单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析.ppt

电流保护简单可靠电流保护简单可靠电流保护简单可靠电流保护简单可靠 整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行方式影响大方式影响大方式影响大方式影响大 电流、电压保护一般只适用于电流、电压保护一般只适用于电流、电压保护一般只适用于电流、电压保护一般只适用于35kV35kV及以下电压及以下电压及以下电压及以下电压等级的配电网等级的配电网等级的配电网等级的配电网3535kVkVkVkV及其以上的复杂电网很难满足及其以上的复杂电网很难满足及其以上的复杂电网很难满足及其以上的复杂电网很难满足选择性、灵敏性和速动性的要求选择性、灵敏性和速动性的要求选择性、灵敏性和速动性的要求选择性、灵敏性和速动性的要求 对于对于对于对于110kV110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护及以上电压等级的复杂网，线路保护及以上电压等级的复杂网，线路保护及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？采用何种保护方式？采用何种保护方式？采用何种保护方式？ → → → →距离保护距离保护距离保护距离保护 单侧电源辐射网络相间短路的距离保护单侧电源辐射网络相间短路的距离保护单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 距离保护：反映故障点至保护安装点之间的距离距离保护：反映故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间的一种（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间的一种保护装置。

保护装置 测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的保护安装处至短路点的阻抗值保护安装处至短路点的阻抗值 当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增加，动作时增加，动作时间增长；保证有选择性地切除故障线路间增长；保证有选择性地切除故障线路 第一节第一节 距离保护的作用原理距离保护的作用原理一、基本原理一、基本原理单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 使距离保护装置刚能动作的最大测量阻抗使距离保护装置刚能动作的最大测量阻抗Ø三个重要的基本概念三个重要的基本概念整定阻抗整定阻抗Zset：： 测量阻抗测量阻抗Zk：：加入继电器的电压加入继电器的电压Uk 、电流、电流Ik的比值起动阻抗起动阻抗Zact ：：指编制整定方案时，根据保护范围给出的指编制整定方案时，根据保护范围给出的阻抗发生短路时，当测量阻抗等于或小阻抗发生短路时，当测量阻抗等于或小于整定阻抗时继电器动作于整定阻抗时继电器动作。

单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析距离保护的工作原理距离保护的工作原理ABCZ正常情况下：正常情况下： 测量阻抗测量阻抗 d故障时：故障时： 测量阻抗测量阻抗 1234单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析距离保护的实质是用距离保护的实质是用测量阻抗测量阻抗 与被保护线路的与被保护线路的整定阻抗整定阻抗 比较当短路点在保护范围以外时，即当短路点在保护范围以外时，即 时，时， 继电器不动作；继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即当短路点在保护范围以内时，即 时，时， 继电器动作继电器动作。

单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 当当d d点短路时，保护点短路时，保护1 1测量的阻抗是测量的阻抗是 ，保，保 护护2 2测量的阻抗是测量的阻抗是 由于保护由于保护1 1距短路点距短路点较近，保护较近，保护2 2距短路点距短路点较远，所以保护较远，所以保护1 1的动的动作时间可以做得比保护作时间可以做得比保护2 2的动作时间短这样的动作时间短这样故障由保护故障由保护1 1切除，而切除，而保护保护2 2不动作这种选不动作这种选择性的配合，是靠适当择性的配合，是靠适当地选择各个保护的整定地选择各个保护的整定值和动作时限来完成的值和动作时限来完成的 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系离关系 三段阶梯型时限特性，称距离保护三段阶梯型时限特性，称距离保护的的ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ段 ① ① 距离距离ⅠⅠ段段 希希 望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求 动作值：动作值： 动作时间：动作时间： = =保护本身固有动作时间保护本身固有动作时间 二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性AB21ZZZC单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析② ② 距离距离ⅡⅡ段段 动作值：当保护动作值：当保护1 1第第ⅠⅠ段末端短路时，保护段末端短路时，保护2 2的测量阻的测量阻抗为抗为 动作时间：动作时间： 距离保护距离保护ⅠⅠ段和段和ⅡⅡ段联合构成本线路的主保护。

段联合构成本线路的主保护 希希 望：保护范围不超出下一条线路距离望：保护范围不超出下一条线路距离ⅠⅠ段的保段的保护范围，同时带有高出一个护范围，同时带有高出一个 的时限AB21ZZZC单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析③③ 距离距离ⅢⅢ段段 = 按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定 不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别 动作时间：动作时间：希希 望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离动作的后备保护，同时也作为距离ⅠⅠ、、ⅡⅡ段的段的后备保护后备保护 动作值：动作值：单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析距离保护的动作时间距离保护的动作时间t t与保护安装处到故障点之间的距与保护安装处到故障点之间的距离离 的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性的是三阶梯型时限特性 t’2＋Δt= t”’2＋ΔtAB321ZZZCt’3t”3t”’3t’2t”2t’1t”’2保护保护3 3的的ⅠⅠ段段保护保护3 3的的ⅡⅡ段段保护保护3 3的的ⅢⅢ段段lt单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析三、三、距离保护的组成距离保护的组成Ø起动元件起动元件Ø距离元件距离元件Ø时间元件时间元件起动 ZⅠ ZⅡ ZⅢtⅡtⅢ≥1&出口跳闸起动元件——故障瞬间起动整套保护装置,根据被保护线路 的不同，可选用过电流继电器、低阻抗继电 器或反映负序和零序电流的继电器。

距离元件——测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗 ），一般采用阻抗继电器•时间元件时间元件——按照故障点到保护安装处的远近，根据预定的按照故障点到保护安装处的远近，根据预定的 时间特性确定动作的时限，以保证动作的选择时间特性确定动作的时限，以保证动作的选择 性，一般采用时间继电器性，一般采用时间继电器 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，主要作用：测阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，主要作用：测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作较，以确定保护是否应该动作 可以写成可以写成 的复数形式，利用复数平面来分析的复数形式，利用复数平面来分析 这种继电器的动作特性这种继电器的动作特性第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 单相式阻抗继电器：加入继电器的只有一个电压单相式阻抗继电器：加入继电器的只有一个电压 （可（可 以是相电压或线电压）和一个电流以是相电压或线电压）和一个电流 （可以是相电流或两相（可以是相电流或两相 电流之差）的阻抗继电器，电流之差）的阻抗继电器， 和和 的比值称为继电器的测量的比值称为继电器的测量 阻抗阻抗 ，即，即 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 以线路以线路B-CB-C的保护的保护1 1为为例，线路的始端例，线路的始端B B位于坐位于坐标原点，正方向线路的测标原点，正方向线路的测量阻抗在第一象限，反方量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗在第三向线路的测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻象限，正方向线路测量阻抗与抗与R R轴之间角度为线路轴之间角度为线路B-CB-C的阻抗角的阻抗角 。

对保护对保护1 1的的距离距离ⅠⅠ段，起动阻抗段，起动阻抗应整定为应整定为 一、构成阻抗继电器的基本原则一、构成阻抗继电器的基本原则单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 为了减少过渡电阻为了减少过渡电阻以及互感器误差的影响，以及互感器误差的影响，尽量简化继电器的接线，尽量简化继电器的接线，并便于制造和调试，通并便于制造和调试，通常把阻抗继电器的常把阻抗继电器的动作动作动作动作特性扩大为一个圆特性扩大为一个圆特性扩大为一个圆特性扩大为一个圆如图所示，其中图所示，其中1 1为全阻为全阻抗继电器的动作特性，抗继电器的动作特性，2 2为方向阻抗继电器的为方向阻抗继电器的动作特性，动作特性，3 3为偏移特为偏移特性的阻抗继电器的动作性的阻抗继电器的动作特性特性单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析正方向短路时正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗抗Zk与与R轴的夹角为线路的阻抗角轴的夹角为线路的阻抗角 d；；反方向短路时反方向短路时：测量阻抗在第三象限如果测量阻：测量阻抗在第三象限如果测量阻抗的相量，落在　　向量以内，则阻抗继电器动作；抗的相量，落在　　向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。

反之，阻抗继电器不动作 阻抗继电器都接于电流互感器和电压互感器的二阻抗继电器都接于电流互感器和电压互感器的二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系：次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系： 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析1.1.全阻抗继电器全阻抗继电器 特性：以特性：以B B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗 为为半径所作的一个圆当测量阻抗半径所作的一个圆当测量阻抗 位于圆内时继电器动作，圆位于圆内时继电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作区当测量阻抗正好位于圆周上时，内为动作区，圆外为不动作区当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗 二、阻抗继电器的特性分析二、阻抗继电器的特性分析 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的 电压和电流之间的角度电压和电流之间的角度为多大，继电器起动阻抗在数值为多大，继电器起动阻抗在数值 上等于整定阻抗，即上等于整定阻抗，即 ，全阻抗继电器没有方向性。

全阻抗继电器没有方向性 （（1 1）幅值比较）幅值比较动作与边界条件：动作与边界条件：单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（2）相位比较）相位比较 动作与边界条件动作与边界条件: :测量阻抗在圆上测量阻抗在圆上 测量阻抗在圆内测量阻抗在圆内 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析动作边界条件动作边界条件: :测量阻抗在圆外测量阻抗在圆外 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 特性：以整定阻抗特性：以整定阻抗 为直径而通过坐标原点的一个圆为直径而通过坐标原点的一个圆 圆内为动作区，圆外为不动作区圆内为动作区，圆外为不动作区圆内为动作区，圆外为不动作区圆内为动作区，圆外为不动作区当加入继电器的电压当加入继电器的电压和电流之间的相位差和电流之间的相位差 为不同数值时，继电器的起动阻抗也为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变将随之改变 当当 等于的阻抗角等于的阻抗角 时，继电器的起动阻抗达到最大，时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。

灵敏 2. 2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析起动（即测量阻抗起动（即测量阻抗 位于圆内）条件为位于圆内）条件为 当反方向发生短路时，测量阻抗当反方向发生短路时，测量阻抗 位于第三象限，继电器位于第三象限，继电器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器1）幅值比较）幅值比较单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（2）相位比较）相位比较动作边界条件动作边界条件: :单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 特性：当正方向的整定阻抗为特性：当正方向的整定阻抗为 时，同时向反方向偏移一时，同时向反方向偏移一个个 ，其中，其中 圆内为动作区，圆外为不动作区圆内为动作区，圆外为不动作区圆的直径为的直径为 ，圆心坐标，圆心坐标 3. 偏移特性的阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（1）幅值比较）幅值比较 动作边界条件动作边界条件: :单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（2）相位比较）相位比较 动作边界条件动作边界条件: :单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析第三节第三节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式(1) 阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处之间的距离。

安装处之间的距离2) 阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化就是保护范围不随故障类型而变化1. 对阻抗继电器接线要求对阻抗继电器接线要求单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（1）） 接线定义接线定义2. 反映相间短路故障接线反映相间短路故障接线当当 时，加在继电器端子上电压与电流的时，加在继电器端子上电压与电流的相位差为零相位差为零单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 为了正确反映保护安装处到短路点之间的距为了正确反映保护安装处到短路点之间的距为了正确反映保护安装处到短路点之间的距为了正确反映保护安装处到短路点之间的距离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差继电器继电器1继电器继电器2继电器继电器3单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析•KZ1：：（（2）三相短路）三相短路测量阻抗：测量阻抗： KZ1 、、 KZ2 、、 KZ3都能正确反应故障位置，若都能正确反应故障位置，若故障点落在保护范围，故障点落在保护范围，3个继电器都起动。

个继电器都起动单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（3）二相短路）二相短路KZ1：：单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析•KZ2：测量阻抗落在区外，不能起动测量阻抗落在区外，不能起动同理，同理，B-C短路，短路，K2起动；起动；C-A短路，短路，K3起动因此，要接因此，要接3个阻抗继电器分别反应不同的相间个阻抗继电器分别反应不同的相间故障单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析3. 反映接地短路故障的阻抗继电器接线反映接地短路故障的阻抗继电器接线作用：作为接地短路故障测量元件作用：作为接地短路故障测量元件 当发生单相金属性接地短路故障时，只有当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零故障相的电压降低，故障点相对地电压为零单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析以以A相为例，故障点对地电压为零相为例，故障点对地电压为零单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析将将故障点故障点电压和电流分解为序分量，则电压和电流分解为序分量，则保护安装处保护安装处三序分量电压为三序分量电压为单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析保护安装处保护安装处A相电压为：相电压为：单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析若加入继电器电压、电流为若加入继电器电压、电流为则测量阻抗为则测量阻抗为单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：为：其中其中：测量阻抗测量阻抗: :单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点间距离。

间距离继电器继电器1继电器继电器2继电器继电器3单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析第四节第四节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算1. 距离保护距离保护 段段 （（1）动作阻抗）动作阻抗 （（2）动作时限）动作时限 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析2. 距离保护距离保护Ⅱ段段 （（1）动作阻抗）动作阻抗 1）与下一线路的第一段保护配合）与下一线路的第一段保护配合Kb为分支系数，为分支系数，2）与相邻变压器的快速保护相配合）与相邻变压器的快速保护相配合 取取1）、）、2）计算结果中的小者作为）计算结果中的小者作为 含义：变压器一般采用瞬时动作的差动保护（可以含义：变压器一般采用瞬时动作的差动保护（可以理解为理解为I I段），其保护范围为元件全长，即变压器出段），其保护范围为元件全长，即变压器出口，折合成距离保护的口，折合成距离保护的I I段定值即是段定值即是 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 (2) 动作时限动作时限 (3) 灵敏度校验灵敏度校验 如如灵灵敏敏度度不不能能满满足足要要求求，，可可按按照照与与下下一一线线路路保保护护第第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即段相配合的原则选择动作阻抗，即第第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时段的动作时限大一个时限阶段，限大一个时限阶段， 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析3. 距离保护距离保护段段 (1) 动作阻抗动作阻抗 按按躲躲开开最最小小负负荷荷阻阻抗抗来来选选择择，，若若第第Ⅲ段段采采用用全全阻抗继电器，其动作阻抗为阻抗继电器，其动作阻抗为式中式中 ——最小负荷阻抗，最小负荷阻抗， 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析(2) 动作时限动作时限 (3) 灵敏度校验灵敏度校验 作近后备保护时作近后备保护时 作远后备保护时作远后备保护时 Kb为分支系数，取最大可能值。

为分支系数，取最大可能值 单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析 Ø 根据距离保护的工作原理，可在多电源的复杂网根据距离保护的工作原理，可在多电源的复杂网络中保证动作的络中保证动作的选择性选择性 Ø 距离距离ⅠⅠ段，保护全长段，保护全长80%80%～～85%85%，两端合成起来有，两端合成起来有30%30%～～40%40%长度不能长度不能瞬时瞬时切除，切除，延时 Ø 较电流保护的较电流保护的灵敏度灵敏度高 Ø 距离保护中，采用了复杂的阻抗继电器和大量辅距离保护中，采用了复杂的阻抗继电器和大量辅助继电器，助继电器，可靠性可靠性低低（指传统阻抗继电器）（指传统阻抗继电器）4. 对距离保护的评价对距离保护的评价单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析•线路：线路：•变压器：变压器：•电源：电源：•线路线路AB、、BC•整定整定A各段距离保护，各段距离保护，距离三段保护整定计算例题距离三段保护整定计算例题单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析解解：： （（1）保护）保护2、、1距离距离I段段（（2）保护）保护2距离距离II段段•与线路与线路BC的的I段配合段配合•当当C短路时，短路时，电源电源B是助增电流，因此是助增电流，因此BC线路和线路和AB线路的最小分支系数应出现在电源线路的最小分支系数应出现在电源B ，，即电源即电源B断开，这时断开，这时 （当（当C短路时，变压器支路对短路电流没有影响）短路时，变压器支路对短路电流没有影响）单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析•与变压器差动保护配合与变压器差动保护配合•取以上较小者作为取以上较小者作为II段定值段定值•II段灵敏度段灵敏度单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析（（3）距离）距离III段（按方向继电器整定）段（按方向继电器整定）v距离距离III段灵敏度校验段灵敏度校验v近后备：近后备：v远后备：远后备：取额定电压取额定电压按方向阻抗继电器的整定阻抗按方向阻抗继电器的整定阻抗单侧电源辐射网络相间短路距离保护分析。