大学课件 电力系统继电保护 第三章第一节 距离保护的基本原理与构成

3.1距离保护的基本原理与构成3.1.1距离保护的概念距离保护——利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。整定距离Lset——与距离保护的范围相对应的距离。工作原理大致如下发生短路判为区外故障测出故障点到保护安装处距离Lk保护不动作判为区外故障判为区内故障保护不动作保护动作Lk＞LsetK2点故障Lk＜LsetK1点故障反方向故障正方向故障3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系mmmUZI.mU.mI在距离保护中，测量阻抗通常用Zm来表示，它定义为保护安装处测量电压与测量电流之比，即：mmmmmjXRZZmZmmRmX测量阻抗的阻抗值测量阻抗的阻抗角测量阻抗的实部，称测量电阻测量阻抗的虚部，称测量电抗测量电压测量电流测量阻抗正常运行时近似为额定电压为负荷电流为负荷阻抗发生短路时降低增大为线路阻抗参数系统setmZZsetkLLsetmZZsetkLL在线路阻抗方向上，比较测量阻抗和整定阻抗就可以实现与的比较kLsetLmZsetZ故障在保护区内故障在保护区外3.1.4三相系统测量电压与测量电流的选取1mmmmkmkUIZIZIzL只有测量电压、测量电流之间满足上述关系时，测量元件才能正确反应故障距离。但在实际的三相系统情况下，由于存在多种不同的短路类型，而在各种不对称短路时，各相的电压电流都不再简单地满足上述关系，所以无法直接用各相的电压、电流构成测量元件的测量电压和电流。当线路中k点发生短路故障时,按照对称分量法，可以求出母线M上各相的电压：112200AkAAkAkAkUUIzLIzLIzL01120011[()3]3kAAAAAkzzUIIIIzLz01(3)kAAkUIKIzL01(3)BkBBkUUIKIzL01(3)CkCCkUUIKIzL1．单相接地故障k(1)以A相单相接地故障为例进行分析。在A相金属性短路的情况下，有：0kAU01(3)AAkUIKIzL因此若令、分别作为保护的测量电压和测量电流mAAUU03mAAIIKI1mAmAkUIzL则有：这时，测量元件ZmA能够正确反应故障距离.1.mAmAkmAUZzLI这种以保护安装处相电压为测量电压，以带零序电流补偿的相电流为测量电流的接线方式称为接地距离保护接线方式。ABCk0kAU.AI.AU.BU.CU由于、均接近正常电压，而、均接近正常负荷电流，B、C两相测量元件的工作状态与正常负荷状态相差不大，所以A相故障时它们一般都不会动作。kBUkCUBICI同理分析表明:在B相发生单相接地故障时:用、构成的测量元件能够正确反应故障距离而、或、构成的测量元件不会动作；mBBUU03mBBIIKImAU.mAImCUmCI在C相发生单相接地故障时:用、构成的测量元件能够正确反应故障距离而、或、构成的测量元件不会动作；mCCUU03mCCIIKImAU.mAImBUmBI2.两相接地故障k(1,1)系统发生两相接地故障时，故障点处两接地相的电压都为0。以BC两相接地故障为例。则：0kBkCUU令：mBBUU03mBBIIKI.1.mBmBkmBUZzLI或：mCCUU03mCCIIKI.1.mCmCkmCUZzLIZmB、ZmC均能够正确的反应故障距离对非故障相A相：故障点处电压，故：0kAU.1.mAmAkmAUZzLI所以，ZmA不能正确的反应故障距离ABCk.AI.AU.BU.CU.BI.CI0kBkCUU若令：mBCBCUUUmBCBCIII则有：.....11.....()CmBCBCkBmBCkmBCBCBCIIzLUUUZzLIIIII所以，ZmBC也能正确反映故障距离。对于ZmAB、ZmCA，由于在测量电压、电流中含有非故障相的电压电流量，其值远大于短路阻抗，一般都不会动作。01(3)BkBBkUUIKIzL01(3)CkCCkUUIKIzL且同理可以分析出AB两相或CA两相接地故障时各测量元件的动作情况。这种以保护安装处两相相间电压为测量电压，以两相电流差为测量电流的接线方式称为相间距离保护接线方式。3.两相不接地故障k(2)在故障点k处：各相电压都不为0，但故障点处两故障相的对地电压相等设A、B两相故障k(2)AB:kAkBUU同样可得：1()ABABkUUIIzL若令：mABABUUUmABABIII同样有：.....11.....()BmABABkAmABkmABABABIIzLUUUZzLIIIII由于非故障相C相故障点处的电压与故障相电压不等，作相减运算时不能被消掉，所以ZmBC、ZmCA不能正确反应故障距离。ABCk.AI.AU.BU.CU.BI.CI12kAkBkCUUU...1BBkBkUIzLU...1AAkAkUIzLU4.三相对称故障k(3)三相对称性故障时，故障点处的各相电压相等且均都为0。0kAkBkCUUU一般情况下，保护安装处的非故障相电压接近于正常电压，电流接近于负荷电流，所以当测量电压、电流中含有非故障相电压、电流时，两者之比对应的阻抗要比短路阻抗大的多，阻抗角也与短路阻抗不同，由它们判出的距离一般都在动作区之外，不会动作于跳闸。这种情况下，应用任何一相的电压电流按接地距离保护接线方式或任何两相的电压电流按相间距离保护接线方式，均能够正确反应故障距离。ABCk.AI.AU.BU.CU.BI.CI0kAkBkCUUU5.故障环路的概念及测量电压电流的选取故障环路——故障电流可以流通的通路称为故障环路。用故障环路上的电压作为测量量Um，环路中流通的电流作为测量电流Im，他们之间的关系满足。1mmmmkmkUIZIZIZL由此算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处到故障点的距离。单相接地短路——一个故障相与大地之间的故障环路（相——地故障环节）；两相接地短路——两个故障相与大地之间的（相——地）故障环路和一个两故障相之间的（相——相）故障环路；两相不接地短路——一个两故障相之间的（相——相）三相短路接地——三个（相——地）故障环和三个（相——相）故障环路；故障环测量电压测量电流反应故障类型接地距离保护接线方式相—地保护安装处故障相对地电压带有零序电流补偿的故障相电流单相接地短路两相接地短路三相接地短路相间距离保护接线方式相—相保护安装处两故障相电压差两故障相电流差两相短路三相短路两相接地短路区别接线方式接线方式接地距离保护接线方式相间距离保护接线方式A相B相C相AB相BC相CA相单相接地A+－－－－－B－+－－－－C－－+－－－两相接地AB++－+－－BC－++－+－CA＋－＋－－＋两相不接地AB－－－+－－BC－－－－+－CA－－－－－＋三相ABC＋＋＋＋＋＋两种接线方式的距离保护在不同故障时的动作情况“+”表示能正确反应故障距离；“－”表示不能正确反应故障距离故障类型.AU..03AIKI.ABU..ABII.BU..03BIKI..03CIKI.CU.BCU..BCII..CAII.CAU3.1.4距离保护的时限特性距离保护的时限特性——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。距离I段为无延时的速动段。II段为带固定时限的速动段:延时的时限一般为0.3-0.6秒III段时限需与相邻线路III段配合:一般不小于1-3秒。（a）网络连接图（b）Ⅰ、Ⅱ段的时限特性（c）Ⅲ段的时限特性3.1.5距离保护的构成距离保护一般由起动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成。1．起动部分—提高可靠性起动部分用来判别系统是否处于故障状态。系统正常运行时，该部分不动作，距离保护装置的测量、逻辑等部分不投入工作；当系统发生故障时，它立即动作，使整套保护迅速投入工作2．测量部分测量部分是距离保护中的核心，测量故障距离和判断故障方向，并与预先设定的距离和方向相比较，以确定出故障所处的区段。3．振荡闭锁部分在电力系统发生振荡时，距离保护的测量部分有可能会将振荡误判为区内故障，从而有可能导致距离保护误动作。为防止保护误动，应在系统振荡时将保护闭锁。4．电压回路断线部分电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，也可能使距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下也应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。5．配合逻辑部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。6．出口部分包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。