè)電源線路過渡電阻的影響 )(gkmmmmRZIZIUgmRZ2 .gkmRZZ2 .3. 雙側(cè)電源線路過渡電阻的影響雙側(cè)電源線路過渡電阻的影響gkgkkgkkkkmRIRZIRIIZIU )()(測(cè)量阻抗gkkgkmmmRIIRZIUZ )(（1）當(dāng) 超前 的相位時(shí)， 將具有負(fù)阻抗角，使總的測(cè)量阻抗變小。（2）當(dāng) 超前 的相位時(shí)，將具有負(fù)阻抗角，使總的測(cè)量阻抗變大。kIkI gkkRII kIkI 4. 克服過渡電阻影響的方法克服過渡電阻影響的方法改善阻抗繼電器的動(dòng)作特性改善阻抗繼電器的動(dòng)作特性在整定值相同的情況下，動(dòng)作特性在+R軸方向所占的面積越大，則耐受過渡電阻的能力就越強(qiáng)。采用四邊形特性的阻抗動(dòng)作區(qū)。3.7.2 線路串聯(lián)補(bǔ)償電容對(duì)距離保護(hù)的影響線路串聯(lián)補(bǔ)償電容對(duì)距