发电机保护第三章距离保护

1、第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理一、基本概念电流保护的优点：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。ab j c喏zd为udu dueziid =zd = a_ iiii _ i ii 段：zd； =kk（zab +zdq, t=0.5 jl iii段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。后备保护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 （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。zj=uj 测量阻抗 .ijzj=

2、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。它能反映多相故障，但不能多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。利用测量阻抗的概念来分析它的特性。本节只讨论单相式阻抗继电器。、阻抗继电器的动作特性u 1.r u jnptuinirzjz j -= z di ju11 nptnibc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，wd有差异2）ct,pt 有误差3 ）故障点过渡电阻4 ）分布电容等所以乙会超越阴影区。因此为了尽量简化继电器接线，且 便于制造和调试，把继电器的动作特性 扩大为一个圆，见图。nin

3、pt圆1:以od为半径一一全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性）圆2:以od为直径一一方向阻抗继电器（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、利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理ccuc cc相位比较原理- 90 , arg , 90.ud(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。1.幅值比较原理：zj zzd无论wd多大，zdz.j i =|zzd|，它没有 方向性。两变同乘i j ,且i j zj =u j,所以u

4、j m i j zzd ,这也就是动作方程。2.相位比较原理_90 marg zj 90zzd -zj分子分母同乘以ij,(i j zzd u j一 90 三 arg - 90.i j zzd -u j以zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆 内为动作区。zdz.j随wj改变而改变，当 wj等于zzd的阻抗角时，zdz.j最大，即保 护范围最大，工作最灵敏。wlm 最大灵敏角，它本身具有方向 性。1.幅值比较原理:_1 _1 _zj -2zzd 一242.相位比较原理:1 .u j i j z2zdjxzzd-zjzj- 90 arg- 90zzd - zju j- 90 三 arg - 90.i

5、 j zzd - u j（三）偏移特性阻抗继电器正方向：整理阻抗 zzd1.幅值比较原理反方向：偏移-a zzd（a 1）圆内动作。圆心r 1 ,rr 、1、rz0 =（zzd -二 zzd） = 一 （1r.）zzd22一 1半径：一（1 二）zzd2zdz.j随w j变化而变化，但没有安全的方 向性。,1,zj -z0 -(1+a)zzd21 一 1,zj -(1-)zzd m 二(1十口)zzd2 2a.1 .1 .uj-ij(1-)zzd -i j(1+)zzd2 22.相位比较原理jx - 90 _ argzj zzdzzd - zj-90 - arg90u j 二 i j zzdi

6、 j zzd u j90总结三种阻抗的意义：1）测量阻抗zj：由加入继电器的电压 uj与电流ij的比值确定。. u j j =arg .ij2）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。3）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wj的不同而改变。当 wj=wm时，zdz.j=zzd,此时最三、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

7、。交流回路ua、ub、uc、ud基本上是由uj和ijzzd组合而成。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。（一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线a.u a = - ij zzduc = u j2ub1 .2ljzzdu d = ij zzd - u j其它的继电器的交流回路的组成，可参照此图自行作成。（二）幅值比较回路将ua和ub分别整流后进行幅值比较，有两种类型:1.均压式2.环流式ub继电器反应ia-ib而动作。ua整流后在ri上产生ua,ub整流后在r2上产生 现。继电器反应uab=ua-ub而动ua整流后在ri回路产生ia,ub整流后在r2回

8、路产生ib。（三）相位比较回路020ud叫延时动作 瞬时返回 （角度鉴别器瞬时动作延时返回（脉冲长宽电路u c-90 _ arg- _ 90u d它是以测定 uc和ud同时为正的 时间来判断它们的相位。2.脉冲式比相电路uia)5ms动作u*1)uc（u2）动作元伟（兵生脉冲力出血时向与uc1波南u2*mm)不动作uc-180 arg-0.u d接线和-30 接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。用于反映各种接地故障。三、分析（一） 母线残压计算公式：假设:乙=22,不计负荷电流加移相器后移相90, uc=uce0- .uc-90 arg zildzj3 zild均不动ib k310 k3i0

9、所以必须采用三个阻抗继电器。该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。（自行分析）第四节 方向阻抗继电器的特性分析由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。一、方向阻抗继电器的死区和清除方法（一） 产生死区的原因在保护正方向出口发生相间短路时，uj=0,继电器不动作。发生这种情况的一定范围,就称为“死区”。1 .幅值比较式1 .u2ijzzd1. u j田-2ijzzd =1 ,.)-2ijzzd1 ,.) 2ijzzd而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。2 .相位比较式u -90 三 argj -90.ijzzd -u j因为uj=0,无法比相，所以继电器不动

10、。（二）消除死区的方法引入极化电压 up,要求如下：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。（三）获取极化电压的方法分析如下：1.记忆回路它是由一个r, l, c组成的工频串联谐振电路。因为wl=1/wc ,电路呈纯阻性，所以当出口短路时，uj=0。借助谐振，up在一定时间内逐渐 衰减，其相位保持原先的相位不 变。这就相当于把原先的电压记 忆下来，故称为“记忆回路”。2.引入非故障电压u：八（1k）引串?u尸uab | lc jyb正常运行时，uab较大，rs又很大。 ir主要由uab产生，第三相电压基本上 不起作用。当ab相间短路时，uab=0,记忆

11、回 路发挥作用。但up将逐渐衰减到零，此 时第三相电压的作用将表现出来。?lubuc irs(30k82k)因为rs （很大） （r - jx）/jx l ,所以is与uac同相位。ir = isjxlr- jxc jxlisup = ir r= is jxljxl淅sup与uab(eab)同相位所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的up可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路 的死区。其它方法：集成电路保护中，利用高q值白50hz带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用。微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。(二)极化电压的引入对方向阻抗继

12、电器初态特性的影响稳态特性：在正常运行和短路后达到稳态时的继电器动作特性。初态特性：在发生短路的最初瞬间，继电器的动作特性。短路发生后，up有一个过渡过程。继电器特性则由初态特性逐步向稳态特性过渡。1.稳态特性分析分析如下：(1)幅值比较式d . dup+uj-二 ijzzd eup十二 ijzzd11zp +zj +/zd zp +/zd 22、.b，.屋.ba当临界动作时，a=|b, a=|b所以引入up不改变继电器的静态特性。 p而当正方向出口短路时，u尸0d . dup-ijzzd eup + ij zzd 能满足，故能消除死区，且能防止反方向出口短路时误动。(2) 相位比较式. up

13、-90 - arg 一 90.ijzzd -uj因为up与uj同相位，所以arg= argujijzzd-upijzzd-uj所以极化电压 up并不改变继电器的稳态特性。而正方向出口短路时，uj =0,而up00。因而继电器能够正确判别方向，即能消除死区。2.初态特性（设 ni=npt=1）（1） 正方向短路时：空载uj =ijzdzjujezszdezs zjup =e结论：1）初态特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作。2）初态特性圆比稳态特性圆大，有利于躲过渡电阻的影响。3）正方向的保护范围不变。（2） 反方向短路时i + .zszjuj-zdee- lt 二 zt zs zdzj

14、 -zszj -zs=argzzd -zju parg = arg., (zzd zj)sijzzd -uj ezj -zrr -90 ku u j理想临界动作条件：kj j -kuu j =0.即zdzj =uj=0 =zzduz.uzui j ku实际上执行元件是需要动作功率的，即实际临界动作条件为：kiij -kuuj7 uj ki u0zdz.j - ij u -koij由此可见，zdz,j 与 uo, ij 有关(uoj,ij ,zdz.j=zdzd)zdz.j = f (i j)的关系曲线可绘制如下图由图可见，当ij较小时，zdz,j将比整定阻抗zzd明显减小，即实际的保护范围将比

15、整定范 围小，这将影响到与它相邻的保护的配合，而可能引起非选择性动作。每个阻抗继电器都有它实际的zdz.j = f (ij)曲线，为了把动作阻抗zdz,j与整定阻抗的差距限制在一定的范围内，规定了精确工作电流这项指标。zdz,j =0.9 zzd)时，加入阻抗继电器的电流。记做 i精确工作电流：是指继电器的动作阻抗与整定阻抗之间的差距等于整定阻抗的10% (即jg 当保护范围末端短路时，i j应大于或等于i jg min ,才能保证zzd - j 0, zf电阻电感性 zf电抗部分增大送电侧a 0, zf电阻电容性 zf电抗部分减小2.单侧电源网络中过渡电阻的影响bc线路出口经r短路 g当rg

16、较大，zj2超出其i段范围而落入n段范围内，而zji仍在n段的保护范围内，则保护1和2将同时以第n段时限动作，造成保护误动。小结：.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，相对的受过渡电阻影响越大bc线路出口经r短路gm侧为送电侧zji =zli i4rgej：i dzj2 = *rgej：i dz =iar ezj3, rgei d .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，zj3落在第二象限，误动 .保护1:区外短路，zji落入动作特性圆，误动以上分析是针对方向阻抗继电器，对其它特性阻抗继电器也有类似的情形。一般而言

17、, 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。（二）.减小过渡电阻的措施：两种措施： .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（参看 p105.图 3- 58） .采用瞬时测量装置：r lg.，一、,，rg （lg 电弧长度，ig 电弧电流）1 g短路初瞬，lg较小，ig较大（有非周期分量），所以rg很小；0.10.15s后，lg拉长，ig减小（非周期分量衰减），所以r。增大。 g距离i段：t小于40ms, rg很小，可以忽略不计距离n段：t为0.5或很长，应采取措施。距离出段：因为特性圆较大，影响较小所谓瞬时测量，就是把距离元

18、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。1j短路初瞬，起动元件 1： n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rq ，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 g3的触点去跳闸。24d点短路，保护3的i段动作于跳闸，保护 5 n段跳。对保护1,因d点在其第n段保护范围内， 起动元件和n段测量元件动作，若采用瞬时测量,则会误动。所以只在单回线辐射形电网中的距离n段上采用。二.电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间

19、作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护和企图确保护动作。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。（1） .系统振荡使，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em和en电势相等，相角差为 6(06m360).系统中各元件阻抗角均相等，以 5d表示.不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。风 m1zl.em -en em (1 -ejj 2e m 、:电流：isinzm zl zn z、z、2振荡电流的有效值随 6变

20、化(包络线)电压：um = em -i zm.u n = en i zn:u系统中总有一点的电压为最低，其值为由。向em - e n相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以 z表示。 .当em =en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（即立处）。2.当6 =180时，u z =0 , i最大，相当于在线路 z点发生三相短路。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。（2） .系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律_ u m em-izmm 侧：zj.m =m因为1-e=i2d1 - jctg 2e m=一 zm.i(参看p108)-zi3,zmz、zz、z、所以 zj.m - (1-jctg-)-zm =(- -zm)- j- ctg26二zjz、=0 ,ctg =二，zj =(zm)_j 222、.zj、180,ctgj0，zj 二？-zm1.25要求大于 1.25。zab若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护3.距离彳护iii段整定原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。ii段配合。求最小负荷阻抗：zfh.minu f .mini f. max考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护 对于全阻抗继电器，其整定值为：iii段应可靠返回。zzdi1zfh -iiifh. min