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1、第四章 高压输电线路微机保护原理,主讲老师： 张 宁,4.1 零序电流保护,1 阶段式零序电流保护 2 零序方向电流保护,1 阶段式零序电流保护,零序电流速断保护(零序段保护) 零序电流限时速断保护(零序段保护) 零序过电流保护(零序段保护),1.1 零序电流速断保护(零序段),无时限零序电流速断保护工作原理与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。 整定原则：躲过下一条线路出口处单相接地或两相接地时可能出现的最大零序电流，即 的求取： 故障点：本线路末端 故障类型 ：两相接地和单相接地 按最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗值最小,1.2 零序电流限时速断保护（零序段）,

2、整定原则： 启动电流：与相邻线路的零序电流段配合 动作时限：比下一条线路零序电流段保护的动作时限大一个时限级差,返回,1.3 零序过电流保护(零序段),作用 : 用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元件(线路、母线、变压器)接地故障的远后备保护 在本线路零序电流I、II段保护和相邻元件的零序保护据动时，依靠它来切除故障,整定原则 躲开下一条线路出口处相间短路所出现的最大不平衡电流 与下一条线路的零序段保护相配合，即本保护零序段的保护范围相邻线路上零序段保护的保护范围 取二者最大值,动作时限,零序过电流保护的时限特性,相间保护,返回,零序电流保护,在中性点直接接地电网中发生接地短路故障时，将出现

3、很大的零序电流，可利用零序电流构成接地短路的保护。 零序电流、零序电压的特点 正方向的规定 零序电流方向：由母线流向线路为正 零序电压方向：线路高于大地的电压为正,返回,零序分量的特点 零序电压： 故障点零序电压最高，越靠近故障点电压越高，越远离故障点电压越低，变压器中性点处电压为0。 零序电流： 零序电流的数值和分布与变压器中性点接地的多少和接地位置有关，而与电源的数目和位置无关。,零序电压与零序电流的相位: 在正方向短路下，零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗，而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关。 零序功率： 在线路正方向故障时，零序功率是由线路流向母线，零序

4、功率值为负；在反方向故障时，零序功率是由母线流向线路，零序功率值为正。,2 方向性零序电流保护,在多电源的大接地电流系统中，为保证选择性，要安装零序功率方向元件，构成方向性电流保护。 构成方向性零序电流保护时应注意的问题： 在多电源大接地电力系统中，每个变电站至少有一台变压器中性点直接接地，以防止单相接地短路时，非故障相产生危险的过电压。 在零序电流保护正方向中有中性点接地的变压器情况下，不管被保护线路的对侧有无电源，为了防止保护的灵敏度过低或者动作时间过长，就须采用方向性零序电流保护。,k1点短路时,k2点短路时,保护安装处零序电流与零序电压的相位关系： 正方向接地故障时，零序电流超前零序电

5、压95110 反方向接地故障时，零序电流滞后零序电压70 85,4.2 距离保护,距离保护是反应保护安装处到故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的保护装置。 距离保护实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，有时又称为阻抗保护 当故障点在保护范围以内时， 时保护动作 当故障点在保护范围以外时， 时保护不动作,1 阶段式距离保护,距离保护段 距离保护段 距离保护段,1 阶段式距离保护,距离保护的动作时限,3,1,A,B,C,2,距离保护段 距离保护段为瞬时动作，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间 保护范围不能延伸到下一条线路中去，为本线路的8085% 距离保护段 动作时限和整定值与

6、相邻下一条线路的保护段相配合 保护范围为本线路全长及下一条线路的一部分，但不能超过下一条线路的保护段 保护段的动作时限要在下一条线路的保护段基础上延时0.5s,距离保护段 为本线路的近后备保护和下一条线路的远后备保护 整定阻抗是按躲过最小负载阻抗来整定 动作时限按阶梯原则进行整定,2 距离保护的组成,距离保护主要由启动元件、测量元件、震荡闭锁元件、电压回路断线闭锁元件和逻辑回路等构成,启动元件 当被保护线路发生故障时，启动元件瞬间启动保护装置，再通过测量元件来确定故障点位置 距离元件 作用：用来测量保护装置安装处到故障点之间的距离，并判别短路故障的方向 时间元件 作用：建立距离保护段和段的动作

7、时限，以获得其所需要的动作时限特性,电压回路断线闭锁元件 当电压二次回路发生断线时，闭锁距离保护，以防止保护误动 震荡闭锁元件 当系统正常运行或震荡时，震荡闭锁元件将保护闭锁；当系统发生故障时，震荡闭锁元件打开闭锁。,3 距离保护的启动,启动元件的作用 启动测量元件 闭锁作用 对启动元件的要求 启动元件要能够灵敏、可靠的反映各种类型的故障 在故障切除后应尽快返回 在系统正常运行和发生异常情况时，启动元件均不反应,4 距离保护的测量元件,测量式阻抗元件 动作方程判别式阻抗元件,考虑以下因素，保护特性为包含Zset对应线段在内的区域： （1）短路点有过渡电阻 （2）TA、TV有相位误差,返回,常见

8、的阻抗元件特性 全阻抗元件 方向阻抗元件 偏移阻抗元件 四边形阻抗元件 多边形阻抗元件,全阻抗元件的动作特性 以保护安装点为原点，以整定阻抗Zset为半径的圆。 特点：没有方向性,比幅式,比相式,方向阻抗元件 保护按安装处为复平面坐标原 点，以整定阻抗Zset为直径的圆 只有在线路正方向上发生故障时， 其测量阻抗位于第一象限，此时保护才会动作 反方向故障时，保护肯定不动作,比幅式,比相式,偏移阻抗元件,正方向：整定阻抗为Zset 反方向：偏移 -Zset (1 ),圆心：,半径：,比幅式,比相式,四边形特性阻抗元件,多边形特性阻抗元件,第二象限动作区的判别式,第一象限动作区的判别式,第四象限动

9、作区的判别式,N,Y,Zm在矩形内,Zm在第四象限,Zm在第二象限,Zm在第一象限,Rm0 Xm0,Rm0 Xm0,Rm0,Rm0 Xm0,Rm、Xm,Zm在第三象限,动作区内部,动作区外部,动作区内部,Y,Y,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,N,N,距离保护也称为阻抗保护，是反应保护安装处到故障点的距离(保护安装处到故障点之间的阻抗)，并根据距离的远近而确定动作时限的保护装置 阶段式距离保护 距离保护段(保护本线路的80%85%，瞬时动作) 距离保护段(保护本线路和下一条线路的一部分，但不得超过下一条线路的段，加0.5s的延时) 距离保护段(保护本线路和下一条线路，动作时限按照阶梯型

10、原则),距离保护的组成 启动元件(启动测量元件) 测量元件(判断故障点是否为保护范围之内) 震荡闭锁元件(系统震荡时闭锁距离保护) 电压回路断线闭锁元件(二次回路断线时闭锁距离保护),距离保护的测量元件,考虑以下因素，保护特性为包含Zset对应线段在内的区域： （1）短路点有过渡电阻 （2）TA、TV有相位误差,全阻抗元件 方向阻抗元件 偏移阻抗元件 四边形阻抗元件 多边形阻抗元件,全阻抗元件 以保护安装点为原点，以整定阻抗Zset为半径的圆。 没有方向性 比幅式 比相式,方向阻抗元件 保护按安装处为复平面坐标原 点，以整定阻抗Zset为直径的圆 具有方向性 比幅式 比相式,偏移阻抗元件 保护

11、按安装处为复平面坐标原 点，以(1+ )Zset为直径的圆 具有一定的方向性 比幅式 比相式,四边形和多边形特性阻抗元件,5 距离保护的影响因素,短路点的过渡电阻 电力系统的震荡 电压互感器、电流互感器的误差 电压互感器二次回路断线,6.1 震荡的基本概念,在发生振荡时，表现为系统中发电机电势间的相角差随时间做周期性变化 系统中各点电压、线路电流以及距离保护的测量阻抗发生周期性变化 可能导致距离保护的误动 振荡产生的原因 电网的规划不周 系统的无功功率不足，造成系统电压降低 大型发电机励磁出现异常，造成系统电压升高或降低 切除故障过慢也会造成振荡影响,电力系统震荡的基本概念 振荡：在继电保护范

12、围内，发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角 的摆动现象 振荡中心：系统在发生振荡时电势相角为 的情况下，总有一点的电压最低，这一点就称为振荡中心 震荡周期：在系统发生震荡时，电压的幅值由一个最大值到下一个最大值之间的时间(11.5s) 震荡又分为周期震荡和非周期震荡 当系统的电源间失去同步后，往往可以自行拉回同步,结论：系统震荡时，距离保护不允许动作,6.2 系统震荡时对电压、电流的影响,几点假设： 电力系统发生全相振荡，此时系统三相对称，可以取其中一相进行分析 两侧电源电势相等，相角差为功角 系统中各元件阻抗角均相等 不考虑负荷电流的影响，也不考虑在振荡时发生短路的情况,震荡对电流的

13、影响,震荡对电压的影响,在震荡过程中总有一点的电压最低，其值为O点向相量所做的垂线的长度，该点称为震荡中心 震荡中心不一定在线路的中点位置，应该在 处 在 =180时电压为0，相当于震荡中心发生三相短路，极有可能造成保护的误动,6.3 系统震荡对距离保护的影响,振荡中的测量阻抗 震荡电流 测量阻抗,总结： 测量阻抗顶端变化轨迹为垂直平分的一条直线 幅值： 相位： 当保护安装点越靠近震荡中心，受影响越大 措施 延长保护装置的动作时间 把整定值尽量减小，使震荡中心处于圆外 增设震荡闭锁回路,系统振荡与短路的区别 系统振荡时，往往是三相全振荡，三相依然完全对称，不会出现负序分量和零序分量 系统振荡时

14、，电压和电流的有效值随功角发生周期性平滑变化，变化速度不快 系统震荡时，各点电压和电流的相位差随震荡角不同而变化 在震荡中心及其附近，电压变化最为剧烈,振荡闭锁的要求 系统发生振荡不发生短路时，应可靠闭锁保护 系统发生振荡过程中，同时发生各种类型的故障时，都不应闭锁保护，保护需要动作,:振荡过程中发生不对称短路故障的判据 :振荡过程中发生三相短路故障的判据 :系统振荡启动元件(躲过最大负载电流的过电流元件) :保护启动元件(电流突变量),不对称故障判别 对称故障判别 满足时间达到150ms 满足时间达到500ms,4.3 工频故障分量距离保护,工频故障分量 工频故障分量距离保护的基本原理 工频

15、故障分量距离保护的动作特性,1 工频故障分量,工频故障分量的距离保护利用电压和电流的故障分量来反映距离保护，也称为故障分量阻抗算法 。,结论：系统在运行时的电压和电流等于在正常运行与发生故障附加的电压和电流分量,或：,2 工频故障分量距离保护的基本原理,故障状态分析 保护安装处的附加状态电流 保护安装处的附加状态电压 保护末端处电压,正方向故障 保护范围内发生故障( ) 在保护范围以外发生故障 ( ),此时满足,故障点电压,此时满足,保护动作,保护不动作,反方向故障 保护安装处电压 保护末端电压 故障点附加电压,此时满足,保护不动作,结论：,保护不动作,保护动作,3 工频故障分量距离保护的动作

16、特性,正方向发生故障,故障点处电压,保护末端电压,动作方程式：,或,反方向发生故障,故障点处电压,保护末端电压,动作方程式：,复习,高压输电线路微机保护原理 零序电流保护(中性点直接接地系统的接地故障) 距离保护(保护范围较大，自身带有方向性),零序电流保护,1 阶段式零序电流保护 由零序段保护、零序段保护和零序段保护构成 保护整定原则和配合基本与电流三段保护相类似 区别： 得到的是3倍的零序电流； 零序段保护的末端为下一个中性点接地位置 要考虑分支系数,前进,前进,2 方向性零序电流保护 区别(方向性电流保护比较)： 电压：故障点零序电压最高，越远离故障点电压越低；而相间短路时故障点电压最低

17、。 电流： 零序电流的数值和分布与中性点接地是否接地有关，而与电源的数目和位置无关；而相间短路故障时的短路电流受到电源数目和位置的影响。,前进,电压与电流的相位：在正方向短路下，零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗；而相间短路故障时，它们之间的相位则取决于母线到短路点之间的线路阻抗 正方向接地故障时，零序电流超前零序电压95110，反方向接地故障时，零序电流滞后零序电压70 85；相间短路时正方向故障时，电压超前电流 70 85，反方向故障时，电压超前电流180+（70 85） 功率：正方向故障时，零序功率是由线路流向母线，零序功率值为负；相间短路故障时，功率是由母线流向线路,距离保护,动作判据：,电流保护动作判据：,3 阶段式距离保护 由距离段保护、距离段保护和距离段保护构成 保护整定原则和配合基本也与电流三段保护相类似 区别： 保护范围为本线路全长的80%-85%,4 距离保护测量元件 全阻抗元件(没有方向性) 方向阻抗元件(有方向性，保护有死区) 偏移阻抗元件(具有一定方向性) 四边形阻抗元件 多边形阻抗元件,前进,5.1 震荡对距离保护的影响 振荡：在继电保护范围内，发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角 的