四川理工学院《电力系统分析》第六章-电网的距离保护

,电流保护简单可靠整定、保护范围、灵敏度受电网接线方式、运行方式影响大电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电压等级的配电网。35kV及其以上的复杂电网很难满足选择性、灵敏性和速动性的要求对于110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？距离保护,第六章电网的距离保护,距离保护：反映故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间的一种保护装置。测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的保护安装处至短路点的阻抗值。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增加，动作时间增长；保证有选择性地切除故障线路。,第一节距离保护的作用原理,一、基本原理,1）测量阻抗Zr：由加入继电器的电压Ur与电流Ir的比值确定。,2）整定阻抗Zset：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。,3)起动阻抗（动作阻抗）Zop：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压Ur和电流Ir的比值。,使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。,距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。,正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即,在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即,距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。,由于保护1距短路点较近，保护2距短路点较远，所以保护1的动作时间可以做得比保护2的动作时间短。这样故障由保护1切除，而保护2不动作。这种选择性的配合，是靠适当地选择各个保护的整定值和动作时限来完成的。,定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系三段阶梯型时限特性，称距离保护的、段。,距离段,希望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求动作值：,动作时间：,=保护本身固有动作时间,二、距离保护的时限特性,距离段希望：保护范围不超出下一条线路距离段的保护范围，同时带有高出一个的时限。,动作值：当保护1第段末端短路时，保护2的测量阻抗为,动作时间：,距离保护段和段联合构成本线路的主保护。距离段希望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离、段的后备保护。动作值：,=按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定，,不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别。,动作时间：,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，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。,阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，主要作用：测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。,第二节阻抗继电器,以线路B-C的保护1为例，将阻抗继电器的测量阻抗画在复数阻抗平面上。线路的始端B位于坐标原点，正方向线路的测量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻抗与R轴之间角度为线路B-C的阻抗角。对保护1的距离段，起动阻抗应整定为,一、构成阻抗继电器的基本原则,为了减少过渡电阻以及互感器误差的影响，尽量简化继电器的接线，并便于制造和调试，通常把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图所示，其中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为偏移特性的阻抗继电器的动作特性。,正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zr与R轴的夹角为线路的阻抗角d；,反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。,阻抗继电器都接于流互和压互的二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系,二、阻抗继电器的特性分析1.全阻抗继电器特性：以B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗为半径所作的一个圆，如图所示。当测量阻抗位于圆内时继电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗。,该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的,这是比幅式继电器（比较两电压向量幅值大小）的动,作与边界条件。,为电流在某一恒定阻抗,上的电压,降落，利用电抗互感器或其它补偿装置获得。,（2）相位比较,继电器的动作边界条件为:,继电器的动作边界条件为:,分子分母同乘以测量电流得,特性：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。当加入继电器的电压和电流之间的相位差为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。当等于的阻抗角时，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。,2.方向阻抗继电器,起动（即测量阻抗位于圆内）条件为,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，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。,（1）幅值比较,（2）相位比较,相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：,其动作与边界条件为,特性：当正方向的整定阻抗为时，同时向反方向偏移一个，其中。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为，圆心坐标该特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当时，为方向阻抗继电器，而当时，为全阻抗继电器，其起动阻抗既与有关，但又没有完全的方向性，所以一般称为具有偏移特性的阻抗继电器。,3.偏移特性的阻抗继电器,1、比幅式动作方程：,（2）相位比较,其相位比较的动作与边界条件为,第三节阻抗继电器的接线方式,（）阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处之间的距离；,（）阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；,1、对阻抗继电器接线要求,（1）,2、反映相间短路故障接线,当时，加在继电器端子上电压与电流的相位差为零。,为了正确反映保护安装处到短路点之间的距离，必须加入相间电压和同名相的两相电流差。,3、反映接地短路故障的阻抗继电器接线,作用：作为接地短路故障测量元件。,当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。,以A相为例，故障点对地电压为零。,将故障点电压和电流分解为序分量，则,保护安装处三序分量电压为,保护安装处A相电压为：,若加入继电器电压、电流为,则测量阻抗为,为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：,其中：,测量阻抗,显然，加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点间距离。,继电器1,继电器2,继电器3,前情提要：,三段式距离保护工作原理,阻抗继电器的接线,阻抗继电器的动作特性,第5节距离保护振荡闭锁,教学要求：,通过学习要求掌握系统振荡时电气量变化的特点；测量阻抗变化特性；短路与振荡的区分原理。,1、系统振荡时电气量变化特点,定义：并列运行的系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。,特点：电力系统振荡时两侧等效电动势的夹角在作周期性变化。,原因：切除短路故障时间过长、误操作、发电厂失磁或故障跳闸、断开某一线路或设备等造成系统振荡。,产生的影响：电力系统振荡时，将引起电压、电流大幅度变化，对用户产生严重影响。,要求：在振荡过程中不允许保护发生误动作。,（1）电流作大幅度变化,振荡时电气量变化的特点,系统振荡时，设超前的相位为，两侧电势相等，系统中各元件阻抗角相等，振荡电流为：,振荡电流滞后电势差角为：,当,最大。,当,最大。,特点：正常运行时负荷电流幅值保持不变，振荡电流幅值作周期变化。,系统M、N点的电压为：,当,最大。,M,N,母线M的电压：,=0,90,=180,270,=360,三相短路。,因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。,此点的电气参数与什么故障相类似？,在Z点位于Z/2处，当=180时：,电压Uz=0，,最大。,2.电力系统振荡对距离保护的影响,M母线上阻抗继电器的测量阻抗为,应用欧拉公式及三角公式，有,于是,结论：阻抗继电器的测量阻抗将在Z的垂直平分线OO上移动。,M,N,A,B,结论：在同样整定值的条件下全阻抗继电器受振荡的影响最大，而方向阻抗继电器所受的影响最小。,前情提要：,电力系统振荡电气量变化,(1)继电器的动作特性在阻抗平面沿oo方向所占的面积越大，受振荡的影响就越大。,(2)保护安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会误动。,（3）当保护的动作带有较大的延时时，如距离段，可利用延时躲开振荡的影响。,电力系统振荡对距离保护的影响,第7节影响距离保护正确工作的因素,短路点过渡电阻对距离保护的影响,电力系统振荡对距离保护的影响,分支电流的影响,电压回路断线对距离保护的影响,1、过渡电阻对距离保护的影响,为了分析问题的简便，前面分析问题时总是假设金属性短路故障。事实上，短路点通常是经过渡电阻短路的。,短路点的过渡电阻是指当相间短路或接地短路时，短路点的短路电流所通过的物质的电阻。,过渡电阻的特点：,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0.10.15秒后，Rg剧烈增大。,保护1的测量阻抗为，,保护2的测量阻抗为。,结论：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。,对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使测量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。,保护1和保护2的测量阻抗分别为,当为正时，测量阻抗增大，当为负时，测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。,=,过渡电阻对不同特性的阻抗继电器的影响,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0.10.15秒后，Rg剧烈增大。,2、采用瞬时测定装置,“瞬时测定”就是把距离元件的最初动作状态，通过起动元件的动作而固定下来，当电弧电阻增大时，仍以预定的时限动作跳闸。它通常应用于距离保护第段。,在短路的初瞬间，KA及KR均动作，,KM、KT起动，通过KA的接点及KM自保持，此后KM的动作与KR无关,发出跳闸脉冲。,经过KT的延时,既使电弧电阻增大，使KR返回，保护仍能以预定的延时跳闸。,二、分支电流的影响,使故障线路电流增大的现象，称为助增。如下图所示电路，当在BC线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗为,结论：助增电流，使测量阻抗增大，保护范围缩短。,1.助增电流的影响,使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下图所示电路，当在平行线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗,结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可能引起无选择性动作。,2.外汲电流的影响,第八节距离保护的整定计算,一、距离保护段,1.动作阻抗,2.动作时限,二、距离保护段,1.动作阻抗,（1）与下一线路的第一段保护配合,式中Kb为分支系数，,（2）与相邻变压器的快速保护相配合,取（1）、（2）计算结果中的小者作为。,2.动作时限,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，,三、距离保护段,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,式中最小负荷阻抗，,2动作时限,3.灵敏度校验,作近后备保护时,作远后备保护时,式中，Kb为分支系数，取最大可能值。,讨论：1）当采用全阻抗特性圆时，由于起动阻抗与无关，因此：2）当采用方向圆时，因此，方向阻抗继电器具有较好的躲负荷性能。,思考：灵敏度不能满足要求时，怎么办？,采用方向阻抗继电器，以提高灵敏度,方向阻抗继电器的动作阻抗的整定原则与全