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：简单电流保护的优点：简单可靠可靠经济。缺点：选择经济。缺点：选择性性灵敏性快速性很难满足要求（尤其灵敏性快速性很难满足要求（尤其35kv以上的以上的系统）。系统）。距离保护的性能比电流保护更加完善。距离保护的性能比电流保护更加完善。 A B C 1 2 3 Zd Ud .1fefdddldIUZIUZZ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

2、备保护ABIdzZZ)85. 08 . 0(1)(21IdzABIIKIIdzZZKZ 1 2 3 t1I t1II t2I t1III t2II t2III 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。 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

3、量阻抗的概念来分析它的特性。JJJIUZ.四川大学电气信息学院 吕飞鹏阻抗继电器的动作特性 ZJ A BB C CT IJ UJ PT PTldPTllPTJJJnnZnnIUnInUIUZ1.1.1.1.四川大学电气信息学院 吕飞鹏阻抗继电器的动作特性 1 2 3 R jX A C d o B d 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

4、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 R jX ZZd ZJ R jX Zzd Zzd-ZJ ZJ ZJ+Zzd 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v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。相位比较原

5、理相位比较原理 分子分母同乘以IJ， zdJZZJJJUZI.zdJJZIU.90arg90JzdJzdZZZZ90arg90.JzdJJzdJUZIUZI四川大学电气信息学院 吕飞鹏方向阻抗继电器 lm ZJ ZJ-1/2Zzd R jX Zzd Zzd ZJ Zzd-ZJ R jX 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：zdJzdJJZIZIU.212190arg90.JzdJJU

6、ZIU四川大学电气信息学院 吕飞鹏偏移特性阻抗继电器 -Zzd Z0 Zzd R jX -Zzd Z0 Zzd ZJ ZJ-Z0 R jX -Zzd Zzd Zzd-ZJ R jX ZJ ZJ+Zzd 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：.)1 (21)1 (21zdJzdJJZIZIU90arg90.JzdJzdJJUZIZIUzdzdzdZZZZ)1 (21)(210zdZ)1(21四川大学电气信息学院 吕飞鹏总结三种阻抗的意义测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ

7、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 v 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。 v UAUBUCUD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

8、。而IJZzd则经过DKB获得。 电压形成 UJ IJ 比幅回路 执行 （输出） UA UB 交流回路 电压形成 UJ IJ 比相回路 执行 （输出） UC UD 交流回路 四川大学电气信息学院 吕飞鹏阻抗继电器的接线方式 v基本要求 要使ZJ正比于ld，且与故障类型无关。v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03IK1基本要求：1）DJZZ2）ZJ与故障类型无关 2类型J1J2J30接线+30接线-30接线相电压和具有3KI0补偿的相电流接线JUJIJUJIJUJIABUABU

9、ABUAUBCUBCUBCUBUCAUCAUCAUCAUBAIICBIIACIIAIBIBICICIAI03IKIA03IKIB03IKIC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：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；zdJzdJJZIZIU.212190arg90.JzdJJUZIU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

10、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 v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v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 相位基本一致，它相当于“记住”了故障以前电压的相位v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uIRIUuRRpUU ,四川大学电气信息学院

11、吕飞鹏（2）高Q值50Hz带通有源滤波器v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 v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。v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v不能消除出口三相短路的电压死区v一般与电压记忆回路同时采用JU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v当采用记忆回路后，极化电压将短时记忆短路

12、前负荷状态厂母线电压：v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；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v当保护范围末端AB两相短路时，四川大学电气信息学院 吕飞鹏v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v实际工作非理想的条件,

13、 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v定义最小精确工作电流v要求阻抗继电器的动作阻抗误差小于10%，则必须满足zdJzdZZJJGII9 . 0min.|min.JGJII 四川大学电气信息学院 吕飞鹏距离保护的整定计算原则 v1. 距离保护I段的整定 v原则：按躲过线路末端故障整定。 ABIKI1zdZKZ85. 08 . 0IKK四川大学电气信息学院 吕飞鹏 2. 距离保护II段的整定v 原则1：与相邻线路距离I段配合v原则2：按躲过线路末端变压器低压侧母线短路整定v取上述两项中数值小者作为II段定值。v 动作时间： v 灵敏度

14、校验：按本线路末端故障校验灵敏度。 )(2min.1IzdfzABIIKIIzdZKZKZ8 . 0IIKK )ZKZ(KZbmin.fzABIIKII1zd7 . 0IIKK stttIII5 . 02125.11ABIIzdlmZZK四川大学电气信息学院 吕飞鹏3. 距离保护III段整定v 原则：按躲过最小负荷阻抗整定。v 求最小负荷阻抗：v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。v对于全阻抗继电器，其整定值为：v对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为 max.femax.fmin.fmin.fhI3/U)95.09.0(IUZmin.11fhhzqIIIKIIIzdZKKK

15、Zmin.1)cos(1fhfdhzqIIIKIIIzdZKKKZ四川大学电气信息学院 吕飞鹏距离保护III段整定v动作时间按阶梯时限原则整定。v灵敏度校验：v 近后备的灵敏度：v v远后备的灵敏度：v 最小精确工作电流校验v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。 5 . 11ABIIIzdlmZZK2 . 1max.1BCfzABIIIzdlmZKZZK5 . 1min.min.lhjgdnII四川大学电气信息学院 吕飞鹏对距离保护的评价 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

16、%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

17、院 吕飞鹏影响距离保护正确动作的因素及防止方法v阻抗继电器测量阻抗受很多因素影响。主要有v短路点的过渡电阻；v电力系统振荡；v保护安装处与故障点之间有分支电路；vCT,PT的误差；vPT二次回路断线；v串连补偿电容。v 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：gggIlR v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。v过渡电阻的影响：v过渡电阻的性质：v相间短路电弧电阻v接地短路电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻v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

18、飞鹏fdgddddddgdJJJZZRIIZIZIRIIUZ.jgddfeRIIZ四川大学电气信息学院 吕飞鹏v纯电阻性，Zj 增大 单侧电源网络0.dIgfddRZII,.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 v 短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小；v 保护装置整定值越小，受过渡电阻影响越大；v 短线路受过渡电阻影响尤其明显；v 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 jgddLJeRIIZZ11jgddJeRIIZ2jgddJeRIIZ3四川大学电气信息学院 吕飞鹏v 保护3：正方向出口短路，0, 电阻电感性

19、， Zj电抗部分增大v=0.5s，应采取措施。距离段：因为特性圆较大，影响较小v 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 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 v 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电

20、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 v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。)3600 (2sin2)1 (.ZEZeEZZZEEIMjMNLMNM四川大学电气信

21、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MMMZIEU.N.N.N.ZIEU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。 2Z0.ZUI最大，相当于在线路z点发生三相短路。180四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vM侧：22)2()21 (2.ctgZjZZZjctgZZMMmJ 02ctg.2Zj)Z2Z(ZMJ18002ctgMJZ2ZZ 3602ctg.2Zj)Z2Z(ZMJ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NMZMZNZj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 吕飞鹏响的反方向，不受振荡影振荡中心位于保护范围）（的正方向，保护误动振荡中心位于保护范围）（置保护安装在振荡中心位设代替令, 2/1m3, 2/1m2, 2/1m) 1 (2ctg2Zj2Z)m21(ZZ/Zm,ZZ2ctg2Zj)Z2Z(Zm. JxMxMm. JM=0.5M0.5四川大学电气信息学院 吕飞鹏系统振荡时距离保护的影响 v当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。v全阻抗继电器误动的相角v方向阻抗继电器误动的相角 141423Tt