继电保护 第三章 电网的距离保护_secret

第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理一﹑基本概念电流保护的优点：简单﹑可靠﹑经济。缺点：选择性﹑灵敏性﹑快速性很难满足要求（尤其35kv以上的系统）。距离保护的性能比电流保护更加完善。~ABC123ZdUd....1fefdddldIUZIUZZ，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基本上不说系统的运行方式的影响。二﹑距离保护的时限特性距离保护分为三段式：I段：ABIdzZZ)85.0~8.0(1，瞬时动作主保护II段：)(21IdzABIIKIIdzZZKZ，t=0.5’’III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。————后备保护~123t1It1IIt2It1IIIt2IIt2III第二节阻抗继电器阻抗继电器按构成分为两种：单相式和多相式单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（相电压或线电压）和一个电流IJ（相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。JJJIUZ..——测量阻抗ZJ=R+jX可以在复平面上分析其动作特性*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。多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性。本节只讨论单相式阻抗继电器。一﹑阻抗继电器的动作特PTldPTllPTJJJnnZnnIUnInUIUZ1.1.1.1...BC线路距离I段内发生单相接地故障，Zd在图中阴影内。由于：1）线路参数是分布的，Ψd有差异2)CT,PT有误差3）故障点过渡电阻4）分布电容等因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。圆1：以od为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性）圆2：以od为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性）圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二﹑利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理BAUU..相位比较原理90arg90..DCUU（一）全阻抗继电器特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。圆内为动作区。Zdz.J——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。无论Ψd多大，zdJdzZZ.，它没有方向性。RjXZZdZJ~ZJABBCCTIJUJPT123RjXACdoBΨd1.幅值比较原理：zdJZZ两变同乘JI.，且JJJUZI..，所以zdJJZIU..，这也就是动作方程。2.相位比较原理90arg90JzdJzdZZZZ分子分母同乘以IJ，得：90arg90....JzdJJzdJUZIUZI（二）方向阻抗继电器以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。Ψlm——最大灵敏角，它本身具有方向性。1.幅值比较原理：zdzdJZZZ2121zdJzdJJZIZIU...21212.相位比较原理：90arg90JzdJZZZ90arg90...JzdJJUZIU（三）偏移特性阻抗继电器正方向：整理阻抗Zzd反方向：偏移-αZzd(α1)圆内动作。圆心：zdzdzdZZZZ)1(21)(210RjXZzdZzd-ZJZJZJ+ZzdZzdZJZzd-ZJRjX-αZzdZ0ZzdRjXΨlmZJZJ-1/2ZzdRjXZzd半径：R=zdZ)1(21Zdz.J随ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。1.幅值比较原理zdJZZZ)1(210zdzdJZZZ)1(21)1(21....)1(21)1(21zdJzdJJZIZIU2.相位比较原理90arg90JzdzdJZZZZ90arg90....JzdJzdJJUZIZIU总结三种阻抗的意义：1）测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。JJJIU..arg2）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。全阻抗继电器：圆的半径方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。3）起动阻抗（动作阻抗）Zdz.J：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压UJ和电流IJ的比值。除全阻抗继电器以外：Zdz.J随ΨJ的不同而改变。当ΨJ=Ψlm时，Zdz.J=Zzd，此时最大。三﹑阻抗继电器的构成主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。-αZzdZ0ZzdZJZJ-Z0RjX-αZzdZzdZzd-ZJRjXZJZJ+αZzd电压形成UJIJ比幅回路执行（输出）UAUB交流回路电压形成UJIJ比相回路执行（输出）UCUD交流回路UA﹑UB﹑UC﹑UD基本上是由UJ和IJZzd组合而成。而UJ可直接从PT二次侧取得，必要时经YB变换。而IJZzd则经过DKB获得。（一）方向阻抗继电器交流回路的原理接线zdJAZIU..21JcUU..zdJJBZIUU...21JzdJDUZIU...其它的继电器的交流回路的组成，可参照此图自行作成。（二）幅值比较回路将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型：1．均压式2．环流式UA整流后在R1上产生Ua，UA整流后在R1回路产生Ia,UB整流后在R2上产生Ub。UB整流后在R2回路产生Ib。继电器反应Uab=Ua-Ub而动作。继电器反应Ia-Ib而动作。UAJUBabR1UaR2UbUab*UAJUBR1R2IaIbIa-Ib*﹒﹒﹒﹒﹒﹒UAUBIJ1/2IJZzd1/2IJZzdUJYBDKB﹒﹒﹒﹒﹒UDUCIJIJZzdUJYBDKBtttttU1U2U3U4U0不动作（三）相位比较回路1直接比相式90arg90..DCUU它是以测定UC和UD同时为正的时间来判断它们的相位。2．脉冲式比相电路方波方波&50ms020msU012UCUD延时动作瞬时返回(角度鉴别器)瞬时动作延时返回(脉冲鉴宽电路)UCUDUttttttU0U4U1U2U3动作90º——5msUCUDUttttttU0U4U1U2U3不动作方波方波dudt&020msU0123UDUC微分元件（产生脉冲输出的时间与UC方波的前沿同时）加移相器后移相将'.CU移相90º，即.90'.eUUCC原比相动作方程变为：0arg180..DCUU第三节阻抗继电器的接线方式一﹑基本要求1要求测量阻抗ZJ正比于保护安装处到短路点的阻抗。2要求测量阻抗的值仅与保护安装处至故障点的距离有关，而与故障类型无关。二﹑常用接线方式参见P90，表3-2，其中0º接线，+30º接线和-30º接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。相电压和具有k3I0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。三﹑分析（一）母线残压计算公式：假设：Z1=Z2，不计负荷电流在线路上D点发生单相接地故障时，tttttUD(U1)UC(U2)U3U4U0动作~IUldtttttU1U2U3U4U0不动作母线电压的表达式：D...00.22.11...dAdAdAADAlZIlZIlZIUUdAAddAdAAddAdAdAdAdAADlZIkIUlZZIlZIUlZIlZIlZIlZIlZIU..1.0.....100.1..1000101211)3()(（其中：k=(Z0-Z1)/3Z1，零序补偿系数。）同理：..1.0.)3(dBBdBlZIkIUUdCCdClZIkIUU1.0...)3(（二）0º接线方式的分析（设nPT=nl=1）1．三相短路因为三相对称，继电器1，继电器2，继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析。0...CdBdAdUUU03.0IdBAdBABABAJlZIIlZIIIIUUZ1..1......1)(同理ZJ2=Zj3=Z1ld结论：在三相短路时，ZJ1，ZJ2，ZJ3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。2．两相短路以BC两相短路为例。CBII..0.AI03.0I..AAEUdBBdBlZIUU1...dCCdClZIUU1...dCBdCBCBCBJlZIIlZIIIIUUZ1..1......2)(..CdBdUUdBABddBdBBdABABAJlZIEUlZIlZIUEIIUUZ1...1..1......1dCACddCAdCCdACACJlZIEUlZIElZIUIIUUZ1...1..1......2结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。3．中性点直接接地电网的两相接地短路仍然以BC两相接地短路为例0..CdBdUU03.0IdCBdddCBCBCBJlZIIlZIklZIklZIIIIUUZ1..1.01.01......233)(dBABAJlZIIUUZ1....1dJlZZ13结论：同两相短路。（三）接地短路阻抗继电器的接线方式以A相接地短路为例0.AdUdAdAAAJlZIkIlZIkIIkIUZ1.0.1.0..0..13)3(3可见：它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。dBBBJlZIkEIkIUZ1.0..0..233dJlZZ13均不动所以必须采用三个阻抗继电器。该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。（自行分析）第四节方向阻抗继电器的特性分析由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。一﹑方向阻抗继电器的死区和消除方法（一）产生死区的原因在保护正方向出口发生相间短路时，UJ=0，继电器不动作。发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。1．幅值比较式zdJzdJUzdJzdJJZIZIZIZIUJ..0...21212121.而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。2．相位比较式90arg90...JzdJJUZIU因为UJ=0，无法比相，所以继电器不动。（二）消除死区的方法引入极化电压UP，要求如下：1）与UJ同相位2）出口短路时，UP应具有足够的数值或能保持一段时间逐渐衰减到零。（三）获取极化电压的方法分析如下：1．记忆回路它是由一个R，L，C组成的电路。当Uj=0时，由暂态过程产生的电流在电阻上产生一个电压。作为极化电压。以当出口短路时，UJ=0。Up在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原先的相位不变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆回路”。2．引入非故障电压正常运行时，UAB较大，RS又很大。IR主要由UAB产生，第三相电压基本上不起作用。当AB相间短路时，UAB=0，记忆回路发挥作用。但Up将逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将表现出来。﹒﹒UAUBUCUJ=UABCLRS(30K~82K)R(1K)IRUpJYB因为LjX)//jX-(R)(很大SR，所以IS与UAC同相位。RjXIjXjXRjXIILSLCLSR...LSRpjXIRIU...﹒﹒UJCLRIRUpJYB故障前故障后UJUpUt﹒﹒CLRSRIRJYBUACILIS见左边向量图，Up与UAB(EAB)同相位所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的Up可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。其它方法：集成电路保护中，利用高Q值的50HZ带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用。（二）极化电压的引入对方向阻抗继电器初态特性的影响稳态特性：在正常运行和短路后达到稳态时的继电器动作特性。初态特性：在发生短路的最