繼電保護-距離保護2

1、第三章電網的距離保護（二）,第五節(jié)距離保護的振蕩閉鎖,第四節(jié)距離保護的整定計算原則及評價,第六節(jié)故障類別判別和故障選相,第七節(jié)距離保護特殊問題的分析,第八節(jié) 工頻故障分量距離保護,第四節(jié) 距離保護的整定計算及評價,當距離保護用于雙側電源的電力系統(tǒng)時，為便于配合，一般要求I、II段的測量元件都要具有明確的方向性，即采用具有方向性的測量元件。 第III段為后備段，包括對本線路I、II段保護的近后備、相鄰下一級線路保護的遠后備和反向母線保護的后備，所以第III段通常采用帶有偏移特性的測量元件。,距離保護各段動作區(qū)域示意圖,R,jX,2,1,3,4,jX,R,C,A,B,D,當各段測量元件均采用圓形動

2、作特性時，它們的動作區(qū)域如圖,復平面坐標的方向做了旋轉，以使各測量元件整定阻抗方向與線路阻抗方向一致,保護A距離段,保護A距離段,保護B距離段,保護A距離段,一、整定計算原則：,A,B,C,1,2,1、距離保護I段的整定 一般按躲開下一條線路出口處短路的原則來整定。 所以其測量元件的整定阻抗，應該按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定。,（1）動作阻抗,（2）動作時限：,2、距離保護II段的整定 （1）動作阻抗（應按以下兩點原則來確定）,Kb應采用當保護2第I段末端短路時，可能出現的最小值,1）與相鄰線路距離保護I段相配合，并考慮分支系數的影響,A,B,C,1,2,當k點短路時，變電所A距離保

3、護1的測量阻抗是：,此時Kb1，由于助增電流的影響，與無分支情況相比，將使保護1處的測量阻抗增大，可能產生拒動。,A,B,C,1,2,此時Kb1，由于外汲電流的影響，Kb1，與無分支情況比，將使測量阻抗變小，若不考慮Kb，則可能產生誤動。,為充分保證保護1和保護2之間的選擇性，應按Kb為最小的運行方式來確定。保護1的距離II段的整定值，使之不超出保護2距離I段的范圍。,2）與相鄰變壓器的快速保護相配合，躲開線路末端變電所變壓器低壓側出口處短路時的阻抗值。,設變壓器的阻抗為： 則起動阻抗應整定為： 誤差較大，取 應采用當k點短路時的最小值。,（2）動作時限,取兩個整定值中最小的一個。,距離保護I

4、I段的動作時間，應在與之配合的相鄰元件保護動作時間的基礎上，加上一個時間級差，即：,式中,與本保護配合的相鄰元件保護段（x為I或II）的動作時間。,時間級差,其選取方法與階段式電流保護中時間級差選取方法一樣。,（3）靈敏度校驗,距離保護的II段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度。考慮到各種誤差因素，要求靈敏系數應滿足：,如果Ksen不滿足要求，則距離II段應改為與相鄰元件的II段保護相配合。,3、距離保護III段的整定,距離保護第III段的整定阻抗，按以下幾個原則計算。,（1）III段的整定阻抗,1）按與相鄰線路距離保護II或III段配合整定,在與相鄰線路距離保護II段配

5、合時，III段的整定阻抗為：,可靠系數的取法與II段整定中類似。,如果與相鄰線路距離保護II段配合靈敏系數不滿足要求，則應改為與相鄰線路距離保護的III段相配合。,2）按與相鄰變壓器的電流、電壓保護配合整定,III段的整定阻抗為：,式中,電流、電壓保護的最小保護范圍對應的阻抗值。,3）按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定,當線路上的負荷最大時，即線路中的電流為最大負荷電流且母線電壓最低時，負荷阻抗最小，其值為：,參照過電流保護的整定原則，考慮到電動機自起動的情況下，保護III段必須立即返回的要求，若采用全阻抗特性，則整定值為：,若采用方向特性，由于負荷阻抗與整定阻抗的阻抗角不同，整定阻抗可由下式

6、給出：,整定阻抗的阻抗角,當第III段采用偏移特性時，反向動作區(qū)的大小通常用偏移率來整定，一般情況下，偏移率取為1030。,負荷阻抗的阻抗角,按上述三個原則進行計算，取其中的較小者作為距離III段的整定阻抗。,R,jX,遠后備保護時 ：,近后備保護時 ：,（2）靈敏度校驗,距離保護的III段，一方面作為本線路I、II段保護的近后備，另一方面還作為相鄰設備保護的遠后備，靈敏度應分別進行校驗。,按本線路末端短路校驗,按相鄰設備末端短路校驗,相鄰設備（線路、變壓器等）的阻抗。,相鄰設備末端發(fā)生金屬性短路時保護1可能出現的最大測量阻抗,（3）動作時限 其動作時限較相鄰與之配合的元件保護的動作時限增加一

7、個時限階段：,距離保護III段的動作時間，應在與之配合的相鄰元件保護動作時間的基礎上，加上一個時間級差t，但考慮到距離III段一般不經振蕩閉鎖，其動作時間不應小于最大的振蕩周期（1.5-2s）。,4. 將整定參數折算到二次側,為電流互感器變比 為電壓互感器變比 為保護的一次動作阻抗,或,計算中得到的整定阻抗，也可以按照類似的方法換算到二次側：,5.距離保護的評價 1)主要優(yōu)點： 能滿足多電源復雜電網對保護動作選擇性的要求。 阻抗繼電器是同時反應電壓降低與電流增大而動作，故距離保護較電流保護有較高的靈敏性，且段基本不受運行方式的影響，而、段仍受系統(tǒng)運行方式變化的影響，但比電流保護要小些，保護區(qū)域

8、和靈敏性比較穩(wěn)定。,2)缺點： 不能實現全線速動，對雙側電源線路，將有全線3040%以段時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠距離輸電系統(tǒng)來說不能接受。 阻抗繼電器本身較復雜，還增設各種閉鎖裝置，調試麻煩，可靠性相對較低 。,例1：圖示網絡，各線路均裝有距離保護。試對其中保護1的相間短路保護、段進行整定計算。已知線路AB的最大負荷電流 =350A，功率因數cos =0.9。各線路每公里阻抗 = 電動機自起動系數 =1，正常時母線最低電壓 取等于0.9 （ =110kV）。,1,4,3,2,5,6,9,10,7,8,A,B,C,D,E,M,N,30km,60km,60km,解：各元件阻抗值的計算

9、 AB線路的正序阻抗: BC線路的正序阻抗 : 變壓器的等值阻抗 : 距離段的整定 動作阻抗： 動作時限：, 距離段的整定 動作阻抗：按以下兩個條件選擇，且取其中較小的一個 a.與相鄰線路BC的保護3（或5）的段配合:,為最小，是在保護3的段末段發(fā)生短路時的最小分支系數,1,4,3,2,5,6,9,10,7,8,A,B,C,D,E,M,N,30km,60km,60km,求最小分支系數應IAB取最大，而IBC取最小。即電源M在最大方式，電源N在最小方式。,0.15ZBC,ZAB,0.85ZBC,A,B,?1,?2,ZBC,Xs1.min,XS2.max,ZT,?3,C,該支路電流忽略!,b.按照

10、躲開相鄰變壓器低壓側出口k2短路整定:,取以上兩個中較小的一個數 ,故:,這時并聯支路電流可以忽略,最小分支系數應IAB取最大，而I3取最小。,動作時限 與相鄰保護3的段配合 則: 靈敏性校驗：,距離段的整定,動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗整定。,滿足要求,它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。,因為繼電器取為相間接線方式的方向阻抗繼電器,取,b.變壓器配合：,（2）靈敏性校驗：,a.與線路配合 :,Kb.max取最大值，電源M最小方式，電源N最大方式，線路BC停用。,滿足要求,不滿足要求,相鄰元件末端短路保護可能感受的最大測量阻抗,動作時限：,取其中較長者,變壓器： 215MV

11、A 110/6.6kV 例2：已知：線路的正序阻抗 ，線路阻抗角 ； 線路AB及BC均裝設三段式距離保護，各段測量元件均采用方向阻抗繼電器，而且均采用 接線方式，保護用電壓互感器變比為110/0.1，電流互感器變比為600/5 ； 線路AB、BC的最大負荷電流 ，負荷的功率因數為 ，負荷自起動系數 ； 保護2距離段的動作時限 求：保護1距離、段的動作阻抗，靈敏系數與動作時限及阻抗繼電器的動作阻抗。,解： 距離段：,本題 最小的情況是在 ，即電源B的機組已全停，此時 。否則 必大于1，有助增。,距離段 ： 與保護2距離段配合,為保證選擇性，取較小者為距離段的動作阻抗 ，則： 校驗靈敏系數：,與變

12、壓器的速動保護配合,一種是把兩臺變壓器并聯看成一個整體，一種看成兩個并聯支路，Kb.min=1/2,把兩臺變壓器并聯看成一個整體,距離段： 按躲過最小負荷阻抗求正常運行時的動作阻抗， 即對應于 時的動作阻抗。,距離段采用方向阻抗繼電器時對應于 時的動作阻抗,校驗靈敏系數 ： 作線路AB的近后備時：,作相鄰線路BC的遠后備時：,4.動作時限：,作變壓器的遠后備時考慮其中一臺停用。,5.繼電器的動作阻抗：,第五節(jié) 距離保護的振蕩閉鎖,3.5.1.振蕩閉鎖的概念,并聯運行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現象，稱為電力系統(tǒng)的振蕩。,引起電力系統(tǒng)振蕩的原因 ：,一種是因電力系統(tǒng)受到大的擾動（如短路、大機組或

13、重要聯絡線的誤切除等）而導致暫態(tài)穩(wěn)定破壞。,一種是因為聯絡線中傳輸的功率過大而導致靜穩(wěn)定破壞。,（1）系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)各電源之間同步運行，各電源電勢之間的相差角為常數；,（3） 電力系統(tǒng)中發(fā)生同步振蕩或異步運行時，各點的電壓、電流和功率的幅值和相位都將發(fā)生周期性的變化。阻抗繼電器的測量阻抗 也將周期性的變化，當測量阻抗進入距離保護動作區(qū)域時，保護將發(fā)生誤動作。,（2）當系統(tǒng)短路切除太慢，或遭受較大沖擊時，并列運行的各電源之間失去同步，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，各電源電勢之間的相差角隨時間而變化，系統(tǒng)中出現幅值以一定周期變化的電流稱為振蕩電流；,因電流保護、電壓保護和功率方向保護等一般都

14、只應用在電壓等級較低的中低壓配電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)出現振蕩的可能性很小，振蕩時保護誤動產生的后果也不會太嚴重，所以一般不需要采取振蕩閉鎖措施。 距離保護一般用在較高電壓等級的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)出現振蕩的可能性大，保護誤動造成的損失嚴重，所以必須考慮振蕩閉鎖問題。,聯絡開關,1、系統(tǒng)振蕩的特點：,a. 系統(tǒng)全相運行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩，三相總是對稱的。 b. 振蕩時，最大振蕩電流接近于振蕩中心處短路時的短路電流。 c. 振蕩的過程是緩慢的（我國電網振蕩周期一般為0.8s1.2s左右) 。,3.5.2 電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響,Z,M,N,設以 為參考，使其相位角為零，則 。在振蕩時，可認為N側系統(tǒng)

15、等值電勢 圍繞 旋轉。因 滯后于 的角度 在0360之間變化， 。,.,I,2、電流、電壓的變化規(guī)律,此電流滯后于電勢差 的角度為系統(tǒng)總阻抗角,由M側流向N側的電流為：,振蕩時，三相對稱，系統(tǒng)中性點電位仍保持為零，故線路兩側母線電壓為：,設 阻抗角相同，則 為一標量， 與 具有相同的相位。,換句話說， 落在直線 上。,O,是輸電線上的兩個端點電壓，輸電線上各點電壓向量的端點沿著直線 移動，從原點與此直線上任一點連線所做成的向量，即代表輸電線上該點的電壓，從原點作直線 的垂線所得的向量最短，垂足os所代表的輸電線上那一點在振蕩角度 下的電壓最低，該點稱為系統(tǒng)在振蕩角度為 時的電氣中心或振蕩中心

16、。,os,O,隨著 的改變，振蕩中心在線路上的位置也在變。當系統(tǒng)阻抗角和線路阻抗角相等且兩側電勢幅值相等時，電氣中心的位置不隨 的改變而移動，始終位于系統(tǒng)縱向總阻抗 之中點處。（這就是為什么稱其為電氣中心）,現在假定 I.先看振蕩中心電壓,當 =0時(或360),線路兩端電勢相等，沒有電流流過,在保護安裝處電流跟振蕩中心電流一樣（同一條線路上） 當 =0時,由于I=0,所以,當 =180時,線路兩端電勢在中點相互抵消，,.再來看在保護安裝處電流、電壓的變化規(guī)律,當 =180時, 而,系統(tǒng)振蕩時的電流和電壓,(b) 電流有效值變化曲線,(c)電壓有效值變化曲線,UM,Uos,o,3,4,(a)

17、相量圖及變化軌跡,UN,從圖上可以直觀地看出來，當 =180時，在保護安裝處U最小而I最大，這時繼電器的測量阻抗 ，可能進入保護動作區(qū),.M點保護裝置的測量阻抗 當系統(tǒng)振蕩時，在變電所M的線路上，振蕩電流為：,表示系統(tǒng)總的縱向正序阻抗,M點阻抗繼電器的測量阻抗為：,M點的母線電壓為：,表示兩側系統(tǒng)電勢幅值之比,假定Ke=1，即兩系統(tǒng)電勢幅值相同，系統(tǒng)和線路的阻抗角也相同，則 隨 變化關系是：,把 隨 變化的關系畫在以保護安裝地點M為原點的復阻抗平面上。 當全系統(tǒng)所有阻抗角均相同時（Ke=1， ）,可見:當 =0時, ；當 =180時， 即測量阻抗等于保護安裝點到振蕩中心的阻抗，當 改變時，不但

18、測量阻抗的大小在改變，而且阻抗角也在變化，其變化范圍在（ ）至（ ）之間。,當m=1/2時，特性直線通過坐標原點， 相當于保護裝置安裝在振蕩中心處； 當m1/2時，直線族與-jx相交，此時 振蕩中心將位于保護范圍的反方向。,在系統(tǒng)振蕩時，為了求出不同安裝地點距離保護測量阻抗的變化規(guī)律，令 代替 ，并設 ，m為小于1的變數，則有 ,其中 表示保護安裝處X的測量阻抗。,設保護安裝在系統(tǒng)的X處，X到電源M的等值阻抗為ZX,當m取不同數值時，測量阻抗變化的軌跡應是平行于 直線的一直線族。,.保護安裝在不同安裝地點阻抗的變化規(guī)律,當兩側系統(tǒng)的電勢 ，即 時，由 其軌跡應是位于直線 某一側的一個圓。,在這

19、種情況下，當 時，由于兩側電勢不相等而產生一個環(huán)流。因此，測量阻抗不等于 ，而是一個位于圓周上的有限數值。,R,jX,N,M,o,o,1,2,Zm.M,. （兩側系統(tǒng)電勢不等）,當Ke1， ，軌跡圓位于直線 下面，實質電流由N側流向M側,當Ke1， ，軌跡圓位于直線 上面，實質電流由M側流向N側,實質電流由N側流向M側,實質電流由M側流向N側,.振蕩對距離保護測量元件的影響,假設M、N兩處均裝有距離保護，其測量元件均采用圓特性的方向阻抗元件，距離I段的整定阻抗為線路MN阻抗的80。,N,M,1,2,3,4,虛線圓為N側I段的動作特性。,實線圓為M側I段的動作特性。,振蕩中心落在母線M、N之間的

20、線路上時。當變化時，M、N兩處的測量阻抗的末端，都將沿直線 移動。,當在14范圍內時，N側測量阻抗落入動作范圍之內，其測量元件動作；,當在23范圍內時，M側測量阻抗也落入動作范圍之內，其測量元件也動作。,即當振蕩中心落在本線路上時，當變至=1800 左右時，線路兩側保護I段的測量元件都可能動作。,=1800,當振蕩中心落在本線路范圍之外時，兩側保護的測量阻抗都不會進入其I段的動作區(qū)，本線路的距離I段將不受振蕩的影響。但由于II段及III段的整定阻抗一般較大，振蕩時的測量阻抗比較容易進入其動作區(qū)，所以II段及III段的測量元件可能會動作。,N,M,o,O,m=1/2,m1/2,m1/2,距離保護

21、安裝地點越接近振蕩中心，越容易引起誤動。繼電器的動作特性在復阻抗平面上沿 方向所占面積越大，受影響越大。,距離段、段都會誤動，而距離段不會誤動（由于我國電網的振蕩周期為1s左右，而段保護需延時1.5s以上，一般為1.5s2s，可利用延時躲開振蕩的影響）,當振蕩發(fā)生時，首先起動的是段，然后是段、段阻抗繼電器。,.歸納：,Zm3,Zm2,Zm1,圖示雙側電源的系統(tǒng)中，阻抗繼電器裝在M側，兩側電源電動勢大小相等，各元件阻抗角相同，相關參數標在圖中。 試回答：,(1)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，阻抗繼電器測量阻抗端點的變化軌跡； (2)如果阻抗繼電器是方向阻抗繼電器，M側保護其整定阻抗Zset=3，請問，在下述幾

22、種情況下系統(tǒng)發(fā)生振蕩時阻抗繼電器是否會誤動：,(a)Zs=1，ZR=9； (b)Zs=1，ZR=4； (c)Zs=6，ZR=4。,.電力系統(tǒng)振蕩和短路時電氣量的差異,（1）電力系統(tǒng)發(fā)生短路的瞬間，短路電流突然增加，母線電壓突然降低，變化速度很快，但在短路發(fā)生后，若不計其衰減，電流、電壓將基本不再變化，保護的測量阻抗，將從負荷阻抗突變?yōu)槎搪纷杩?，并維持為短路阻抗不再變化。 系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)中的電壓電流都不會有突然的變化，但在整個振蕩過程中，電壓電流一直都在作周期性變化，保護的測量阻抗也不會有突然的變化，但會隨著的變化而不斷的變化。,幅值和變化率,（2）系統(tǒng)發(fā)生各種不對稱短路時，故障電壓、電流會有

23、較大的負序分量，在發(fā)生三相短路的最初瞬間，也會因暫時的不對稱而出現負序分量。系統(tǒng)振蕩時，三相完全對稱，不會出現負序量。,（3）系統(tǒng)短路時，測量電壓與測量電流之間的相位差取決于短路阻抗角，它基本不變。系統(tǒng)振蕩時，電壓電流之間的相位，隨著的變化而變化。,序分量,相位變化,構成振蕩閉鎖回路應滿足以下基本要求：,先故障后振蕩，保護不致無選擇的動作。,在振蕩中故障，保護應能正確動作。,系統(tǒng)發(fā)生故障，保護應不被閉鎖而能可靠動作。,系統(tǒng)只發(fā)生振蕩，應將保護可靠閉鎖，且振蕩不停，閉鎖不解除。,3.5.3 距離保護的振蕩閉鎖措施,振蕩閉鎖措施,為滿足上述要求，距離保護一般采用以下幾種振蕩閉鎖措施：,1）利用系統(tǒng)

24、故障時短時開放的措施實現振蕩閉鎖,所謂系統(tǒng)故障時短時開放，就是在系統(tǒng)沒有故障時，距離保護的I、II段一直處于閉鎖狀態(tài)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，短時開放距離保護I、II段。若在開放的時間內，I、II段的測量元件動作，則繼續(xù)維持開放狀態(tài)，直至保護動作，故障消失。若在開放的時間內I、II段測量元件未動，則說明故障不在保護區(qū)內，則重新將保護閉鎖。,即系統(tǒng)沒有故障時，起動元件不動作，I、II段的測量部分將被閉鎖； 系統(tǒng)發(fā)生故障時，起動元件動作，迅速將I、II段測量部分投入工作。 起動元件僅需要判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了故障，而不需要判出故障的遠近及方向，對它的要求是靈敏度高、動作速度快，系統(tǒng)振蕩時不誤動作。,系統(tǒng)是否

25、發(fā)生故障的判斷，是由距離保護的起動元件完成。,距離保護中應用的起動元件,負序分量或零序分量起動,電流突變量起動,（1）利用負序分量起動,開放保護,整組復 歸,S R,SW,DW,TDW,利用負序分量實現振蕩閉鎖,系統(tǒng)正常運行或因靜穩(wěn)定破壞而引發(fā)振蕩時，負序元件不動作，雙穩(wěn)觸發(fā)器SW以及單穩(wěn)觸發(fā)器DW都不會動作，保護不會被開放，所以不可能發(fā)生誤動。,當系統(tǒng)發(fā)生短路時，它立即起動，動作信號經雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW記憶下來，直至整組復歸，SW輸出的信號，又送至一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW，固定輸出時間寬度為TDW的短脈沖，在TDW時間內允許保護動作。,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,“0”,保護區(qū)外發(fā)生故障時，負序元件

26、也將動作，并且振蕩閉鎖部分也會開放TDW時間。如果區(qū)外故障沒有引起系統(tǒng)振蕩，則距離保護的測量元件不會動作，所以保護也不會發(fā)生誤動；若區(qū)外故障引起了系統(tǒng)振蕩，因在剛發(fā)生故障后的一定時間（TDW）內角較小，測量元件不會動作，所以在振蕩閉鎖開放的時間段內，保護不會誤動，TDW時間后，測量元件可能會因變大而動作，但這時開放時間已過，保護也不會誤動作。,當故障發(fā)生在保護區(qū)內時，距離保護的I段或II段測量元件立即動作，I段動作后立即跳閘；II段動作后實現自保持，直至故障被切除。所以區(qū)內故障情況下，保護能夠可靠動作。,TDW稱為振蕩閉鎖的開放時間，或稱允許動作時間。 其選擇要兼顧兩個原則： 一是要保證在正向

27、區(qū)內故障時，I段保護有足夠的時間可靠跳閘，II段保護的測量元件能夠可靠起動并實現自保持，因而時間不能太短，一般不應小于0.1s； 二是要保證在區(qū)外故障引起振蕩時，測量阻抗不會在故障后的TDW時間內進入動作區(qū)，因而時間又不能太長，一般不應大于0.3s。 通常情況下取TDW=0.1-0.3s。,整組復歸電路在判斷出故障或振蕩消失，再經過一個延時后動作，將SW復原，它與負序元件、SW配合，保證在整個一次故障過程中，保護只開放一次。,a.零序分量 在三相電壓中，零序電壓大小相同，相位相同，因此，在線電壓中沒有零序電壓分量。 在輸入端采用線電壓，就可以消除零序電壓的影響，因此在輸出端不可能有零序分量出現

28、。,用以從三相不對稱電壓中取出其負序分量的回路稱為負序電壓過濾器。,b.正序分量 、 、 是沿順時針方向依次落后 120 在 回路中,電流超前電壓30， 在 回路中,電流超前電壓60。,負序電壓過濾器,則當輸入端有正序電壓加入時： 故在m、n端正序電壓也沒有輸出。,在 回路中,電流超前電壓30，,在 回路中,電流超前電壓60。,c.負序分量 當輸入端有負序電壓加入時，在mn端空載輸出電壓 ：,因此，負序電壓過濾器的空載輸出電壓與輸入端的負序相電壓成正比，且超前 30。 當電路中有負序分量出現，一定是系統(tǒng)發(fā)生故障，保護應動作。,在微機保護中對稱分量的計算根據輸入量的性質有兩類算法，即復相量濾序算

29、法和采樣值濾序算法。,假定已通過前面的算法求得了各相電壓基頻復相量的實部和虛部，譬如，采用富氏算法算得a、b、c三相電壓的實部和虛部，用復相量記法分別表示為：,1、復相量濾序算法,這時，只需將式（2）代入式（1），便可直接算出各序分量復相量的實部和虛部。這里假定零序分量、正序分量及負序分量電壓的復相量分別記為：,例如：對于負序分量，由式（1）、式（2）和式（3）得：,將上式展開后合并，即可得：,零序分量和正序分量可仿此計算。,(4),假定已通過前面的數字濾波器求得了各相電壓基頻分量采樣值序列，譬如，采用級聯濾波器算得a、b、c三相基頻電壓的采樣值分別為 、 、 。,零序分量的計算比較簡單，可采

30、用同時刻的采樣值直接相加，即:,2、采樣值濾序算法,下面討論負序分量的計算（正序分量只需顛倒相序，即交換任意兩相的位置即可）。參考式（1），將相量濾序原理應用于離散化采樣值，有：,(5),式（5）的數據窗的寬度為 （相當于2/3個基頻周期），計算時間較長。,依此來處理式（5）中的c相電壓，即取,為了縮小數據窗的寬度，注意到對于純正弦量，有：,式（6）的數據窗寬度為 （相當于1/3個基頻周期），計算時間明顯縮短。,（2）反應測量阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路,振蕩時，Z1、Z2依次動作 內部故障時，Z1、Z2同時動作,a.阻抗元件Z1、Z2同時啟動，則為系統(tǒng)發(fā)生短路開放保護。 b. Z1先啟動，經t

31、延時后，Z2才啟動，就可認為是振蕩引起的，閉鎖保護。,Z2,Zk,Zm,Z1,ZL,O,O,高靈敏度阻抗元件,低靈敏度阻抗元件 （整定值?。?“大圓套小圓”振蕩閉鎖,正常運行時Z1、Z2均不動作,振蕩時Z1、Z2依次動作,內部故障時Z1、Z2同時動作,系統(tǒng)發(fā)生振蕩時： 測量阻抗緩慢變化，首先進入動作特性Z1，測量元件Z1先動作，Y1動作輸出為“1”，使T開始計時，這時T輸出仍然為“0”，若T的延時時間t小于系統(tǒng)振蕩情況下測量阻抗從進入Z1到進入Z2的時間，則T一定在Z2動作之前先動作輸出為“1”，從而將與門Y2閉鎖，從而使保護不能開放。,正常時： 系統(tǒng)正常運行時，兩個阻抗元件Z1和Z2都不會動

32、作， Z2不動作，與門Y2輸出為“0”，所以保護不可能開放 。,大圓,小圓,注意：Z1、Z2是振蕩閉鎖測量元件與保護測量動作元件不同 其動作阻抗整定值均大于距離段整定阻抗。,當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時： 測量阻抗從負荷阻抗ZL突變至短路阻抗Zk，這時Z1、Z2兩個測量元件將同時動作，Z2動作后T動作前，這時T仍然輸出為“0”，通過Y2開放保護，并將Y1閉鎖，使T返回，這樣，Y2將維持開放狀態(tài)，直到Z2返回。,這相當于在Z1動作后將先開放一個t的時間，如果在這段時間內Z2動作，就去開放保護，直到Z2返回，如果在t的時間內Z2不動作，保護就不會被開放。,2）利用動作的延時實現振蕩閉鎖,電力系統(tǒng)振蕩時，距

33、離保護的測量阻抗是隨角的變化而不斷變化的，分析表明，對于按躲過最大負荷整定的III段阻抗元件來說，測量阻抗落入其動作區(qū)的時間一般不會超過11.5s，即系統(tǒng)振蕩時III段阻抗元件動作持續(xù)的時間不會所以超過11.5s。這樣，只要令其動作的時間不小于11.5s，系統(tǒng)振蕩時它就不會誤動作。系統(tǒng)故障時，若I、II段保護拒動，測量阻抗會一直落在III段動作區(qū)內，經過預定的延時后，III段動作跳閘。 目前的距離保護中，一般都是利用上述的短時開放原理在振蕩過程中閉鎖I、II段保護，但III段保護一直處于開放狀態(tài)，它依靠動作延時來免受振蕩的影響。,3.5.1 振蕩過程中再故障時的保護再開放,振蕩閉鎖措施能夠在系

34、統(tǒng)出現振蕩的情況下，可靠地將保護I、II段閉鎖，使其不會發(fā)生誤動。 但是如果系統(tǒng)在振蕩過程中又發(fā)生了內部故障，保護的I、II段也將不能動作，故障將無法被快速切除。為克服此缺點，振蕩閉鎖元件中還可以增設振蕩過程中再故障的判別邏輯，判出振蕩過程中又發(fā)生內部短路時，將保護再次開放。,（1）振蕩過程中再發(fā)生不對稱故障的判斷,當振蕩過程中又發(fā)生不對稱短路時，可用下列判據作為重新開放保護的條件。,即：,式中 、 、 分別為負序、零序和正序電流的幅值； m比例系數，一般取0.50.7。,在系統(tǒng)全相振蕩時，三相電流仍然對稱，正序電流很大，負序和零序電流都為0，雖然I2和I0濾過器會有一定的不平衡輸出，但量值較

35、小，上式得不到滿足，保護不會開放。,（2）振蕩過程中再發(fā)生對稱性故障的判斷,對稱故障判別元件的動作判據為 :,式中 為電流落后電壓的相角。p.u.標么值,為電壓相量 在電流相量 方向上的投影，是一個標量。,分析表明，在系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，如果忽略系統(tǒng)阻抗和線路阻抗中的電阻分量，則 近似等于故障點處的電弧電壓Uarc，其值一般不超過額定電壓的6，且與故障距離無關、基本不隨時間的變化而變化。,在系統(tǒng)振蕩時， 近似為振蕩中心的電壓，當在1800附近時，該電壓值很小，可能會滿足上式，但當為其它角度時，該電壓值就比較高，不會滿足上式。即系統(tǒng)三相故障時，上式會一直被滿足，而在系統(tǒng)振蕩時，上式僅在較短的時間

36、內滿足，其余時間都不滿足。這樣，用上式再配合一個延時時間就能夠區(qū)分出三相故障和振蕩。,3.6 故障類型判別和故障選相,在啟動元件動作后，需要根據故障特征，判別出故障類型和相別，找出故障環(huán)路，從而計算測量阻抗，確定故障位置。,數字保護常用選相啟動元件,相電流差突變量,相電流突變量,相電流突變量差,這些量既可以利用瞬時采樣值通過保護算法計算得到有效值后獲得，也可以直接利用瞬時采樣值直接計算獲得。,起動元件程序可采用多種方式來完成，目前系統(tǒng)中通常采用的方式是相電流突變量起動方式。具體做法是求出每個采樣點的相電流瞬時值與前一個工頻周期相同相位的瞬時采樣值之差值，即取突變量值，如大于整定值保護就起動。突

37、變量起動方式可表示為： ，式中N為每周采樣點數。 相電流突變量起動方式的程序較為簡單，抗干擾能力較差，起動較為頻繁容易造成誤起動。,t,k,k-N,Ik,Ik-N,相電流突變量,這樣的起動方式可以克服系統(tǒng)頻率偏離額定值時造成的不平衡電流（采樣點位置不對應）。,在實際應用中采取相電流突變量差的起動方式，即兩兩相鄰周期的突變量之差，A相的突變量差值為：,相電流突變量差,當任一相的相電流差突變量大于整定值四次，保護裝置即起動。,為了進一步提高起動的抗干擾能力，在程序中是采用相電流差突變量起動方式，可表示為：,相電流差突變量,相電流差突變量,其中：,是相電流差突變量,是相電流突變量,是故障后相電流,是

38、故障前相電流,在選相程序中，可以先進行接地/相間故障判別。,故障相判別程序流程圖(先進行接地/相間故障判別),Y,N,Y,N,N,Y,KA(1),KB(1),KC(1),計算ZA,計算ZB,計算ZC,KAB(1,1),KBC(1,1),KCA(1,1),計算ZAB,計算ZBC,計算ZCA,KAB(2),KBC(2),KCA(2),計算ZAB,計算ZBC,計算ZCA,計算ZAB,1.接地故障 當滿足 時判為接地故障。 2.單相接地故障相別判別,最小,最小,最小,為了與上述分析進一步吻合，取一個放大倍數m（4m8)，考慮留有一定的裕度，則有：,由上分析，當 時，有 則當滿足接地故障條件時，可按下式

39、判別：,判別公式為：,4.三相短路判別 當滿足 即可判為三相短路。,3.兩相接地故障相別判別,當單相接地條件不滿足時，則判定為兩相接地故障，只要求出三個相電流差突變量的最大值，與之對應的兩相就是故障相。,若接地故障條件不滿足，則判定為非接地故障。,5.兩相短路判別（即不是接地，也不是三相短路）,3.7 距離保護特殊問題的分析,前面的分析中，大多是以金屬性短路為例進行的，但實際情況下，電力系統(tǒng)的短路一般都不是金屬性的，而是在短路點存在過渡電阻。過渡電阻的存在，將使距離保護的測量阻抗、補償電壓等發(fā)生變化，有可能造成距離保護的不正確工作。,3.7.1 短路點過渡電阻對測量元件的影響,1.短路點過渡電

40、阻的性質,(3)在相間短路時，過渡電阻主要由電弧電阻構成，在導線對鐵塔放電的接地短路時鐵塔及其接地電阻構成主要成分。,(2)包括：電弧、中間物質的電阻、導線與地間的接觸電阻、金屬桿塔的接地電阻等。,(1)過渡電阻 Rg是指當相間短路或接地短路時，短路電流從一相流到另一相或從相導線流入地的途徑中所通過的物質的電阻。,（4）電弧電阻,電弧電流有效值 （A）,電弧長度 （m）,過渡電阻的存在使阻抗繼電器的測量阻抗 增大，保護范圍縮小，使保護的靈敏性降低。,由于過渡電阻的影響，使得段的保護范圍縮小。 保護裝置距短路點越近時，受過渡電阻的影響越大，同時保護裝置的整定值越小，則相對受過渡電阻的影響越大。

41、I段最嚴重，II段次之，III段最小。,即:Rg的存在總是使繼電器的測量阻抗增大，使保護范圍縮短,2.單電源線路Rg的影響,Zm.A,Rg,Z,C,A,（a）,B,B,jX,R,R,jX,A,單側電源線路過渡電阻的影響,C,(b),（a）系統(tǒng)示意圖,(b) 對不同安裝地點的距離保護的影響,當線路B-C的始端經過渡電阻Rg短路時，B處保護的測量阻抗為Zm.B=Rg，而A處保護的測量阻抗為Zm.A= ZAB+ Rg ，當Rg的數值較大時，就可能出現B處超出其I段范圍而B處和A處仍位于其II段范圍內的情況。此時A處的II段動作切除故障，從而失去了選擇性，同時也降低了動作的速度。,保護裝置距短路點越近

42、時，受過渡電阻影響越大；同時，保護裝置的整定阻抗越小（相當于被保護線路越短），受過渡電阻的影響越大。,3.雙側電源線路Rg的影響,A,B,C,2,1,分別為兩側電源供給的短路電流， 流經 的電流,A和B母線電壓：,表示 超前于 的角度，當 為正時，測量阻抗的電抗部分增大，使 的阻抗角增大，過渡電阻呈感性，可能拒動；而當 為負時，電抗部分減小，過渡電阻呈容性，使 的阻抗角變小，引起保護的誤動。所以雙側電源系統(tǒng)中，由于過渡電阻的影響，可能導致保護的無選擇性動作。,A,Zk,則：,4.不同特性的阻抗繼電器，受過渡電阻的影響程度不同 方向阻抗繼電器受過渡電阻的影響嚴重，偏移阻抗繼電器次之，全阻抗繼電器

43、相對最小。,+R,+jx,5.減少過渡電阻影響的措施,在過渡電阻的大小和兩側電流相位關系一定的情況下，它對阻抗繼電器的影響，與短路點所處的位置、繼電器所選用的特性等有密切的關系。對于圓特性的方向阻抗繼電器來說，在被保護區(qū)的始端和末端短路時，過渡電阻的影響比較大，而在保護區(qū)的中部短路時，過渡電阻的影響則較小。在整定值相同的情況下，動作特性在R軸方向所占的面積越小，受過渡電阻Rg的影響就越大。此外，由于接地故障時過渡電阻遠大于相間故障的過渡電阻，所以過渡電阻對接地距離元件的影響要大于對相間距離元件的影響。,采用能容許較大的過渡電阻而不至于拒動的測量元件，是克服過渡電阻影響的主要措施。,1）在整定值

44、相同的情況下，具有正序電壓極化或記憶電壓極化的測量元件動作特性在R軸方向所占的面積比方向阻抗元件大，所以它們耐受過渡電阻的能力要比方向阻抗元件強。,2）使動作特性向R方向偏轉一個角度，則特性在R軸方向所占的面積更大，耐受過渡電阻的能力將更強，但特性圓偏轉后，圓的直徑變大，造成保護區(qū)加長，又容易在區(qū)外故障時引起穩(wěn)態(tài)超越，造成保護誤動。為防止此情況的發(fā)生，可將偏轉后的特性與一個下傾的電抗特性復合，這樣，既可以保證有很強的耐受過渡電阻能力，又能夠避免穩(wěn)態(tài)超越。,3）四邊形特性測量元件的四個邊可以分別整定，可使其在R軸方向所占的面積足夠大，并在保護區(qū)的始端和末端都有比較大的動作區(qū)，所以它具有比較好的耐

45、受過渡電阻的能力。,3.7.2 短路電壓電流中的非工頻分量對測量元件的影響,在電力系統(tǒng)發(fā)生短路后的暫態(tài)過程中，故障電壓、電流中除了含有工頻的正弦量以外，還含有周期性的諧波分量和非周期的暫態(tài)分量。電流的暫態(tài)分量中又包括衰減的直流分量、衰減的諧波量和高頻行波量等，電壓的暫態(tài)量中主要為衰減的諧波量和高頻行波量。這些諧波量、暫態(tài)量都是非工頻的分量，它們的存在將使故障后電壓、電流的波形發(fā)生嚴重畸變，對反應工頻電壓電流的距離保護的正確工作產生不利的影響。,電壓互感器和電流互感器在短路后暫態(tài)過程中會有較大的誤差，這將會使電壓、電流的波形進一步畸變，對距離保護的工作產生不利的影響。,1） 衰減直流分量對距離保

46、護的影響,在模擬式距離保護中，測量電流一般是通過模擬電抗變換器引入到裝置中的，模擬電抗器輸出的電壓近似為輸入電流的導數，所以它對直流分量有很好的阻斷作用，但對于衰減的直流分量，它也能夠部分地傳變至輸出端。即在輸入電流中含有較大衰減直流分量時，電抗變換器的輸出電壓中會有一定的直流分量。,直流分量的存在，對絕對值比較和相位比較的測量元件都會有影響，但對相位比較原理的影響較大。直流分量使比較電壓的波形偏向時間軸的一側，半波波形變寬，另外半波波形變窄，比相回路無法正確反應兩比較量之間的相位關系，有可能導致出現錯誤的比相結果，造成距離保護的不正確工作。,在數字式距離保護中，測量電流既可以通過模擬電抗變換

47、器引入，也可以通過小型電流變換器引入，通過電流變換器引入時，直流分量全部能夠傳變至輸出端，輸出電壓中將會有較大的衰減直流信號。衰減直流分量對數字式距離保護的影響，與保護所選用的測量原理、濾波措施、計算方法等有密切的關系。,消除衰減直流分量影響的措施主要有:,采用不受其影響的算法。 如：解微分方程算法等基于瞬時值模型的算法； 根據故障條件，設法擬合出衰減直流分量，并從測量電流中將其減掉，使參與計算或比較的電流中不再包括直流分量； 采用帶通濾波、差分濾波等濾波措施； 近處故障時，測量阻抗遠離動作邊界，即使有較大的測量誤差一般也不會使其偏出動作區(qū)，應用比較簡單、粗略但數據窗較短、速度較快的算法，保證

48、近處故障快速動作，而當故障發(fā)生在整定點附近時，采用比較精確但通常耗時較長的算法，保證動作的范圍不受或少受衰減直流分量的影響,采用最小二乘算法,2）諧波及高頻分量對距離保護的影響,對模擬式保護來說，諧波及高頻分量的存在將會影響波形過零點的位置和波形的幅度，所以對相位比較和幅值比較的測量元件的正確工作都有一定的影響。,當測量電流有電抗變換器引入時，電流中的諧波和高頻分量將被放大，可能會有較大的影響。,對數字式保護來說，為了滿足采樣定理，輸入信號必須經過模擬低通濾波后才送入數據采集系統(tǒng)，這樣在采集到的數字信號中，高頻分量已基本不存在，諧波信號的幅度也會有所減少。諧波信號對數字式保護的影響，也與保護所

49、選用的測量原理、濾波措施、計算方法等有密切的關系。,付氏算法本身能夠濾除各種整數次諧波，基本不受整次諧波分量的影響；半波積分算法對諧波也有一定的濾波作用，所以受諧波影響較??；導數算法、兩點積算法和解微分方程算法等受諧波影響較大。,數字濾波通常可以方便地濾除整數次諧波，對非整數次諧波也有一定的衰減作用，是消除諧波影響的主要措施。,除了系統(tǒng)振蕩、過渡電阻等影響因素外，還有幾種影響距離保護的正常工作的因素：,（1）電壓回路斷線 （2）串聯電容補償 （3）短路電流中的暫態(tài)分量 （4）電流互感器的過渡過程 （5）電容式電壓互感器的過渡過程 （6）輸電線路的非全相運行,第八節(jié) 工頻故障分量距離保護,與反應

50、故障后工頻電壓、電流的距離保護不同，工頻故障分量距離保護是通過反應故障前后電壓電流量的工頻變化量而工作的。,3.8.1 工頻故障分量 的概念,(a)故障系統(tǒng),當系統(tǒng)在k點發(fā)生金屬性短路時，故障點的電壓降為0，這時故障系統(tǒng)可以用一等值電路來代替。,等值電路中兩附加電壓源的電壓大小相等、符號相反。假定電力系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，則根據疊加原理，可以將其分解成故障前負荷狀態(tài)和短路附加狀態(tài)兩個子系統(tǒng)。,故障前負荷狀態(tài)對應于故障前的正常系統(tǒng)，各點處的電壓電流均與故障前的穩(wěn)態(tài)負荷情況一致。,短路附加狀態(tài)中各點的電壓電流是由故障引起的電壓電流的變化量，其中的工頻成分，就是工頻變化量。,k,系統(tǒng)故障時，保護安裝處電流

51、、電壓的變化量可以分別表示為：,取工頻變化量距離元件的工作電壓為補償電壓的變化量，即：,式中 Zset為保護的整定阻抗，一般取為線路正序阻抗 的8085。,Uop穩(wěn)態(tài)時就是保護范圍末端z點的電壓。,k1,z,Z set,0,在保護區(qū)內k1點短路時， 在0與 連線的延長線上，這時有:,k2,z,Z set,0,在正向區(qū)外k2點短路時， 在0與 的連線上，這時有:,k3,z,Z set,0,在反向區(qū)外k3點短路時， 在0與 的連線上，這時有:,可見，比較工作電壓與故障附加網絡電源電壓的大小，就能夠區(qū)分出區(qū)內外的故障。 、 和 的幅值分別等于k1、k2和k3點故障前電壓的幅值，假設短路前系統(tǒng)為空載，

52、則它們的幅值都相等，且等于電源電動勢的幅值 。若設動作門檻為 ，則工頻變化量距離元件的動作判據可以表示為 :,滿足該式判定為區(qū)內故障，保護動作； 不滿足該式，判定為區(qū)外故障，保護不動作。,3.8.3 工頻變化量距離保護的動作特性,1. 正向故障時,式中：,為正向故障時測量元件的測量阻抗；,為工頻故障分量電流助增系數。,將其代入動作判據表達式,可以得到 ：,其中，系統(tǒng)阻抗Zs和整定阻抗Zset都為常數，測量阻抗Zm隨著短路距離和過渡電阻Rg的變化而變化，上式取等號，可以得到臨界動作情況下的軌跡，即動作的特性為：,-Zs,Zk,Zset,Zs+Zm,Zm,CRg,o,在阻抗復平面上，該特性是以-Z

53、s為圓心，以 為半徑的圓。,當測量阻抗Zm落在圓內時，滿足動作判據表達式，測量元件動作，所以圓內為動作區(qū)。圓外為不動作區(qū)。,可見，在正向故障時，特性圓的直徑很大，有很強的允許過渡電阻能力。,盡管過渡電阻數值上仍受助增電流的影響，但由于 一般與 同相位，過渡電阻地影響始終呈電阻性，與R軸平行，不存在由于對側電流助增引起的穩(wěn)態(tài)超越問題。,1. 反向故障時,將其代入動作判據表達式可以得到 ：,式中：,為反向故障時測量元件的測量阻抗；,為工頻故障分量電流助增系數。,類似于對正向故障情況的分析，可以得到在反向故障情況下的動作特性,R,jX,Zset,-Zm,-CRg,o,-Zk,在阻抗復平面上，繼電器的

54、動作區(qū)域是以 的末端為圓心，以 為半徑的圓。由于動作的區(qū)域在第一象限，而測量阻抗Zm位于第三象限，所以繼電器不可能動作，具有明確的方向性。,3.8.4 工頻變化量距離保護的特點,1.阻抗繼電器以電力系統(tǒng)故障引起的故障分量電壓、電流為測量信號，不反應故障前的負荷量和系統(tǒng)振蕩，動作性能基本上不受非故障狀態(tài)的影響，無需加振蕩閉鎖。 2.阻抗繼電器僅反應故障分量中的工頻穩(wěn)態(tài)量，不反應其中的暫態(tài)分量，動作性能較為穩(wěn)定。 3.阻抗繼電器的動作判據簡單，實現方便，動作速度快。 4.阻抗繼電器具有明確的方向性，因而既可以作為距離元件，也可以作為方向元件使用。 5.阻抗繼電器本身具有較好的選相能力。,填空題,3

55、-1 距離保護是反應_的距離，并根據距離的遠近確定_的一種保護。,3-3 方向阻抗繼電器幅值比較式電氣動作方程為 則其相位比較式電氣動作方程為_。偏移阻抗繼電器相位比較式電氣動作方程為 ，則其幅值比較式電氣動作方程為_。,3-4實用的方向阻抗繼電器的插入電壓(又稱極化電壓)來自兩個方面：_。 3-5若方向阻抗元件的整定阻抗為 ，則方向阻抗繼電器比幅式動作方程為_，其比相式動作方程為_。 3-6 偏移阻抗繼電器比幅式動作方程為_，其比相式動作方程為_，當Zset2= Zset1時，其特性變?yōu)開特性，當Zset2=0時，其特性為_特性。 3-7 圓特性阻抗繼電器， 為整定阻抗， 為測量阻抗，比幅式阻抗繼電器能夠啟動對方向阻抗繼電器應滿足的條件為_，偏移阻抗繼電器應滿足的條件為_，方向阻抗繼電器的缺點是_，偏移阻抗繼電器的缺點是_。,3-8 距離保護對反應BC相間短路的阻抗繼電器，加入繼電器的電壓為_，加入繼電器的電流為_。對反應A相接地短路的阻抗繼電器，加入繼電器端子的電壓為_，加入繼電器端子的電流為_。 3-9 阻抗繼電器通常采用_