继电保护原理基础-第三章

1、第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理,电流保护的优点：简单可靠经济。缺点：选择性灵敏性快速性很难满足要求（尤其35kv以上的系统）。 距离保护的性能比电流保护更加完善。,反映故障点到保护安装处的距离距离保护，它基本上不受系统运行方式变化的影响。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,距离保护的时限特性,距离保护分为三段式： I段：，瞬时动作 主保护 II段：，t=0.5 III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。后备保护,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,第二节 阻抗继电器,阻抗继电器按构成分为两种：单相式和多相式 单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（相电压或线电压）和一个电流IJ（相

2、电流或两相电流之差）的阻抗继电器。 测量阻抗: ZJ=R+jX 可以在复平面上分析其动作特性 它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。 多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,阻抗继电器的动作特性,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,阻抗继电器的动作特性,BC线路距离I段内发生单相接地故障，Zd在图中阴影内。 由于1）线路参数是分布的， d有差异 2)CT,PT有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 所以Zd会超越阴影区。 因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器

3、的动作特性扩大为一个圆，见图。,圆1：以od为半径全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od为直径方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器 另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,利用复数平面分析阻抗继电器全阻抗继电器,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,利用复数平面分析阻抗继电器,全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。圆内为动作区。 Zdz.J测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。 无论d多大，它没有方向性。 幅值比较原理：两变同乘，且，所以，这也就是动作方程。 相位比较

4、原理 分子分母同乘以IJ，,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,方向阻抗继电器,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,方向阻抗继电器,以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Zdz.J随J改变而改变，当 J等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。 lm最大灵敏角，它本身具有方向性。 幅值比较原理： 相位比较原理：,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,偏移特性阻抗继电器,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,偏移特性阻抗继电器,正方向：整理阻抗Zzd 反方向：偏移-Zzd(1) 圆内动作。圆心 半径： 幅值比较原理 ： 相位比较原理：,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,总结三种阻抗的意义,测量

5、阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。 整定阻抗Zzd：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。 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的长度。 起动阻抗（动作阻抗）Zdz.J：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压UJ 和电流IJ的比值。 除全阻抗继电器以外：Zdz.J随J的不同而改变。当J=lm时，Zdz.J=Zzd，此时最大。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,阻抗继电器的构成,主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。 UAUBUCUD基本上是由UJ和IJZzd组合而成

6、。而UJ可直接从PT二次侧取得，必要时经YB变换。而IJZzd则经过DKB获得。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,阻抗继电器的接线方式,基本要求 要使ZJ正比于ld，且与故障类型无关。 常用接线方式 一般采用零度接线方式 接地阻抗继电器必须考虑零序补偿系数 具体接线分析请参看教材和文档,三ZKJ的接线方式：0、+30、-30 相电压和 补偿,1基本要求：,1）,2）ZJ与故障类型无关,2类型,接线方式,继电器,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,第4节 方向阻抗继电器特性分析,1、方向阻抗继电器的死区 产生死区的原因： 在保护正方向出口发生相间短路时，UJ=0，方向阻抗继

7、电器不动作。 幅值比较方式： 两个电压相等； 相位比较方式：极化电压为0，失去比相的依据；,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,2、消除电压死区的方法： 引入极化电压UP，要求： （1）与UJ同相位； （2）出口短路时，UP应具有足够的数值或能保持一段时间逐渐衰减到零。 获取极化电压的方法： （1）采用电压记忆回路； （2）高Q值50Hz带通有源滤波器； （3）引入非故障相电压,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,（1）电压记忆回路 输入电压 Up 经工频LC串联谐振电路后产生工频谐振电流 ，取 为极化电压 正方向出口处短路时，当外加电压突然由正常运行时的数值降低到零时，串联谐振电流 逐渐衰减， 保持 相

8、位基本一致，它相当于“记住”了故障以前电压的相位 对于微机保护中的方向阻抗继电器，采用数字存储器保存故障前的电压采样值，无需采用上述电压记忆回路,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,（2）高Q值50Hz带通有源滤波器,在集成电路保护中，利用滤波器响应特性的时间延迟，Q值越高，延迟时间越长，可达到记忆45个周波的要求,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,（3）引入第三相(健全相)电压 对于保护出口两相短路，两故障相的相间测量电压为零，而非故障相间的电压仍然很高。直接利用或部分利用非故障相的电压来消除两相短路的电压死区。 对第三相(健全相)电压进行适当的相移，使其输出电压与输入电压 同相，作为辅助极化电压 不

9、能消除出口三相短路的电压死区 一般与电压记忆回路同时采用,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,3、极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响,当采用记忆回路后，极化电压将短时记忆短路前负荷状态厂母线电压： 保护正方向短路时， 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。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,保护反方向短路,初态特性为上抛阻抗特性圆: 有明确的方向性； 实际测量阻抗在III 象限, 远离上抛阻抗特性圆。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,3、构成继电器的框图,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,4关于继电器的整定阻抗,当保护范围末端AB两

10、相短路时，,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,以上分析阻抗继电器的动作特性时从理想的条件出发 执行元件的灵敏度很高 继电器的动作特性与工作电流的大小无关 实际工作非理想的条件, 继电器的整定阻抗与工作电流具有非线性关系,五、阻抗继电器的精确工作电流,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,定义最小精确工作电流 要求阻抗继电器 的动作阻抗误差小 于10%，则必须 满足,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,距离保护的整定计算原则,1. 距离保护I段的整定 原则：按躲过线路末端故障整定。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,2. 距离保护II段的整定,原则1：与相邻线路距离I段配合 原则2：按躲过线路末端变压器低压侧母线短路

11、整定 取上述两项中数值小者作为II段定值。 动作时间： 灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,3. 距离保护III段整定,原则：按躲过最小负荷阻抗整定。 求最小负荷阻抗： 考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离III段应可靠返回。 对于全阻抗继电器，其整定值为： 对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,距离保护III段整定,动作时间按阶梯时限原则整定。 灵敏度校验： 近后备的灵敏度： 远后备的灵敏度： 最小精确工作电流校验 按各段保护范围末端短路的最小短路电流校验各段阻抗继电器的精工电流。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,对距离保护的评

12、价,1、选择性 在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。 2、快速性 距离I段能保护线路全长的85%；对双侧电源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除故障。 3、 灵敏性 同时反应电压和电流，灵敏度比单一反应电流的保护高。 距离I段的保护范围不受运行方式变化的影响。第II、III段的保护范围受运行方式变化影响较小。 4、可靠性 由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保护低。 5、应用： 在35KV110KV作为相间短路的主保护和后备保护，采用带零序电流补偿的接线方式，在110KV线路中也可作为接地故障的保护。 在220KV线路中作为

13、后备保护。 接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相元件，与高频收发信机配合，可构成高频闭锁（或允许）式距离保护。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,影响距离保护正确动作的因素及防止方法,阻抗继电器测量阻抗受很多因素影响。主要有 短路点的过渡电阻； 电力系统振荡； 保护安装处与故障点之间有分支电路； CT,PT的误差； PT二次回路断线； 串连补偿电容。 本节着重讨论,两因素的影响及相应的措施。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,短路点过渡电阻的影响及相应措施：,短路一般是非金属性的，即短路点存在过渡电阻使测量阻抗变化，因此保护范围可能缩短，可能超范围或反方向误动。 过渡电阻的影响： 过渡电阻的性质：

14、相间短路电弧电阻 接地短路电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻 阻抗继电器感受到的可能不是纯电阻性的。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,纯电阻性，Zj 增大,单侧电源网络,当Rg较大，Zj超出其段范围而落入段范围内，而仍在段的保护范围内，则保护1和2将同时以第段时限动作，造成保护误动,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,单侧电源网络过渡电阻的影响,短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小； 保护装置整定值越小，受过渡电阻影响越大； 短线路受过渡电阻影响尤其明显； Rg只能使测量阻抗的电阻部分增大；,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,双侧电源网络过渡电阻的影响,四川大学电气信息学

15、院 吕飞鹏,保护3：正方向出口短路，0，Zj3落在第四象限，拒动 保护2：反方向出口短路， Zj2落在第二象限，误动 保护1：区外短路， Zj1落入动作特性圆，误动,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,双侧电源网络过渡电阻的影响：,0, 电阻电感性 ， Zj电抗部分增大 0, 电阻电容性 ，Zj电抗部分减小 过渡电阻将可能为容性或感性，保护存在误动或拒动 一般而言，阻抗继电器动作特性在R轴方向上所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,减小过渡电阻的措施,在保护范围不变的前提下，采用动作特性在R轴方向上有较大面积的阻抗继电器 采用瞬时测量装置： （Lg电弧长度，Ig电弧电流

16、） 短路初瞬，Lg较小，Ig较大（有非周期分量），Rg很小；0.10.15s后，Lg拉长，Ig减小（非周期分量衰减），所以Rg增大。 距离段：t小于40ms，Rg很小，可以忽略不计 距离段：t=0.5s，应采取措施。 距离段：因为特性圆较大，影响较小 所谓瞬时测量，就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来。当电弧电阻增大时，距离元件不会因为电弧电阻的增大而返回，仍以预定的动作时限跳闸。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,短路初瞬，起动元件1：段阻抗元件2动作，因而起动中间继电器3，3起动后通过其触点自保持。而当Rg增大，阻抗元件2返回。保护仍能在时间元件4动作后，经中间继电器3的触点

17、 去跳闸,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,电力系统振荡对距离保护的影响,振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压、电流和功率的幅值和相位周期性变化，距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护误动。但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。 振荡周期：电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.252.5s的范围内。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,.系统振荡时电压电流的变化规律,几点假设 全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析； 两侧电源电势幅值相等，相角差为 系统中各元件

18、阻抗角均相等 不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,当两侧电势幅值相等且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点，即,振荡电流幅值变化包络线,系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向相量EM-EN所作的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以z表示。,I最大，相当于在线路z点发生三相短路。,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,系统振荡时测量阻抗的变化规律,M侧：,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,系统振荡时测量阻抗的变化规律,N,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,系统振荡时测量阻抗的变化规律,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,M=0.5,M0.5,M0.5,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,系统振荡时距离保护的影响,当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。 全阻抗继电器误动的相角 方向阻抗继电器误动的相角,就可躲振荡的影响,四川大学电气信息学院 吕飞鹏,小结： 在相同定值下，全阻抗继电器所受振荡影响大 当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大 振荡中心在保护范围外或位于保护反方向，振荡时保护不会误动 措施： 延