继电保护3-1课件

第三章电网的距离保护

第一节距离保护的作用原理

主编：贺家李宋从矩主讲：聂宏展第三章电网的距离保护第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理一、距离保护的基本概念电流、电压保护的主要优点：简单、经济、可靠。电流、电压保护的主要缺点：选择性、保护范围、灵敏性受电网的接线和运行方式的影响大，在35KV以上电网中很难满足“四性”的要求。第3－1节距离保护的作用原理距离保护：反应故障点至保护安装地点之间的距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。第3－1节距离保护的作用原理距离保护装置的主要元件：阻抗（距离）继电器。阻抗（距离）继电器根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。第3－1节距离保护的作用原理二、距离保护的时限距离保护的整定原则及时限特性与电流保护类似。分为距离Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段。距离保护的时限特性：距离保护的动作时限与保护安装地点至短路点之间距离的关系。距离Ⅰ段：保护线路全长的80％－85％，瞬动。

距离Ⅱ段：与下一线路的距离Ⅰ段配合，时限高出第3－1节距离保护的作用原理一个，以保证选择性。

距离Ⅰ段与Ⅱ段联合构成本线路的主保护。距离Ⅲ段：躲开正常运行时的最小负荷阻抗。距离Ⅲ段的作用：做为相邻线路保护装置和断路器拒动时的后备，同时也做为本线路距离Ⅰ段与Ⅱ段的后备。动作时限的整定原则：阶梯原则。第3－1节距离保护的作用原理三、距离保护的主要组成元件启动元件：发生故障时瞬间启动整套保护装置。可由过电流继电器、低阻抗继电器、反应负序电流和零序电流的继电器构成。距离元件：测量短路点到保护安装处之间的阻抗。Ⅰ段、Ⅱ段一般用方向阻抗继电器，Ⅲ段用偏移特性阻抗继电器。时间元件：根据预定的时限特性确定动作时间，以保证保护的选择性。其逻辑关系如下图。第3－1节距离保护的作用原理第3－2节单相补偿式阻抗继电器阻抗继电器是距离保护的核心元件。阻抗继电器的作用：测量短路点至保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗进行比较，以确定保护是否应该动作。阻抗继电器按其构成方式可分为单相补偿式阻抗继电器和多相补偿式阻抗继电器两种。单相补偿式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压和一个电流的阻抗继电器，和的比值称为继电器的测量阻抗，即第3－2节单相补偿式阻抗继电器可以用复平面来分析阻抗继电器的动作特性。如图3－3。一、构成阻抗继电器的基本原则由于阻抗继电器是接于电流互感器和电压互感器的二次侧，其测量阻抗与线路一次阻抗之间由下列关系：第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器为了减少过渡电阻以及互感器误差的影响，尽量简化继电器的接线，并便于制造和调试，通常把阻抗继电器的动作特性扩大为一个园，如上图。图中，1为全阻抗继电器，2为方向阻抗继电器，3为偏移特性阻抗继电器。第3－2节单相补偿式阻抗继电器二、利用复数平面分析圆特性阻抗继电器1、全阻抗继电器全阻抗继电器的动作特性：以Ｂ点（如图3－3，保护1安装处）为圆心，以整定阻抗Zset为半径所作的园，如下图。园内是动作区，园外是非动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时的阻抗就是继电器的启动阻抗Zk.act。全阻抗继电器的启动阻抗等于其整定阻抗第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器（1）全阻抗继电器的比幅式动作方程当测量阻抗Zk位于园内时继电器动作，即上式两端乘以电流，因，上式变成为电压形式的比幅式动作方程：上式右侧表示电流在某一已知阻抗上的压降。全阻抗继电器的缺点是：不具有方向性。第3－2节单相补偿式阻抗继电器（2）全阻抗继电器的比相式动作方程如图所示。将两个矢量均以电流乘之，即得电压形式的比相式动作方程或第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器上式中：为极化电压，是参考矢量。为补偿电压。上述动作方程也可以表示为：第3－2节单相补偿式阻抗继电器（3）比幅式与比相式动作方程之间得关系设、、、如图，3－6。一般而言，以、、、表示的动作方程为：和第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器、、、之间的关系符合下式：

以上关系是以全阻抗继电器为例导出的，其结果可以推广到所有比较两个电气量的继电器。上述结果说明，利用比幅式原理与利用比相式原理实现的继电器之间是可以互相转换的。注意：这种关系的成立是有条件的。第3－2节单相补偿式阻抗继电器2、方向阻抗继电器方向阻抗继电器的动作特性：以整定阻抗Zset为直径而通过坐标原点的一个园，如下图，园内为动作区，园外是非动作区。当加入继电器的电压和电流之间的相位差为不同数值时，此种继电器的启动阻抗将随之改变。当等于Zset的阻抗角时，继电器最灵敏。方向阻抗继电器本身具有方向性。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器（1）方向阻抗继电器比幅式动作方程测量阻抗位于园内时动作。则比幅式动作方程为：上式两端均以电流乘之，即变为电压形式的比幅式动作方程：第3－2节单相补偿式阻抗继电器（2）方向阻抗继电器比相式动作方程阻抗形式动作方程为：电压形式动作方程为：或其中：第3－2节单相补偿式阻抗继电器（3）方向阻抗继电器比幅式与比相式动作方程之间的互换关系：同全阻抗继电器，只不过是、、、表示的具体向量不同。第3－2节单相补偿式阻抗继电器3、偏移特性阻抗继电器偏移特性阻抗继电器的特性是：正方向的整定阻抗为，反方向的整定阻抗为，园内为动作区，园外为非动作区。介于0和1之间。直径为：圆心为：园的半径为：第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器这种阻抗继电器的动作特性介于全阻抗继电器和方向阻抗继电器之间，通常采用＝0.1-0.2之间，以消除方向阻抗继电器的死区。（1）比幅式动作方程：

第3－2节单相补偿式阻抗继电器（2）比相式动作方程：阻抗形式比相式动作方程：分别以电流乘之，得到电压形式比相式动作方程：或极化电压补偿电压第3－2节单相补偿式阻抗继电器（3）偏移阻抗继电器比幅式与比相式动作方程之间的互换关系：同全阻抗继电器，只不过是、、、表示的具体向量不同。第3－2节单相补偿式阻抗继电器重复总结一下测量阻抗、整定阻抗、启动阻抗的定义及区别：测量阻抗：由加入继电器的电压与电流的比值确定，的阻抗角就是和之间的相位差，取线路的阻抗角。第3－2节单相补偿式阻抗继电器整定阻抗：继电器安装处到保护范围末端的线路阻抗。启动阻抗：继电器刚好动作时，加入继电器中的电压与电流的比值。除全阻抗继电器外，是随着的不同而改变的，当时，的数值最大。第3－2节单相补偿式阻抗继电器4、功率方向继电器用复数阻抗平面分析功率方向继电器的动作特性，可把它看成是方向阻抗继电器的特例。如图3－9其动作特性可表示为：或第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器5、具有直线特性的继电器如图3－10所示，由Ｏ点作动作特性边界线的垂线，其矢量表示为，测量阻抗位于直线的左侧为动作区。其动作条件可表示为：或：第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器如果取，则动作特性如图3－10ｃ所示，为一电抗型继电器，而与电阻部分的大小无关。6、动作角度范围变化对继电器特性的影响前面分析的是园或直线特性继电器。如果使动作范围小于1800，则园特性的分析阻抗继电器将变成透镜形的阻抗继电器，而直线特性继电器的动作特性将变成折线特性，如图3－11所示。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器8、继电器的极化电压和补偿电压各种园或直线特性的继电器均可用极化电压与补偿电压进行比相而构成。以图3－1ａ中的保护为例，当发生金属性短路使，设电流互感器与电压互感器的变比为1，则：选择：则：与同相位。第3－2节单相补偿式阻抗继电器（1）当保护范围外部短路时，，与同相位，继电器不动作。

（2）当保护范围末端短路时，，，继电器处于临界状态。（3）当保护范围内部短路时，，与相位差1800，继电器动作。第3－2节单相补偿式阻抗继电器（4）可见，相位的变化实质上反映了短路阻抗与整定阻抗的比较。为判别相位的变化，必须有一个参考矢量作为基准，这就是所采用的极化电压。选用不同的极化电压就可以构成各种不同动作特性的继电器。第3－2节单相补偿式阻抗继电器三、阻抗继电器交流回路的原理接线用幅值比较和相位比较实现各种不同特性的阻抗继电器时，被比较量、、、的组成尽管各不相同，当基本上都可以归纳为两种形式，一个是加于继电器上的电压，一个是加入继电器的电流在某一已知阻抗上的压降。这些量需用变换器来获得。第3－2节单相补偿式阻抗继电器变换器的作用：变换电量、调节定值、隔离电路。常用变换器有：电压变换器、电流变换器、阻抗变压器。第3－2节单相补偿式阻抗继电器1、电压变换器电压变换器工作原理同变压器。2、电流变换器作用：将一次电流变换成与之成正比的二次电压。原理如图3－15，其二次电压为：与一次电流波形完全相同。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器3、电抗互感器ＴＸ作用：将一次电流变换成与之成正比且超前一定角度的二次电压。原理接线如图3－12。图3－13为二次绕组Ｗ３开路时的等值电路。励磁电抗（归算到二次侧）：第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器二次电压：超前900。特点：当ＴＸ二次并联电阻时：当Ｒ改变时，超前的角度可调。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器

称为电抗互感器ＴＸ模拟电抗，具有阻抗的量纲。4、全阻抗继电器的交流回路原理接线如图3－16ａ所示。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器动作方程：整理后的动作方程：利用调节ＴＶＭ的变比即可改变阻抗继电器的整定值。第3－2节单相补偿式阻抗继电器四、幅值比较回路幅值比较回路是把和分别整流后进行比较的。根据被比较的整流量是电压还是电流，比较电路可分为均压式和环流式两种。如图3－18。第3－2节单相补偿式阻抗继电器第3－2节单相补偿式阻抗继电器五、相位比较回路用以实现比较两个或多个电压之间相位关系的电路称为相位比较回路，简称比相回路。相位比较回路的种类：1、测量瞬时值同时为正（或为负）的与门比相回路，适用于动作范围：－900－＋900。2、测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路，适用于动作范围：900－2700。第3－2节