[工学]高电压与继电保护》之继电保护部分第3章.ppt

[ [工学工学] ]高电压与继电保护高电压与继电保护》之继电保护部分第》之继电保护部分第3 3章章第第1 1节节 距离保护作用原理距离保护作用原理一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 电流保护：反映故障电流大小电流保护：反映故障电流大小 简单、经济、工作可靠；简单、经济、工作可靠； 受系统接线方式、运行方式的影响，很难满足受系统接线方式、运行方式的影响，很难满足“四性四性”要求 距离保护：反应故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根距离保护：反应故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根 据距离的远近而确定动作时间据距离的远近而确定动作时间 阻抗继电器：输入为电压（阻抗继电器：输入为电压（UJ）、电流（）、电流（IJ），）， 测量阻抗测量阻抗ZJ（保护安装点至短路点之间的阻抗）。

保护安装点至短路点之间的阻抗） 二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性 t = f ( l )短路点距离保护安装点近时，短路点距离保护安装点近时，ZJ小，动作时间短；小，动作时间短；短路点距离保护安装点远时，短路点距离保护安装点远时，ZJ大，动作时间长；大，动作时间长；阶梯型时限特性，阶梯型时限特性，I、、II、、III段躲开正常运行时的负荷阻抗躲开正常运行时的负荷阻抗主保护：主保护：后备保护：后备保护：三、距离保护的主要组成元件三、距离保护的主要组成元件起动元件：过电流继电器、低阻抗继电器、起动元件：过电流继电器、低阻抗继电器、 反映负序、零序电流的继电器反映负序、零序电流的继电器 第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 阻抗继电器：阻抗继电器：测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗比较，测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗比较， 确定保护是否应该动作确定保护是否应该动作 单相式：加入继电器的只有一个电压单相式：加入继电器的只有一个电压 UJ 和一个电流和一个电流 IJ , 它只能反它只能反 映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。

映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障 多相式：加入继电器的是几个相的补偿后电压，可以反应不同相多相式：加入继电器的是几个相的补偿后电压，可以反应不同相 别组合的相间和接地短路不能用测量阻抗的概念来分别组合的相间和接地短路不能用测量阻抗的概念来分 析一、一、 构成阻抗继电器的基本原则构成阻抗继电器的基本原则 1. 测量阻抗与一次系统阻抗之间的关系测量阻抗与一次系统阻抗之间的关系动作区：动作区： 阴影区阴影区=> 圆圆1. 全阻抗继电器特性全阻抗继电器特性2. 方向阻抗继电器特性方向阻抗继电器特性3. 偏移阻抗继电器特性偏移阻抗继电器特性其它：四边型、透镜型等其它：四边型、透镜型等2. 动作特性动作特性 为了减少过渡电阻和互感器误差的影响，简为了减少过渡电阻和互感器误差的影响，简化继电器接线继电器接线，便于制造调试，化继电器接线继电器接线，便于制造调试， 二、复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器二、复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器 1. 全阻抗继电器全阻抗继电器动作特性：唯一取决于短路点到保护安装处的动作特性：唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小，与测量阻抗的阻抗角无关，也与短阻抗大小，与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安装处的正向或反向无关。

路发生在保护安装处的正向或反向无关缺点：无方向性缺点：无方向性 动作条件：动作条件： （（1）比幅式）比幅式 （（2）比相式）比相式幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：（（1）幅值比较原理：）幅值比较原理：（（2）相位比较原理：）相位比较原理：平行四边型法则：平行四边型法则：成立条件：成立条件：（（1））A、、B、、C、、D为同一频率正弦交流量；为同一频率正弦交流量；（（2）短路暂态过程中的非周期分量和谐波分量不成立短路暂态过程中的非周期分量和谐波分量不成立2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器 动作特性：动作特性：以整定阻抗为直径的通过坐标原点的一个以整定阻抗为直径的通过坐标原点的一个圆，继电器的起动阻抗随圆，继电器的起动阻抗随 的不同而变化的不同而变化 当当 等于等于Zzd的阻抗角时，继电器保护范围最大，工作最的阻抗角时，继电器保护范围最大，工作最灵敏 这个角度称为继电器的最大灵敏角这个角度称为继电器的最大灵敏角（（1）比幅式）比幅式 （（2）比相式）比相式3. 偏移阻抗继电器偏移阻抗继电器（（1）比幅式）比幅式 （（2）比相式）比相式4. 功率方向继电器功率方向继电器（（1）比幅式）比幅式（（2）比相式）比相式 直线特性继电器（直线特性继电器（P75））5. 动作角度范围变化对继电器特性的影响动作角度范围变化对继电器特性的影响透镜型继电器：透镜型继电器：苹果型继电器：苹果型继电器： 折线型继电器：折线型继电器：第第2节节 阻抗继电器交流回路原理接线阻抗继电器交流回路原理接线例：方向阻抗继电器动作条件：例：方向阻抗继电器动作条件： UA﹑UB﹑UC﹑UD基本上是由基本上是由UJ和和IJZzd组合而成。

组合而成 UJ可直接从可直接从PT二次侧取得，必要时经二次侧取得，必要时经YB变换 IJZzd则经过则经过DKB(电抗互感器电抗互感器)获得 1. 电抗互感器DKB的工作原理KI : 复比例常数（复比例常数（ΩΩ），通过调整），通过调整R来实现2. 阻抗继电器的交流回路原理接线阻抗继电器的交流回路原理接线四、幅值比较回路四、幅值比较回路 U Uabab=U=Ua a-U-Ub b>0 >0 动作动作 I Iabab=I=Ia a-I-Ib b>0 >0 动作动作整流电路：整流电路：极化继电器极化继电器J J：直流型继电器直流型继电器 具有电流单方向动作的继电器具有电流单方向动作的继电器 流过反方向电流时不动作流过反方向电流时不动作五、相位比较回路五、相位比较回路1.1.测量瞬时值同时为正或同时为负的与门比相电路测量瞬时值同时为正或同时为负的与门比相电路 原理同功率方向继电器原理同功率方向继电器－测量两－测量两C、、D同时为正或负的持续时间同时为正或负的持续时间2.2.测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路 －测量－测量C、、D一为正、一为负的持续时间一为正、一为负的持续时间3.3.脉冲式比相回路脉冲式比相回路 4.4.过渡过程对相位比较式继电器的影响过渡过程对相位比较式继电器的影响 暂态超越：短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围暂态超越：短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围 动作的情况。

即保护范围外故障时可能误动动作的情况即保护范围外故障时可能误动 最大灵敏角下：最大灵敏角下：< 5< 5％ 措施：（措施：（1）对极化电压和补偿电压进行滤波；）对极化电压和补偿电压进行滤波； （（2）正负半周比相、与门输出正负半周比相、与门输出 六、四边型特性阻抗继电器A-O-C: 功率方向继电器，动作范围功率方向继电器，动作范围<180º；；AB：：电抗型阻抗抗型阻抗继电器，器，倾斜斜5º～～ 7º，防止超越；，防止超越；BC：电阻型阻抗继电器，倾斜：电阻型阻抗继电器，倾斜 70º，，一、对接线方式的基本要求一一、对接线方式的基本要求一 1.  1.  ZJ∝∝l ( (保护至短路点的距离保护至短路点的距离)  )   2.  2.  ZJ与故障类型无关与故障类型无关第第3节节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式二、相间短路阻抗继电器的二、相间短路阻抗继电器的0°接线方式接线方式1. 三相短路三相短路※ 相间短路电流保护不能满足要求时，考虑采用相间短路距离保护相间短路电流保护不能满足要求时，考虑采用相间短路距离保护。

结论：结论：J1、、 J2、、J3的测量阻抗均能正确反映短路点到保护的测量阻抗均能正确反映短路点到保护 安装地点之间的线路阻抗，均能正确动作安装地点之间的线路阻抗，均能正确动作 2. 两相短路（两相短路（AB）） 3. 两相接地短路两相接地短路三、接地阻抗继电器的接线方式三、接地阻抗继电器的接线方式※ 零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保护零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保护1. 单相接地短路（单相接地短路（A））3. 三相短路三相短路 2. 两相接地短路（两相接地短路（AB）） ； 结论：各故障相的阻抗继电器的测量阻抗均能正确动作；结论：各故障相的阻抗继电器的测量阻抗均能正确动作； 在每个保护安装地点需要装设三个接于不同相的阻在每个保护安装地点需要装设三个接于不同相的阻 抗继电器，以反应不同相的接地短路抗继电器，以反应不同相的接地短路于上抛圆内于上抛圆内第第4节节 距离保护的整定原则及对距离距离保护的整定原则及对距离 保护的评价保护的评价 一、对距离保护的整定原则 1.距离一段距离一段2.距离二段距离二段 3.距离三段距离三段 采用方向阻抗继电器时 二、对距离保护的评价二、对距离保护的评价•比电流保护具有更高的选择性比电流保护具有更高的选择性•一段不能保护全长一段不能保护全长•较电流、电压保护具有更高的灵敏性较电流、电压保护具有更高的灵敏性•接线复杂，可靠性低接线复杂，可靠性低第六节第六节 影响距离保护正确工作的因素影响距离保护正确工作的因素一、短路点过渡电阻的影响一、短路点过渡电阻的影响 1. 短路点过渡电阻的性质短路点过渡电阻的性质 电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电阻、电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电阻、 金属杆塔的接地电阻等。

金属杆塔的接地电阻等 相间短路：电弧电阻为主，短路初，电阻最小相间短路：电弧电阻为主，短路初，电阻最小 Rg≈1050 lg / Rg 接地短路：接地短路：500KV 300ΩΩ 220KV 100ΩΩ 影响：影响：（（1）使测量阻抗增大，保护范围缩短；）使测量阻抗增大，保护范围缩短；（（2）对保护装置距离短路点越近，受到的影响越大，）对保护装置距离短路点越近，受到的影响越大， 可能导致保护无选择性动作；可能导致保护无选择性动作；（（3）线路越短，整定值越小，所受影响越大线路越短，整定值越小，所受影响越大 2. 单侧电源线路过渡电阻的影响单侧电源线路过渡电阻的影响 3. 双侧电源线路过渡电阻的影响双侧电源线路过渡电阻的影响※※α为负时，，测量阻抗量阻抗电抗部分减小，保抗部分减小，保护可能无可能无选择性性动作4. 对不同特性阻抗继电器的影响对不同特性阻抗继电器的影响※ ※ 阻抗阻抗继电器器动作特性在＋作特性在＋R轴方向上所占的面方向上所占的面积越大，越大， 受受过渡渡电阻的影响越小。

阻的影响越小 大－大－>小：方向阻抗、偏移阻抗、全阻抗小：方向阻抗、偏移阻抗、全阻抗5. 防止过渡电阻的方法防止过渡电阻的方法2 2）利用瞬时测量装置）利用瞬时测量装置1 1）改善阻抗继电器的动作特性）改善阻抗继电器的动作特性电抗特性；电抗特性；四边形特性；四边形特性；圆圆 ＋＋ 四边形特性；四边形特性；四边型特性阻抗继电器四边型特性阻抗继电器A-O-C: 功率方向继电器，动作范围功率方向继电器，动作范围<180º；；AB：：电抗型阻抗抗型阻抗继电器，器，倾斜斜5º～～ 7º，防止超越；，防止超越；BC：电阻型阻抗继电器，倾斜：电阻型阻抗继电器，倾斜 70º，，二、振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路二、振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路振荡原因：（1）输电线输送功率过大，超过静稳极限； 振荡原因：振荡原因： （（1）输电线输送功率过大，超过静稳极限；）输电线输送功率过大，超过静稳极限； （（2）短路故障切除缓慢；）短路故障切除缓慢； （（3）非同期自动重合闸非同期自动重合闸 振荡对距离保护的影响：振荡对距离保护的影响： ZJ = UJ / IJ => 误动误动 1. 电力系统振荡时电压电流的分布电力系统振荡时电压电流的分布三相系统三相系统→单相系统单相系统沿线电压分布：沿线电压分布：线路上各点的电压向量均路上各点的电压向量均在UM、、UN的连线上的连线上振荡中心振荡中心Z：：线路上电压最低的那一点。

垂线线路上电压最低的那一点垂线 （（1））系统阻抗角系统阻抗角=线路阻抗角，线路阻抗角，EM=EN时，时，Z位置固定，位置固定，(ZM+ZN+Zl)/2，， δ=180º时，时，UZ=0，相当于三相短路相当于三相短路 （（2））其它情况：垂线，其它情况：垂线，Z位置随位置随δ 变化2. 振荡状态下电流与振荡角度的关系振荡状态下电流与振荡角度的关系δ变化时，电流幅值随之变化：变化时，电流幅值随之变化： δ＝（＝（2k+1）） , IM 最大最大 δ ＝＝ 2k , IM 最小最小 δ不变时，电流为正弦波不变时，电流为正弦波3. 电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响在近似计算中，假定在近似计算中，假定h=1保护安装地点不同时：保护安装地点不同时：m=1/2时，时，Z 保护安装点；保护安装点；m>1/2时，时，Z 保护背后；保护背后；m<1/2时，时， Z 保护正方向保护正方向不同特性阻抗继电器受振荡影响的程度：不同特性阻抗继电器受振荡影响的程度： 1. 透镜型阻抗继电器透镜型阻抗继电器2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器3. 全阻抗继电器全阻抗继电器※ 动作特性在动作特性在OO’方向上所方向上所占面积越大，越容易受到占面积越大，越容易受到振荡的影响。

振荡的影响※ 距离三段可通过延时躲开距离三段可通过延时躲开振荡的影响（振荡的影响（>1.5s）） 保护不同安装地点受振荡的影响：保护不同安装地点受振荡的影响：※ 振荡中心越靠近保护保护安装地点，受振荡影响越大；振荡中心越靠近保护保护安装地点，受振荡影响越大； 振荡中心位于保护范围以外或反方向时，振荡时不会误动振荡中心位于保护范围以外或反方向时，振荡时不会误动 4.振荡闭锁回路振荡闭锁回路目的：振荡时将保护闭锁目的：振荡时将保护闭锁•U U、、I I均周期性变化，变化速度慢均周期性变化，变化速度慢•任一点电压和电流的相位均在变化任一点电压和电流的相位均在变化•对称，没有负序或零序分量对称，没有负序或零序分量（（1）系统振荡与短路的区别）系统振荡与短路的区别（（2）对振荡闭锁回路的要求：）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，系统发生振荡而没有故障时应可靠地将保护闭锁， 且振荡不停息，闭锁不应解除且振荡不停息，闭锁不应解除•系统发生各种类型的故障系统发生各种类型的故障( (包括转换性故障包括转换性故障) )保护应保护应 不被闭锁而能可靠地动作。

不被闭锁而能可靠地动作•振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作•先故障后又发生振荡时．保护不致无选择性的动作先故障后又发生振荡时．保护不致无选择性的动作5. 振荡闭锁回路振荡闭锁回路1 1）反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路）反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路I段、段、II段采用方向阻抗继电器；段采用方向阻抗继电器；III段采用偏移特性阻抗继电器段采用偏移特性阻抗继电器 振荡时：振荡时：ZIII、、ZII 、、ZI先后起动；先后起动；短路时：短路时： ZIII、、ZII 、、ZI同时起动；同时起动；※ ZIII、、ZII、、ZI同时动作时，允许同时动作时，允许ZI、、ZII动作于跳闸；动作于跳闸；※ ZIII先起动，经过时间先起动，经过时间t0后后ZI、、ZII才起动时，则把才起动时，则把ZI、、ZII闭锁 2 2）利用负序（或零序）电流增量元件起动的振荡闭锁回路）利用负序（或零序）电流增量元件起动的振荡闭锁回路 负序分量滤过器：负序分量滤过器： · 负序电压滤过器负序电压滤过器 · 负序电流滤过器负序电流滤过器负序电流过滤器负序电流过滤器产生负序和零序电流增量原理图产生负序和零序电流增量原理图QDJC1 短路时：短路时：I2和和3I0突然变化，电容突然变化，电容C1充电，充电，QDJ动作动作; C1充满电充满电 后，后，QDJ中电流消失，但可通过另一个自保持线圈保中电流消失，但可通过另一个自保持线圈保 持在动作状态。

持在动作状态 正常时：正常时：I2和和3I0缓慢变化或平稳不变，电容缓慢变化或平稳不变，电容C1中不会产生电中不会产生电 流，流，QDJ不会动作不会动作 原理：振荡时，电流增大、电压降低，过电流继电器或距离三原理：振荡时，电流增大、电压降低，过电流继电器或距离三 段继电器动作，它们立即启动振荡闭锁执行继电器，断段继电器动作，它们立即启动振荡闭锁执行继电器，断 开距离开距离I段、段、II段的跳闸回路，将保护闭锁；段的跳闸回路，将保护闭锁； 短路时，短路时，QDJ短时动作，使振荡闭锁执行继电器的动作短时动作，使振荡闭锁执行继电器的动作 延缓延缓0.2～～0.3秒，此期间，距离保护的秒，此期间，距离保护的I段、段、II段可以跳段可以跳 闸结束结束 。