距离保护的基本原理及应用举例

第三章线路阶段式距离保护3.1距离保护的基本原理3.3.1距离保护工作原理电流保护一般只适用于35kv及以下电压等级的配电网。对于110kv及以上电压等级的复杂电网，必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。距离保护：反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。主要元件为距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范围通常用整定阻抗的大小来实现。setZ故障时，首先判断故障的方向：若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开对应的断路器；若Lk大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判为区外故障。测量阻抗：测量电压与测量电流之比。mmmIUZmmmmmjXRZZ正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗，即LmmmZIUZ在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗。KLZZIUIUZ1kkkmmm3.1.2测量电压测量电流的选取在单相系统中，测量电压就是保护安装处的电压，测量电流就是线路中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：kmkmmmmLZIZIZIU1在实际三相系统的情况下?故障电流可能流通的通路称为故障环。1、单相接地故障的情况下，存在一个故障相与大地之间的故障环(相-地故障环)。2、两相接地故障的情况下，存在两个故障相与大地之间的相-地故障环和一个两故障相之间的故障环(相-相故障环)。3、两相不接地故障的情况下，存在一个两故障相之间的相-相故障环。4、三相故障的情况下，存在三个相-地故障环和三个相-相故障环。距离保护的正确工作是以故障距离的正确测量为基础的，所以应以故障环上的电压电流做出的测量作为判断故障范围的依据，对非故障环上电压电流做出的测量应不予反映。以保护安装处故障相对地电压为测量电压、以带有零序电流补偿的故障相电流为测量电流的方式，就能够正确地反应各种接地故障的故障距离，所以它称为接地距离保护接线方式。以保护安装处两故障相相间电压为测量电压、以两故障相电流电流之差为测量电流的方式称为相间距离保护接线方式。3.1.3、时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段3.1.4距离保护的组成阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是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较，以确定保护是否应该动作。和的比值称为继电器的测量阻抗。由于可以写成的复数形式，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。mUmImZmZjXR3.2阻抗继电器及其动作特性MN1mZ2P3TVTAmImU123MRPjXIsetZ3.2.1园特性阻抗继电器——两种不同的表达形式，绝对值(或幅值)比较动作方程：比较两个量大小的绝对值比较原理表达式；相位比较动作方程：比较两个量相位的相位比较原理表达式。1、偏移圆特性有两个整定阻抗：正方向整定阻抗和反方向整定阻抗，两整定阻抗对应矢量末端的连线就是特性圆的直径。特性圆包括座标原点。)(2121setsetZZ)(2121setsetZZ圆心：半径：)(21)(212121setsetsetsetmZZZZZ2、方向圆特性特性：方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为直径并且圆周经过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区，圆周是动作边界。特点：动作具有方向性；方向阻抗继电器特性圆oRjXsetZsetmZZ21setZ21setsetmZZZ2121全阻抗继电器特性：全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心、以整定阻抗Zset为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区，圆周是动作边界。特点：动作无方向性；动作阻抗与整定阻抗相等。全阻抗继电器特性圆oRjXsetZmZ1setmZZ3.2.2．多边形动作特性的阻抗继电器如图3-8所示，阻抗继电器准四边形动作特性，准四边形以内为动作区，以外为不动区，即测量阻抗末端位于准四条边上为动作边界。(b)XsetoRsetRjXα1Zmα2α3α4设测量阻抗的实部为，虚部为，则图3-8在第Ⅳ象限部分的特性可以表示为第Ⅱ象限部分的特性可以表示为第Ⅰ象限部分的特性可以表示为综合以上三式，动作特性可以表示为mZmRmX1mmsetmtgRXRR2mmsetmtgXRRX4msetm3msetmtgctgRXXXRR4msetm1m3msetm2mtgˆtgctgˆtgRXXRXRRX其中若取，，，则，，，式（3-11）又可表示为(3-12)该式可以方便地在微机保护中实现。0,0,0ˆmmmmXXXX0,0,0ˆmmmmRRRR14214531.744125.0249.0tgtg211ctg381125.01245.0ctg4msetmmmsetmmˆ8141ˆ41RXXRXRRX3.3距离保护整定计算与对距离保护的评价G~G~RjX2134jXRCABD1、距离I段整定原则：躲过下一线路出口短路10.8~0.85IsetrelABrelABrelZKZKZlK2、距离II段整定原则（1）与下一相邻线路距离I段配合。12.min20.8~0.85,0.8IIIsetrelrelbrsetrelrelZKZKKZKK=（2）与相邻变压器的快速保护相配合。两者取较小者作为整定阻抗。12.min0.8~0.85,0.7~0.75IIsetrelrelbrtrelrelZKZKKZKK=★保护安装处和故障点间分支线对距离保护影响1、助增电流的影响：KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ1111KbABlZKlZ11CABIKlBKKIZADDBI结论1助增电流的存在，使AB线路A侧阻抗继电器的测量阻抗增大，这意味着其保护范围将会缩短，相当于灵敏度下降解决：在整定计算中解决。灵敏度校验时引入最大分支系数.2、外汲电流的影响：KbABlZKlZ11KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ111111CABIKlBK1KIZAD2KI结论2汲出电流的存在，使阻抗继电器的测量阻抗减小，保护范围延长，可能造成保护无选择动作。解决：在整定计算中解决，计算动作电流时引入最小分支系数。灵敏度校验：12()21.25IIsetsenIIxZKZttt动作时间：3、距离III段整定原则：躲过本线路最小负荷阻抗.min.min.max0.90.80.851.151.25astIIIrelsetlreastNllrelresKZZKKUZIKKK取取1.5-2.5取若采用方向特性.mincos()IIIrellsetreastsetLsetLKZZKK整定阻抗的阻抗角负荷阻抗的阻抗角灵敏度校验12.maxmax1.51.2{}IIIsetsenIIIsetsenABbrnextIIIIIIsetnextZKZZKZKZttt近后备：远后备：动作时间：4、将整定参数换算到二次侧)2()2()2()1()1()1(mTATVmTAmTVmmmZnnInUnIUZ)1()2(mTVTAmZnnZ)1()2(setTVTAsetZnnZ5、整定计算举例【例3-1】在图所示110kV网络中,各线路均装有距离保护，已知ZsA.max=20Ω、ZsA.min=15Ω、ZsB.max=25Ω、ZsB.min=20Ω，线路AB的最大负荷电流IL.max=600A，功率因数为0.85，各线路每公里阻抗Z1=0.4Ω/km，线路阻抗角=70º，电动机的自起动系数Kast=1.5，保护5三段动作时间=2s，正常时母线最低工作电压UL,min取等于0.9UN(UN=110kV)。试对其中保护1的相间保护短路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定计算。（各段均采用相间接线的方向阻抗继电器）2.距离I段整定计算（1）动作阻抗120.8129.6IIsetrelZKZ解12112=0.43012ZZL1、有关各元件阻抗值的计算34134=0.45020ZZL3.距离II段整定计算（1）动作阻抗。按下列两个条件选择1）与相邻线路保护3的I段配合'''12.min3IIIsetrelrelbsetZKZKKZ（2）动作时间10Its,minbK为保护3I段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数，如图3-12所示，当保护3I段末端点短路时，分支系数按下式计算1K0.2Z34Z120.8Z34İ1İ2kmaxSBZminSAZ1221SASBbSBZZZIKIZ因而,min1512252.0825bK0.8122.081636.2IIsetZ11236.23.021.2512IIIIsetsenZKZ（3）动作时限，与相邻I段瞬时保护配合130.5IIIttts（2）灵敏性校验,min,min,max0.911095.2730.6LLLUZI0.83,1.5,1.2IIIrelastreKKK这里070set0arccos(0.85)32L故整定阻抗为（1）动作阻抗。按躲开最小负荷阻抗整定4.距离III段的整定计算.mincos()IIIrellsetreastsetLKZZKK10.8395.27561.21.5cos(7032)IIIsetZ（2）灵敏性校验。1）当本线路末端短路时1112564.661.512IIIsetsenZKZ满足要求2）相邻线路末端短路时：1(2)12,max34IIIsetSenbZKZKZZ12Z34İ1İ2kmaxSBZminSAZ,max12.min2,max1,min2012202.620SASBbSBZZZIKIZ(2)560.87122.620IIISenK（3）动作时间152220.53IIIIIIttts3.3.2对距离保护的评价1．主要优点（1）能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。（2）阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段仍受系统运行方式变化的影响，但比电流保护要小些，保护区域和灵敏度比较稳定。2.主要缺点（1）不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30%～40%范围以第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。（2）阻抗继电器本身较复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。3.4距离保护的振荡闭锁3.4.1振荡闭锁的概念3.4.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3.4.3距离保护的振荡闭锁措施3.4.1振荡的闭锁的概念及要求振荡—并联运行的电力系统或发电厂失去同步的现象。振荡原因联络线中传输的功率过大而导致静稳定破坏电力系统受到大的扰动（如短路、大机组或重要联络线的误切除等）而导致暂