会继电保护第三章距离保护

第四 距离保护的整定计算原则及评第五 距离保护的振荡闭第六 故障类别判别和故障选第七 距离保护特殊问题的分第八节工频故障分量距离保第四节距离保护的整定计算及A

32 4

保护B距离ⅠR

R方向与线路阻抗方 B BCZ

KK

0.8~Z K

ZABK

z

A11

t0s2、距离保护II动作阻抗（应按以下两点原则来确定Z

K

(ZAB

Z

.I.E'B.kC.IEI UAI1z1LABU UBI

U

I1

I2Zk

I2Z

K

I1 I1 I1

k保护1处

ZAZAB0.6(KZAB

与相邻变压器的快速保护相配合，躲开线末端变电所变压器低压侧出口处短路时的阻抗 BC

Ue2(高压侧额定线电压ZtUk%(短路电压百分值

ST(额定容量

K

(ZAB Z

0.7动作时tt(x

t(x ──与本保护配合的相邻元件保护段（x为I或II）t── 与阶段式电流保护中时间级 一样距离保护的II段，应能保护线路的全长，本线种误差因素，要求灵敏系数应满足： 保护装置的动作阻抗Z

保护范围内发生金属性短路时故障阻抗的计算值在与相邻线路距离保护II段配合时，IIIZ

K(Z Z

可靠系数的取法与II按与相邻变压器的电流、电压保护配合整III段的整定阻抗为Z

K(Z

Zmin─电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值当线最小，其值为： U

(0.9

I IL.

参照过电流保护的整定原则，考虑到自起动的情况下，保护III要求，若采用全阻抗特性，则整定值为：

Krel──可靠系数，一般

1.2~

── 自起动系数，

1.5~

──阻抗测量元件的返回系数，

1.15~ZZ

K

ZsetZ

RR

set

ZZL ──（2）灵敏度

Ksen(1)KK

Z ZZAB

Z

sen(2)

──相邻设备（线路、变压器等）的阻抗

Kb.

动作时tt

4.4.将整定参数折算到二次侧(二次动作阻抗

U.I

Zm(2)

Zm(2)

Zset(2)

ZsetZset

U.Um(2)1)①不能实现全线速动，对双侧电源线路，将有全线30～40%以Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的压远距离输电系统锁装置，调试麻烦，可靠性相对较低。例1：图示网络，各线路均装有距离保护。试对其中保护1 =350A，功率因数=0.9。 ，正 1N）

tEM115

8N8

tXx1maxXx1min

STXx2maxXx2min

Uk%

tEM115

8N8

tXx1maxXx1min

EN

STXx2maxXx2min

Uk%解：⒈各元件阻抗值的AB线路的正序阻抗:

z

U ZTUk%T

tEM115

8N8

tXx1maxXx1min

EN

STXx2maxXx2min

Uk%⑴动作阻抗：Z

K ⑵动作时

1t1

0s

tEM115

8N8

tXx1maxXx1min

EN

STXx2maxXx2min

Uk%Z

K

(ZAB

Kb

IXs1.minA

求最小分支系数应取最大，而IBC取最I总

I

即电源M在最大方式电源N在最小方该支路电流忽.I1.

ZAB

I

I1

XsI

Xs I 0.85 I

s总2总2

0.15ZBC

I2

1.152

I

I

2

X

Xs

s

0.8(121.190.8524)

按照躲开相邻变压器低压侧出口k2短路整定ZZ

Z Z Z.

I3

.I3 取最大，而I3

s

取以上两个中较小的一个数,故

⑵动作时 与相邻保护3的Ⅰ段配合则tt

⑶灵敏性校验Z

Z

满足要⑴动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定cos

0.9110

因为继电器取为相间接线方式的方向阻抗继电

K

cos

1.151.21cos70

取K

Kre

Kss

L

Z

Z

Z

Kb.max源M

ZABKb.max

相末端短路保能感受的最大测量阻

Xs

2512

Ksen

122.48

s

Kb.maxZ

0.9

ZABKb.max

122.48

t t

t

t

取其中较长1t1

0.5

30.5

2.0(s)

EEA

115

XA

XBmax

X

变压器：

Uk%

z1m路阻抗

⑵线路AB及BC 110/0.1，电流互感器变比为600/5⑶线路AB、BC的最大负荷电ILmax0负荷的功率因数 负c.8系

Kss2⑷保护2距离Ⅲ段的动作时限t2

E解⒈距离Ⅰ段

0.850.470

E

0.850.470

Z

K(Z Z

本题本题

K。

0.8(0.47035

22.170

一种是把两台变压并联看成一个整体Z K

Z

一种看成两个并联

路 1

%U

其中

2ZT

100

42.3570(设变压器阻抗角为70)210015Kb.min

0.7(0.470351

39.470

KK

Z

Z

0.470⒊距离Ⅲ段LZZ

KK

0.911531.251.151.50.453

Z Z

Z

cos

setL

cos(70校验灵敏系数 1.5满足要⑴作线路AB的近 1.5满足要K ZK

sen

Z

0.470⑵作相邻线路BC的远后备时ZZ sen

.I..I.I1.IXB

XA

XAB

110

Ksen

14701.81670

1.711.2满足要作变压器的远后备时考虑其中一台停用1t1

tt

0

0.5

tt

1.5

0.5

继电器的动作阻抗Zset(2)

Zsetset

600/110/

11.970set

600/110/

22.170

2.470 set

600/110/

6670

7.1970第五节第五节3.5.1.振荡闭锁的 定周期变化的电流称为振荡电流；电力系统中发生同步振荡或异步运行时，电压、电流和功率的幅值和相位生周期性的变化。阻抗继电器的测量阻抗 ZmUmI将周期性的变化，当测量阻抗进距离保护动作区域时，保护将发生误动时保护误动产生的联络开关距离保护一般用在较高电压等级的电力3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影 一般为0.8s-1.2s左右)。2、电流、电压的变化规 I.MZL.I.MZL.Z变.设以.为参考，使其相位角为变.

假设

. 。在E荡时，可认为 侧系统等值电势围绕EN旋转 .. 滞后 的角..

在

EN

ENe360°之间变化

NEeN.I.MZLI.MZL.Z

由M侧流向N侧的电

为 1

.z.I IeI EM

此电流滞后于电势 角度为系统总抗

EM....UM z.E EN

EMI

UNUNZ

I

)

EM

E

ZL2ZN

2设ZM、ZLZ

具.

M...UM z. EM.

UM

点作直 所得的向量最短，垂足os所代表 压最低，该点称为系中心或振荡中心。着的改变，振荡中心 的位置也在变。当系统阻抗角和线路阻抗角相且两侧势幅值相等时，电气中心的位置不随的改变而移动，始终位于系统纵向总阻抗

ZL之中点处。（这就是为什么称其为电气中心现在假

先看振荡中心电 0I中

2EMZ再来看在保护安装处电流、电压的变化规 当δ=0⁰时,由于I=0,所

U保EM当δ=180⁰时而

I2EMZU保

2EM MZM

Z

2ZM MZMII(180o143EUMMII(180o143EUMMUoδUN(b)电流有效值变化曲(a)相量图及变化轨

180o360o540o (c)电压有效值变化大，这时继电器的测量阻抗

Im3、对距离保护的影 Z ZI ZL

I

ZMZLZN

UM

E

EN

(IZ

1Ke Ke

ENEME 22

jsin

(1cos)

jsin

11

sin1e

jsin

(1cos)2

jsin2

1sin

1

2sin22 1e

1

jctg2Z随δ变化的关系画在以保护安装地原点的复阻抗平面上当全系统所有阻抗角均相同时

Zm.M

N

Z

1

ZMLL 当0

L

当1

ZmM

1

ZM当改变时，不但测量阻抗的大小在改变，而且阻抗角也在变化其变化范围在

L

保护安装在不同安装地点阻抗的变化.I I

. .

M的变化规律，令Z代M

mZ

则 2Zm2

Z2

ct测量阻抗变化 mm

直线mmm

1（两侧系统电势不等

实质电流由M侧流向NNeNe

1Ke

1KeKeKeee

o

2Ke当E

实质电流由N侧流向M当E

在这种情况下，当0，由于两侧电势不相等而产生一而是一个位于圆周上振荡对距离保护测量元件的影RNM抗元件，距离I段RNM阻抗为线路MN阻抗 80％实线圆为M侧I段的动作特性虚线圆为N侧I段的动作特性振荡中心落在母线M、N 间的 时。当δ变化时 M、N两处的测量阻抗

端，都将沿直线o动

RM当振荡中心落在本线路范围之外时，两侧保I线路的距离IIIIII段的整定阻抗一般较大，振荡时的测量阻抗比较容易进入其动作区，所以II段及段的测量元件可能会动作 R2

No 归纳⑴距离保护安装地点越接近振荡中心，越容易O向所占面积O⑶距离Ⅰ段、Ⅱ段都可能会误动，而距离由于我国电网的振荡周期为1s左右，而Ⅲ段保护需延时≥15s以上，一般为1.5s～2s，可利用延时躲开振荡的影Ⅰ~Ⅰ~11Ⅱ~

ZR

电力系统发生短路的瞬间，短路电流突然增加，母线电压短路发生后，若不计其衰减，电流、电压将基本为短路阻抗，并维持为短路阻抗不再变化。的变化，但在整个振荡过程中，电压电流一直都在作周期性变化，保护的测量阻抗也不会有突然的变化而不断的变化。系统发生各种不对称短路时，故障电压、序分变化

相位变3.5.3构成振荡闭锁回路应满足以下基本要求①系统只发生振荡，应将保护可靠闭锁，且振荡不停，振荡闭锁措 系统正常运行或因静稳 I

0双稳态触发破坏而振荡时，负序

I2

SW R

开放保动

NNoM一定时间（TDW）内δ 其选择要兼顾两个原则一是要保证在正向区内故障时，I的时间可靠跳闸，II段保护的测量元件能够可靠起动并实现自保持，因而时间不能太短，一般不应小于s；不会在故障后的TW时间内进入动作区，因而时间又不能太长，一般不应大于0.3s。通常情况下取TDW=0.1-0.3s整组复归电路在判断出故障或振荡，再经负序电压过滤abUmn

mn

.U.

.U...零序分

X

I在三相电压中，零序电压大小相同，相位相同，因此 电

U

R1R2

3X1(阻抗角 X(阻抗角 .b正序分 .b..U..

Uca1顺时针

.U.

.U.向依

X

I.Ub路中,电流超前电压.

U Z1

3X1

jX

R1

3X1(阻抗角...U

R2

X2阻抗角3.Z

232

jX

.U.Uc1

U.U

.U.Ub1.U

UX

U

.U.U.X .U.U.X RX2R2.Im.Un前电压 在Ubc回路中, 超前电压60.U

I

I.

.UU.3UX2UR3

U

Uab1cos30

.UX

Ubc1cos30

X2

323

ej30

323

ej30.U.U

.U.

UX

.U.U..U.U.IX RX2R2.Im.Unc.UX.UR.Ubc

I.

.Uca U

3 ej30

3 ej

X

ab

bc3 ej

e2

ab

a.Ua

30⁰1、复相量滤.UaURa.UbURb.UcURc

jUIajUIbjUIc

.U0UR0.U1UR1.U2UR2

jUI0jUI1jUI2

例如：对于负序分量，由式（1）、式（2）和式（3）得.U2UR2

jUI

1 13

j

U

j 331 ) )(1 ) )(1 33 33将上式展开后合并，即可得33UR2

1

1 3 3

2

1 3 3

2UIcUI

1

1

2

1

2URc

零序分量和正序分量可仿此计算2三相基频电压的采样值分别为ua

ub

uc 零序分量的计算比较简单，可采用同时刻的采样值接相加，即u(n)1[u(n)u(n)

u2(n)

1[u

a(n)ub(n

N)u(n

N)]

式（5）的数据窗的宽度

2N

1（相当于个基频周期），计算时间较长为了缩小数据窗的宽度，注意到对于纯正弦量，有u(n)

u(nN2依此来处理式（5）中的c相电压，即u(nN)u(nNN)u(nN

将式（*）代入式（5）得u2(n)

1[u

a(n)

(n

N)

(n

N)]

式（6）的数据窗宽度

N1（相当于1/33基频周期），计算时间明振荡时，Z1、Z2

故障时，Z1、Z2高灵敏度阻抗

低灵敏度阻抗元件（整定值小

振荡时Z1、Z2O O

Z2不动

T&T&&

开放与门Y。Z2在时间元件T小

&&

Z1先动 大 “1”

“1”

在时间元件T延时时间内开放与门与门

已开

注意：Z1、Z2T&&T&&测量阻抗从负荷阻抗ZL突变至短路阻抗Zk，这时Z1、Z2两个测量元件将同时动作，Z2动作后T动作前，这时T仍然输出为利用动作的延时实现振荡闭电力系统振荡时，距离保护的测量阻抗是随角的变化而不断变化的，分析表明，对于按躲过最大负荷整定的III段阻抗元件来说，测量阻抗落入其动作区的时间一般不会超过1～s，即系统振荡时III段阻抗元件动作持续的时间不会超过1～1.5s。这样，只要令其动作的时间不小于11.5s，系统振荡时它就不会误动作。振荡过程中再故障时的保护再开但是如果系统在振荡过程中又发生了故出振荡过程中又发生短路时，将保护再次振荡过程中再发生不对称故障的判I2 I2 I02式中I2

—0101振荡过程中再发生对称性故障的判0.03p.u.Ucos0.08式中φ——为电 电压的相角。p.u.——标么 Ucos为电压相量在电流相量I在系统振荡时，Uco近似为振荡中心的即系统三相故障时，上式会一直被满足，其余时间都不满足。这样，用上式再配合一个延时时间就能够区分出三相故障和振荡。3.63.6选相启

相电流突变相电流突变量相电流差突变

|

k

中N 能力较差i(k

k

ii(k)t

NI

ii(k)i(kN)(i(kN)i(k2Nt

|| || ||I k k k2 ..

IAB(IAIB)(I[0]I[0])(IAI[0])(IBI[0])IAI ..IBC(IBIC)(I[0]I[0])(IBI[0])(ICI[0])IBI

ICA(ICIA)(I[0]I[0])(ICI[0])(IAI[0])IC

I

I

I

.I.

II I

I

IIIA

I.IIB

C.IIC

|

|I |

|I

|

|I YNNNY计算YNNNY计算

K

KBC(1,1)

计算ZAB计算ZBC计算计算ZA计算ZB计算

计算ZAB计算ZBC计算

3AA

K1)

|I

| |

KIBC||IBIC

|

KICA||ICI

|

K

K(m|IK

||ICA (m|I

A

IBC最 K(m|ICA||IK

(m|ICA||IAB

B

ICA最 (m|I

||ICA (m|I

KCK

IAB最两相接地故障相别判(|IB(|IB|I(|I )短路

(|IA

Iset两相短路判别（即不是接地，也不是三相短路判别公式为 K(m|IK

(m|I

(2) K (m|IA||ICK

(2) K (m|IB||ICK

(2)3.7距离保护特殊问题的分析3.7距离保护特殊问题的分析前面的分析中，大多是以金属性短路过渡电阻可能造成距离保护的不正确工作。过渡电阻g短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻。的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。成，在导线对铁塔放电的接地短路时铁塔及其接地电阻构成主要成分。（4）电弧电I Ig

Lg电弧长度Ig电弧电流有效值m过渡电阻的存在使阻抗继电器的测量阻抗Zm大，保护范围缩小，使保护的灵敏性降ZZZmZmZk电阻的影响越大。I段最严重，II段次之，III段最小 ~AZ~AZBCB

R

A

Zm

R（a）系统示意 (b)对不同安装地点的距离保护的影Zm.B=Rg，而A处保护的测量阻抗为Zm.AZABRg，当Rg的数保护装置距短路点越近时，受过渡电阻影响越大；同时，保护装置的定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响1k2k1k2k. I I

I I'

别为两侧电源供给的短路电流 流经R的电 IkI'I UAIkkA和B母UAIkk则：Z

mBUBIIkUBIIk IkIgkkIkUI

ZABI

eeIk Ik

前 I'

. .当为正时，测量阻抗

1

m电抗部分增大，使Z的 m当为负时，电抗部分减小，过渡电阻呈容性m 的Z抗角变小，引起保护的误动m可能导致保护的无选择性动作。Rg+RRg

Rg

阻抗继电器次之，全阻抗继电器相对最小。的情况下，过渡电阻对阻抗继电器的影响，与短路点所处的位置、继电器的特性等有密切的护区的始端和末端短路时，过渡电阻的影响比较大，而在保护区的中部短路时，过渡电阻的影响则较小。在整定值相同的情况下，具有正序电压极或 电压极化测量元件动作特性＋R轴方向所占的面积比方向阻抗元件大，所以它们耐受过渡电阻的能力要比方向阻抗元件强。使动作特性向＋RR轴方向所占的面积更大，耐受过渡电阻的能力将更强，但特性圆偏转后，圆的直径变大，造成保护区加长，又容易在区外故障时引起稳态，造成保护误动。为防止此情况的发生，能够避免稳态。在电力系统发生短路后的暂态过程中，故周期性的谐波分量非周期的暂态分。衰减的谐波量和高频行波量等，这些谐波量、暂态量都是非工频的分量，护的正确工作产生不利的影响。响。消除衰减直流分量影响的措施1.采用不受其影响的算法如：解微分方程算法等基于瞬时值模型的算uRiL 11.根据故障条件，设法拟合出衰减直流分量，并从测量电流中将其减掉，使参与计算或比较电流中不再包括直流分

0y(t)0

Xet

XR

XI

w(t)采用带通滤波、差分滤波等滤波措施近处故障时，测量阻抗远离动作边界，即使有直流分量的影响入信号必须经过模拟低通滤波后才送入数据采集系统，这样在到的数字信号中，高频分量已基本不存在，谐波