电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性.ppt

电力系统继电保护原理,主讲教师：范春菊,3 电网的距离保护 3.1 距离保护的作用原理 3.2 各种单相式阻抗继电器的动作特性 3.3 阻抗继电器的接线方式 3.4 方向阻抗继电器的死区和特性分析 3.5 距离保护的整定计算和评价 3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法 3.7 距离保护装置框图举例,3.1 距离保护的作用原理,问题的提出,电流保护的优点和缺点 电流保护的使用量-电流只是反映了故障的一个特征 实际上，线路故障时，除了电流增大，还有电压的降低-可以考虑联合使用电压的降低和电流的增加构成的保护-阻抗保护距离保护,1. 距离保护的基本概念,距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置 距离的远近是由输入继电器的电压和电流计算出的阻抗值的大小来反应的，该阻抗称为继电器的测量阻抗,2. 距离保护的时限特性,3. 三段式距离保护,距离段：瞬时动作，保护范围为本线路全长的80%85% 距离段：动作时限和整定值要与下一条线路的距离段或段配合；目的是保护本线路全长，与距离段联合工作可构成本线路的主保护 距离段：作为相邻元件保护和断路器拒动的远后备保护以及本线路距离段和段的近后备保护，动作时限的整定原则与过电流保护相同；整定值按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定,4. 距离保护的组成元件,过电流、低阻抗或反应于负序和零序电流的继电器构成；目的是故障时瞬间起动,偏移特性阻抗继电器,3.2 各种单相式阻抗继电器的动作特性,阻抗继电器的基本分类,单相式（第一类阻抗继电器） 加入继电器的只有一个电压Um（可以是相电压或线电压）和一个电流m（可以是相电流或线电流） 加入继电器的电压和电流之比称为继电器的测量阻抗m= Um / m = R + jX 多相式（第二类阻抗继电器） 由于加入继电器的不是单一的电压和电流，因此不能利用测量阻抗的概念来分析它的动作特性,1. 单相式阻抗继电器,测量阻抗,动作特性扩大为一个圆,不同特性的阻抗继电器,1为全阻抗继电器的动作特性 2为方向阻抗继电器的动作特性 3为偏移特性阻抗继电器的动作特性 此外，还有透镜形、四边形、苹果形等特性的阻抗继电器,2. 全阻抗继电器-特点,幅值比较方式,没有方向性 不论加入继电器的电压与电流之间的角度有多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗,2. 全阻抗继电器-动作方程,幅值比较方式,相位比较方式,2. 全阻抗继电器实际实现,幅值比较和相位比较间的关系,全阻抗继电器评价,优点：构成简单 缺点：无方向性，反方向故障时，继电器会误动,3. 方向阻抗继电器-特点,正方向故障时，测量阻抗在第一象限；反方向故障时，在第三象限。本身具有方向性,3. 方向阻抗继电器动作特性,幅值比较方式,相位比较方式,3. 方向阻抗继电器实际实现,动作方程,3. 方向阻抗继电器-几个概念的说明,起动阻抗随着测量阻抗相角的变化而改变； 当测量阻抗相角等于整定阻抗的相角时，起动阻抗最大，保护范围最大，继电器最灵敏，称为继电器的最大灵敏角 整定阻抗：最大灵敏角方向上的圆的直径,方向阻抗继电器-评价,优点：有方向性，反方向故障时，继电器不会误动 缺点： 正方向母线出口短路时，继电器有死区； 继电器的测量阻抗Zm与测量阻抗角 有关，继电器的灵敏性有一定的影响,4. 偏移特性阻抗继电器-特点,没有完全的方向性 起动阻抗与测量阻抗的相角有关 正方向的整定阻抗为Zset，反方向偏移一个 动作特性圆偏移后，把圆心包含在圆内，可消除方向阻抗继电器的死区,4. 偏移特性阻抗继电器-动作方程,4. 偏移特性阻抗继电器-实际实现,偏移特性阻抗继电器-评价,优点：有一定的方向性，保护安装处出口短路时，没有死区。 缺点：在反方向出口短路时会失去方向性。 应用：一般用于III段距离保护，作为启动元件和后备保护使用。,补充说明：几个阻抗的意义和区别,Zm是继电器测量阻抗，它等于加入继电器中电压和电流的比值，其阻抗角就是电压和电流间的相位差；测量阻抗可以是阻抗平面上的任意一点，与系统的运行方式有关： 正常运行时，是负荷阻抗； 短路时，测量到的是短路阻抗，跟故障点到保护安装处的距离有关； 系统振荡时，测量到的是振荡阻抗。,补充说明：几个阻抗的意义和区别,Zset是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗；不同的阻抗继电器，整定阻抗是不同的。 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的圆的直径； 偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度。 Zact是距离保护的一次侧的启动阻抗，跟输电线路的实际阻抗有关。 Zact.m是继电器的起动阻抗，表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压与电流之比,补充说明：几个阻抗的意义和区别,Zact.m是继电器的二次侧起动阻抗，表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压与电流之比。 对于方向阻抗继电器，继电器的启动阻抗是随着测量阻抗角 的不同而不同，当 时， 对于全阻抗继电器，启动阻抗的幅值与整定阻抗的幅值相同。,5. 功率方向继电器-特点,输入继电器的电压、电流为A相电压和A相短路电流 正方向发生三相短路时，输入继电器的电压和电流间的相位角为线路阻抗角；按上述方式接线，最大灵敏角为线路阻抗角,5. 功率方向继电器-与方向阻抗继电器的关系,从阻抗继电器的观点来理解功率方向继电器，可把它看成方向阻抗继电器的特例，即整定阻抗为无穷大,5. 功率方向继电器动作特性,6. 具有直线特性的继电器-电抗继电器,幅值比较,相位比较,实现方式,6. 具有直线特性的继电器-电阻继电器,幅值比较,相位比较,实现方式,7. 动作角度范围变化对继电器特性的影响,10. 具有四边形特性的阻抗继电器,折线A-O-C可以由动作范围小于1800的功率方向继电器来实现 直线A-B可由一个电抗型继电器实现 直线B-C可由一个电阻型继电器实现 上述三个特性继电器组成与门输出,折线A-B-C特性的实现方法,折线方向由Z1和Z2表示 测量阻抗ZJ在阴影范围内时， Z1、Z2 和(Z3-Zm)这三个相量中，任何两个相邻相量之间的夹角都小于1800 测量阻抗ZJ在阴影范围外时，上述三个相量中，总有一对相邻相量之间的夹角大于1800,9. 极化电压和补偿电压,补偿电压的物理意义,最大灵敏角取线路阻抗角，则Zset和Zk的阻抗角相同 保护范围外部故障时，ZkZset，则U与UP同相位，保护不动作 保护范围内部故障时，ZkZset，则U与UP反相位，保护动作,10. 极化电压和补偿电压,补偿电压：U 相位的变化能够反应故障点位置 极化电压（参考电压）：UP 作为与补偿电压比相的参考相量 动作判据,其他极化量,非故障相母线电压 其他相的补偿电压 多相补偿距离继电器 正序电压 零序电流 零序电抗继电器 负序电流 ,采用不同的极化量，可构成不同特性的阻抗继电器,11. 电抗互感器TX-结构,将电流互感器的二次电流变换成与之成正比并超前其一定角度的电压 将继电保护回路与电流互感器二次回路隔离以降低干扰 W1 为初级绕组，W2和W3为次级绕组 电阻R用于改变次级绕组中感应电势E2的相位,9. 电抗互感器TX-工作原理,电抗互感器正常工作时相当于次级开路 电流变换为电压，变换系数相当于一个感抗，故称为电抗互感器,TX工作原理-二次侧接电阻性负载,(a),(b),TX工作原理-二次侧接电容性负载,(a),(b),全阻抗继电器的交流回路接线,方向阻抗继电器的交流回路接线,内容提要和要求,关键概念：距