输电线路的距离保护(姜惠兰)1

输电线路的距离保护天津大学姜惠兰主要内容一、距离保护概述二、距离保护的整定计算原则三、距离保护的动作特性四、距离保护的接线五、过渡电阻对距离保护的影响六、系统振荡对距离保护的影响七、微机距离保护的功能简介电流保护短路故障发生后，保护安装点所测量到的电流灰增大，根据电流增大构成的继电保护称为电流保护。一、距离保护概述电流保护一、距离保护概述电流保护电流保护受系统运行方式的影响，一般电流保护按最大运行方式整定，按最小运行方式校验。对线路较短或运行方式变化较大的场合，电流保护的保护范围和灵敏度难以得到保证。电流保护作为35kV及以下线路相间故障主保护。一、距离保护概述一、距离保护概述距离保护输电线路故障时，根据线路首端电压、电流可以计算出故障点到测量点之间的线路阻抗，该阻抗值称为测量阻抗。由于阻抗反映了距离，所以称为距离保护。IUZ距离保护定义：反应故障点至保护安装地点之间的距离，并根据此距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。正常运行时线路电压高、负荷电流小测量的负荷阻抗大；短路故障时电压降低、短路电流大测量的故障阻抗小。忽略线路分布电容，以集中电阻和电感等效线路:GZlZRXUmImlZIUZmmm1测量阻抗Z1是单位长度的线路阻抗；l是故障距离。因此测量阻抗与故障距离成正比。一、距离保护概述Z1.st.I=KkZAB=(0.8~0.85)ZABZ2.st.I=KkZBC=(0.8~0.85)ZBC二、距离保护的整定计算原则距离I段Z1Z2Z3Z1.set.IZ1.set.IIZ1.set.IIIZ2.set.I整定原则——为保证动作的选择性，整定值应按躲开下一条线路出口处短路的原则来整定。动作时限t1.I=0s*距离Ⅰ段理想情况下，只能保护线路全长的(80~85)%二、距离保护的整定计算原则距离II段Z1Z2Z3Z1.set.IZ1.set.IIZ1.set.IIIZ2.set.I整定原则——为保护线路全长，与相邻线路距离I段配合。动作时限t1.II=Δt=0.5s•距离II段能保护线路全长•距离I、II段共同构成本段线路的主保护。Z1.st.II=Kk[ZAB+Z2.st.I]=(0.8~0.85)[ZAB+(0.8~0.85)ZBC]二、距离保护的整定计算原则距离II段灵敏度校验*当校验灵敏系数不能满足要求时，应进一步延伸保护范围，使之与下一条线路的距离Ⅱ段相配合，时限整定为1~1.2s，考虑原则与限时电流速断保护相同。值短路时故障阻抗的计算保护范围内发生金属性保护装置的动作阻抗lmK距离保护是反应于数值下降而动作的，灵敏系数为lmK一般要求＞1.25二、距离保护的整定计算原则距离III段Z1Z2Z3Z1.set.IZ1.set.IIZ1.set.IIIZ2.set.I整定原则——起动阻抗按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定。当线路上流过最大负荷电流且母线上电压最低时（用表示），在线路始端所测量到的阻抗为max.fImin.fUmax.min.min.fffIUZ二、距离保护的整定计算原则距离III段考虑到外部故障切除后，在电动机自起动的条件下，保护第Ⅲ段必须立即返回的要求，应采用式中可靠系数取1.15~1.25、返回系数取1.17；自起动系数为大于1的数值，由网络具体接线和负荷性质确定。st.min1fkzqhZKKKKkKzqKhK二、距离保护的整定计算原则距离III段可作为下一段线路的远后备保护，同时也是本段线路的近后备保护。灵敏性校验距离Ⅲ段作为远后备保护时，其灵敏系数应按相邻元件末端短路的条件来校验，并考虑分支系数为最大的运行方式，要求≥1.2；当作为近后备保护时，则按本线路末端短路的条件来校验，要求≥1.5。lmKlmK一般距离保护动作时限采用阶梯型三段式动作特性；其中距离III段动作时限比其保护范围内其他保护的最大动作时限高出一个Δt。二、距离保护的整定计算原则距离保护的时限特性Z1Z2Z3t1.It1.IIt1.IIIt2.It2.IIt2.III二、距离保护的整定计算原则主保护{距离Ⅰ段：保护线路全长的（80-85）%距离Ⅱ段{反应本线路末端（15-20）%范围内的故障后备保护：距离Ⅲ段相邻线路保护装置和断路器拒动的远后备距离Ⅰ、Ⅱ段的近后备电网结构复杂，当保护安装处与故障点之间有其他分支时，短路电流的大小和分布都将受到影响，因而也影响到测量阻抗的数值，此时必须考虑分支电流的影响，即分支系数。二、距离保护的整定计算原则分支电流的影响助增电流的影响外汲电流的影响二、距离保护的整定计算原则助增电流的影响（使故障线路电流增大的现象）BFinBABBFABABABABABBFABABABABABAmZKZZIIIZIZIIZIIUZ.''2.KB.in是助增系数，近似情况下可取实数。当具有助增时，KB.in1，降低了阻抗继电器的灵敏度，但不影响与相邻线路I段的配合。二、距离保护的整定计算原则外汲电流的影响（使故障线路中电流减小的现象）BFoutBABBFABBCABABABBFBCABABABABAmZKZZIIIZIZIIZIIUZ.''''2.KB.out是外汲系数，近似情况下可取实数。当具有外汲时，KB.out1，测量阻抗变小，阻抗继电器可能误动。二、距离保护的整定计算原则距离II段的整定（考虑分支系数）为保证保护1、2之间的选择性，KB.in和KB.out都按最小运行方式确定保护2的距离II段定值，使之不超过保护1的距离I段的范围。也就是说分支系数取相邻线路距离保护I段末端短路时可能出现的最小数值。在KB.in和KB.out增大的运行方式时，保护2的保护范围只会缩小而不可能失去选择性，出现误动现象。Z2.st.II=Kk[ZAB+Kfz.minZ1.st.I]1.测量元件二、距离保护的整定计算原则距离保护的组成测量保护到故障点的距离：ZI、ZII、ZIII。并与定值进行比较。ZIZII振荡闭锁tII0≥1&ZIIItIII0起动失压≥1&跳闸二、距离保护的整定计算原则距离保护的组成2.起动元件发生故障瞬间起动距离保护，如相电流差突变量起动元件，等。ZIZII振荡闭锁tII0≥1&ZIIItIII0起动失压≥1&跳闸二、距离保护的整定计算原则距离保护的组成3.振荡闭锁防止系统振荡情况下距离保护发生误动，由于距离III段的长延时，一般不受系统振荡的影响。ZIZII振荡闭锁tII0≥1&ZIIItIII0起动失压≥1&跳闸二、距离保护的整定计算原则距离保护的组成4.失压闭锁防止PT断线情况下距离保护发生误动。ZIZII振荡闭锁tII0≥1&ZIIItIII0起动失压≥1&跳闸二、距离保护的整定计算原则距离保护的组成5.逻辑与出口执行元件ZIZII振荡闭锁tII0≥1&ZIIItIII0起动失压≥1&跳闸主要内容一、距离保护概述二、距离保护的整定计算原则三、距离保护的动作特性四、距离保护的接线五、过渡电阻对距离保护的影响六、系统振荡对距离保护的影响七、微机距离保护的功能简介三、距离保护的动作特性对阻抗继电器的要求：（1）在被保护线路上发生直接短路时，测量阻抗应正比于保护安装地点至短路点间的距离。（2）在正方向区外短路时不应超越动作。包括：a）区外短路时，由短路暂态分量引起的短时动作称为暂态超越；b）由短路点过渡电阻和两侧电势夹角引起的稳态超越两种．（3）有明确的方向性；正方向出口短路无死区，反方向短路不应误动作。（4）区内故障反应过渡电阻的能力强。（5）在最小负荷阻抗运行条件下不动作。（6）有防止系统振荡或PT断线误动作的措施。对阻抗继电器的要求：三、距离保护的动作特性三、距离保护的动作特性距离保护的测量阻抗ZAB测量阻抗：TVTATVTATATVmmmKKZKKIUKIKUIUZTVTAABIsetKKZZ85.0.定值：三、距离保护的动作特性距离保护的测量阻抗ZAB正常运行：IsetmZZ.TVTAloadmKKZZTVTAfmKKZZ故障：动作条件：通常用复数阻抗平面来反映距离保护的动作特性。三、距离保护的动作特性距离保护的测量阻抗ZAB若其保护范围为线路全长的85%时，则阻抗继电器的起动特性可以用包括在内的阴影线所包括的范围表示。只要测量阻抗落入阴影之中，继电器就动作。BCZ85.0三、距离保护的动作特性距离保护的测量阻抗过渡电阻Rg、PT误差以及CT误差等因素的影响，Zm阻抗角不一定与线路阻抗角相等。因此，距离保护的动作范围不能仅仅是以线路阻抗角为角度，以|Zset|为长度的直线，必须将动作范围扩大为面积，形成动作区和不动作区。即动作特性。全阻抗特性、方向阻抗特性、偏移方向阻抗特性、椭圆形特性、多边形特性（四边形特性）等。三、距离保护的动作特性阻抗继电器的实现原理比较两个电气量幅值比较两个电气量相位跳闸电压形成回路动作量制动量整流滤波整流滤波幅值比较执行元件UmIm||ABAB||（1）比幅式BA动作条件：{三、距离保护的动作特性晶体管型或整流型幅值比较回路均压式和环流式幅值比较回路三、距离保护的动作特性（2）比相式跳闸电压形成回路相位比较回路执行元件UmImCD0090arg270DC动作条件：三、距离保护的动作特性微机距离保护的实现原理电压和电流相量可采用傅氏算法求得，也可直接用R-L模型算法计算出故障点至保护安装点的R1，X1。微机距离保护容易实现各种特性。三、距离保护的动作特性全阻抗特性特性：以继电器安装处B点为圆心，以整定阻抗Zset为半径所作的一个圆。整定阻抗Zset——把阻抗角与线路阻抗角相等，继电器刚好能动作的阻抗值称为整定阻抗。全阻抗继电器的动作特性三、距离保护的动作特性全阻抗特性特点：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，它没有方向性。当测量阻抗位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的起动阻抗Zst.J。不论加入继电器电压与电流之间的角度为多大，这种特性继电器的起动阻抗的数值都等于整定阻抗，即.stJsetZZ三、距离保护的动作特性全阻抗特性比幅式：比相式：setmZZ00270arg90msetmsetZZZZsetmmmmZIUZI00270arg90mmsetmmsetUIZUIZ动作方程jXRZsetZmφsenφmjXRZsetZmφsenφm-Zset三、距离保护的动作特性方向阻抗继电器特性：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，圆外为不动作区。继电器的最大灵敏角继电器最大动作阻抗的阻抗角。加入继电器的电压和电流之间的相位差等于整定阻抗Zset的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大(等于圆的直径)，此时阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此，为使继电器工作在最灵敏状态，要求继电器等于线路阻抗角。WL三、距离保护的动作特性方向阻抗继电器特点：当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不能动作，具有方向性。当测量阻抗位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的起动阻抗Zst.J。整定阻抗Zset方向上的起动阻抗最大。死区：出口短路属于继电器的起动条件，考虑互感器和继电器的误差，实际出口短路时继电器不动作，从而产生了动作的“死区”三、距离保护的动作特性方向阻抗继电器比幅式：22setsetmZZZ22setmsetmmZIZIU动作方程三、距离保护的动作特性比相式：00270arg90mmsetZZZ00270arg90mmmsetUUIZ方向阻抗继电器三、距离保护的动作特性偏移圆特性阻抗继电器特点正方向的整定阻抗为Zset，反方向偏移阻抗为αZset，通常取α=0.1～0.2；直径：|（1＋α）Zset|；圆心：（1-α）Zset/2圆内为动作区，圆外为不动作区。其起动阻抗与测量阻抗角有关。特性向反方向偏移是为了消除方向阻抗继电器的