电力系统继电保护PPT课件第3章电网的距离保护

第3章电网的距离保护,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.1.1距离保护的引入特点：保护安装点到故障点的短路阻抗不变3.1.2三段式距离保护整定1距离I段-其保护范围本回线末端ZsetI=KrelIZAB2距离II段本回线路的保护范围不伸出下回线的I段保护区Zset.2II=KrelII(ZAB+KrelIZBC）3距离III段躲开正常运行时的最小负荷阻抗整定,3.1距离保护的原理,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.1.3阻抗继电器3.1.3.1对阻抗继电器的要求线路阻抗角过渡电阻负荷阻抗3.1.3.2具体的阻抗继电器如图AZsetImBUm|A|B|比幅式|Zm|Zset|如图C=Um+ZsetImD=-Um+ZsetIm|arc(C/D)|90比相式|arc(Zm+Zset)/(Zset-Zm)|90比相式和比幅式具有相同的阻抗平面特性,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.1.3.3理论依据已知ABC=A+BD=A-B当|A|B|CD夹角903.1.3.4阻抗继电器的实现1全阻抗继电器1）比幅式2）比相式3)特点：没有方向性；躲过渡电阻的能力强,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,2方向阻抗继电器1）比幅式|Zm-1/2Zset|1/2Zset|Um-1/2ZsetIm|1/2ZsetIm|A=1/2ZsetB=Zm-1/2Zset2）比相式C=A+B=ZmD=A-B=Zset-Zm|arg(C/D)|90或|arg(D/C)|903）特点存在死区,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3具有偏移特性的阻抗继电器设偏移度为（一般515之间）1）比幅式|Zm-(Zset-Zset)|Zset+Zset|2）比相式很容易得出比相式的表达式4最期望的阻抗继电器特性没有死区又有方向性的保护特性,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.1接线方式0度接线方式相间距离：AB相UmAB=UA-UB;ImAB=IA-IBBC相UmBC=UB-UC;ImAB=IB-ICCA相UmCA=UC-UA;ImAB=IC-IA接地距离：A相UmA=UA;ImA=IA+K3IoB相UmB=UB;ImB=IB+K3IoC相UmC=UC;ImC=IC+K3Io,3.2阻抗继电器的接线方式,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.2相间阻抗继电器的性能分析3.2.2.1三相短路K（3）AB相ZmAB=Z1BC相ZmBC=Z1CA相ZmCA=Z1-用保护安装处到故障点的正序阻抗Z1来反应距离3.2.2.2二相短路K（2）不失一般性设BC相短路BC相UBCZ1IBZ1ICZmBC=Z1AB相ZmABZ1由于UAB很高，IA0CA相ZmCAZ1由于UCA很高，IA0,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.2.3二相接地短路K（1.1）不失一般性设BC相接地短路用序网络分析法分析：U1=Ud1+Z1I1U2=Ud2+Z2I2U0=Ud0+Z0I0BC相UB=a2U1+aU2+U0=a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0+(a2Ud1+aUd2+Ud0)=a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0=Z1(a2I1+aI2+I0-I0)+Z0I0=Z1(IB-I0)+Z0I0=Z1IB+(Z0-Z1)I0UC=Z1Ic+(Z0-Z1)I0UBC=UB-UC=Z1(IB-IC)ZmBC=Z1,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,AB相ZmABZ1由于UAB很高，IA0CA相ZmCAZ1由于UCA很高，IA0,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.2.4单相接地短路K（1）不失一般性设A相接地短路AB相ZmABZ1由于UAB很高，IB0BC相ZmBCZ1由于UBC很高，IB0，IC0CA相ZmCAZ1由于UCA很高，IC0,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.3接地阻抗继电器的性能分析3.2.3.1单相接地短路K（1）不失一般性设A相接地短路用序网络分析法分析：U1=Ud1+Z1I1U2=Ud2+Z2I2U0=Ud0+Z0I0A相UA=U1+U2+U0=Z1I1+Z2I2+Z0I0+(Ud1+Ud2+Ud0)=Z1I1+Z2I2+Z0I0=Z1(I1+I2+I0-I0)+Z0I0=Z1(IA-I0)+Z0I0=Z1IA+(Z0-Z1)I0=Z1（IA+(Z0-Z1)/Z1I0)=Z1（IA+K3I0)K=(Z0-Z1)/(3Z1)=ConstZmA=Z1B相ZmBZ1由于UB很高，IB0C相ZmCZ1由于UC很高，IC0,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.3.2三相短路K（3）A相ZmA=Z1B相ZmB=Z1C相ZmC=Z13.2.3.3二相短路K（2）不失一般性设BC相短路A相ZmAZ1由于UA很高，IA0B相ZmBZ1由于UB很高C相ZmCZ1由于UC很高,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.3.4二相接地短路K（1.1）不失一般性设BC相接地短路用序网络分析法分析：U1=Ud1+Z1I1U2=Ud2+Z2I2U0=Ud0+Z0I0B相UB=a2U1+aU2+U0=a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0+(a2Ud1+aUd2+Ud0)=a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0=Z1(a2I1+aI2+I0-I0)+Z0I0=Z1(IB-I0)+Z0I0=Z1IB+(Z0-Z1)I0Z1(IB+K3I0)ZmB=Z1C相同样分析可得ZmC=Z1,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,A相ZmAZ1由于UA很高，IA0,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.2.4正确测量的阻抗继电器总结只有故障相的继电器可以正确测量距离故障相应理解为故障回路，而不是一般意义上的故障相。表格：能正确测量的阻抗继电器数字保护经常采用选择故障相的方法来减少CPU的运行负担,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.3.1问题的提出方向阻抗继电器，比相式：C=UmD=ZsetIm-Um|arc(C/D)|90或|arc(D/C)|90保护安装点出口处发生故障时Um0无法比相死区是由于Um的消失而产生的。如果Um不消失则问题就可能解决,3.3具有记忆作用的方向阻抗继电器,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.3.2Um方向的分析以K（2）为例Um的方向和Um0相同C=Um0D=ZsetIm-Um3.3.3Um0方向的实现a）Um较大时，Um起主导作用b）引入非故障相电压c）近处三相短路时，无死区A)如图R5很大，XcXl分析：三相短路，谐振回路记住了故障前的相位分析：二相短路，非故障相电压产生的电压方向和Um相同Ipj(Xl/Rp)*IR5B)UBC.m0=UBC+UAe-j90C)数字保护中采用故障前的记忆电压,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.3.4具有记忆作用的方向阻抗继电器性能分析3.3.4.1正前方发生故障如图Im=E/(Zs+Zm)Um=ZmIm=(Zm/(Zs+Zm)Earg(C/D)=arg(Um0/(ZsetIm-Um)=arg(Zm+Zs)/(Zset-Zm)+arg(Um0/E)Um0和E基本同相：arg(Um0/E)0|arg(Zm+Zs)/(Zset-Zm)|90偏移特性园,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.3.4.2反方向发生故障如图Im=E/(Zs+(-Zm)(Zs含线路阻抗）=E/(Zm-Zs)Um=ZmImarg(C/D)=arg(Um0/(ZsetIm-Um)=arg(Zm-Zs)/(Zset-Zm)+arg(Um0/E)Um0和E基本同相：arg(Um0/E)0|arg(Zm-Zs)/(Zset-Zm)|90上抛特性园,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.4.1戴维南叠加原理3.4.2保护原理Uop=Um-ImZsetUop有明确的物理观念：保护范围末的故障分量电压动作方程：|Uop|UE0|正常时：|UE0|E|因此动作方程可表达为：|Uop|E|,3.4工频变化量距离保护,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.4.3保护性能分析3.4.3.1正前方保护区外故障3.4.3.1保护区内故障可见为以Zset整定的Uop：保护范围末的故障分量计算电压没有死区3.4.3.1背后故障具有方向性,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.5.1距离I段距离I段-其保护范围本回线8085ZsetI=KrelIZAB3.5.2距离II段本回线路的保护范围不伸出下回线的I段保护区以双回线为例：Zset.2II=KrelII(ZAB+KrelIKb.minZBC）3.5.3距离III段躲开正常运行时的最小负荷阻抗整定全阻抗方向阻抗灵敏度更高有时用过流保护替代3.5.4精工电流的概念在数字保护中一般都满足,3.5再谈距离保护的整定,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.1振荡的原因和特点3.6.1.1原因重负荷、长线路短路大扰动、其它小扰动系统一侧功率过剩，另一侧不足稳定裕度太小3.6.1.2特点相当于振荡中心三相短路三相仍是对称振荡过程是缓慢的一般指没有故障的振荡,3.6距离保护的振荡闭锁,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.2振荡电压和电流的变化规律3.6.2.1振荡中心处设|EM|=|EN|=|E|=0U=EI=0=180U=0I=E/(Z/2)(相当于三相短路电流）Z/2振荡中心3.6.2.2保护安装处设|EM|=|EN|=|E|=0U=EI=0=180U=E-(ZM/Z)2E=（Z2ZM)/ZEI=E/(Z/2)Z/2振荡中心从定性的分析看，阻抗保护将可能误动,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.3振荡对距离保护的影响3.6.3.1距离保护测量到的振荡轨迹1|EM|EN|时线路中心o到地电位点oZo=jZ/2ctg(/2)(方向指向o点）Zm=(Z/2-ZM)+(-Zo)=(Z/2-ZM)-jZ/2ctg(/2)(教科书3.131式）,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,2|EM|EN|时,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.3.2距离保护的影响1只影响振荡中心经过的距离保护2一般对距离I段II段影响最大，对距离III段基本没有影响,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.4距离保护的振荡闭锁3.6.4.1振荡闭锁的要求1全相、非全相振荡不误动2全相、非全相振荡，线路不对称故障，保护应有选择性跳闸纵联保护快速跳闸3全相振荡发生三相短路，可靠带延时动作,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.4.2dZ/dt原理的振荡闭锁1ZI、ZIIZIII同时启动认为短路，否则为振荡依靠to延时确定一般30ms显然to不能太长超过振荡阻抗从III段进入II段的时间显然to不能太短，应充分考虑III段比II段短路时先启动的误差时间。2一旦振荡，通过0/0.5“保持。振荡不止，闭锁不解3缺点：振荡时短路III段切除故障,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.4.3利用系统短路时的负序、零序分量或电流的突变短时开放保护，实现振荡闭锁（见教科书图3.33P111）1系统没有故障时，ZI、ZII处于出口闭锁状态2系统振荡时SW的故障判别S和整组复归R一般不动ZI、ZII处于出口闭锁状态3系统故障SW的故障判别S和整组复归R同时动作ZI、ZII短时开放出口动作TDW，如此时间不动作则闭锁保护显然TDW要保证故障时可靠跳闸动作，不能太短小于0.1TDW振荡时测量阻抗进入ZII之前可靠闭锁，不能太长大于0.3TDW一般取0.154振荡期间整组不会复归，保护一直闭锁5故障消失和振荡不存在同时满足后一短时间整组才复归6故障判别利用系统短路时的负序、零序分量或电流的突变原理,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.4.4利用dZ/dt周期性开放保护，实现振荡闭锁（见教科书图3.34P112）1KZ1比KZ2灵敏。大圆套小圆2和第一种方法比，振荡中心经过时间t（前述to）比较好整定和控制3每个振荡周期都将从头再来4t考虑短路KZ1KZ2同时启动误差时间，保证振荡中心由KZ1到KZ2时间大于t（即在KZ2输出开放保护之前KZ1能闭锁之）5保护一旦开放，必须等到KZ2返回才会再次闭锁6短路时，KZ1，KZ2同时动作，由于KT经过t才去闭锁出口，因此，KZ2能够开放保护，同时将KZ1出口与门解除，使得KT一直没有输出，直到KZ2返回开放保护才结束。7.振荡时KZ1比KZ2先动作，由于KT经过t后KZ2还未动因此闭锁开放保护出口，直到KZ1返回闭锁开放保护才第一个过程结束。如果一直是振荡过程，事实上开放保护一直是闭锁的。,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.6.5振荡过程中再故障判定1振荡不对称短路开放|I2|+|Io|m|I1|(m=0.5-0.7)2振荡对称短路开放不计线路阻抗中的电阻分量（超高压线路），等效图如图,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,一般取定值-0.03p.u.Ucos0.08p.u.故障时，Ucos为故障点过渡电阻上电压振荡时，当振荡中心通过线路时，可能会短时满足，可用增加小延时等方法躲过,3.7.1过渡电阻对距离保护的影响3.7.1.1过渡电阻性质电阻性质故障开始较小和电弧长度、环境有关接地故障电阻远大于相间故障过渡电阻220KV最大100欧；500KV最大300欧3.7.1.2单电源时对距离保护影响会使保护范围缩小，增加切除故障时间如果下回线距离I段保护范围内由于过渡电阻不动作，将可能会引起本线路和下回线路II段同时跳闸（非选择性）线路越短这种可能性就越大,3.7距离保护的特殊问题的分析,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.7.1.3双电源时对距离保护影响,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,1M侧：UMm=ZMmIMm+RgIgZMm=UMm/IMm=ZMm+Rg(Ig/IMm)2N侧：ZNm=UNm/INm=ZNm+Rg(Ig/INm)3IMmINmIg如图：M侧为送电侧，看到的Rg为容性，保护范围会扩大，出现稳态超越N侧为受电侧，看到的Rg为感性，保护范围会变小，不利于保护4振荡时0360变化,电力系统继电保护（第3章电网的距离保护）,3.7.1.4克服过渡电阻的影响对策1使用故障开始的计算作为判别