1、第三章電網的距離保護第一節距離保護的作用原理-、基本概念電流保護的優點：簡單、可靠、經濟。缺點：選擇性、靈敏性、快速性很難滿足要求（尤其35kv以上的系統）。距離保護的性能比電流保護更加完善。Ud乙Id ZdZfId土，反映故障點到保護安裝處的距離一一距離保護，它基If本上不受系統的運行方式的影響。、距離保護的時限特性距離保護分為三段式:I 段：Zdz(0.8 - 0.85)Zab，瞬時動作主保護>II 段: zd；kK (ZabZdz2), t=0.5 '' HIII段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性。后備保護第二節 阻抗繼電器阻抗繼電器按構成分為兩種：單相式和多相式Uj

2、 （相電壓或線電壓）和一個電流單相式阻抗繼電器：指加入繼電器的只有一個電壓 Ij （相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。測量阻抗I JZJ=R+jX可以在復平面上分析其動作特性它能反映多相故障,但不能它只能反映一定相別的故障，故需多個繼電器反映不同相別故障。 多相補償式阻抗繼電器：加入的是幾個相的補償后的電壓。利用測量阻抗的概念來分析它的特性。本節只討論單相式阻抗繼電器。、阻抗繼電器的動作特性UiU J npT U1ni乙AnPTnPTni線路距離I段內發生單相接地 故障，Zd在圖中陰影內。由于1）線路參數是分布的，Y d有差異2）CT, PT 有誤差3 ）故障點過渡電阻4 ）分布電容等 所以

3、Z會超越陰影區。因此為了盡量簡化繼電器接線，且 便于制造和調試，把繼電器的動作特性 擴大為一個圓，見圖。BC圓圓圓1：以od為半徑一一全阻抗繼電器（反方向故障時，會誤動，沒有方向性）2：以od為直徑一一方向阻抗繼電器（本身具有方向性）3：偏移特性繼電器另外，還有橢圓形，橄欖形，蘋果形，四邊形等二、利用復數平面分析阻抗繼電器它的實現原理：幅值比較原理相位比較原理90argUUl 90U D特性：以保護安裝點為圓心（坐標原點），以Zzd為半徑的圓。圓內為動作區。Zdz.J測量阻抗正好位于圓周上，繼 電器剛好動作，這稱為繼電器的起動阻 抗。無論屮d多大，Zdz.J方向性。1.幅值比較原理:ZjZzd

4、兩變同乘I J，且I J ZJU J，所以Zzd，這也就是動作方程。Zzd，它沒有U J2.90 argltT分子分母同乘以Ij，（二） 方向阻抗繼電器9090argd上I JZzd U J90圓當即保以Zzd為直徑，通過坐標原點的圓。 內為動作區。Zdz.J隨屮J改變而改變， Y J等于Zzd的阻抗角時，Zdz.J最大， 護范圍最大，工作最靈敏。Y Im最大靈敏角，它本身具有方向性。1.幅值比較原理:11Zj -Zzd一 Zzd2290901 .1 .U J -I J Zzd一1 J Zzd222.9090ZjargZzd Zj90arg UJ90I J Zzd U J（三）偏移特性阻抗繼電

5、器 正方向：整理阻抗 Zzd偏移-a Zzd( a反方向：圓內動作。圓心1Z02（Zzd Zzd）12（1）ZzdY J變化而變化半徑:Zdz.J 隨向性。<1)1-(1)Zzd，但沒有安全的方1.幅值比較原理1Zj Z。h)Zzd11乙-(1)Zzd-(1)Zzd221 .1 .UJ -IJ(1)Zzd-|J(1)Zzd222.相位比較原理90 argJZzdzJU J90 arg I J Zzd U JI JZzd總結三種阻抗的意義: 測量阻抗1)Zj：由加入繼電器的電壓Uj與電流IJ的比值確定。2)整定阻抗3）起動阻抗U JJ arg I JZzd： 般取繼電器安裝點到保護范圍末端

6、的線路阻抗。 全阻抗繼電器：圓的半徑 方向阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上圓的直徑 偏移特性阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上由原點到圓周的長度。（動作阻抗）Zdz.J :它表示當繼電器剛好動作時，加入繼電器的電壓Uj和電流IJ的比值。除全阻抗繼電器以外：Zdz.J隨屮J的不同而改變。當屮J= Y m時，Zdz.j=Zzd，此時最大。三、阻抗繼電器的構成主要由兩大基本部分組成：電壓形成路和幅值比較或相位比較回路。Uj、電Uc比壓相形回Ij s成Ud路J 77交流回路巧執行 （輸出）Ua、Ub、Uc、Ud基本上是由Uj和iJZzd組合而成。而 Uj可直接從PT二次側取得，必 要時經YB變換。而IjZz

7、d則經過DKB獲得。Uc U J（一）方向阻抗繼電器交流回路的原理接線1 .U a2IjZzd1 .UbUj 2lJZzdU d I J Zzd U JAAAAIj車/2ljZzdDKB>|1 /2IjZzdUa豐/2ljZzdDKB§|1 /2IjZzdUaUbYBUbYBUj其它的繼電器的交流回路的組成，可參照此圖自行作成。（二）幅值比較回路將Ua和Ub分別整流后進行幅值比較，有兩種類型:1.均壓式Ua整流后在 Ub整流后在 繼電器反應 作。R1上產生Ua,R2上產生Ub。U ab=U a-Ub 而動2.環流式Ua整流后在Ri回路產生la,UaJUbU b整流后在R2回路產

8、生lb。繼電器反應la-lb而動作。 /la-l b（三）相位比較回路)U C90 arg 90U D它是以測定 Uc和Ud同時為正的 時間來判斷它們的相位。cu*u4動作k .I. k. k2.脈沖式比相電路微分元件（產生脈沖輸出的時間與Uc方波的前沿同時）180Ucarg0U D旳嚴）Ui動作加移相器后移相 90°, U C UCe 90第三節90U4.U0.arg 比 90Ud不動作阻抗繼電器的接線方式、基本要求要使乙正比于Id,且與故障類型無關。二、常用接線方式參見P90,表3-2,其中0°接線，+30°接線和-30°接線的阻抗繼電器用于反映各種

9、相間短 路。相電壓和具有 k3lo補償的相電流接線用于反映各種接地故障。三、分析（一）母線殘壓計算公式:假設：Zi=Z2，不計負荷電流IdU>1U A U AD I A1 Z11 dI A2 Z2IdI A0 Z0Id I A0 Z1ldU AdI A 乙 ldI A0( Zo乙)l d（其中：k=（Zo-Zi）/3Zi，零序補償系數）U Ad(I Ak3Io)Zild同理：u BU Bd(I Bk3l0)ZildUcU Cd(Ick3l0)Zild(設npT= ni =1)（二）0o接線方式的分析i. 三相短路因為三相對稱，繼電器 1,繼電器2,繼電器3工作情況完全相同，所以就以繼電器

10、1為例分析。UAdUBd Ucd 03Io 0ZjiUa Ub (Ia 心乙 ,Z1 ld同理 ZJ2=Zj3=Zl|d結論：2.兩相短路 以bc兩相短路為例。在三相短路時,乙1,Zj2, Zj3均等于短路點到保護安裝處點的線路正序阻抗。Ia3Io 0UaEaU BdiBZildUcUcdIcZildZJ2UbUc(I B I皿 ZildU BdU CdZjiZj2Ib IcIb IcUa UbUc UaE A U Bd I B Z1ldU Cd I C Z1l d EAZilU BdEaZild乙idUcd Ea乙ld結論：接于故障環路的阻抗繼電器可以正確反映保護安裝處到故障點之間的線路正序

11、阻 抗。其余兩只阻抗繼電器的測量阻抗很大，不會動作。這也就是為什么要用三個阻抗繼電器并分別接于不同相間的原因。3.中性點直接接地電網的兩相接地短路仍然以BC兩相接地短路為例U BdUcd 03Io 0Zj2Ub Uc(Ib lc)ZiId k3Io Zild k3IoZild“ ZildIb I CZjiUa Ub乙Id乙3Zild結論：（三）接地短路阻抗繼電器的接線方式 以A相接地短路為例同兩相短路。UAd 0ZjiUa(Ia k3Io) Zild“Z1I dI A k3loI A 3k Io可見：它能正確測量以短路點到保護安裝處之間線路正序阻抗。UbEb乙2I B k3Io k3Io乙Id

12、Zj3 Zild均不動所以必須采用三個阻抗繼電器。該接線方式能正確反映兩相短路和三相短路。（自行分析）第四節 方向阻抗繼電器的特性分析由于方向阻抗繼電器的應用最為廣泛，故進一步分析之。 一、方向阻抗繼電器的死區和清除方法（一） 產生死區的原因在保護正方向出口發生相間短路時， 就稱為"死區”。1.幅值比較式Uj=O,繼電器不動作。發生這種情況的一定范圍,i .i .Uj 0i .i .Uj -IjZzdTjZzd-IjZzdTjZzd2222而實際上，繼電器的執行元件動作需要一定的功率，所以繼電器不動。2.相位比較式Uj90 arg IjZzd u J90因為Uj=0，無法比相，所以繼

13、電器不動。（二） 消除死區的方法引入極化電壓 Up，要求如下：1）與Uj同相位2）出口短路時，Up應具有足夠的數值或能保持一段時間逐漸衰減到零。（三）獲取極化電壓的方法分析如下：1.記憶回路它是由一個R，L，C組成的工頻串聯諧振電路。al因為wL=1/wc ,電路呈純阻 性，所以當出口短路時，Uj=0。 借助諧振，Up在一定時間內逐漸 衰減，其相位保持原先的相位不 變。這就相當于把原先的電壓記 憶下來，故稱為“記憶回路”。2. 弓I入非故障電壓正常運行時，Uab較大，Rs又很大。Ir主要由Uab產生，第三相電壓基本上 不起作用。J尸Uab當AB相間短路時，U AB=0，記憶回 路發揮作用。但U

14、p將逐漸衰減到零，此 時第三相電壓的作用將表現出來。UbUcRs(30K82K)UacRn因為Rs(很大)(R-jX)/jX L，所以Is與Uac同相位。C JYBIr Is RjXLjXc jXLISdRsUpIr R IsjXL見左邊向量圖,Up與 Uab(Eab)同相所以出口兩相短路時，因為第三相電 壓而產生的Up可保證繼電器的方向性。但三相短路時，無第三相電壓，故不 能消除出口三相短路的死區。其它方法：集成電路保護中，利用高 遲，起到記憶作用。微機保護中，可用故障前電壓與故障電流比相來實現。(二)極化電壓的引入對方向阻抗繼電器初態特性的影響穩態特性：在正常運行和短路后達到穩態時的繼電器

15、動作特性。初態特性：在發生短路的最初瞬間，繼電器的動作特性。短路發生后，Up有一個過渡過程。繼電器特性則由初態特性逐步向穩態特性過渡。 1.穩態特性分析分析如下：(1)幅值比較式Q值的50HZ帶通有源濾波器響應特性的時間延1 1 Up Uj -I j ZzdUp -IjZzd2211Z PZ J Z zdz p z zd2P 23B當臨界動作時,A IB，A'所以引入Up不改變繼電器的靜態特性。1 .1 .Up -IjZzdUp -IjZzdp 2p 2(2)相位比較式而當正方向出口短路時，Uj=0能滿足，故能消除死區，且能防止反方向出口短路時誤動。90 arg _IjZzd90因為

16、Up與 Uj位，所以Uparg -IjZzd UpUjarg -IjZzd Uj所以極化電壓 Up并不改變繼電器的穩態特性。而正方向出口短路時,Uj 0，而 Up0。因而繼電器能夠正確判別方向，即能消除死區。2.初態特性(設 ni=nPT=1)(1)正方向短路時：空載Uj IjZdZdIjIjEZsZdEZs ZjUp EUpZs乙結論：1)2)3)(2)初態特性圓包括坐標原點，故保證出口短路時可靠動作。 初態特性圓比穩態特性圓大，有利于躲過渡電阻的影響。 正方向的保護范圍不變。反方向短路時UjIjZddZ_紅Uj/IEZsZdUpZj 巴ZdIjEZj ZsUparg IjZzd Ujarg

17、EZzd Zj)Z sZjargZJZsZzdZJ90 arg ZjZzd乙 90其動作特性是Zzd, Z0末端的連線為直徑的圓。 結論：在反方向短路時，繼電器有明確的方向性。第五節阻抗繼電器的精確工作電流U J與I J的比值，其動作特性Zdz, J在理想條件下是常數，也就是說與Ij無關。阻抗繼電器式利用測量阻抗乙來反映故障點的位置，即例：全阻抗繼電器（整流型）KI I JKu U JKiKu理想臨界動作條件：KiIj KuU j 0.即Zdz.J匕丄IJ實際上執行元件是需要動作功率的，即實際臨界動作條件為:K|Ij KuU J UorUj Ki UoZdz.JIjKuKoI J即實際的保護范

18、圍將比整定范由此可見，Zdz,J 與 U 0，1 J 有關(U。, 1 J , Zdz.J Zdzd)圍小，這將影響到與它相鄰的保護的配合，而可能引起非選擇性動作。每個阻抗繼電器都有它實際的Zdz.J f （Ij）曲線，為了把動作阻抗Zdz,J與整定阻抗的差距限制在一定的范圍內，規定了精確工作電流這項指標。精確工作電流：是指繼電器的動作阻抗與整定阻抗之間的差距等于整定阻抗的10 % (即Zdz,j = 0.9 Zzd ）時，加入阻抗繼電器的電流。記做IJg。當保護范圍末端短路時，I J應大于或等于I jg.min，才能保證ZzdZdz.j10%，此誤乙d差在選擇可靠系數時已考慮。第六節影響距離

19、保護正確動作的因素及防止方法.阻抗繼電器的測量阻抗時受很多因素影響的。主要有: 短路點的過渡電阻；電力系統振蕩；保護安裝處與故障點之間有分支電路；CT,PT的誤差；PT二次回路斷線；串連補償電容。本節著重討論，兩因素的影響及相應的措施。.短路點過渡電阻的影響及相應措施:短路一般是非金屬性的， 即存在過渡電阻使得測量阻抗變化，保護范圍可能縮短，可能超范圍或反方向誤動。（一）.過渡電阻的影響：1.過渡電阻的性質：d(3),d(2)電弧電阻d(1,1),d電弧電阻，桿塔電阻，大地電阻阻抗繼電器感受到的可能不是純電阻性的。Em9TdId/EmO'j,RglidZ U J I d Rg I d

20、Zd Z I d RZJ'ZdL rxgdZd乙其中Zf為附加阻抗，ZfIdIdRgeja為I d超前I d的角度0,單側電源網絡I d , Z f Rg純電阻性Zj增大0.雙側電源網絡受電側a >0, Zf電阻電感性Zf電抗部分增大送電側a <0, Zf電阻電容性Zf電抗部分減小2.單側電源網絡中過渡電阻的影響A9RgBC線路出口經Rg短路當Rg較大，Zj2超出其I段范圍而落入n段范圍內，而ZJ1仍在n段的保護范圍內，則保護1和2將同時以第n段時限動作，造成保護誤動。小結： 短路點距保護安裝處越近，影響越大，反之影響越小;保護裝置整定值越小，相對的受過渡電阻影響越大3.雙

21、側電源網絡中過渡電阻的影響:LiAZliZjiy RgejI dZj2Zj3j g-.保護3 :正方向出口短路，a<0 , Zj3落在第四象限，拒動保護2 :反方向出口短路,Zj3落在第二象限，誤動保護1：區外短路，Zji落入動作特性圓，誤動以上分析是針對方向阻抗繼電器，對其它特性阻抗繼電器也有類似的情形。一般而言, 阻抗繼電器動作特性在+ R軸方向上所占面積越大，受過渡電阻的影響就越小。（二）.減小過渡電阻的措施: 兩種措施： .在保護范圍不變的前提下，采用動作特性在+ R軸方向上有較大面積的阻抗繼電器（參看 P105圖 3- 58） .采用瞬時測量裝置：Rg ¥I g（I

22、g電弧長度，I g電弧電流）短路初瞬,Ig較小，Ig較大（有非周期分量），所以Rg很小；0.10.15S后，Ig拉長，Ig減小（非周期分量衰減），所以Rg增大。距離I段:t小于40ms, Rg很小，可以忽略不計距離n段:t為0.5或很長，應采取措施。因為特性圓較大，影響較小距離川段：所謂瞬時測量，就是把距離元件的最初動作狀態通過起動元件的動作固定下來。當電弧 電阻增大時，距離元件不會因為電弧電阻的增大而返回，仍以預定的動作時限跳閘。3, 3起動后通過其觸點自保持。而當Rg ，阻抗元件2返回。保護仍能在時間元件 4動作后，經中間繼電器 3的觸點去跳閘。注: d點短路，保護3的I段動作于跳閘，保護

23、 5 n段跳。對保護1，因d點在其第n段保護范圍內，起動元件和n段測量元件動作，若采用瞬時測量,則會誤動。所以只在單回線輻射形電網中的距離n段上采用。二.電力系統振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路振蕩時，系統中各發電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發生周期性變化，可能導致距離保護和企圖確保護動作。但通常系統振蕩若干周期后，多數情況下能自行恢復同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（一）.系統振蕩使，電壓，電流的變化規律 幾點假設：.全相振蕩時，系統三相對稱，故可只取一相分析；倆側電源電勢Em和En電勢相等，相角差為

24、（0360 ).系統中各元件阻抗角均相等，以d表示.不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發生短路。電流：IE M E nZ M Z L ZNEm (1 ej )2EmZsin 2N振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）I電壓：uEnZn系統中總有一點的電壓為最低,其值為由0向Em En相量所做的垂線的長度， 該點則稱為振蕩中心，以z表示。且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點（即處）。2180 時,0.252.5sU Z 0，I最大，相當于在線路 z點發生三相短路。 振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經歷的時間，一般發生在 的范圍內。（二）.系統振蕩時測量阻抗時測量

25、阻抗的變化規律U M Em I ZMEmM側：Zj.m Zm因為1 ej(參看P108)1 jctgZM) jctg-0，ctg2,Zj (ZJZm)180 ©巧O,ZjZm360, ctg i,Zj（2可見，當變化,Zj幅值變化，阻抗角亦變化。注：（Z2ZM ）可能在第一象限，也可能在第三象限。（三）.系統振蕩時時距離保護的影響:當測量阻抗進入特性圓內，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角方向阻抗繼電器誤動的相角t2.T360因為T= 0.252.5之間，所以tbh1.5S就可躲振蕩的影響小結：.在相同定值下，全阻抗繼電器所受（振蕩）影響大.當保護安裝點越靠近振蕩中心，受影響

26、越大 措施：.延長保護裝置的動作時間（如距離川段） .把定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外 .增設振蕩閉鎖回路。（四）.振蕩閉鎖回路1. 基本要求： .當系統只發生振蕩而無故障時，應可靠閉鎖保護； .區外故障而引起系統振蕩時，應可靠閉鎖保護 .區內故障，不論系統是否振蕩，都不應閉鎖保護。根據上述基本要求，振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理： .利用短路時出現負序分量而振蕩時無負序分量的原理 .利用振蕩和短路時電氣量變化速度不同的原理也可以利用這些分量的增量或突2. 利用負序（和零序）分量元件起動的振蕩閉鎖回路 起動元件可以利用短路時出現的負序或零序分量起動， 變量來起動（P115,圖3-71 ）

27、具體接線參看附錄四 .當系統只振蕩，起動元件不動作，保護不會開放； .內部短路時，起動元件立即動作，然后自保持，短時開放保護（在此期間允許保護跳閘） .外部短路引起系統振蕩：起動元件立即起動（同），短時開放保護，但在阻抗繼電器誤動前，短時開放回路已復歸，將保護跳閘回路閉鎖。R利用振蕩時各段動作時間不同實現的振蕩閉鎖& - 1tn 00 O'. 5s&1 ms 11 111區內故障時：Zi, Zn , Z m同時動作。振蕩時：Z m先動（t1） , Z n后動（t2）第七節距離保護的整定計算原則及對距離保護的評價一、距離保護的整定計算原則原則：按躲過線路末端故障整定。z IK I 7厶 zdld K 厶 ABkK0.8 - 0.852.距離保護II段的整定 原則1：與相鄰線路的距離I段配合zZdiK K (7AB Kfz. min7zd2) K K 0.8原則2:按躲過線路末端變壓器低壓母線短路整定zZdiKK (7ab Kfz.minZb)kK 0.7（考慮到Zb的計算誤差大）取上述兩項中數值小者作為保護II段定值。動作時間：ti"t2t 0.5st；tbt