第三章 电网的距离保护.ppt

第三章电网的距离保护 1 第一节距离保护概述 一 距离保护的基本概念反应保护安装地点至故障点之间的距离 并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置 距离保护又称为阻抗保护主要元件为距离继电器 可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值 距离保护保护范围通常用整定阻抗的大小来实现 2 正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗 被保护线路母线的相电压 测量电压 被保护线路的电流 测量电流 测量电压与测量电流之比 测量阻抗 线路任一点发生故障 测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗 当短路点在保护范围以外时 即 时继电器不动 当短路点在保护范围内 即 时继电器动作 3 二 时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性 阶梯型时限特性 4 距离保护的第 段是瞬时动作的 以保护3为例 考虑到阻抗继电器和电流 电压互感器的误差 需引入可靠系数 一般取0 8 0 85 为了切除本线路末端15 20 范围以内的故障 需要设置距离保护第 段 距离 段整定值的选择不超过下一条线路距离 段的保护范围 同时高出一个的时限 距离 段的整定和过电流保护相似 距离 段和 段的构成本线路的主保护 5 三 距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成 6 第二节阻抗继电器 阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相补偿式 单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压 相电压或线电压 和一个电流 相电流或两相电流之差 的阻抗继电器 测量阻抗可以写成的复数形式 可以利用复数平面分析这种继电器的动作特性 7 8 一 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器构成方法有两种 比幅式阻抗继电器 比相式阻抗继电器 一 特性分析及电压形成回路1 全阻抗继电器 1 幅值比较全阻抗继电器的动作条件为 或 9 比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路 采用电抗变压器获得 母线电压互感器TV的二次侧取得 为便于调整阻抗继电器的整定值 还需经一个电压变换器TM接入 10 2 相位比较 11 继电器的动作与边界条件为与的夹角小于等于 即两边同乘以电流量得量超前于量时角为正 反之为负 12 13 2 方向阻抗继电器 1 幅值比较 14 幅值比较的动作与边界条件为 两边同乘以电流得 15 2 相位比较其动作与边界条件为分式上下同乘以电流 16 3 偏移特性阻抗继电器 1 幅值比较偏移特性阻抗继电器的动作特性 圆的直径为与之差 动作条件 两边同乘以电流 17 2 相位比较相位比较的动作与边界条件为两边同乘以电流得偏移特性阻抗继电器幅值比较和相位比较的电压形成回路与方向阻抗继电器的类似 这里从略 18 4 直线特性阻抗继电器 幅值比较动作条件 相位比较动作条件 19 二 阻抗继电器的比较回路具有圆或直线特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的方法来构成 也可以用比较两个电气量相位的方法来实现 20 1微机保护中幅值比较的实现 设由傅氏算法算出的电压和电流实 虚部分别用 和 表示 21 2 微机保护中相位比较的实现在微机保护中 相位比较既可以用阻抗形式实现 也可以用电压的形式实现 在用电压比较方式的情况下 分为相量比较和瞬时采样值比较两种 1 相量比较方式 动作范围 比相动作条件 动作范围 比相动作条件 22 2 瞬时采样值比较方式 这种算法只需要用相隔1 4工频周期的两个采样值就可以完成比相 故可称为比相的两点积算法 由于该方法用瞬时值比相 受输入量中的谐波等干扰信号的影响较大 故必须先用数字滤波算法滤除输入中的干扰信号 然后再进行比相 23 二 具有多边形动作特性的阻抗继电器阻抗继电器准四边形动作特性 准四边形以内为动作区 以外为不动区 24 设测量阻抗的实部为 虚部为 则在第 象限部分的特性可以表示为第 象限部分的特性可以表示为第 象限部分的特性可以表示为综合以上三式 动作特性可以表示为 25 其中若取 则 式 3 39 又可表示为该式可以方便地在微机保护中实现 26 三 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法对于方向阻抗继电器 当保护出口短路 对幅值比较 其动作条件为当时 该式变为 实际上 由于继电器的执行元件动作需要消耗一定的功率 因此 在这样情况下继电器不动作 对于相位比较 其动作条件为当时 无法进行比相 这种不动作的范围 称为保护装置的 死区 利用记忆回路和引入第三相电压减小和消除死区 27 1 记忆回路对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器 在电压的回路中广泛采用 记忆回路 的接线 50HZ工频交流的串联谐振回路 在电阻上的压降也与外加电压同相位 记忆电压通过记忆变压器T与同相位 28 29 引入记忆电压以后 幅值比较的动边条件为 在出口短路时 0 由于谐振回路的储能作用 记忆电压在衰减到零之前存在 且与故障前同相位 由于继电器记录了故障前的电压 故方向阻抗继电器消除了死区 30 2 引入第三相电压记忆回路只能在暂态过程中正确动作 它的作用时间有限 为了克服这一缺点 再引入非故障相电压 第三相电压为C相 它通过高阻值的电阻R接到记忆回路中和的连接点上 正常时 由于电压较高且 处于工频谐振状态 而R值又很大 使作用在上的电流主要来自且是电阻性的 第三相电压基本上不起作用 31 32 当AB相突然短路 突然为零 记忆回路发挥作用 继电器得到和故障前相位相同的极化电压 但它逐渐衰减到零 这时第三相电压的作用表现出来 电阻R中的电流与同相位 因为电阻R的数值远大于的值 而在 支路中的分流为在电阻上的压降 33 从向量图可以看出 超前近 电阻上电压降超前 即极化电压与故障前电压同相位 因此 当出口两相短路时 第三相电压可以在继电器中产生和故障前电压 即 同相的而且不衰减的极化电压 以保证方向阻抗继电器正确动作 即能消除死区 34 3 记忆电压对方向阻抗继电器特性的影响 1 方向阻抗继电器的稳态特性 记忆电压的引入并不改变阻抗继电器的稳态特性 35 引入记忆电压前相位比较的方向阻抗继电器动作与边界条件为与同相位 将上式分母中的改成 方向阻抗继电器的动作边界条件也成立在稳态情况下 都能保证动作特性和未引入记忆电压前一样 与同方向 36 2 方向阻抗继电器的初态特性相位比较的方向阻抗继电器在引入记忆电压后 其动作与边界条件已变为 保护正方向短路 37 此处为和短路点过渡阻抗之和 从而有继电器动作条件为如果短路前为空载 则 从而有 38 在记忆回路作用下的动态特性圆扩大了动作范围 而又不失去方向性 因此 对消除死区和减小过渡电阻的影响都是有利的 39 短路电流由供给 但仍假定电流的正方向由母线流向被保护线路 且 保护反方向短路 40 若短路前是空载 记忆电压 继电器的动作条件为将代入上式 得向量 为直径所作的圆 41 四 阻抗继电器的精工电流和精工电压方向阻抗继电器的临界动作方程为为动作量克服二极管正向压降及极化继电器动作反力所需的剩余电压 假设各向量均为同相位 各项可以采用代数相加减 同除以电流 42 四 阻抗继电器的精工电流和精工电压 为继电器的整定值 为继电器的实际动作阻抗精工电流 当时 继电器的动作阻抗 即比整定阻抗缩小了10 精工电压 精工电流和整定阻抗的乘积 43 第三节阻抗继电器的接线方式 一 对距离保护接线方式的要求加入继电器的电压和电流应满足 1 继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点 即与故障点至保障安装处的距离成正比 2 继电器的测量阻抗应与故障类型无关 即保护范围不随故障类型而变化 44 阻抗继电器的常用接线方式 45 二 反应相间短路阻抗继电器的接线1 三相短路保护安装地点的电压 三个继电器均能正确动作 46 2 两相短路设以AB两相短路为例 对而言 能正确动作 测量阻抗大于 不能动作 但能正确动作 所以和拒动不会影响整套保护的动作 47 3 中性点直接接地电网中两相接地短路保护安装地点的故障相电压继电器的测量阻抗为 能够正确的动作 48 三 反应接地短路阻抗继电器的接线当发生A相单相接地短路时 接入继电器的电压为 称为零序补偿电流 其中为常数 49 接入继电器的电流 则故障相阻抗继电器的测量阻抗为它能正确地测量从短路点到保护安装地点间的阻抗 这种接线方式同样能够正确反应两相接地短路和三相短路 50 第四节影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 影响距离保护正确动作的因素很多 如电网的接线中可能具有分支电路 在Y 接线变压器后面发生短路 输电线路可能具有串联电容补偿 电力系统发生振荡 短路点具有过渡电阻 电流互感器和电压互感器的误差 过渡过程及二次回路断线等等 51 第四节影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 一 短路点过渡电阻对距离保护的影响单电源网络 当线路的出线端经过短路时 保护1的测量阻抗为 保护2的测量阻抗为 52 保护装置距短路点越近时 受过渡电阻的影响越大 同时保护装置的整定值越小 则相对地受过渡电阻的影响也越大 对双侧电源的网络 超前的角度 短路点的过渡电阻可能使量阻抗增大 也可能使测量阻抗减小 53 短路点的过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻Rg 且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化 在短路开始瞬间电弧电流很大 电弧的长度很短 Rg很小 随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长 Rg随着增大 大约经0 1 0 15秒后 Rg剧烈增大 54 减小过渡电阻对距离保护的影响 通常采用 1 采用瞬时测定装置 2 采用带偏移特性的阻抗继电器 55 二 电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路 一 电力系统振荡时电流 电压的分布当系统发生振荡时 设超前于的相位角为 56 系统中各元件的阻抗角相等 则振荡电流为 系统振荡时Z点位于处 当时 达最大值 电压 此点称为系统振荡中心 57 58 二 电力系统振荡对距离保护的影响系统振荡时 M母线上阻抗继电器的测量阻抗为 当系统所有元件的阻抗角都相同时 阻抗继电器的测量阻抗将在的垂直平分线上移动 59 继电器的动作特性在阻抗平面沿方向所占的面积越大 受振荡的影响就越大 距离保护受振荡的影响还与保护的安装地点有关 当保护安装地点越靠近振荡中心 受到的影响越大 距离 段 可利用延时躲开振荡的影响 60 三 振荡闭锁回路 1 电力系统振荡和短路时的主要区别 1 振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢 而短路时电流是突然增大 电流也突然低 2 振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化 各点电压与电流之间的相位角也作周期变化 3 振荡时三相完全对称 电力系统中不会出现负序分量 而短路时 总要长期 在不对称短路过程中 或瞬间 在三相短路开始时 出现负序分量 61 三 振荡闭锁回路 2 对振荡闭锁回路的要求 1 系统振荡而没故障时 应可靠将保护闭锁 2 系统发生各种类型故障 保护不应被闭锁 3 在振荡过程中发生故障时 保护应能正确动作 4 先故障 且故障发生在保护范围之外 而后振荡 保护不能无选择性动作 62 3 振荡闭锁回路的工作原理 1 利用负序 和零序 分量或其增量起动的振荡闭锁回路 负序电压滤过器 参数关系 63 当输入端只有正序电压加入时 在端的空载输出电压为当输入端只有负序电压加入时 在端的空载输出电压为当输入端只有零序电压加入时 在端的空载输出电压为 64 滤过器的空载输出电压与输入端的负序相电压成正比五次谐波分量的电压时 它的相位关系和负序分量相同 65 负序电流滤过器 66 当输入端加入正序电流时 输出电压为 当选取参数为 则 当只有零序电流输入时 当只输入负序电流时 67 2 利用电气量变化速度的不同来构成振荡闭锁回路系统振荡与发电机组转子运动有关 振荡过程中 等诸电气量变化很慢 而突然短路将引起这些量的剧烈快速变化 因此振荡闭锁装置可根据这些电气量变化速度慢的特性构成 也可采用两个灵敏度不同的阻抗继电器 测定这两个继电器先后动作时间差值来区分短路与振荡 时间差值小的是短路 大的是振荡 68 三 分支电流的影响当短路点与保护安装处之间存在有分支电路时 就出现分支电流 距离保护受到此分支电流的影响 其阻抗继电器的测量阻抗将增大或减小 1 助增分支 69 故障线路的电流 此值将大于 这种使故障线路电流增大的现象 称为助增 距离保护1的测量阻抗为为分支系数 在有助增电流时 由于助增电流的存在 使保护A的测量阻抗增大 保护范围缩短 70 分支系数计算 助增 时 有最小值 此时相当于无分支 71 2 外汲分支在K点发生短路时 通过故障线路的电流将小于线路A B中的电流 这种使故障线路中电流减小的现象称为外汲 72 在变电所A距离保护1的测量阻抗为分支系数 具有外汲电流时 与无分支的情况相比 将使保护1的测量阻抗减小 保护范围增大 可能引起无选择性动作 73 分支系数计算 外汲 具有外汲电流时 最大时等于1 相当于无分支 74 四 电压回路断线对距离保护的影响当电压互感器二次回路断线时 距离保护将失去电压 这时阻抗元件失去电压而电流回路仍有负荷电流通过 可能造成误动作 75 第五节距离保护的整定计算 以下图为例 说明三段式距离保护的整定计算 76 一 距离保护第 段的整定1 动作阻抗按躲过本线路末端短路来整定 即为可靠系数 取0 8 0 85 2 动作时限由保护装置的继电器固有动作时限决定 人为延时为零 即 77 二 距离保护第 段的整定1 动作阻抗 1 与下一线路的第一段保护范围配合 并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响 即为可靠系数 取0 8 为分支系数 取相邻线路距离保护第一段保护范围末端短路时 流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能的最小比值 即 78 2 与相邻变压器的快速保护相配合 为变压器短路阻抗 可靠系数 0 7 也取实际可能的最小值 取 1 2 计算结果中的较小者2 动作时限比下一线路保护第 段的动作时限大一个时限阶段 79 3 灵敏度校验如灵敏度不能满足要求 可按照与下一线路保护第 段相配合的原则选择动作阻抗 即第 段的动作时限应比下一线路第 段的动作时限大一个时限阶段 即 80 三 距离保护的第 段的整定1 动作阻抗按躲开最小负荷阻抗来选择 若第 段采用全阻抗继电器 其动作阻抗为 81 三 距离保护的第 段的整定1 动作阻抗按躲开最小负