第三章-距离保护

第三章电网的距离保护第五节距离保护的整定计算原则及评价第一节距离保护的作用原理第二节具体的阻抗继电器第三节阻抗继电器的接线方式第四节具有记忆作用的方向阻抗继电器第六节影响距离保护正确工作的因素距离保护的基本概念电流保护的主要优点：简单、经济、工作可靠电流保护的主要缺点：受电网接线方式及系统运行方式的影响，整定值、保护范围、灵敏系数等不好选择。主要用于35kV以下的辐射型电网中，在35kV以上复杂网络（特别是环网）中难以满足选择性、灵敏性以及速动性的要求。随着电力系统规模日益扩大，电力水平越来越高，提高继保的灵敏性，并使其保护范围不受或少受系统运行方式的影响，对保护提出更高的要求，满足这一要求——距离保护。距离保护是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的一种保护装置。其主要元件为距离（阻抗）继电器，根据阻抗继电器端子上所加的电压和电流测得保护安装处至短路点间的阻抗值，该阻抗称为继电器的测量阻抗JJJUZI当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，继电器动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗大，继电器动作时间增长，保证了选择性。距离保护的时限特性1)距离保护的动作时间t与保护安装处至短路点之间的距离的关系，称为距离保护的时限特性。为满足速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并分别称为距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。tf2)与电流保护不同之处：距离保护各段保护区范围基本上不随运行方式而改变。3)Ⅰ段距离保护Ⅰ段是瞬时动作的，t1是保护本身的固有动作时间（几十毫秒）以保护2为例：Ⅰ段本应保护线路A—B的全长，即保护范围为全长的100%，然而实际上不可能，因为当线路B—C出口处短路时，22JABdABZZZZACB21d2这时保护2Ⅰ段不应动作而应由保护1Ⅰ段动作切除，因此，保护2其起动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗ABZ.20.8~0.85dzABZZ.10.8~0.85dzBCZZ同理即考虑到阻抗继电器和电压、电流互感器的误差，需引入可靠系数.2dzABZZkK一般取0.8-0.85kK因此，距离Ⅰ段只能保护本线路全长的80-85%，为切除本线路末端15-20%范围内的故障，需要设置距离保护Ⅱ段。4)Ⅱ段距离Ⅱ段整定值的选择类似于限时电流速断，即应使其不超出相邻下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时动作时间上带有比相邻下一条线路距离Ⅰ段高出一个的时限，以满足选择性。t当保护1的Ⅰ段保护末端短路时，保护2的测量阻抗为：12dzABZZZACB21Z'dz•1保护1距离Ⅰ段的保护范围末端保护2距离Ⅱ段的保护范围同样引入可靠系数，则保护2Ⅱ段的起动阻抗为：kK12dzABkdzZZKZBCABZZ85.0~8.08.08.0kKttt12其中同样，距离Ⅰ、Ⅱ段的联合工作，构成本线路的主保护。5）Ⅲ段为了做好相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为本线路距离Ⅰ、Ⅱ段的后备保护，还需装设保护Ⅲ段，距离Ⅲ段的整定值与过电流保护类似，其起动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应比距离Ⅲ段保护范围内其它各保护的最大动作时限高出一个ttZ3Z2Z1tL保护3的I段保护3的II段保护3的III段距离保护的时限特性~3t3t2t2t1t2t3ttG~距离保护各段动作区域示意图RjX2134jXRCABD1保护A距离Ⅰ段2保护A距离Ⅱ段3保护A距离Ⅲ段4保护B距离Ⅰ段G~第二节阻抗继电器阻抗继电器主要作用是测量短路点到保护安装处之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否动作。按其结构可分为单相式多相式将阻抗继电器的测量阻抗画在复平面上,线路的始端B位于坐标的原点，正方向的测量阻抗在第一象限,反方JZ向测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻抗与R轴之间的角度为线路B—C的阻抗角，对保护１的距离Ⅰ段距离Ⅰ段阻抗继电器的起动特性就应包括以内的阻抗线段在内,可用阴影线来表示。d''dzkBCZKZ'kBCKZRjxBCZBCdZJA'(0.8~0.85)dzBCZZ一、构成阻抗继电器的基本原则实际上，阻抗继电器的保护范围不能是一条直线，即具有直线形动作特性的继电器是不能用的，考虑到故障点过渡电阻的影响及互感器角度误差的影响，测量阻抗将不会落在整定阻抗的直线上。JZRjxBCZBCdZdRgZJ二、具体的阻抗继电器１、比幅式(幅值比较式)|A|≥|B||ZJ|≤|Zzd|比较器|A|≥|B|动作••ZdJZI.TV.JU••••.1I.A.BA:动作量B:制动量动作特性为以保护安装处为园点，以Zzd为半径所做的圆，其中圆内为动作区，Zzd习惯上使其与线路的阻抗角一致。RjxZzddZJ1ZJ2ZJ3当ZJ1位于园内有|ZJ1||Zzd|继电器动作把能使继电器刚好动作的阻抗值称为继电器的起动阻抗Zdz.J当ZJ3位于园外时有|ZJ3||Zzd|继电器不动作当ZJ2位于圆周上时有|ZJ2|=|Zzd|继电器刚好动作B２、比相式（相位比较式）•••••••.C.DZdJZI..JU.JIZdJZI.比相式..argDC≤90°动作极化电压：....pJJzdUUIZC补偿电压：....'UUIZDJJzdRjxzdZzdZ.zdJCZZJZ.zdJDZZθ|arg||arg||arg|......JzdJzdJJzdJJzdZZZZUIZUIZDCθ≤90º||zdZ||JZ≤|ZJ1|=|Zzd|时θ=90o分子分母同除IJRjxzdZzdZJzdZZC.JZJzdZZD.θRjxzdZzdZJzdZZC.JZJzdZZD.θ|ZJ1||Zzd|时θ90o|ZJ1||Zzd|时θ90o任何一个比幅式阻抗继电器均可由一个比相式继电器来实现，而任何一个比相式又均可由一个比幅式来实现，比幅式实现容易，而比相式理论分析直观，易理解。三、理论依据（平行四边形法则）已知构成BA,BACBAD...BAC...BAD.AB结论：||.A||.B||.A||.A||.B||.B=.C.D＾90º=90º90º.C.D＾.C.D＾故幅值比较原理和相位比较原理之间具有互换性。θ四、阻抗继电器设计１、全阻抗继电器全阻抗继电器的特性以保护安装点为中心，以整定阻抗为半径所作的一个圆。当测量阻抗位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。zdZJZZzdRjXodzJZ动作区不动作区dzJZ由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此不论加入继电器的电压电流之间的角度为多大，继电器的起动阻抗在数值上均等于整定阻抗，即，具有这种动作特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性，全阻抗继电器可采用两个电压幅值比较或两个电压相位比较的方式构成。J||||dzJzdZZZzdRjXodzJZ当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的起动阻抗。比幅式JJJUZI比相式zdJzdJJZIAZIUCJJzdJUBUZID90|arg|JzdJzdJJUZIZIU比相式的电气动作方程电气动作方程:B：制动量A：动作量||JU||zdJZI≤极化电压补偿电压JI两端同乘zdJZZ||||全阻抗继电器在正前方和背后的保护范围一样，本身不具备方向性，可能产生误动。全阻抗继电器前面需加方向元件，一般作为距离Ⅲ段的动作元件。２、方向阻抗继电器为了使阻抗继电器具有方向性，我们设计出一种方向阻抗继电器:①其特性是以整定阻抗为直径而通过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，而圆外为不动作区。②当加入继电器的和之间的相位差为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。③当等于的阻抗角时，继电器的动作阻抗为最大，等于圆的直径，此时，阻抗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灵敏角，用表示。zdZJIJUJlmdzJZzdZJ|Zzd/2|Zzd/2ZzdRjXo方向阻抗特性圆半径：|Zzd/2|11||||22JzdzdZZZ动作方程：ZJ2ZJ3圆心：Zzd/2211||||22JzdzdZZZ当ZJ2位于圆内时有继电器动作当ZJ3位于圆外时有继电器不动作311||||22JzdzdZZZZJ1111||||22JzdzdZZZ当ZJ1位于圆周上时有继电器刚好动作④由动作方程可推出比幅式电路的设计|21||21|zdzdJZZZ幅值比较式的动作方程：|21||21|...zdJzdJJZIZIU•比幅式设计：zdZA21.zdJZZB21...21JzdIZAzdJJZIUB...21•比相式设计：...pJUUC....'UUIZDJJzd极化电压补偿电压相位比较式方程：|arg|...JzdJJUZIU≤90º⑤方向阻抗继电器总结：优点：具有明确的方向性，不会误动。缺点：①躲开过渡电阻的能力差，过渡电阻rg稍大一点，方向阻抗继电器便不起作用。②理论上过原点，实际上由于电路设计有门坎值，低于门坎值电路不动作，出口附近有死区。③比相式所以方向阻抗继电器有一定的死区，在越接近出口处短路时越该动作而它反而不动作。..JUC...JJzdUIZD其中一个量为“0”，（在保护安装出口处短路时）无法比较相角。.JU３、偏移阻抗继电器RjxzdZzdZ0ZJZ0ZZJ||zdzdZZ①其特性是当正方向的整定阻抗为时，同时反方向偏移一个，0α1，圆内为动作区，而圆外为不动作区。zdZzdZ)(210zdzdZZZ||21||0zdzdJZZZZα称为偏移度1(1)2zdZ圆的直径为：其动作方程为：圆心坐标为：比幅式：zdJZIA..21zdJJZIUB...21比相式：zdJJZIUC...zdJJZIUD...zdJzdJJZIZIU...21210....90zdJJzdJJZIUZIUarc偏移阻抗特性圆Zzd2Zzd1RjXoZJ为提高躲开过渡电阻的能力，进一步改进偏移阻抗特性有两个整定阻抗，即正方向整定阻抗Zzd1和反方向整定阻抗Zzd2圆心位于半径为121()2zdzdZZ121()2zdzdZZ圆内为动作区，圆外为非动作区，当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗元件临界动作。Zzd1-ZJ1Zzd2Zzd1RjXo偏移阻抗特性圆ZJ1ZJ1-Zzd2Zzd1-ZJ2ZJ2-Zzd2ZJ2)(21)(212121zdzdzdzdJZZZZZ比幅式：ozdJJzdoZZZZ90arg9021比相式：当测量阻抗ZJ落在圆内或圆周上时，ZJ末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗ZJ落在圆外时，ZJ末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以测量元件的动作条件可以表示为：③总结：偏移阻抗继电器克服了方向继电器的死区，但在背后近距离范围内短路时会误动作。优点：没有死区缺点：有一部分误动区④α=1（或Zzd1=Zzd2）全阻抗继电器α=0（或Zzd2=0）方向阻抗继电器一般取0.1-0.2，不能做距离I段的测量元件。4、具有记忆特性的方向阻抗继电器其静态特性为方向阻抗继电器，而在动态时其特性会随故障位置改变，在正前方发生故障时，它具有偏移阻抗继电器的特性，在反方向发生故障时，其动作特性圆位于第一象限（它的动作圆跳到上面去了,称为上抛圆），现在在220kV和500kV以上电压等级均采用此种阻抗继电器。总结：：继电器的测量阻抗：继电器的整定阻抗，即在线路阻抗角方向上能使继电器动作的最大阻抗。（全阻抗继电器：圆的半径；方向阻抗继电器：最大灵敏度角方向上圆的直径；偏移