第四章_输电线路距离保护4.1-4.2

1、华中科技大学文华学院机电学部华中科技大学文华学院机电学部2009.92009.9 电气工程及其自动化专业课程电气工程及其自动化专业课程课程内容第一章 电力系统继电保护概述第二章 继电保护的基础知识 第三章 输电线路的电流电压保护第四章 输电线路的距离保护第五章 输电线路的纵联保护 第六章 输电线路的自动重合闸第七章 电力变压器的继电保护本章基本要求本章基本要求了解距离保护的工作原理、主要组成元件及了解距离保护的工作原理、主要组成元件及动作时限特性。动作时限特性。熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析阻抗继电器的动作特性，原理在复平面上分析阻抗

2、继电器的动作特性，以及运用这两种原理构成各种常用继电器的以及运用这两种原理构成各种常用继电器的方法。方法。掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式式；了解阻抗继电器用于接地保护的基本接线；了解阻抗继电器用于接地保护的基本接线方式。方式。Chapter 4 输电线路的距离保护输电线路的距离保护掌握影响距离保护正确工作的因素，主掌握影响距离保护正确工作的因素，主要要求：要要求：掌握过渡电阻对距离保护工作的影响及其防止措施；掌握电力系统振荡的影响及其防止措施；掌握分支电流的影响及其防止措施；了解电压回路断线的影响及其防止措施；熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原

3、则熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原则和整定计算方法。和整定计算方法。本章基本要求本章基本要求4.1 距离保护作用原理和构成距离保护作用原理和构成4.2 阻抗元件的动作特性和动作方程阻抗元件的动作特性和动作方程4.3 阻抗元件的接线方式阻抗元件的接线方式4.4 影响阻抗元件测量阻抗精度的因素影响阻抗元件测量阻抗精度的因素4.5 相间距离保护的整定计算相间距离保护的整定计算Chapter4 输电线路的距离保护4.1.14.1.1、距离保护的概念距离保护的概念(Concept of Distance (Concept of Distance Protection)Protection)思考：思考

4、：电流、电压保护的主要优点是简单、可电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于。电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电及以下电压等级的配电网。对于压等级的配电网。对于110kV及以上电压等级及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？的复杂网，线路保护采用何种保护方式？解决方法：解决方法：采用一种新的保护方式采用一种新的保护方式距离保护。距离保护。4.1 距离保护的原理与构成距离保护的原理与构成(Funda

5、mental Principle and Structure of Distance Protection)4.1.14.1.1、距离保护的概念距离保护的概念距离保护：距离保护：是反应保护安装处至故障点的是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。一种保护装置。 测量保护安装处至故障点的距离，实测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为抗大小，故有时又称之为阻抗保护阻抗保护。 4.1 距离保护的原理与构成距离保护的原理与构成LmmmZIUZ

6、mUkkZIUIUZmmm残残4.1.2 距离保护的作用原理距离保护的作用原理ABCZ正常情况下：正常情况下： 测量阻抗测量阻抗 k故障时：故障时： 测量阻抗测量阻抗 1234图4-1 距离保护接线原理图mI距离保护的实质是用测量阻抗 与被保护线路的整定阻抗 比较。当短路点在保护范围以外时，即 时， 继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即 时， 继电器动作。距离保护又称为低阻抗保护距离保护又称为低阻抗保护.setmZZ setZ图4-1 距离保护接线原理图Z1234mZsetmZZmUmIk 使距离保护装置刚能动作的最大测量阻抗。三个重要的基本概念三个重要的基本概念整定阻抗整定阻抗Z Zs

7、etset： 测量阻抗测量阻抗Z Zm m：加入继电器的电压、电流的比值。起动阻抗起动阻抗Z Zopop指编制整定方案时，根据保护范围给出的阻抗。发生短路时，当测量阻抗等于或小于整定阻抗时继电器动作。4.1.3 距离保护的构成距离保护的构成跳闸起动 Z Z Ztt1&出口图42 三段式距离保护组成的单相逻辑框图振荡闭锁元件PT二次断线闭锁元件1起动元件起动元件故障瞬间故障瞬间起动整套保起动整套保护装置护装置,根据根据被保护线路被保护线路的不同，可的不同，可选用选用过电流过电流继电器继电器、低低阻抗继电器。阻抗继电器。距离元件（阻抗距离元件（阻抗元件）元件）测量测量短路点到保护安短路点到保护安装

8、处的距离（即装处的距离（即测量阻抗测量阻抗)。时间元件时间元件按照故按照故障点到保护安装处的障点到保护安装处的远近，根据预定的时远近，根据预定的时间特性确定动作的时间特性确定动作的时限，以保证动作的选限，以保证动作的选择性，一般采用时间择性，一般采用时间继电器。继电器。v阻抗继电器阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，并与并与整定阻抗值整定阻抗值进行比较，以确定保护是否动进行比较，以确定保护是否动作。作。 阻抗继电器按其构成方式的不同可分为阻抗继电器按其构成方式的不

9、同可分为单相式单相式和和多相式多相式两种。两种。 何谓何谓单相式阻抗继电器单相式阻抗继电器和和多相补偿式阻多相补偿式阻抗继电器抗继电器？阻抗继电器阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，并与并与整定阻抗值整定阻抗值进行比较，以确定保护是否动进行比较，以确定保护是否动作。作。 阻抗继电器按其构成方式的不同可分为阻抗继电器按其构成方式的不同可分为单相式单相式和和多相式多相式两种。两种。mmmIUZmI 单相式阻抗继电器单相式阻抗继电器中加入继电器的只有一个中加入继电器的只

10、有一个电压电压(可以是相电压或线电压可以是相电压或线电压)和一个电流和一个电流 （可（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器，以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器， 和和 的比值称为继电器的测量阻抗的比值称为继电器的测量阻抗 ，即：，即： Z Zm m可以写成可以写成R+jXR+jX的复数形式，所以可以的复数形式，所以可以利用复数平面来分析继电器的动作特性，并利用复数平面来分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。用一定的几何图形把它表示出来。 多相补偿式阻抗继电器多相补偿式阻抗继电器则是一种多相式继则是一种多相式继电器，加入继电器的是几个相的补偿后电压，电器，加入继电器的是几

11、个相的补偿后电压，它的主要优点是可反映不同相别组合的相间或它的主要优点是可反映不同相别组合的相间或接地短路，但由于加入继电器的不是单一的电接地短路，但由于加入继电器的不是单一的电压和电流，因此就不能利用测量阻抗的概念来压和电流，因此就不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性，而必须结合给定的系统、给定分析它的特性，而必须结合给定的系统、给定的短路点和给定的故障类型对其动作特性进行的短路点和给定的故障类型对其动作特性进行具体的分析。具体的分析。 下面我们将主要讨论下面我们将主要讨论单相式阻抗继电器单相式阻抗继电器。AB321ZZZC距离保护分为距离保护分为三段式三段式：段段：ZIset.3=(0.8

12、0.85)ZAB 瞬时动作瞬时动作 段段：ZIIset.3=Krel(ZAB+KrelZIset.2) 段段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性 后备保护后备保护主保护主保护4.1.4 三段式三段式距离保护的时限特性距离保护的时限特性图4-3 单侧电源网络接线v距离保护的时限特性距离保护的距离保护的动作时间动作时间 t t 与与保护安装处到故障点保护安装处到故障点的距离的距离 l l 之间的关系称为之间的关系称为距离保护的距离保护的时限特性。时限特性。= tI2t= tIII2tAB321ZZZCtI3tII3tIII3tI2tII2tI1tIII2保护保护3 3的的段

13、段保护保护3 3的的段段保护保护3 3的的段段lt图图4 44 4 距离保护的时限特性距离保护的时限特性4.2 4.2 阻抗元件的动作特性和动作方程阻抗元件的动作特性和动作方程4.2.1 4.2.1 继电器的动作特性和动作方程的概念继电器的动作特性和动作方程的概念4.2.2 4.2.2 圆特性阻抗继电器的动作方程圆特性阻抗继电器的动作方程4.2.3 4.2.3 直线阻抗继电器的动作方程直线阻抗继电器的动作方程4.2.4 4.2.4 四边形特性的阻抗元件四边形特性的阻抗元件 阻抗继电器的动作特性是用阻抗元件动作阻抗继电器的动作特性是用阻抗元件动作范围的图形表示的，而动作方程是阻抗元件动范围的图形

14、表示的，而动作方程是阻抗元件动作范围的数学表达式。作范围的数学表达式。4.2.1 继电器的动作特性和动作方程的概念继电器的动作特性和动作方程的概念1、构成阻抗继电器的基本原则ZIop.1=0.85ZBC K ZBC其中：k 线路阻抗角 整定阻抗角 ZK 测量阻抗反方向发生短路时： Zk在第三象限正方向发生短路时： Zk在第一象限dZset 阻抗继电器的动作特性部分不阻抗继电器的动作特性部分不 不是一条直线，而应是包含该不是一条直线，而应是包含该 线段在内的某些简单图形。线段在内的某些简单图形。kIABZC(a)TATVkUABC图44 用复数平面分析阻抗继电器的特性 （a）系统图 （b）阻抗特

15、性图jXR(b)kZk1）线路参数是分）线路参数是分 布，布，差异差异; ; 2) TA,TV2) TA,TV 有误差有误差; ;3 3）故障点过渡电阻）故障点过渡电阻; ;4 4）分布电容等）分布电容等; ; 所以所以Z Zk会超越阴影会超越阴影 区。因此为了尽区。因此为了尽 量简化继电器接线量简化继电器接线 ，且便于制造和，且便于制造和 调试，把继电器调试，把继电器 的动作特性扩大的动作特性扩大 为一个圆或四边为一个圆或四边 形等。形等。kIABZC(a)TATVkUABC图34 用复数平面分析阻抗继电器的特性 （a）系统图 （b）阻抗特性图jXR(b)Zset.1=0.85ZBCZBCd

16、ZsetkZk由于：4.2.24.2.2 圆特性阻抗继电器的动作方程圆特性阻抗继电器的动作方程 单相式阻抗继电器的构成方式有两种：对电单相式阻抗继电器的构成方式有两种：对电气量的幅值进行比较（气量的幅值进行比较（比幅式阻抗继电器比幅式阻抗继电器）和对）和对电气量的相位进行比较（电气量的相位进行比较（比相式阻抗继电器比相式阻抗继电器）。）。 圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器主要有全阻抗继电器、主要有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器等。方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器等。 下面我们来讨论这些圆特性阻抗继电器的下面我们来讨论这些圆特性阻抗继电器的动作特性和动作方程。动作特性和动作方程。动作

17、特性及动作方程的分析动作特性及动作方程的分析1）、全阻抗继电器）、全阻抗继电器（1 1）幅值比较）幅值比较msetZZ动作与边界条件：动作与边界条件：,mmsetmZIBZIA令令 比幅式继电器的动作与边界条件比幅式继电器的动作与边界条件为：为：BA图45 全阻抗继电器的动作特性RjXZm(Zcl)Zset (Zzd)（2 2）相位比较）相位比较动作与边界条件动作与边界条件: :90arg90msetmsetZZZZ( a )( a )Zset-mZsetZZmZm+setZjXjXoR R( b )( b )ZsetmZZset+mZjXjXoR RZset-mZ( c )( c )ZmZ

18、m+setZZset-mZjXjXoR RZset2 2）、方向阻抗继电器）、方向阻抗继电器（1 1）幅值比较）幅值比较动作与边界条件：动作与边界条件：（2 2）相位比较）相位比较动作与边界条件：动作与边界条件：setsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ动作特性动作特性 3 3）、偏移特性阻抗继电器）、偏移特性阻抗继电器（1 1）幅值比较）幅值比较动作与边界条件：动作与边界条件：RjXoZsetZm图49(a）偏移特性阻抗继电器的动作特性osetZsetoZZ)1 (21ZmZoZoosetomZZZZ其其中中：，此方程即为，此方程即为全阻抗继电器动全阻抗继电器动作方程。作方程

19、。，此方程即为，此方程即为方向阻抗继电方向阻抗继电器动作方程；器动作方程；setoZZ210，若若0oZ1，若若setmsetmmZIZIU)1 (21)1 (21omsetmommZIZIZIU（2 2）相位比较）相位比较动作与边界条件：RjXoZsetZm图49（b）偏移特性阻抗继电器的相位比较分析osetZZsetZmZm+Zset90arg90setmmsetZZZZ4 4）、圆特性阻抗继电器的通用动作方程）、圆特性阻抗继电器的通用动作方程 mmAIKUKU21mmBIKUKU43令令 mAIKU2m3BUKU041 KK(1)(1)当当时，时， BAUU 若若m3m2UKIKmIK3

20、setZKK32令令全阻抗继电器绝对值比较动作方程全阻抗继电器绝对值比较动作方程msetZZ 32KKZmmIAIKUmImBIKUKU3， 若若BAUUmImmIIKUKIK3mIK3setIZKK213令令方向阻抗继电器绝对值比较动作方程方向阻抗继电器绝对值比较动作方程01KIKKK42(2)(2)当当，即：，即： ，33KKZKKImIsetsetmZZZ2121上式即表示偏移上式即表示偏移特性圆特性特性圆特性 24KK 若若 时，时，可知合理地选择系数可知合理地选择系数K1、K3、K2、K4，并经过适当并经过适当的变换，可得到各种阻抗的变换，可得到各种阻抗圆特性的动作方程。圆特性的动作

21、方程。 mAIKU2mmBIKUKU43，01K(3)(3)令令时，时，mIK3若若BAUUmmmIKUKIK432圆的半径矢量圆的半径矢量圆心矢圆心矢量量34m32KKZKK上式即表示上抛上式即表示上抛圆或下抛圆特性圆或下抛圆特性 若若24KK 时，时，圆的表达圆的表达式式4.2.34.2.3、直线特性阻抗继电器、直线特性阻抗继电器（1 1）幅值比较）幅值比较（2 2）相位比较）相位比较1 1、电抗特性、电抗特性图示阴影区为该阻图示阴影区为该阻抗元件的动作区抗元件的动作区 ，直线直线1为为jx的垂直平的垂直平分线。分线。 9021)21(arg90setsetmZZZ电抗特性电抗特性 称为纯

22、电抗特性，称为纯电抗特性，直线直线1以下所示半平面以下所示半平面动作方程：msetmZZZ动作方程：jxZset当当mmZRZ2、电阻特性、电阻特性（1）幅值比较称为纯电阻特性，直线称为纯电阻特性，直线1以以左所示半平面左所示半平面（2）相位比较9021)21(arg90setsetmZZZ电阻特性电阻特性 动作方程：动作方程：RZset当当 3、功率方向特性、功率方向特性功率方向特性功率方向特性 setmsetmZZZZ（1）幅值比较（2）相位比较90arg90setmZZ小结：直线特性一般不单独应用，而是与其他小结：直线特性一般不单独应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。动作方程：动作方程：4.2.44.2.4、四边形特性的阻抗元件、四边形特性的阻抗元件 由于圆特性阻抗继电器存在以下两个缺点：由于圆特性阻抗继电器存在以下两个缺点： 受短路点过渡电阻的影响较大；受短路点过渡电阻的影响较大； 长距离重负荷线路时长距离重负荷线路时, ,躲负荷阻抗的能力差。躲负荷阻抗的能力差。为此，