华电-电力系统继电保护课件

1、1/77,第 3 章 电网的距离保护,2/77,一、距离保护基本原理 二、阻抗继电器动作特性及其实现方法 三、距离保护的整定计算 及对距离保护的评价 四、距离保护的振荡闭锁 五、故障类型判别及故障选相 六、距离保护特殊问题的分析 七、工频故障分量距离保护,3/77,第3.1节 距离保护基本原理及构成,电流保护：反映故障电流大小。 简单、经济、工作可靠，但是，受系统运行方 式变化的影响较大，难以满足高压和超高压电网快 速、有选择性地切除故障的要求。 一般适用于35kV及以下电网。 因此，还需要研究其他方式的保护，以便克服 电流保护的不足。,4/77, 过电流保护 低电压保护 阻抗（距离）保护 纵

2、联差动保护(高频、微波、光纤) 零序或负序分量保护 瓦斯保护、过热保护等,短路的主要特征归纳： 1）电流增大 2）电压降低 3）阻抗减小 4）两侧电流大小和相位的差别 5）不对称分量出现 6）非电气量,5/77,所以，还能反映短路点到保护安装处的距离 lm ，因此，也称为：距离保护。,对于输电线路，由于,3.1.1 距离保护基本原理与构成 利用保护安装处测量电压和测量电流的比值 所构成的继电保护方式称为阻抗保护，,如果计算出具体的数值，还具有测距的功能。,6/77,依据测量阻抗在不同情况下的“差异”，保护就 能够区分出系统是否发生故障，以及故障发生的 范围正向及范围，或反向。,正比关系（三个短

3、路点位置的例子）,7/77,距离保护的保护范围和灵敏度受运行方式的影响 较小，尤其是距离保护段的保护范围比较稳定， 同时，还具备判别短路点方向的功能。,二者几乎反映了同一个性质。 细微的区别：一个侧重保护的范围； 另一个侧重具体的测量数值。,8/77,既然是复数，就可以用极坐标或直角坐标的形式来表示。,9/77,测量阻抗具有以下的“差异”： 1）系统正常运行时,10/77,2）短路时,将二者以及其它的阻抗情况用直角坐标系表示出来，并标注出横轴和纵轴的物理含义，于是，出现了R-X复平面，这样，可以更直观地了解测量阻抗与动作范围的关系。,11/77,似乎设计为这 样的判别区域,12/77,似乎设计

4、为这 样的判别区域,但通常设计为 一个“面”的区域,13/77,因此，通常将阻抗继电器的保护范围扩大为一个 面或圆的形式。当测量阻抗落在这个范围内时，阻 抗元件动作；否则不动作。 这个保护范围的边界叫做：整定阻抗。用下面的 符号表示：,设计为一个“面（区域）”的理由 考虑到二次侧的测量阻抗受下列因素影响： 1）电流、电压互感器误差； 2）输电线路阻抗角的角度差； 3）过渡电阻的影响等（后面再分析）。,14/77,3.1.3 距离保护的接线方式 接线方式 采用何种测量电压和测量电流？ 希望或要求： 1）能够反映短路点到保护安装处的正序阻抗； 2）适合于任何的短路类型。 但遗憾的是，到目前为止，还

5、没有一种接线方式 能够同时满足上述的 2个要求。 同学们可以探索更好的接线方式！,15/77,经过分析、研究、比较，目前，常用的接线方式 有2种： （1）相间距离 0接线方式。,（2）带零序补偿的接地距离0接线方式。,(仍假设:Cos=1,即A相电压、电流同相位),16/77,经过分析、研究、比较，目前，常用的接线方式 有2种： （1）相间距离 0接线方式。,（2）带零序补偿的接地距离0接线方式。,(仍假设:Cos=1,即A相电压、电流同相位),17/77,下面详细分析接线方式的测量情况。,从K点“往左侧看”（右侧类似），有：,18/77,从K点“往左侧看”（右侧类似），有：,下面详细分析接线

6、方式的测量情况。,左式是一个通用表达式,实际上，正、负、零三序的电压表达式在任何情况下均反映： K点与M点之间的关系,19/77,由此可以得到：,20/77,21/77,实际上，零序补偿系数K代表了多重含义：,单位长度的参数,线路全长的参数,K实际上应当是一个平均值，且为可测量的已知数。,22/77,因此，三相的M点与K点在任何情况下的通用表 达式为：,此时要想得到反映短路点K到保护安装处M的正序阻抗 Z1，那么，只要进行下面的计算就可以实现：,此式的分析过程还包含了接线方式的产生过程。,带零序补偿的00接线方式,23/77,三相的M点与K点在任何情况下的通用表达式为：,于是，保护的各相测量电

7、压为：,如果分析或计算A相，那么，应当取A相的电气量：,24/77,三相的M点与K点在任何情况下的通用表达式为：,于是，保护的各相测量电压为：,如果分析或计算AB相，那么，应当取AB相的电气量：,25/77,下面具体分析各种测量阻抗的情况：,（1）正常运行,绝对值大，角度小（一般小于30度）。,接地阻抗：,相间阻抗：,26/77,（2）三相短路 （以下分析中，无下标m时，均表示为测量量）,27/77,能反映短路点的距离。,28/77,（3）两相相间短路（设BC相）,29/77,30/77,31/77,C、A相测量阻抗与B相类似分析，绝对值较大。,BC两相相间短路时，接地测量阻抗：,32/77,

8、（4）两相接地短路（设BC相） 类似分析，可得：,33/77,（5）单相接地短路（设A相）,34/77,0接线方式的测量阻抗归纳：,包含非故障相的电气量时，测量阻抗的幅值通常偏大。,35/77,36/77,接地阻抗的 0接线方式,相间阻抗的 0接线方式,接线方式可以反映的故障类型：,阻抗元件为“欠量动作”，故测量阻抗偏大时，影响较小。,37/77,顺便说明：在一些特殊情况下，当故障相的测量阻抗动作时，非故障相的测量阻抗（包含非故障相电气量的测量阻抗）有可能也会动作，为此，在单相故障需要仅跳开单一的故障相时，还需要采用选相元件予以辅助确定。,38/77,3.1.4 距离保护的时限特性 与单电源的

9、电流保护类似： 三段式配置，时限特性设计方法一致。,39/77,3.1.5 距离保护的构成,实际的逻辑相当复杂，尤其是振荡闭锁部分。,40/77,3.2 阻抗继电器及其动作特性 重述一遍：考虑到二次侧的测量阻抗受电流、电 压互感器和输电线路阻抗角的角度差等因素影响， 因此，通常将阻抗继电器的保护范围扩大为一个面 或圆的形式。当测量阻抗落在这个范围内时，阻抗 元件动作；否则不动作。 这个保护范围的边界叫做：整定阻抗。用下面的 符号表示：,41/77,回顾一下动作区域,42/77,在距离保护的各种动作区域中，常用的一种形式是：圆特性。典型的圆特性如下：,方向特性,整定阻抗是圆的直径（绝对值最大保护

10、范围最大）,大部分设计为圆内动作,希望：线路阻抗角等 于最大灵敏角。,43/77,在距离保护的各种动作区域中，常用的一种形式是：圆特性。典型的圆特性如下：,方向圆特性可以判断： 短路范围和方向。 但是，出口短路时需要 “记忆”。 这是最常用特性之一。,方向特性,44/77,偏移特性可以判断：短路范围，没有出口死区。 但是，反方向出口短路会误动。 通常应用于断路器合闸时。,偏移特性,45/77,全阻抗特性可以判断：短路范围。 但是，没有方向性。 较少采用。 没有最大灵敏角的概念。,全阻抗特性,46/77,各种圆特性的动作方程 一、幅值比较动作方程 要点：圆周上任何一点到圆心的距离均等于半径。 于

11、是有：,或,（直角坐标系）,（极坐标系）,47/77,以偏移阻抗特性为例。,2）再求圆心相量,1）圆的半径,48/77,的幅值比较动作方程：,49/77,当 = 0 时，就是方向圆的幅值动作方程，即：,当 = 1 时,就是全阻抗圆的幅值动作方程，即：,偏移特性的幅值比较动作方程：,50/77,二、相位比较动作方程 要点：圆周上任何一点到直径两端点之间的 夹角均等于90 。,51/77,二、相位比较动作方程 圆周上任何一点到直径两端点之间的夹角均等于90 。,52/77,考虑测量阻抗落在另一半的圆周时,53/77,考虑测量阻抗落在另一半的圆周时,54/77,归纳，并确定动作范围。,55/77,因

12、此，考虑圆周和圆内为动作区域之后，偏移阻抗特性的相位比较动作方程为：,同样，有： （1）当=0时，就是方向圆 的相位比较方程。 （2）当=1时，就是全阻抗 圆的相位比较方程。,56/77,整定阻抗不是圆的直径时，有：,整定阻抗是圆的直径时，有：,57/77,58/77,按照上述思路，可以得到任意圆特性的幅值比较和相位比较的动作方程。 微机保护中，较多采用幅值比较的方法。 还可以采用阻抗的幅值比较方法实现功率方向的直线特性，如下图。,59/77,红线以下为动作区域时，,“或”依据Zm落在动作区域时，谁大谁小确定！,60/77,此方法还可以应用于电流保护的功率方向元件中。,61/77,回顾一下功率

13、方向元件：,动作方程用“阻抗”表示时，有：,上述的分析方法还可以应用于电流保护中的功率方向元件。,62/77,功率方向元件动作区域的拓展： （非900的动作区域）,动作区域,动作区域,63/77,另外，两个或多个的园特性还可以构成“与”、“或”的关系，组合出其它特性。,橄榄型特性 苹果型特性,（两圆“与”） （两圆“或” ）,64/77,还有如下的特性：,提高Zset定值（保证灵敏度），另外，加电阻线来防止负荷情况下的误动。,65/77,多边形特性常用特性之一 （淡化了最大灵敏角的概念）,与园特性比较，多边形特性的保护范围、耐过渡电阻能力容易兼顾。,66/77,3.3 阻抗元件的实现方法,67

14、/77,一、微机距离保护中幅值比较的实现,在微机保护基础课程中，将介绍：来自TV的测量电压和来自TA的测量电流，通过各自的模拟量输入回路，经过低通滤波、采样保持、A/D转换后变为相应的数字量，然后采用一定的数字滤波算法，计算得到相应的相量。,当然，测量电压、测量电流应当与接线方式对应。,68/77,（同乘以）,69/77,所以，利用测量阻抗中的电抗分量，还可以实现故障距离的测量（测距），即：,代入通用表达式：,或：,1、园特性,对于架空输电线路，存在：,70/77,考虑误差,2、多边形特性,71/77,二、阻抗继电器的精确工作电压与精确工作电流 非计算机构成的阻抗继电器，都需要克服一个动作门槛

15、，而计算机实现的方式也会由于下面的情况造成测量误差（以电抗为例）。,由于电流测量有误差（相对、绝对误差），导致出现：,72/77,当电流很小时，会极大地影响了电抗的测量（上式还应当考虑对分子的影响）。 因此，都需要限定一个最小的测量电流 称为最小精确工作电流，简称精工电流。,继电保护允许的最大误差10%,电流工作的范围,73/77,在微机保护中，影响最小精确工作电流、最大精确工作电流的主要原因：,：变换器的传变特性、 A/D的位数及其量化误差、 噪声、 计算过程的有效位数等。,：变换器的饱和特性影响等。,线路保护设计规范（2007年发布）的要求： 在（0.0520）IN 或者（0.140）IN

16、 时测量误差不大于5。,74/77,动作阻抗实际的动作 边界,测量阻抗接线方式的 计算值,几个阻抗术语的区别,整定阻抗用于确定希望 构成的动作区域,75/77,理论上，当计算量都是故障的电气量时，有：,这是一个理想的、纯工频稳态量的情况。实际上，暂态的成分是十分复杂的，存在谐波、非周期分量、计算误差等因素的影响，因此，测量有误差。,76/77,为此，规定：整定值处的允许装置误差为5%！, 5%称为暂态超越范围,可动， 可不动,(限定误差)！,77/77,动作速度的考核,标准规定： 高压线路无延时保护的动作速度不大于30ms,78/77,设相位比较方程为：,幅值比较方程、相位比较方程之间的相互转

17、换,设幅值比较方程为：,79/77,设相位比较方程为：,幅值比较方程、相位比较方程之间的相互转换,设幅值比较方程为：,合并90度的角度比较后，有：,动作量,制动量,两种方程的边界是一致的。,80/77,设相位比较方程为：,设幅值比较方程为：,81/77,设相位比较方程为：,设幅值比较方程为：,82/77,设相位比较方程为：,设幅值比较方程为：,83/77,设相位比较方程为：,84/77,综合上述分析，可知：,因此，若取：,则幅值比较方程与相位比较方程是一致的。,85/77,同样，若已知幅值比较方程为：,可得：,二者存在互换关系,86/77,二者之间的互换关系可以归纳为：,及,在第一章的电流方向保护中，功率方向元件的幅值比较、相位比较的转换关系与此类似。 学习距离保护之后，再回头去理解功率方向元件，就更容易理解，也更巩固了。,87/77,三、整流型距离保护中幅值比较的实现 以方向阻抗特性为例，动作方程为：,同乘以 后，得到电压量的比较方程：,88/77,方向阻抗继电器(圆)的电压形成回路(非微机),(降低电压),(形成电压量，便于连接),89/77,方