第三章距离保护

第三章 距离保护,距离保护的基本概念 阻抗继电器 三段式距离保护 影响距离保护的因素,第一节.距离保护的作用原理 一、问题的提出,前述电流保护存在的问题： 1、Idz、Klm受运行方式影响，尤其短线路（lmin0） 2、测量电流大小，判断故障点的位置不够精 确 3、应用局限性：t长，Klm(如长线路重负荷),二、距离保护原理,1、距离保护：反应故障点至保护安装地点之间 的距离（阻抗） 并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。ZJ测量阻抗，由保护安装处U和I测知,正常=,故障=,ZJ正>ZJ故 ZdZ动作阻抗ZJ正>ZdZ 继电器不动作ZJ故<ZdZ 继电器动作特点: 故障下ZJ L ZJ受运行方式影响小,2、时限特性为满足速动性，选择性，灵敏性的要求，广泛应用具有三段动作范围的阶梯型时限特性,3、三段式距离保护（和三段式电流保护相对应）,段：（与电流速断相对应）,保护本线路一部分 t=0S ，主保护,段：保护本线路全长，与下一线路段配合（与限时电流速断对应）,段：本线路及相邻线路后备保护,ZdZ按躲开正常运行时的负荷阻抗来整定。tdZ与过电流保护相似。,4、距离保护的组成： 起动元件：要求灵敏度高过电流继电器，低阻抗继电器 负序和零序继电器等作用：故障时起动保护振荡时闭锁保护PT断线时闭锁保护 距离元件（三段）测量元件 时间元件 动作条件或逻辑关系,第二节. 阻抗继电器,阻抗继电器的构成 阻抗继电器分析 阻抗继电器的动作方程,一、动作特性的提出（构成原则）,1、阻抗继电器的构成方式单相式 一个电流（相电流或两相电流之差）一个电压（相电压或线电压）多相式 几个补偿后电压 具体系统来确定 2、几种圆特性阻抗继电器： Zzd整定阻抗 Zdz动作阻抗（刚好起动时的阻抗）,全阻抗圆特性阻抗继电器 圆1以继电保护安装点为原点，以Zzd为半径的圆无方向，无死区。ZZd=ZdZ与 无关,方向阻抗圆特性阻抗 圆2以ZZd为直径、过原点的圆有方向，有死区 ZdZZZd且ZdZ随 变化而变化,偏移圆特性阻抗继电器 圆3向第三象限偏移，反方向有一定动区，ZZdZdz且ZdZ随 变化而变化其它：直线形、多边形、透镜形、圆与四边形组合特性、折线形等。,二、阻抗继电器构成原理,幅值比较法： 相位比较法,1、全阻抗继电器 幅值比较法 动作条件： 两边乘以电流,变为：,电流在某一恒定阻抗ZZd的电压降(可由DKB获得)原理图,相位比较法,原理： 比较,A：当ZJ位于圆周上时：,(ZJ滞后ZZd),(ZJ超前ZZd)，刚好动作,B：当ZJ位于圆内：,(ZJ滞后ZZd),(ZJ超前ZZd),C:当ZJ位于圆外：,(ZJ滞后ZZd),(ZJ超前ZZd),动作条件为,即,同乘,称为极化电压（参考量）,称为补偿电压,幅值比较法与相位比较法的关系：,由平行四边形和菱形定则可知：,当,时,临界,当,时,不动作,当,时,动作,当以 和 表示比幅的两个电压 时动作,当以 和 表示比相的两个电压 时动作,则满足,两种方法之间存在可换性,互换条件：同 ；,相位,幅值,2、方向阻抗继电器,幅值比较法：,圆心到零点的距离,相位比较法,比较,幅值比较法与相位比较法的关系自己验证同全阻抗继电器,3、偏移特性的阻抗性电器,消除方向阻抗电器的死区,半径,方向阻抗继电器,全阻抗继电器,幅值比较法,or,相位比较法,比较,幅值比较法与相位比较法的关系自己验证P109表5-2,测量阻抗ZJ-保护安装点至短路点的阻抗值。由加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值决定，ZJ的阻抗角就是UJ和IJ之间的相位差J ； 整定阻抗Zzd一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。对全阻抗继电器而言，就是圆的半径，对方向阻抗继电器而言，就是在最大灵敏角方向上的圆的直径径；对偏移特性阻抗继电器则是在最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度。 起动阻抗Zdz·j它表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值，除全阻抗继电器以外，Zdz·j是随J 的不同而改变的，当J = lm 时，Zdz·j的数值最大，等于Zzd 。,第三节.阻抗继电器的接线方式,1.对接线的要求2.常见接线方式3.接线的特点,一、对接线的要求,1、2、测量阻抗与故障类型无关，也就是保护范 围不随故障类型而变化,二、常见接线方式,接线 相间短路接线 躲负荷能力强接线 躲负荷能力强相电压和具有K3I0补偿的相电流接线 接地保护,各中接线方式下 阻抗继电器接入电压和电流 见p102 表5-1,三、反应相间故障的 接线,1、三相短路时，各继电器动作情况相同,J2、J3相同,2、两相短路时如A-B短路得 但,B-C两相短路：C-A两相短路：,所以必须采用三个阻抗继电器,3、中性点直接接地电网中的两相接地短路 A-B短路接地,总结以上三种故障可见, 有 ： UJ IJ 反应故障类型,J1,J2,J3,四、相电压和具有k3I0补偿的相电流接线,在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，主要任务是正确反应电网中的接地短路。 当不采用零序电流补偿时 即采用 (J1为例) 当发生单相金属性接地（A相）,J1 ：,，,（1）当发生单相金属性接地（A相）,J1 ：,改进：,令,则,一般零序阻抗角=正序阻抗角,K为一个实数, 有 UJ IJ 反应故障类型,J1,J2,J3,五、±30°接线,分析同上 应用： -30°用于线路送电端（送有功P） +30°用于线路受电端 不确定用0°接线 不能用于全阻抗圆特性上 可用于方向阻抗圆特性上 ±30°方式比0°方式躲负荷能力强,第四节. 距离保护的整定计算及评价,三段式距离保护的整定计算 评价,一.整定计算,1、段：,整定原则：按躲开下一条线路出口处短路的原则整定,2、段： 与下一段所有元件的段配合,若,段配合或改装其它保护,的计算见方向保护,3、段,起动阻抗按躲开最小负荷阻抗 来整定。,即当线路上负荷电流最大，且母线上电压最低时，在线路始端所测量的阻抗,考虑到外部故障切除后电机自起动时， 继电器必须立即返回的要求：,方向阻抗继电器,在整定其动作特性圆时，应考虑其起动阻抗随角度 的变化关系，以及正常运行时负荷潮流与功率因数的变化，以确定适当的数值，例如选择 线路阻抗角：,则,负荷的功率因数角,方向阻抗继电器有较好的躲负荷能力,当,时,在长距离重负荷线路上，如采用方向阻抗继电器仍不能保证Klm则可选用透镜形阻抗继电器，四边形阻抗继电器等。,二、评价,1、选择性 用于任何电网都具有选择性 2、快速性 快速动作区只有 只用于 3、灵敏性 灵敏性较电流电压保护高 段不受运行方式影响 、段受影响，但较电流保护影响小 4、可靠性因接线复杂而较差(程序复杂）,已知：Z1=0.45欧姆/KM，线路阻抗角为65度。 线路采用三段距离保护且三段均采用方向阻抗继电器，最大灵敏角为65度；保护B的第三段整定时间为2秒，AB线路最大负荷电流400A，BC线路最大负荷电流400A，电机自启动系数为2，负荷功率因数0.9；变压器采用保护整个变压器的无时限差动保护，EA系统阻抗为10欧姆； EB系统最大系统阻抗为无穷大，最小系统阻抗为30欧姆，变压器阻抗为84.7欧姆。求保护A各段动作阻抗、灵敏度及整定时间。,段：段：与BC 配合,与变压器配合,所以：,III段：,第五节.影响距离保护正确工作的因素及防止方法,影响因素防止或减小措施,一、影响的因素,过渡电阻Rg系统振荡分支电路PT断线CT、PT测量误差Y/变压器侧K（2）超高压线路串补电容,二、短路点过渡电阻对距离保护的影响,1、过渡电阻的性质过渡电阻：是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相,或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，包括电弧、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等.,电弧的过渡电阻,电弧长度（m）；,电弧电流的有效植（A）,初始：,最小，,大,小,然后：,（0.10.15s后迅速增大）,相间短路的过渡电阻主要有电弧电阻构成导线对铁塔接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分。铁塔的接地电阻与大地导电率有关，不同地区的大地电导率不同，且不同接地情况下（如通过树木或其它物体对地短路时过渡电阻更高）过渡电阻也不相同，所以无法准确确定过渡电阻的大小。 一般：500KV线路接地短路的最大过渡电阻按300200KV线路接地短路的最大过渡电阻按100估计,2、单侧电源线路上过渡电阻的影响,影响选择性,BC线路始端故障,由图 可得结论： 使ZJ增大，使保护范围减小，可能造成本线路I段不动，而使上一线路段保护误动 保护离短路点越近受Rg影响越大 保护整定值越小受Rg影响越大 短线路上的距离保护要特别注意Rg的影响,3、双侧电源线路上过渡电阻的影响,可见当,超前,时,4、Rg对不同特性阻抗圆的影响,Rg为阻性,特性圆在+R轴方向上所占面积越大影响越小如：Rg对透镜方向全阻抗影响越来越小。,5、 防止过渡电阻影响的方法,1。采用容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器。 在+R轴方向上面积愈大，躲Rg能力越强。 2。利用所谓瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作,初始Rg小（电弧） 说明：只用于反应相间短路的阻抗继电器、段不需设段设,三、电力系统振荡对距离保护的影响,为 超前 的角度振荡角。 1、振荡时 振荡特性分析自己学习,系统振荡时电流、电压向量图,（1） 变化,(2),时，振荡最严重,当系统阻抗角与线路阻抗角相等且 时m为电气中心,振荡中心,（3）ZJ变化,末端的轨迹随变化规律是一条垂直于 的直线。,2、振荡对距离保护的影响,由（3）ZJ 可见 取决于： 测量阻抗末端 轨迹与圆是否 有交点,3、防止措施 （1）采取窄特性阻抗继电器，即躲振荡能力强的阻抗继电器 （2）利用时间躲振荡,如第段当t>1.5S时则可不考虑振荡的影响 （3）振荡闭锁装置BZJ,（A)振荡与短路的区别,电气量变化速度 随 渐变 突变 电气量幅值 随 变化 不变 相位差 随 变化 不变I0 I2 无 有I0(接地)I2(相间),振荡 短路,(B)对振荡闭锁回路的要求,系统发生振荡而没有故障时，应可靠地将保护闭锁，其振荡不停息，闭锁不应解除。 系统发生各种类型故障，保护应不被闭锁而能可靠动作。 在振荡的过程中发生故障时，保护应能正确动作。 先故障而后又发生振荡时，保护不致于无选择性动作,（）BZJ原理:,A：利用I0(I2) or 负序增量（ 零序增量 ） 作为启动元件的振荡闭锁回路。P111 B：利用测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路。 P114,