高壓線路距離保護課件

高壓線路距離保護隨著電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了容量大、電壓高、距離長、負荷重和結構復雜的網(wǎng)絡，這時簡單的電流、電壓保護就難于滿足電網(wǎng)對保護的要求。如高壓長距離、重負荷線路，由于負荷電流大，線路末端短路時，短路電流數(shù)值與負荷電流相差不大，故電流保護往往不能滿足靈敏度的要求；對于電流速斷保護，其保護范圍受電網(wǎng)運行方式的變化而變化，保護范圍不穩(wěn)定，某些情況下甚至無保護區(qū)，所以不是所有情況下都能采用電流速斷保護的；對于多電源復雜網(wǎng)絡，方向過電流保護的動作時限往往不能按選擇性的要求整定，且動作時限長，難于滿足電力系統(tǒng)對保護快速動作的要求。自適應電流保護，是根據(jù)保護安裝處正序電壓、電流的故障分量，可計算出系統(tǒng)正序等值阻抗，同時通過選相可確定故障類型，取相應的短路類型系數(shù)值，使自適應電流保護的整定值隨系統(tǒng)運行方式、短路類型而變化，這樣就克服了傳統(tǒng)電流保護的缺點，從而使保護區(qū)達到最佳效果。但在高電壓、結構復雜的電網(wǎng)中，自適應電流保護的優(yōu)點還不能得到發(fā)揮。因此，在結構復雜的高壓電網(wǎng)中，應采用性能更加完善的保護裝置，距離保護就是其中的一種。一、距離保護的基本概念距離保護（阻抗保護）：利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應故障點到保護安裝處的距離（阻抗）而工作的保護。是反應測量阻抗降低而動作的保護。電流保護：反應短路電流增大而動作的保護。

經(jīng)濟、可靠；受運行方式影響，很難保證靈敏性。測量阻抗為：正常運行時：測量電壓高，測量電流小，測量阻抗大；內(nèi)部短路時：測量電壓小，測量電流大，測量阻抗小。距離保護的基本概念

距離保護是反應測量阻抗變化的阻抗保護。測量阻抗是復數(shù)。是保護安裝處至短路故障處之間線路的阻抗。設線路單位長度阻抗為距離保護的基本工作原理

距離保護的測量阻抗正比與故障距離，通過測量阻抗的大小就可以確定故障距離。以母線A處安裝的距離保護1為例分析。設定一個小于線路全長的保護范圍，用整定距離表示保護范圍內(nèi)部故障時：，即，保護動作；保護范圍外部故障時：，即，保護不動作。故障距離和測量阻抗成正比，則整定距離對應于整定阻抗。距離保護的時限特性距離保護是利用測量阻抗來反應保護安裝處至短路點之間的距離，當兩個故障點分別發(fā)生在線路的末端或下一級線路始端時，保護同樣存在無法區(qū)分故障點選擇性的問題，為了保證選擇性，目前獲得廣泛應用的是階梯形時限特性，這種時限特性與三段式電流保護的時限特性相同，一般也做成三階梯式，即有與三個動作范圍相對應的三個動作時限，距離I段為無延時的速動段，其動作時限僅為保護裝置的固有動作時間。為了與下一條線路保護的I段有選擇性的配合，則兩者保護范圍不能重疊，因此，I段的保護范圍不能延伸到下一線路中去，而為本線路全長的80%～85%，即I段的動作阻抗整定為80%～85%線路全長的阻抗。距離II段為帶延時的速動段，其時限為。為了有選擇性地動作，距離II段的動作時限和啟動值要與相鄰下一條線路保護的I段和II段相配合。根據(jù)相鄰線路之間選擇性配合的原則：兩者的保護范圍重疊，則兩者保護的動作時限整定不同；若動作時限相同，則保護范圍不能重疊；因此，與下一線路距離保護I段的配合，采取整定時限大于下一線路保護I段時間一個的措施，通常第II段的整定時限取0.5s；與下一線路保護的第II段之間的配合，因兩者時限相同，則保護范圍不能重疊，故距離保護II段的保護范圍不應超過下一線路距離I段的保護范圍，即第II段的動作阻抗整定為小于下一條線路第I段保護范圍末端短路時的測量阻抗。距離III段為本線路和相鄰線路(元件)的后備保護，其動作時限的整定原則與過電流保護相同，即大于下一條變電站母線出線保護的最大動作時限一個，其動作阻抗應按躲過正常運行時的最小負荷阻抗來整定。短路點距離保護安裝點近時，Zm小，動作時間短；短路點距離保護安裝點遠時，Zm大，動作時間長；階梯型時限特性，分為距離I、II、III段。整定阻抗：動作時限：距離Ⅰ段只能保護線路首端一部分，瞬時動作。距離Ⅰ段的保護范圍不受系統(tǒng)運行方式的影響，也不受故障類型的影響。1、距離Ⅰ段其中，是距離Ⅰ段可靠系數(shù)，取0.85左右。整定阻抗：動作時限：距離Ⅱ段能夠保護本線路全長及下級線路首端一部分。2、距離Ⅱ段，可靠系數(shù)距離Ⅱ段能夠保護本線路AB全長，及下一級線路首端部分，延時動作。動作時限：整定阻抗：距離Ⅲ段能夠保護本線路AB全長，下一級線路全長及更遠的線路。動作時限為階梯配合時限特性。，是最小負荷阻抗距離Ⅰ段：（1）保護本線路全長的80～85％；（2）瞬時動作，即動作時限為0s。距離Ⅱ段：（1）保護本線路全長及相鄰下一線路首端部分，但不超過下一條線路距離Ⅰ段的保護范圍；（2）延時t動作，一般動作時限為0.5s。距離Ⅲ段：（1）保護本線路全長，下一級線路全長，甚至更遠；（2）延時動作，一般動作時限為：三段式距離保護總結距離保護的組成距離保護裝置一般由以下五個部分組成。1.啟動部分當被保護線路發(fā)生故障時，瞬間啟動保護裝置，以判斷線路是否發(fā)生了故障，并兼有后備保護的作用。通常啟動元件采用過電流繼電器或阻抗繼電器。為了提高元件的靈敏度，也可采用反應負序電流或零序電流分量的復合濾過器來作為啟動元件。2.測量部分測量元件用來測量保護安裝處至故障點之間的距離，并判別短路故障的方向。通常采用帶方向性的阻抗繼電器作測量元件。如果阻抗繼電器是不帶方向性的，則需增加功率方向元件來判別故障的方向。3.延時部分用來提供距離保護Ⅱ段、Ⅲ段的動作時限，以獲得其所需要的動作時限特性。通常采用時間繼電器或延時電路作為時間元件。4.振蕩閉鎖部分用來防止當電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護的誤動作。在正常運行或系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，振蕩閉鎖元件將保護閉鎖，而當系統(tǒng)發(fā)生短路時，解除閉鎖開放保護，使保護裝置根據(jù)故障點的遠、近有選擇性的動作。5.電壓回路斷線失壓閉鎖部分用來防止電壓互感器二次回路斷線失壓時，引起阻抗繼電器的誤動作。2.2阻抗繼電器的構成原理

阻抗繼電器：計算保護安裝點至短路點之間的測量阻抗，與整定阻抗比較，確定保護是否應該動作。是距離保護中的核心元件。阻抗是復數(shù)，是向量，既有大?。ǚ担灿蟹较颍ㄏ辔唬┎煌较颍ㄏ辔唬┥系淖杩共荒鼙容^大小，所以阻抗保護的動作特性分析不同于電流保護。阻抗繼電器的測量阻抗可以在阻抗復平面圖上進行表示，測量阻抗是阻抗復平面圖上的一個坐標點，或一個向量。當電流參考方向為：母線→線路正方向K1故障時，測量阻抗在第一象限。反方向K2故障時，測量阻抗在第三象限。阻抗保護的動作特性阻抗保護的動作特性由阻抗復平面圖上的阻抗動作區(qū)來表示。阻抗動作區(qū)：是阻抗復平面圖上的一個區(qū)域，當測量阻抗落在區(qū)域內(nèi)，則阻抗保護認為是內(nèi)部故障，保護動作。測量阻抗為Zm1時，在阻抗動作區(qū)內(nèi)，阻抗保護動作；測量阻抗為Zm2時，在阻抗動作區(qū)外部，阻抗保護不動作。阻抗動作區(qū)可以是任意形狀。一、對接線方式的基本要求

1.

Zm∝l

(保護至短路點的距離)

2.

Zm與故障類型無關阻抗繼電器的接線方式阻抗繼電器的接線方式是繼電器電流、電壓的選取方式。阻抗繼電器的接線方式主要有兩種：1、相間短路阻抗繼電器接線方式（0°接線方式）：反應相間短路故障；2、接地短路阻抗繼電器接線方式（相電壓和具有K3I0補償?shù)南嚯娏鹘泳€）：反應接地短路故障。1.三相短路※相間短路電流保護不能滿足要求時，考慮采用相間短路距離保護。結論：J1、J2、J3的測量阻抗均能正確反映短路點到保護

安裝地點之間的線路阻抗，均能正確動作。

※零序電流保護不能滿足要求時，考慮采用接地距離保護。是零序補償系數(shù)。主要反映單相接地短路故障。阻抗復平面上圓特性的阻抗繼電器動作特性：唯一取決于短路點到保護安裝處的阻抗大小，與測量阻抗的阻抗角無關，也與短路發(fā)生在保護安裝處的正向或反向無關。

阻抗動作區(qū)是一個以原點為圓心、

為半徑的圓。三種圓特性的阻抗動作區(qū)：1.全阻抗繼電器特性;2.方向阻抗繼電器特性;3.偏移阻抗繼電器特性

1.全阻抗繼電器動作方程：

（1）比幅式

（2）比相式2.方向阻抗繼電器

動作特性：阻抗動作區(qū)是以為直徑，以為圓心的圓。動作區(qū)的圓弧經(jīng)過原點。方向阻抗繼電器的動作區(qū)主要位于第一象限。方向阻抗繼電器具有方向性。當線路正向故障時，測量阻抗位于阻抗復平面圖上的第一象限。如果線路反向故障時，測量阻抗位于阻抗復平面圖上的第三象限。（1）比幅式

（2）比相式動作方程：3.偏移阻抗繼電器（1）比幅式

（2）比相式阻抗動作區(qū)是一個以為圓心，以為半徑的圓。該動作區(qū)圓偏向第三象限。是介于0～1之間的實數(shù)。微機距離保護中阻抗元件的多邊形動作特性圖中第二象限的邊界線傾斜15°，是為了保證線路發(fā)生金屬性短路故障時保護可靠動作，該邊界長度由保護區(qū)X定值決定；為了克服線路末端故障過渡電阻的影響，使多邊形與實軸相交45°－60°；α值的選擇條件應以躲開線路末端故障的越線現(xiàn)象為準。一、方向阻抗繼電器的死區(qū)及消除死區(qū)的方法方向阻抗繼電器的死區(qū)：當保護安裝處正向附近短路故障時，由于阻抗繼電器的輸入電壓為零，無法判斷輸入電壓的相位，因而會造成方向阻抗繼電器拒動。對于相位比較形式的方向阻抗繼電器，當輸入電壓時，，則方向阻抗繼電器無法判斷的相位，從而導致拒動。消除方向阻抗繼電器死區(qū)的措施利用故障前的電壓相位來代替故障后的電壓相位。電磁型阻抗繼電器是采用模擬記憶回路來實現(xiàn)用故障前的電壓相位來代替故障后的電壓相位。對于微機距離保護則可以利用其強大的記憶存儲能力來實現(xiàn)。方向阻抗繼電器的死區(qū)消除的方法2.改變阻抗繼電器動作特性當正方向故障時，，此時的測量阻抗的模值很小，可能失去方向性或拒絕動作。為此采取的措施：當計算得到的、都小于整定值的1/8時，在微機保護的四邊形工作特性的基礎上增加一個小矩形。在三相短路中，距離Ⅲ段采用偏移特性的動作特性。當人工手動合閘到故障線路或自動重合閘不成功時，這時保護不存在方向問題，也可采樣偏移特性的阻抗動作特性。一、短路點過渡電阻的影響

1.短路點過渡電阻的性質

電弧電阻、中間物質電阻、導線與地的接觸電阻、金屬桿塔的接地電阻等。

相間短路：電弧電阻為主，短路初，電阻最小。

Rg≈1050lg/Iglg電弧的長度m

接地短路：500KV300Ω

Ig電弧電流的有效值220KV100Ω

影響：（1）使測量阻抗增大，距離保護拒動，保護范圍縮短；（2）對保護裝置距離短路點越近，受到的影響越大，可能導致保護無選擇性動作；（3）線路越短，整定值越小，所受影響越大。

過渡電阻對距離保護的影響采用多邊形的阻抗動作區(qū)。圖中第二象限的邊界線傾斜15°，是為了保證線路發(fā)生金屬性短路故障時保護可靠動作，該邊界長度由保護區(qū)X定值決定；為了克服線路末端故障過渡電阻的影響，使多邊形與實軸相交45°－60°；α值的選擇條件應以躲開線路末端故障的越線現(xiàn)象為準。二、電壓互感器二次回路斷線的影響及克服措施運行中電壓互感器二次回路斷線時，輸入阻抗繼電器的電壓所以，有可能會造成距離保護誤動作?？朔胧翰捎秒妷夯ジ衅鳎≒T、TV）斷線閉鎖元件，即發(fā)現(xiàn)電壓互感器二次側斷線后，閉鎖距離保護，不使距離保護誤動作。識別電壓互感器二次側斷線的方法：1、一相電壓為零（或很低）；2、電流中無零序電流或負序電流；當同時滿足上述條件1、2時，則認為電壓互感器二次側斷線振蕩原因：（1）輸電線輸送功率過大，超過靜穩(wěn)極限；振蕩：兩側電力系統(tǒng)失去同步，即兩側電氣量的頻率不相等，。

振蕩產(chǎn)生的原因：

（1）電力系統(tǒng)故障（如發(fā)電機調速系統(tǒng)故障、線路故障）；

（2）