三电网的距离保护

第三章电网的距离保护第一节距离保护概述一、距离保护的基本概念思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电压等级的配电网。对于110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式?解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。

距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置.测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻抗保护。距离保护也有一个保护范围,短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗,即距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高.距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即>时继电器不动。当短路点在保护范围内，即<时继电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。动作阻抗：使距离保护刚能动作的最大测量阻抗.二、时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性,目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，如图3—1所示。这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同,一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限:、、.

图3—1距离保护的时限特性三、距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图3—2所示。1．起动元件起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。早期的距离保护,起动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。2．方向元件方向元件的作用是保证保护动作的方向性,防止反方向故障时,保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元件相结合。3．距离元件距离元件（、、）的主要作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），一般采用阻抗继电器。4．时间元件时间元件（、）的主要作用是，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。正常运行时，起动元件1不起动,保护装置处于被闭锁状态。当正方向发生故障时，起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。如果故障点位于第Ⅰ段保护范围内，则动作直接起动出口元件8,瞬时动作于跳闸.如果故障点位于距离Ⅰ段之外的距离Ⅱ段保护范围内，则不动作，而动作,起动距离Ⅱ段时间继电器5，经时限，出口元件8动作,使断路器跳闸,切除故障。如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保护范围内，则、不动作，而动作,起动距离Ⅲ段时间继电器7，经时限,出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障.

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阻抗继电器的接线方式

一、对距离保护接线方式的要求及接线种类加入继电器的电压和电流应满足如下要求:

继电器的测量阻抗应能准确判断故障点，即与故障点至故障安装处的距离成正比。

继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化.阻抗继电器常用的接线方式有四类，如表3—1中所示。表中“Δ”表示按相间电压或相电流差,“Y”表示按相电压或相电流。

二、反应相间短路阻抗继电器的接线1、三相短路以为例分析之.设短路点至保护安装地点之间的距离为L千米，线路每千米的正序阻抗为，则保护安装地点的电压应为此时，阻抗继电器的测量阻抗为结论:在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的正序阻抗，三个继电器均能正确动作.2．两相短路如图3—32所示,设以AB两相短路为例，分析此时三个阻抗继电器的测量阻抗.对而言则结论：与三相短路时的测量阻抗相同。因此，能正确动作，和不会动作。同理,在BC或CA两相短路时，相应地分别有和能准确测量出而正确动作。3．中性点直接接地电网中两相接地短路如图3—33所示，设故障发生在AB相，它与两相短路不同之处是地中有电流流回，因此。我们可以把A相和B相看成两个“导线——地”的送电线路并有互感耦合在一起,设表示每千米的自感阻抗，表示每千米的互感阻抗,则保护安装地点的故障相电压应为继电器的测量阻抗为其值与三相短路时相同，保护能够正确的动作。三、反应相间短路阻抗继电器的接线这种接线方式有两种,以继电器为例，在三相和AB两相短路时，其测量阻抗为将以上两式合并写成1．正常运行情况测量阻抗的数值为每相负荷阻抗的倍，阻抗角则较负荷阻抗的角度偏移,当采用接线时，测量阻抗的阻抗角向超前于每相负荷阻抗的方向移动，而当采用接线时，则向滞后方向移动。2。

三相短路三相短路与正常运行时相似,只是为短路点到保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此即测量阻抗的数值为每相线路阻抗的倍,相位则比线路阻抗角偏离。两相短路以AB两相短路为例，超前于的角度,因此即测量阻抗的数值为每相短路阻抗的2倍,相位则等于线路的阻抗角。采用接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测量阻抗的数值与相位均不相同，这种接线方式可应用于圆特性方向阻抗继电器。如图3-34所示,三相短路与两相短路时的保护范围一样.这种接线方式较简单，电流互感器的负担也较轻，因此，除了用于圆特性的方向阻抗继电器外，还可用于作为起动元件的全阻抗继电器.此外在输电线路的送电端，当采用接线时，在正常情况下其测量阻抗一般位于第四象限,它将具有更好的避越长距离重负荷线路负荷阻抗的能力,而在输电线路的受电端采用接线时,也具有同样的效果。四、反应接地短路阻抗继电器的接线单相接地故障时，只有故障相电压降低，电流增大，而任何相间电压都是很高的。因此应将故障相的电压和电流加入到继电器中，对A相阻抗继电器,接入继电器的电压为式中—-称为零序补偿电流，其中，为常数；接入继电器的电流，则故障相阻抗继电器的测量阻抗为它能正确地测量从短路点到保护安装地点间的阻抗.为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器。这种接线方式同样能够正确反应两相接地短路和三相短路,此时接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗均为。HYPERLINK”/jwc/study/jdbh-tyw/f3。asp"返回第四节影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施

一、短路点过渡电阻对距离保护的影响保护1的测量阻抗为，保护2的测量阻抗为。由图(b）可见，当较大时,可能出现已超出保护1第Ⅰ段整定的特性圆范围，而仍位于保护2第Ⅱ段整定的特性圆范围以内.此时保护1和保护2将同时以第Ⅱ段的时限动作,因而失去了选择性。结论:保护装置距短路点越近时,受过渡电阻的影响越大,同时保护装置的整定值越小，则相对地受过渡电阻的影响也越大.对图3—36（a)所示的双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。

保护1和保护2的测量阻抗分别为

式中—超前的角度。当为正时，测量阻抗增大，当为负时,测量阻抗的电抗部分将减小.在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻Rg，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，Rg很小。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，Rg随着增大，大约经0。1～0.15秒后，Rg剧烈增大。减小过渡电阻对距离保护影响的措施(1）采用瞬时测定装置它通常应用于距离保护第Ⅱ段。原理接线如图3—37所示。

（2）采用带偏移特性的阻抗继电器保护2的测量阻抗Zcl2=Zd+Rg当过渡电阻达Rg1时，具有椭圆特性的阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg2时，方向阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg3时，全阻抗继电器开始拒动。

结论：阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占的面积越大则受过渡电阻的影响越小.采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如偏移特性阻抗继电器等。

二、电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路（一)电力系统振荡时电流、电压的分布图3—38为简化系统等值电路图，当系统发生振荡时，设超前于的相位角为,，且系统中各元件的阻抗角相等，则振荡电流为=

振荡电流滞后于电势差的角度为系统振荡阻抗角为系统M、N、Z点的电压分别为：

（二)电力系统振荡对距离保护的影响M母线上阻抗继电器的测量阻抗为应用尤拉公式及三角公式，有于是将此继电器测量阻抗随变化的关系,画在以保护安装地点M为原点的复数阻抗平面上,当系统所有元件的阻抗角都相同时，阻抗继电器的测量阻抗将在的垂直平分线上移动，如图3—41所示.系统振荡对距离保护的影响以变电站M处的保护为例,其距离Ⅰ段起动阻抗整定为0.85，在图3-42中以长度MA表示，由此可绘出各种继电器的动作特性曲线.

结论：在同样整定值的条件下全阻抗继电器受振荡的影响最大，而椭圆继电器所受的影响最小。(1）继电器的动作特性在阻抗平面沿oo′方向所占的面积越大,受振荡的影响就越大.（2）保护安装地点越靠近于振荡中心,距离保护受振荡的影响越大,而振荡中心在保护范围以外时，系统振荡，距离保护不会误动。（3）当保护的动作带有较大的延时时，如距离Ⅲ段，可利用延时躲开振荡的影响。（三)振荡闭锁回路1、电力系统振荡和短路时的主要区别。（1）、振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢，而短路时电流是突然增大，电流也突然降低。（2)、振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压与电流之间的相位角也作周期变化。（3）振荡时三相完全对称,电力系统中不会出现负序分量；而短路时，总要长期（在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短路开始时)出现负序分量。2、对振荡闭锁回路的要求(1）、系统振荡而没故障时,应可靠将保护闭锁。（2）、系统发生各种类型故障,保护不应被闭锁.(3)、在振荡过程中发生故障时，保护应能正确动作。（4)先故障,且故障发生在保护范围之外,而后振荡，保护不能无选择性动作。3、振荡闭锁回路的工作原理(1）、利用负序(和零序）分量或其增量起动的振荡闭锁回路。①负序电压滤过器负序电压滤过器:从三相不对称电压中取出其负序分量的回路。目前广泛应用的是阻容双臂式负序电压滤过器，其接线如下图所示。其参数关系为:当输入端加入电压时，在端的空载输出电压为

当输入端只有正序电压加入时，在端的空载输出电压为当输入端有负序电压加入时，在端的空载输出电压为②负序电流滤过器负序电流滤过器：从三相不对称电流中取出其负序分量的回路称为负序电流滤过器。目前常用的一种由电抗变压器TX和电流变换器TA组成，其原理接线如图3—45所示.其中电抗变压输出:，电流变换器的变比为：，在电阻R上的压降为:。在m-n端子上的输出电压为：当输入端加入正序电流时,其相量如图3-46(a）所示，输出电压为：当选取参数为,则.当只有零序电流输入时在TX和TA原边的安匝互相抵消，.当只输入负序电流时，如图3-46（b）所示，负序电流滤过器的输出电压为思考:除了利用负序分量构成振荡闭锁回路外，还可以利用哪些原理构成振荡闭锁回路？答案：1、利用负序增量2、利用电气量变化速度三、分支电流的影响使故障线路电流增大的现象,称为助增.如图3—47所示电路当在BC线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗为

结论：助增电流,使测量阻抗增大，保护范围缩短。使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如图3-48所示电路,当在平行线路上的D点发生短路时，在变电所A距离保护1的测量阻抗

结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可能引起无选择性动作。

四、电压回路断线对距离保护的影响当电压互感器二次回路断线时，距离保护将失去电压，这时阻抗元件失去电压而电流回路仍有负荷电流通过，可能造成误动作.对此,在距离保护中应装设断线闭锁装置。对断线闭锁装置的主要要求是:（1）

当电压互感器发生各种可能导致保护误动作的故障时，断线闭锁装置均应动作，将保护闭锁并发出相应的信号。（2)

当被保护线路发生各种故障，不因故障电压的畸变错误地将保护闭锁，以保证保护可靠动作。区分以上两种情况的电压变化的办法：解决方法:看电流回路是否也同时发生变化。断线信号装置大都是反应于断线后所出现的零序电压来构成的，其原理接线如图3—49所示.

当电压回路断线时,断线信号继电器动作，一方面将保护闭锁，一方面发出断线信号.思考：这种反应于零序电压的断线信号装置,在系统中发出接地故障时也会动作.怎么办？

解决方法:将KS的另一组线圈W2经C0和R0接于电压互感器二次侧开口三角形的输出电压上，当系统中出现零序电压时，两组线圈W1和W2所产生的零序电压安匝大小相等，方向相反,合成磁通为零,KS不动作。

HYPERLINK”/jwc/study/jdbh—tyw/f3.asp”返回第五节距离保护的整定计算一、距离保护第一段1。动作阻抗（１)对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取

2．动作时限秒.二、距离保护第二段1．动作阻抗（1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即式中为分支系数（2)与相邻变压器的快速保护相配合取(1）、(2)计算结果中的小者作为。

2。动作时限保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即3。灵敏度校验如灵敏度不能满足要求,可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即这时,第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即三、距离保护的第三段1．动作阻抗按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器,其动作阻抗为式中2．动作时限保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段,即3．灵敏度校验作近后备保护时作远后备保护时式中，Kfz为分支系数，取最大可能值.思考:灵敏度不能满足要求时,怎么办？解决方法：采用方向阻抗继电器，以提高灵敏度方向阻抗继电器的动作阻抗的整定原则与全阻抗继电器相同。考虑到正常运行时，负荷阻抗的阻抗角较小，(约为），而短路时，架空线路短路阻抗角较大（一般约为～）.如果选取方向阻抗继电器的最大灵敏角，则方向阻抗继电器的动作阻抗为结论:采用方向阻抗继电器时,保护的灵敏度比采用全阻抗继电器时可提高。四、阻抗继电器的整定保护二次侧动作阻抗式中