高压线路距离保护

1、 高压线路距离保护随着电力系统的进一步发展，出现了容量大、电压高、距离长、负荷重和结构复杂的网络，这时简单的电流、电压保护就难于满足电网对保护的要求。如高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端短路时，短路电流数值与负荷电流相差不大，故电流保护往往不能满足灵敏度的要求；对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式的变化而变化，保护范围不稳定，某些情况下甚至无保护区，所以不是所有情况下都能采用电流速断保护的；对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难于满足电力系统对保护快速动作的要求。自适应电流保护，是根据保护安装处正序电压、电流的故障分量，可计

2、算出系统正序等值阻抗，同时通过选相可确定故障类型，取相应的短路类型系数值，使自适应电流保护的整定值随系统运行方式、短路类型而变化，这样就克服了传统电流保护的缺点，从而使保护区达到最佳效果。但在高电压、结构复杂的电网中，自适应电流保护的优点还不能得到发挥。因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中的一种。一、距离保护的基本概念距离保护（阻抗保护）：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（阻抗）而工作的保护。是反应测量阻抗降低而动作的保护。电流保护：反应短路电流增大而动作的保护。 经济、可靠；受运行方式影响，很难保证

3、灵敏性。测量阻抗为：正常运行时：测量电压 高，测量电流 小，测量阻抗大；内部短路时：测量电压 小，测量电流 大，测量阻抗小。mUmImUmImmmIUZmmmIUZ距离保护的基本概念距离保护的基本概念 距离保护是反应测量阻抗变化的阻抗保护。mjmmmmmmeZjXRIUZ测量阻抗 是复数。mZJImZJUKKsZdZ是保护安装处至短路故障处之间线路的阻抗。dZ设线路单位长度阻抗为lZZZdm1l1Z距离保护的基本工作原理 距离保护的测量阻抗 正比与故障距离 ，通过测量阻抗 的大小就可以确定故障距离 。mZklkl以母线A处安装的距离保护1为例分析。设定一个小于线路全长的保护范围，用整定距离表示

4、setL保护范围内部故障时： ，即 ，保护动作；保护范围外部故障时： ，即 ，保护不动作。setkLl setkLl 故障距离 和测量阻抗 成正比，则整定距离 对应于整定阻抗 。lmZsetZsetLsetmZZsetmZZ距离保护的时限特性 距离保护是利用测量阻抗来反应保护安装处至短路点之间的距离，当两个故障点分别发生在线路的末端或下一级线路始端时，保护同样存在无法区分故障点选择性的问题，为了保证选择性，目前获得广泛应用的是阶梯形时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也做成三阶梯式，即有与三个动作范围相对应的三个动作时限，距离I段为无延时的速动段，其动作时限仅为保护装置的

5、固有动作时间。为了与下一条线路保护的I段有选择性的配合，则两者保护范围不能重叠，因此，I段的保护范围不能延伸到下一线路中去，而为本线路全长的80%85%，即I段的动作阻抗整定为80%85%线路全长的阻抗。距离II段为带延时的速动段，其时限为。为了有选择性地动作，距离II段的动作时限和启动值要与相邻下一条线路保护的I段和II段相配合。根据相邻线路之间选择性配合的原则：两者的保护范围重叠，则两者保护的动作时限整定不同；若动作时限相同，则保护范围不能重叠；因此，与下一线路距离保护I段的配合，采取整定时限大于下一线路保护I段时间一个的措施，通常第II段的整定时限取0.5s；与下一线路保护的第II段之间

6、的配合，因两者时限相同，则保护范围不能重叠，故距离保护II段的保护范围不应超过下一线路距离I段的保护范围，即第II段的动作阻抗整定为小于下一条线路第I段保护范围末端短路时的测量阻抗。 距离III段为本线路和相邻线路(元件)的后备保护，其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线出线保护的最大动作时限一个，其动作阻抗应按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定。短路点距离保护安装点近时，短路点距离保护安装点近时，Zm小，动作时间短；小，动作时间短；短路点距离保护安装点远时，短路点距离保护安装点远时，Zm大，动作时间长；大，动作时间长；阶梯型时限特性，分为距离阶梯型时限特性，分为距离I、

7、II、III段。段。ABABrelsetZZKZ)85. 08 . 0(II1 .整定阻抗：动作时限：秒0It距离段只能保护线路首端一部分，瞬时动作。距离段的保护范围不受系统运行方式的影响，也不受故障类型的影响。1、距离段其中， 是距离段可靠系数，取0.85左右。relK)(I2 .IIII1 .setABrelsetZZKZ秒tt整定阻抗：动作时限：距离段能够保护本线路全长及下级线路首端一部分。2、距离段，可靠系数 85. 0relK距离段能够保护本线路AB全长，及下一级线路首端部分，延时动作。min.1fzqrerelsetZKKKZ动作时限：ttt21整定阻抗：3 . 12 . 1 ，一

8、般取是距离段的可靠系数relK、自起动系数。是距离段的返回系数、zqKKre距离段能够保护本线路AB全长，下一级线路全长及更远的线路。动作时限为阶梯配合时限特性。， 是最小负荷阻抗min. fZ距离段：（1）保护本线路全长的8085；（2）瞬时动作，即动作时限为0s。距离段：（1）保护本线路全长及相邻下一线路首端部分，但不超过下一条线路距离段的保护范围；（2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。距离段：（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；（2）延时动作，一般动作时限为：ttt 21三段式距离保护总结距离保护的组成 距离保护装置一般由以下五个部分组成。 1. 启动部分当被保护线路发生

9、故障时，瞬间启动保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼有后备保护的作用。通常启动元件采用过电流继电器或阻抗继电器。为了提高元件的灵敏度，也可采用反应负序电流或零序电流分量的复合滤过器来作为启动元件。2. 测量部分测量元件用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判别短路故障的方向。通常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。如果阻抗继电器是不带方向性的，则需增加功率方向元件来判别故障的方向。3. 延时部分用来提供距离保护段、段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特性。通常采用时间继电器或延时电路作为时间元件。4. 振荡闭锁部分用来防止当电力系统发生振荡时，距离保护的误动作。在正常运行或系统发生振荡

10、时，振荡闭锁元件将保护闭锁，而当系统发生短路时，解除闭锁开放保护，使保护装置根据故障点的远、近有选择性的动作。5. 电压回路断线失压闭锁部分用来防止电压互感器二次回路断线失压时，引起阻抗继电器的误动作。2.2 阻抗继电器的构成原理阻抗继电器的构成原理 阻抗继电器：阻抗继电器：计算保护安装点至短路点之间的测量阻抗，与计算保护安装点至短路点之间的测量阻抗，与 整定阻抗比较，确定保护是否应该动作。整定阻抗比较，确定保护是否应该动作。 是距离保护中的核心元件。是距离保护中的核心元件。电流或相电流之差：输入阻抗继电器的相电压或线电压：输入阻抗继电器的相测量阻抗：mmmmmIUjXRIUZmImZmUK阻

11、抗是复数，是向量，既有大小（幅值），也有方向（相位）不同方向（相位）上的阻抗不能比较大小，所以阻抗保护的动作特性分析不同于电流保护。阻抗继电器的测量阻抗可以在阻抗复平面图上进行表示，测量阻抗是阻抗复平面图上的一个坐标点，或一个向量。jmmmmeZjXRZ当电流参考方向为：母线线路正方向K1故障时，测量阻抗在第一象限。反方向K2故障时，测量阻抗在第三象限。阻抗保护的动作特性动作特性阻抗保护的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗保护的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗动阻抗动作区作区来表示。来表示。阻抗动作区：是阻抗复平面图上的一个区域，当测量阻抗落在区域内，则阻抗保护认为是内部故障，保护动作。测量阻抗为Z

12、m1时，在阻抗动作区内，阻抗保护动作；测量阻抗为Zm2时，在阻抗动作区外部，阻抗保护不动作。阻抗动作区可以是任意形状。一、对接线方式的基本要求一、对接线方式的基本要求 1. 1. Z ml ( (保护至短路点的距离保护至短路点的距离) ) 2. 2. Zm与故障类型无关与故障类型无关lZZm1阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式是继电器电流、电压的选取方式。阻抗继电器的接线方式主要有两种：1、相间短路阻抗继电器接线方式（0 接线方式）：反应相间短路故障；2、接地短路阻抗继电器接线方式（相电压和具有K3I0补偿的相电流接线）：反应接地短路故障。1. 1. 三相短路三相短路lZIUUd1 相间

13、短路电流保护不能满足要求时，考虑采用相间短路距离保护。相间短路电流保护不能满足要求时，考虑采用相间短路距离保护。lZIIUIUZlZIlZIIUUUUJBAABmmmmBABAABm1)3(1111)(:结论：结论：J1、 J2、J3的测量阻抗均能正确反映短路点到保护的测量阻抗均能正确反映短路点到保护 安装地点之间的线路阻抗，均能正确动作。安装地点之间的线路阻抗，均能正确动作。 ACCACBBCBAABIIUIIUIIU,（正确动作）lZIIUZlZIIUUUBAABJBABAAB1)2(11)( 零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保护。零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保

14、护。是零序补偿系数。主要反映单相接地短路故障。主要反映单相接地短路故障。03,IKIIUUAAmAm相：03,IKIIUUBBmBm相：03,IKIIUUCCmCm相：1103ZZZK阻抗复平面上圆特性的阻抗继电器阻抗复平面上圆特性的阻抗继电器动作特性：动作特性：唯一取决于短路点到保护唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小，与测量阻抗的阻安装处的阻抗大小，与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安装抗角无关，也与短路发生在保护安装处的正向或反向无关。处的正向或反向无关。 阻抗动作区是一个以原点为圆心、 为半径的圆。setZ三种圆特性的阻抗动作区：三种圆特性的阻抗动作区：1. 全阻抗继电器特性

15、全阻抗继电器特性; 2. 方向阻抗继电器特性方向阻抗继电器特性;3. 偏移阻抗继电器特性偏移阻抗继电器特性 1. 全阻抗继电器全阻抗继电器动作方程：动作方程： （1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式setmmsetmZIUZZ90arg9090arg90msetmmsetmmsetmsetUZIUZIZZZZ2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器 动作特性：动作特性：阻抗动作区是以阻抗动作区是以 为直径，以为直径，以 为圆心的圆。动作区的圆弧经过原点。为圆心的圆。动作区的圆弧经过原点。setZsetZ21方向阻抗继电器的动作区主要位于第一象限。方向阻抗继电器具有方向性。当线路正向故障时，测量阻

16、抗位于阻抗复平面图上的第一象限。如果线路反向故障时，测量阻抗位于阻抗复平面图上的第三象限。（1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式setmsetmmsetsetmZIZIUZZZ2121212190arg9090arg90msetmmmsetmUZIUZZZ动作方程：动作方程：3. 偏移阻抗继电器偏移阻抗继电器（1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式00ZZZZsetm90arg90msetmsetZZZZ阻抗动作区是一个以 为圆心，以 为半径的圆。该动作区圆偏向第三象限。0Z0ZZset是介于01之间的实数。setZZ1210微机距离保护中阻抗元件的多边形动作特性微机距离保护中阻抗元件的

17、多边形动作特性图中第二象限的边界线倾斜15，是为了保证线路发生金属性短路故障时保护可靠动作，该边界长度由保护区X定值决定；为了克服线路末端故障过渡电阻的影响，使多边形与实轴相交45456060；值的选择条件应以躲开线路末端故障的越线现象为准。一、方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法一、方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法 方向阻抗继电器的死区：当保护安装处正向附近短路故障时，由于阻抗继电器的输入电压 为零，无法判断输入电压 的相位，因而会造成方向阻抗继电器拒动。 对于相位比较形式的方向阻抗继电器，当输入电压 时， ，则方向阻抗继电 器无法判断 的相位，从而导致拒动。 90arg90msetmZ

18、ZZ0mZmUmU0mUmZ消除方向阻抗继电器死区的措施利用故障前的电压相位来代替故障后的电压相位。电磁型阻抗继电器是采用模拟记忆回路来实现用故障前的电压相位来代替故障后的电压相位。对于微机距离保护则可以利用其强大的记忆存储能力来实现。方向阻抗继电器的死区消除的方法2. 改变阻抗继电器动作特性当正方向故障时， ，此时的测量阻抗 的模值很小，可能失去方向性或拒绝动作。0mUmZ为此采取的措施：当计算得到的 、 都小于整定值的1/8时，在微机保护的四边形工作特性的基础上增加一个小矩形。mRmX在三相短路中，距离段采用偏移特性的动作特性。当人工手动合闸到故障线路或自动重合闸不成功时，这时保护不存在方

19、向问题，也可采样偏移特性的阻抗动作特性。一、短路点过渡电阻的影响一、短路点过渡电阻的影响 1. 1. 短路点过渡电阻的性质短路点过渡电阻的性质 电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电阻、阻、 金属杆塔的接地电阻等。金属杆塔的接地电阻等。 相间短路：相间短路：电弧电阻为主，短路初，电阻最小。电弧电阻为主，短路初，电阻最小。 Rg1050 lg / Ig lg电弧的长度m 接地短路：接地短路：500KV 300 Ig电弧电流的有效值 220KV 100 影响：（1）使测量阻抗增大，距离保护拒动，保护范围缩短；（2）对保护装置距离短路点越近，受到的影响越大，

20、 可能导致保护无选择性动作；（3）线路越短，整定值越小，所受影响越大。 过渡电阻过渡电阻对距离保护对距离保护的影响的影响 采用多边形的阻抗动作区。 图中第二象限的边界线倾斜15，是为了保证线路发生金属性短路故障时保护可靠动作，该边界长度由保护区X定值决定；为了克服线路末端故障过渡电阻的影响，使多边形与实轴相交45456060；值的选择条件应以躲开线路末端故障的越线现象为准。二、电压互感器二次回路断线的影响及克服措施二、电压互感器二次回路断线的影响及克服措施运行中电压互感器二次回路断线时，输入阻抗继电器的电压，则0mU0mmmIUZ所以，有可能会造成距离保护误动作。克服措施：采用电压互感器（PT、TV）断线闭锁元件，即发现电压互感器二次侧断线后，闭锁距离保护，不使距离保护误动作。识别电压互感器二次侧断线的方法：1、一相电压为零（或很低）；2、电流中无零序电流或负序电流；当同时满足上述条件1、2时，则认为电压互感器二次侧断线振荡原因：（1）输电线输送功率过大，超过静稳极限；振荡：两侧电力系统失去同步，即两侧电气量的频率不相等， 。NFf