电网距离保护

1、3 . 电网距离保护电网距离保护3.1 距离保护的基本原理与构成距离保护的基本原理与构成3.2 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性3.3 阻抗继电器的实现方法阻抗继电器的实现方法3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的评价距离保护的整定计算与对距离保护的评价3.5 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁3.6 故障类型判断和故障选相故障类型判断和故障选相3.7 距离保护特殊问题的分析距离保护特殊问题的分析3.8 工频故障分量距离保护工频故障分量距离保护3.1 距离保护的基本原理与构成距离保护的基本原理与构成 3.1.1 距离保护的概念距离保护的概念 3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的

2、关系测量阻抗及其与故障距离的关系 3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取 3.1.4 距离保护的时限特性距离保护的时限特性 3.1.5 距离保护的构成距离保护的构成3.1.1 距离保护的概念距离保护的概念 距离保护： 利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。 整定距离LSet 故障点到保护安装处的距离Lk测量阻抗测量阻抗 测量阻抗测量阻抗(Zm)： 保护安装处测量电压保护安装处测量电压Um与测量电流与测量电流Im之比。之比。 复数复数Zm的表示：的表示： 系统正常运行时，系统正常运行时，Zm为

3、负荷阻抗为负荷阻抗Zl，其特点，其特点: 阻抗的量值较大阻抗的量值较大 阻抗性质以电阻性为主阻抗性质以电阻性为主 发生金属性短路时，发生金属性短路时，Zm变为短路点与保护安装处的线路阻抗，变为短路点与保护安装处的线路阻抗， 阻抗角等于输电线路的阻抗角，阻抗性质以电感性为主。阻抗角等于输电线路的阻抗角，阻抗性质以电感性为主。mmmIUZmmmmmjXRZZkkkmLjxrLzZZ)(111三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取单相系统中，测量电压单相系统中，测量电压 就是保护安装处的电压，测量电流就是保护安装处的电压，测量电流 就是被保就是被保护元件中的电流，系统金

4、属性短路时两者之间的关系为：护元件中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：实际三相系统中，各相的电压、电流都不再简单地满足上式。实际三相系统中，各相的电压、电流都不再简单地满足上式。kmkmmmmLzIZIZIU1kCkCCkBkBBkAkAkAAAAkAKAKAKAkAALzIKIUULzIKIUULzIKIULzzzzIIIIULzILzILzIUU10101011100021002211)3()3()3(33)(单相接地短路故障单相接地短路故障 A相金属性接地短路时，相金属性接地短路时， ，上式变为：，上式变为： 若令若令 、 ，又可表示为：，又可表示为： 由由 、 算出的测量阻抗能

5、够准确反应故障的距离，可以实现对算出的测量阻抗能够准确反应故障的距离，可以实现对故障区段的比较和判断。故障区段的比较和判断。 B、C两相电压、电流算出的测量阻抗不会动作。两相电压、电流算出的测量阻抗不会动作。 B相单相接地故障时，用相单相接地故障时，用 、 作为测量电压、电流能够正确反应故障距离，作为测量电压、电流能够正确反应故障距离， C相单相接地故障时，用相单相接地故障时，用 、 作为测量电压、电流能够正确反应故障距离。作为测量电压、电流能够正确反应故障距离。0kAUkAALzIKIU10)3(AmAUU03IKIIAmAkmAmALzIU1mAUmAIBmBUU03IKIIBmBCmCU

6、U03IKIICmC两相接地短路两相接地短路金属性两相接地短路故障时，故障点处两接地相的电压都为金属性两相接地短路故障时，故障点处两接地相的电压都为0。以以BC两相接地故障为例，两相接地故障为例，令令 ， 或或 ，有：有： 根据上式作出的测量和判断能够准确反应故障距离根据上式作出的测量和判断能够准确反应故障距离此外，将以上两式相减，可得到：此外，将以上两式相减，可得到：取取作为测量电压、测量电流，也能正确判断故障距离作为测量电压、测量电流，也能正确判断故障距离A相的测量电压、测量电流不能正确判断故障。相的测量电压、测量电流不能正确判断故障。同理可以分析出同理可以分析出AB两相或两相或CA两相接

7、地故障时的情况两相接地故障时的情况0kCkBUUBmBUU03IKIIBmB03IKIICmCkmBmBLzIU1kmCmCLzIU1kCBCBLzIIUU1)(03IKIICmCCBmBCUUUCBmBCIIICmCUU两相不接地短路故障两相不接地短路故障 金属性两相短路的情况下，故障点处两故障相的对金属性两相短路的情况下，故障点处两故障相的对地电压相等，各相电压都不为地电压相等，各相电压都不为0， 以以A、B两相故障为例，两相故障为例， 令令 可以进行故障判别。可以进行故障判别。 非故障相非故障相C相故障点处的电压与故障电压不等，作相故障点处的电压与故障电压不等，作相减时不能被消掉，不能用

8、来进行故障距离的判断。相减时不能被消掉，不能用来进行故障距离的判断。kBkAUUkBABALzIIUU1)(BAmABBAmABIIIUUU,三相对称短路三相对称短路 故障点处的各相电压相等，且在三相系统对故障点处的各相电压相等，且在三相系统对称时均为称时均为0。 这种情况下，应用任何一相的电压、电流或这种情况下，应用任何一相的电压、电流或任何两相的相间电压、两相电流差作为距离任何两相的相间电压、两相电流差作为距离保护的测量电压和电流，都可以用来进行故保护的测量电压和电流，都可以用来进行故障判断。障判断。故障环路的概念及测量电压电流的选取故障环路的概念及测量电压电流的选取 故障环路：故障环路：

9、 故障电流可以流通的通路称为故障环路。故障电流可以流通的通路称为故障环路。 以故障环路上的电压和环路以故障环路上的电压和环路 中流通的电流作为测量电压和中流通的电流作为测量电压和测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处到故障点的距离。到故障点的距离。 类型：类型： 单相接地短路：一个相地故障环路；单相接地短路：一个相地故障环路； 两相接地短路：两个相地故障环路；两相接地短路：两个相地故障环路； 两相不接地短路：一个相相故障环路；两相不接地短路：一个相相故障环路； 三相短路接地：三个相地故障环和三个相相故障环路。三相短路接地：三个相地故

10、障环和三个相相故障环路。距离保护接线方式距离保护接线方式 接地距离保护接线方式：接地距离保护接线方式： 对于保护接地短路，取接地短路的故障环路为相对于保护接地短路，取接地短路的故障环路为相-地故地故障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流。电流为带有零序电流补偿的故障相电流。 由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离。相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离。 相间距离保护接线方式：相间距离保护接线方式： 对于

11、相间短路，故障环路为相对于相间短路，故障环路为相-相故障环路，取测量电相故障环路，取测量电压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相电流之差。相电流之差。 由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离。路和两相短路接地情况下的故障距离。两种接线方式的距离保护在不同类型短路时动作情况两种接线方式的距离保护在不同类型短路时动作情况距离保护的时限特性距离保护的时限特性 距离保护的时限特性：距离保护的时限特性： 距离保护的动作时间与故障点到保护安装处的距距离保护的

12、动作时间与故障点到保护安装处的距离之间的关系。离之间的关系。 三段式的阶梯时限特性：三段式的阶梯时限特性： 距离距离段为无延时的速动段；段为无延时的速动段； 段为带固定时限的速动段，固定的时延一般为段为带固定时限的速动段，固定的时延一般为0.30.6秒；秒； 段时限需与相邻下级线路的段时限需与相邻下级线路的段或段或段保护配段保护配合，在其延时的基础上再加上一个时间级差合，在其延时的基础上再加上一个时间级差 。距离保护的时限特性距离保护的时限特性距离保护的构成距离保护的构成 启动部分：启动部分： 用来判别系统是否发生故障。用来判别系统是否发生故障。 当作为远后备保护范围末端发生故障时，应灵敏、快

13、速当作为远后备保护范围末端发生故障时，应灵敏、快速动作，使整套保护迅速投入工作。动作，使整套保护迅速投入工作。 测量部分测量部分 距离保护的核心。距离保护的核心。 在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。距离，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。 振荡闭锁部分：振荡闭锁部分： 在电力系统发生振荡时，距离保护不应该动作。在电力系统发生振荡时，距离保护不应该动作。 为防止保护误动，要求该元件准确判别系统振荡，并将为防止保护误动，要求该元件准确判别系统振荡，并将保护闭锁。保护闭锁。距离保护的

14、构成距离保护的构成 电压回路断线部分：电压回路断线部分： 电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。 配合逻辑部分：配合逻辑部分： 用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。保护中各段之间的时限配合。 出口部分：出口部分： 包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路包括跳闸出口和信号出口

15、，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。并发出相应的信号。3.2 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 阻抗继电器动作区域的概念阻抗继电器动作区域的概念 阻抗继电器的动作特性和动作方程阻抗继电器的动作特性和动作方程 绝对值比较与相位比较之间的转换关系绝对值比较与相位比较之间的转换关系阻抗继电器动作区域的概念阻抗继电器动作区域的概念 阻抗继电器的作用：阻抗继电器的作用： 在系统发生短路故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗在系统发生短路故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗Zm，并将，并将它与整定阻抗它与整定阻抗Zset相比较，以确定出故障所处的区段，在保护范围内相比较，以确定出故障所处

16、的区段，在保护范围内部故障时，给出动作信号。部故障时，给出动作信号。 在实际情况下，继电器实际的测量阻抗在实际情况下，继电器实际的测量阻抗Zm一般并不能严格一般并不能严格地落在与地落在与Zset同向的直线上，而是在该直线附近的一个区域同向的直线上，而是在该直线附近的一个区域中。中。 在阻抗复平面上的动作区域：在阻抗复平面上的动作区域： 包括包括Zset对应线段在内，但在对应线段在内，但在Zset的方向上不超过的方向上不超过Zset。 圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。 动作区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。动作区域的边界就是阻

17、抗继电器的临界动作边界。阻抗继电器的动作特性和动作方程阻抗继电器的动作特性和动作方程 动作特性：动作特性： 阻抗继电器动作区域的形状，称为动作特性。阻抗继电器动作区域的形状，称为动作特性。 类型：类型： 圆特性、苹果形、橄榄形、多边形、圆特性、苹果形、橄榄形、多边形、 直线特性以及复合特性。直线特性以及复合特性。 动作方程：动作方程： 描述动作特性的复数的数学方程。描述动作特性的复数的数学方程。 主要有两种方式：主要有两种方式： 绝对值（或幅值）比较。绝对值（或幅值）比较。 相位比较。相位比较。圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器 分为偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上分为偏移圆特性、方向圆

18、特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性等几种类型。抛圆特性等几种类型。 偏移圆特性阻抗继电器：偏移圆特性阻抗继电器： 有两个整定阻抗：有两个整定阻抗： 正方向整定阻抗正方向整定阻抗Zset1 反方向整定阻抗反方向整定阻抗Zset2 动作区域如图所示，动作区域如图所示， 圆心：圆心： 半径：半径：2121setsetZZ2121setsetZZ偏移圆特性继电器偏移圆特性继电器 阻抗继电器的动作特性：阻抗继电器的动作特性： 当测量阻抗落在圆内，阻抗继电器动作。当测量阻抗落在圆内，阻抗继电器动作。 当测量阻抗落在圆外时，阻抗继电器不动作。当测量阻抗落在圆外时，阻抗继电器不动作。 当测量阻抗正好落在圆周上时，

19、阻抗继电器临界动作。当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗继电器临界动作。 绝对值比较动作方程：绝对值比较动作方程： 相位比较动作方程：相位比较动作方程：21212121setsetsetsetmZZZZZ90arg9021setmmsetZZZZ偏移圆特性阻抗继电器的动作阻抗偏移圆特性阻抗继电器的动作阻抗 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗，称为使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗，称为动作阻抗，通常用动作阻抗，通常用Zop表示。表示。 对于偏移园特性阻抗继电器，有：对于偏移园特性阻抗继电器，有： 当测量阻抗当测量阻抗Zm的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角的阻抗角相等

20、时，阻抗继电器的动作阻抗最大，且相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，且 此时继电器最为灵敏，此时继电器最为灵敏，Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。的阻抗角又称为最灵敏角。 若若Zset2的方向正好与的方向正好与Zset1的方向相反，则的方向相反，则Zset2可用下式可用下式表示：表示： 称为偏移特性的偏移率。称为偏移特性的偏移率。 通常用在距离保护的后备段（第通常用在距离保护的后备段（第段）段）1setopZZopsetZZ2方向圆特性方向圆特性 方向圆特性，动作区域如图所示。方向圆特性，动作区域如图所示。 特性圆经过坐标原点处，因此，特性圆经过坐标原点处，因此， 圆心为：圆心为： 半径为：半径

21、为： 方向圆特性的绝对值比较动作方程：方向圆特性的绝对值比较动作方程： 方向圆特性的相位比较动作方程：方向圆特性的相位比较动作方程： 阻抗元件本身具有方向性。阻抗元件本身具有方向性。 方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段(段和段和段段)中。中。 setsetZZ102setZsetZ21setZ21setsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ全阻抗圆特性全阻抗圆特性 动作区域如图所示。动作区域如图所示。 圆心位于座标原点，半径为圆心位于座标原点，半径为Zset。 绝对值比较动作方程：绝对值比较动作方程： 相位比较动作方程：相

22、位比较动作方程： 全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，不具方向性。全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，不具方向性。 应用：应用： 单侧电源的系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。单侧电源的系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。setsetZZ1setsetZZ2setmZZ90arg90msetmsetZZZZ上抛圆阻抗特性上抛圆阻抗特性 动作区域如图所示动作区域如图所示 Zset1、Zset2都处于第一象限都处于第一象限 特性圆不包括坐标原点，特性圆不包括坐标原点， 圆心位于：圆心位于： 半径为：半径为： 抛圆阻抗特性的动作方程：抛圆阻抗特性的动作方程

23、： 与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式 不同之处在于所处的象限不同。不同之处在于所处的象限不同。 应用：通常用在发电机的失磁保护中。应用：通常用在发电机的失磁保护中。2/ )(21setsetZZ2/21setsetZZ特性圆的偏转特性圆的偏转 临界动作的边界为临界动作的边界为90 +和和90 +， 动作的范围仍为动作的范围仍为180 ， 这时的相位比较动作方程变为：这时的相位比较动作方程变为： 若若=0 ，动作特性为：，动作特性为： 一个以一个以Zset1、Zset2的末端连线为直径的圆。的末端连线为直径的圆。 若若0 ，动作特性：，

24、动作特性： 仍是一个圆，但仍是一个圆，但Zset1、Zset2的末端连线变成了它的一个弦。的末端连线变成了它的一个弦。 取不同值时的动作特性如图所示。取不同值时的动作特性如图所示。 当当a为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当a为负角时，为负角时，特性圆左偏。特性圆左偏。 方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性也都可以作类似方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性也都可以作类似的偏转。的偏转。90arg90msetmsetZZZZ苹果形和橄榄形阻抗元件苹果形和橄榄形阻抗元件 考察相位比较方程中动作的范围不等于考察相位比较方程中动作的范围不等于180o的情况，的情况，

25、 以方向圆特性为例，动作方程变为：以方向圆特性为例，动作方程变为： 若若 90o，该方程对应的动作区域为苹果形区域；，该方程对应的动作区域为苹果形区域； 若若 90o，该方程对应的动作区域为橄榄形区域。，该方程对应的动作区域为橄榄形区域。 苹果特性：苹果特性： 在在R方向上的动作区较大；方向上的动作区较大； 耐受过渡电阻的能力较高；耐受过渡电阻的能力较高； 耐受过负荷的能力比较差。耐受过负荷的能力比较差。 橄榄特性：橄榄特性： 耐受过负荷能力较强；耐受过负荷能力较强； 耐过渡电阻能力较差。耐过渡电阻能力较差。msetmsetZZZZarg直线特性的阻抗元件直线特性的阻抗元件 根据直线在阻抗复平

26、面上位置和方向根据直线在阻抗复平面上位置和方向的不同，直线特性可分为：的不同，直线特性可分为： 电抗特性电抗特性 电阻特性电阻特性 方向特性方向特性电抗特性电抗特性动作边界如图直线动作边界如图直线1所示所示绝对值比较动作方程为：绝对值比较动作方程为：相位比较动作方程为：相位比较动作方程为：其动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关。有很强的耐其动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关。有很强的耐过渡电阻的能力。过渡电阻的能力。但是它本身不具有方向性，且负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它但是它本身不具有方向性，且负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其它特性复

27、合，形成具有复合特性的阻抗元件。不能独立应用，而是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。实际应用的电抗特性一般为图中的直线实际应用的电抗特性一般为图中的直线2，称为准电抗特性或修正电抗特，称为准电抗特性或修正电抗特性。性。对应的相位比较式的动作方程为：对应的相位比较式的动作方程为：90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ90arg90setsetmjXjXZ90arg90setsetmjXjXZsetmmjXZZ电阻特性电阻

28、特性 电阻特性的动作边界如图所示。电阻特性的动作边界如图所示。 绝对值比较方程为：绝对值比较方程为： 相位比较方程为：相位比较方程为： 电阻特性通常也是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻电阻特性通常也是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。抗元件。 实际应用的电阻特性一般为图中的直线实际应用的电阻特性一般为图中的直线2，对应的相位比较，对应的相位比较式的动作方程为：式的动作方程为：90arg90setsetmRRZ90arg90setsetmRRZsetmmRZZ290arg90setsetmRRZsetmmRZZ2方向特性方向特性 方向特性的动作边界如图所示。方向特性的动作边界如图所

29、示。 绝对值比较方程为绝对值比较方程为: 相位比较方程为相位比较方程为:90arg90setmZZsetmsetmZZZZ90arg90setmZZsetmsetmZZZZ多边形特性的阻抗元件多边形特性的阻抗元件 多边形特性的阻抗元件，能够同时兼顾耐受过渡电多边形特性的阻抗元件，能够同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力，最常用的多边形为四边阻的能力和躲负荷的能力，最常用的多边形为四边形和稍做变形的准四边形特性。形和稍做变形的准四边形特性。多边形特性的阻抗元件多边形特性的阻抗元件 四边形可以看作是准电抗特性直线、准电阻特性直线和折线四边形可以看作是准电抗特性直线、准电阻特性直线和折线复合而成

30、的，当测量阻抗落在它们所包围的区域时，测量元复合而成的，当测量阻抗落在它们所包围的区域时，测量元件动作，落在该区域以外时，测量元件不动。件动作，落在该区域以外时，测量元件不动。 基于相位比较原理的折线特性的动作方程为：基于相位比较原理的折线特性的动作方程为： 当测量阻抗同时满足三个特性对应的方程时，说明当测量阻抗同时满足三个特性对应的方程时，说明Zm一定一定落在四边形内，阻抗继电器动作；只要任一个方程不满足，落在四边形内，阻抗继电器动作；只要任一个方程不满足，说明说明Zm一定落在四边形外，阻抗元件不动。一定落在四边形外，阻抗元件不动。 用以上三个特性相用以上三个特性相“与与”，就可获得四边形特

31、性。，就可获得四边形特性。22190argsetsetmRZZ复合特性的阻抗元件复合特性的阻抗元件 将各种特性复合而得到的动作特性称为复合特性。将各种特性复合而得到的动作特性称为复合特性。 常用的复合方式有两种：常用的复合方式有两种： “与与”复合：参与复合的各特性动作区的公共部分，为复复合：参与复合的各特性动作区的公共部分，为复合特性的动作区。合特性的动作区。 “或或”复合：参与复合的任一特性的动作区，都是复合特复合：参与复合的任一特性的动作区，都是复合特性的动作区。性的动作区。 苹果特性可以看作是两个共弦的圆特性的苹果特性可以看作是两个共弦的圆特性的“或或”复合，复合， 橄榄特性则是两个共

32、弦的圆特性的橄榄特性则是两个共弦的圆特性的“与与”复合，复合， 四边形特性也可以看作是直线特性与折线特性的四边形特性也可以看作是直线特性与折线特性的“与与”复复合。合。绝对值比较与相位比较之间的转换关系绝对值比较与相位比较之间的转换关系 绝对值比较动作条件的一般表达式为：绝对值比较动作条件的一般表达式为： 相位比较动作条件的一般表达式为：相位比较动作条件的一般表达式为：90arg90DCZZABZZ绝对值比较与相位比较之间的转换关系绝对值比较与相位比较之间的转换关系 由图可知，四个量之间关系为：由图可知，四个量之间关系为： 利用这些关系，已知绝对值比较方程，可以方便利用这些关系，已知绝对值比较

33、方程，可以方便地导出相位比较方程，反之亦然。地导出相位比较方程，反之亦然。)(21)(21BADBACDCBDCAZZZZZZZZZZZZ3.3. 阻抗继电器的实现方法阻抗继电器的实现方法 距离保护的功能：距离保护的功能： 判断故障是处于保护区之外还是保护区之内，而不需要知道故障判断故障是处于保护区之外还是保护区之内，而不需要知道故障的具体位置。的具体位置。 距离保护的实现方法距离保护的实现方法: 首先精确地测量出首先精确地测量出Zm，然后再将它与事先确定的动作特性进行比，然后再将它与事先确定的动作特性进行比较，当较，当Zm落在动作区域之内时，判为区内故障，给出动作信号，落在动作区域之内时，判

34、为区内故障，给出动作信号，当当Zm落在动作区域之外时，继电器不动作；落在动作区域之外时，继电器不动作； 无需精确地测出无需精确地测出Zm，只需间接地判断它是处在动作边界之内还是，只需间接地判断它是处在动作边界之内还是处在动作边界之外，即可确定继电器动作或不动作。处在动作边界之外，即可确定继电器动作或不动作。 距离保护的实现原理：距离保护的实现原理： 绝对值比较法绝对值比较法 相位比较法相位比较法3.3.1. 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现 绝对值比较式的阻抗元件，有两种方式实现：绝对值比较式的阻抗元件，有两种方式实现： 阻抗比较式：阻抗比较式： 电压比较式：电压比较式： 上式两端乘以

35、测量电流上式两端乘以测量电流Im，并令，并令可得电压形式的绝对值比较方程：可得电压形式的绝对值比较方程：ABZZAAmUZIBBmUZIABUU模拟式距离保护中绝对值比较的实现模拟式距离保护中绝对值比较的实现传统的模拟式距离保护中，绝对传统的模拟式距离保护中，绝对值比较原理是以电压比较的形式值比较原理是以电压比较的形式实现的。实现的。动作条件为：动作条件为：两侧除以两侧除以 ，令，令 ， 可得阻抗表示的具有方向圆特性可得阻抗表示的具有方向圆特性的阻抗继电器。的阻抗继电器。mUmIBmIAUKIKUUKU2121mImUmIUKUKIK2121mIUKsetUIZKK数字式保护中绝对值比较的实现

36、数字式保护中绝对值比较的实现 数字式保护中，来自数字式保护中，来自TV的测量电压和来自的测量电压和来自TA的测量电流分的测量电流分别通过各自的模拟量输入回路送到别通过各自的模拟量输入回路送到A/D转换器，转换成数字转换器，转换成数字信号，由微型计算机计算出相量信号，由微型计算机计算出相量Um和和Im 。 若用电压比较算法，则直接根据动作特性要求用软件形成两个比较若用电压比较算法，则直接根据动作特性要求用软件形成两个比较电压，并比较它们的大小，决定是否动作；电压，并比较它们的大小，决定是否动作； 若采用阻抗比较算法，则先算出若采用阻抗比较算法，则先算出Zm，然后按动作特性要求形成两个，然后按动作

37、特性要求形成两个比较阻抗，判断它们的大小，决定是否动作。比较阻抗，判断它们的大小，决定是否动作。 数字式保护中实现绝对值比较的关键是计算数字式保护中实现绝对值比较的关键是计算Um、Im或或Zm等等参数。参数。 参数的计算方法：参数的计算方法： 两点积算法、导数算法、付氏算法、解微分方程算法两点积算法、导数算法、付氏算法、解微分方程算法应用傅氏算法计算应用傅氏算法计算 计算步骤：计算步骤： 从电压、电流采样值中计算出测量电压和测量电流基波从电压、电流采样值中计算出测量电压和测量电流基波相量的实部和虚部；相量的实部和虚部； 求出基波测量电压、测量电流和测量阻抗。求出基波测量电压、测量电流和测量阻抗

38、。 计算公式：计算公式：UmIRmUjUUUmmIRIRRIIRIIRRIRIRmmmjXRIIIUIUjIIIUIUjIIjUUIUZ2222mmIUmmmmmZIUIUZImIRmIjIII相位比较原理的实现相位比较原理的实现 相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式：相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式： 将相角表达式的分子、分母同乘以将相角表达式的分子、分母同乘以 Im ，并令，并令 则可得电压形式相位比较方程：则可得电压形式相位比较方程： 90arg90DCUU90arg90DCZZDDmCCmUZIUZI,模拟式保护中相位比较的实现模拟式保护中相位比较的实现 电压的形成两种

39、方式：电压的形成两种方式： 用模拟加减法器运算用模拟加减法器运算 依靠回路串并联连接：依靠回路串并联连接： 以圆特性的方向阻抗元件以圆特性的方向阻抗元件为例，比较电压可由图中为例，比较电压可由图中的回路连接形成。的回路连接形成。mUDmUmICUKUUKIKU9090mUmUmIUKUKIK数字式保护中相位比较的实现数字式保护中相位比较的实现 用阻抗比较的形式实现：用阻抗比较的形式实现： 应用上述阻抗的算法，求出系统故障时的测量阻抗；应用上述阻抗的算法，求出系统故障时的测量阻抗； 然后根据特性要求，与已知的整定阻抗一起，组合出然后根据特性要求，与已知的整定阻抗一起，组合出比较阻抗比较阻抗ZC和

40、和ZD，直接代入动作条件的一般表达式，直接代入动作条件的一般表达式，根据是否满足动作条件，决定是否动作。根据是否满足动作条件，决定是否动作。 用电压比较的形式实现：用电压比较的形式实现： 相量比较相量比较 瞬时采样值比较瞬时采样值比较距离保护的整定计算距离保护的整定计算 阶梯时限配合的三段式配置方式。阶梯时限配合的三段式配置方式。 距离保护的整定计算：距离保护的整定计算： 根据被保护电力系统的实际情况，确根据被保护电力系统的实际情况，确定计算出距离定计算出距离段、段、段和段和段测量段测量元件的整定阻抗与动作时限。元件的整定阻抗与动作时限。 当距离保护用于双侧电源的电力系统当距离保护用于双侧电源

41、的电力系统时，一般要求时，一般要求、 段的测量元件都段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。向性的测量元件。 第第段为后备段，包括对本线路段为后备段，包括对本线路、段保护的近后备、相邻下一级线路段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第所以第段通常采用带有偏移特性的段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的时限保证其选择测量元件，用较大的时限保证其选择性性距离保护第距离保护第I段的整定段的整定整定原则：整定原则：距离距离I段为无延时的速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路

42、末段为无延时的速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。端短路时的测量阻抗来整定。以以A处保护为例：处保护为例：式中式中 距离距离I段的整定阻抗；段的整定阻抗； 被保护线路的长度；被保护线路的长度； 被保护线路单位长度的正序阻抗，被保护线路单位长度的正序阻抗， ； 可靠系数，由于距离保护为欠量动作，所以可靠系数，由于距离保护为欠量动作，所以 ，考虑到继电器误，考虑到继电器误差、互感器误差和参数测量误差等因素，一般取差、互感器误差和参数测量误差等因素，一般取0.80.85。1zLKZABIrelIsetIsetZABL1zIrelK1IrelKkm/距离保护距离保

43、护段的整定段的整定 与相邻线路距离保护相配合，保护与相邻线路距离保护相配合，保护1距离距离段的整定阻抗为：段的整定阻抗为： 式中式中 KIIrel可靠系数，一般取可靠系数，一般取0.8。 与相邻变压器的快速保护相配合，保护与相邻变压器的快速保护相配合，保护1距离距离II段的整定值段的整定值应为：应为： 式中式中 Krel可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.70.75。 Kb 分支系数分支系数 当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时，当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时， 距离距离II段的整定阻抗应分别按上述两种情况计算，取其中的较小者段

44、的整定阻抗应分别按上述两种情况计算，取其中的较小者作为整定阻抗。作为整定阻抗。)(2 .min.1 .IsetbABIIrelIIsetZKZKZ)(min.1 .tbABIIrelIIsetZKZKZ分支系数的确定分支系数的确定 分支系数的定义：分支系数的定义： 有两种情况：有两种情况： 使测量阻抗增大的分支，称为助增分支，对应的电流称为助增电流使测量阻抗增大的分支，称为助增分支，对应的电流称为助增电流 使测量阻抗变小的分支，称为外汲分支，对应的电流称为外汲电流使测量阻抗变小的分支，称为外汲分支，对应的电流称为外汲电流kbBAkBAkBAAmlZKZZIIZIZIZIIUZ121211灵敏度

45、与动作时间灵敏度与动作时间 灵敏度校验：灵敏度校验： 距离保护的距离保护的段，应能保护线路的全长，本线路末端段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。短路时，应有足够的灵敏度。 灵敏系数应满足：灵敏系数应满足： 若灵敏度不能满足要求，距离若灵敏度不能满足要求，距离段应改为与相邻元件段应改为与相邻元件的的段相配合。段相配合。 动作时间的整定：动作时间的整定： 距离保护距离保护段的动作时间，应比与之配合的相邻元件段的动作时间，应比与之配合的相邻元件的动作时间大一个时间级差的动作时间大一个时间级差 ，即：，即： 25. 1ABIIsetsenZZKtttxII)(21t距离保护第距

46、离保护第段的整定段的整定 与相邻下级线路距离保护与相邻下级线路距离保护段或段或段配合：段配合： 与相邻下级变压器的电流、电压保护配合：与相邻下级变压器的电流、电压保护配合： 按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 按上述三个原则进行计算，取其中较小者为距离保按上述三个原则进行计算，取其中较小者为距离保护护段的整定阻抗，采用偏移特性时，偏移率一般段的整定阻抗，采用偏移特性时，偏移率一般取为取为5左右左右)(2 .min.1 .IIsetbABIIIrelIIIsetZKZKZ)(minmin.1 .ZKZKZbABIIIrelIIIsetmax.max.min.mi

47、n.95. 09 . 0LNLLLIUIUZmin.1 .1LressrelIIIsetZKKKZLsetressrelLIIIsetKKKZZcosmin.1 .灵敏度与动作时间灵敏度与动作时间 灵敏度校验：灵敏度校验： 距离保护的距离保护的段作为本线路段作为本线路、保护的近后备时，灵保护的近后备时，灵敏度按本线路末端短路校验：敏度按本线路末端短路校验： 距离保护的距离保护的段作为相邻下级设备保护的远后备时，灵段作为相邻下级设备保护的远后备时，灵敏度按相邻设备末端短路校验：敏度按相邻设备末端短路校验： 动作时间的整定：动作时间的整定： 距离保护距离保护段的动作时间，应比与之配合的相邻元件的段

48、的动作时间，应比与之配合的相邻元件的动作时间大一个时间级差动作时间大一个时间级差 ，但考虑到距离，但考虑到距离段一般段一般不经振荡闭锁，其动作时间不应小于最大的振荡周期不经振荡闭锁，其动作时间不应小于最大的振荡周期（1.5s2s）。）。 t5 . 1)1(ABIIIsetsenZZK2 . 1max.)2(nextbABIIIsetsenZKZZK整定参数的换算整定参数的换算 实际应用时，需要把一次系统值换算到保护接入的实际应用时，需要把一次系统值换算到保护接入的二次系统参数值，二次系统参数值，)2()2()2()1()1()1(mTATVmTAmTVmmmZnnInUnIUZ)1()2(mTVTAmZnnZ)1()2(setTVTAsetZnnZ对距离保护的评价对距离保护的评价 同时利用了短路时的电压电流的变化特征，通过测量故障阻同时利用了短路时的电压电流的变化特征，通过测量故障阻抗来确定故障所处的范围、保护区稳定，灵敏度高，受电网抗来确定故障所处的范围、保护区稳定，灵敏度高，受电网运行方式的影响小，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电运行方式的影响小，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。力系统中应用。