继电保护-距离保护2

1、第三章电网的距离保护（二）,第五节距离保护的振荡闭锁,第四节距离保护的整定计算原则及评价,第六节故障类别判别和故障选相,第七节距离保护特殊问题的分析,第八节 工频故障分量距离保护,第四节 距离保护的整定计算及评价,当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求I、II段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。 第III段为后备段，包括对本线路I、II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，所以第III段通常采用带有偏移特性的测量元件。,距离保护各段动作区域示意图,R,jX,2,1,3,4,jX,R,C,A,B,D,当各段测量元件均采用圆形动

2、作特性时，它们的动作区域如图,复平面坐标的方向做了旋转，以使各测量元件整定阻抗方向与线路阻抗方向一致,保护A距离段,保护A距离段,保护B距离段,保护A距离段,一、整定计算原则：,A,B,C,1,2,1、距离保护I段的整定 一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来整定。 所以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。,（1）动作阻抗,（2）动作时限：,2、距离保护II段的整定 （1）动作阻抗（应按以下两点原则来确定）,Kb应采用当保护2第I段末端短路时，可能出现的最小值,1）与相邻线路距离保护I段相配合，并考虑分支系数的影响,A,B,C,1,2,当k点短路时，变电所A距离保

3、护1的测量阻抗是：,此时Kb1，由于助增电流的影响，与无分支情况相比，将使保护1处的测量阻抗增大，可能产生拒动。,A,B,C,1,2,此时Kb1，由于外汲电流的影响，Kb1，与无分支情况比，将使测量阻抗变小，若不考虑Kb，则可能产生误动。,为充分保证保护1和保护2之间的选择性，应按Kb为最小的运行方式来确定。保护1的距离II段的整定值，使之不超出保护2距离I段的范围。,2）与相邻变压器的快速保护相配合，躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处短路时的阻抗值。,设变压器的阻抗为： 则起动阻抗应整定为： 误差较大，取 应采用当k点短路时的最小值。,（2）动作时限,取两个整定值中最小的一个。,距离保护I

4、I段的动作时间，应在与之配合的相邻元件保护动作时间的基础上，加上一个时间级差，即：,式中,与本保护配合的相邻元件保护段（x为I或II）的动作时间。,时间级差,其选取方法与阶段式电流保护中时间级差选取方法一样。,（3）灵敏度校验,距离保护的II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。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足：,如果Ksen不满足要求，则距离II段应改为与相邻元件的II段保护相配合。,3、距离保护III段的整定,距离保护第III段的整定阻抗，按以下几个原则计算。,（1）III段的整定阻抗,1）按与相邻线路距离保护II或III段配合整定,在与相邻线路距离保护II段配

5、合时，III段的整定阻抗为：,可靠系数的取法与II段整定中类似。,如果与相邻线路距离保护II段配合灵敏系数不满足要求，则应改为与相邻线路距离保护的III段相配合。,2）按与相邻变压器的电流、电压保护配合整定,III段的整定阻抗为：,式中,电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。,3）按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定,当线路上的负荷最大时，即线路中的电流为最大负荷电流且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为：,参照过电流保护的整定原则，考虑到电动机自起动的情况下，保护III段必须立即返回的要求，若采用全阻抗特性，则整定值为：,若采用方向特性，由于负荷阻抗与整定阻抗的阻抗角不同，整定阻抗可由下式

6、给出：,整定阻抗的阻抗角,当第III段采用偏移特性时，反向动作区的大小通常用偏移率来整定，一般情况下，偏移率取为1030。,负荷阻抗的阻抗角,按上述三个原则进行计算，取其中的较小者作为距离III段的整定阻抗。,R,jX,远后备保护时 ：,近后备保护时 ：,（2）灵敏度校验,距离保护的III段，一方面作为本线路I、II段保护的近后备，另一方面还作为相邻设备保护的远后备，灵敏度应分别进行校验。,按本线路末端短路校验,按相邻设备末端短路校验,相邻设备（线路、变压器等）的阻抗。,相邻设备末端发生金属性短路时保护1可能出现的最大测量阻抗,（3）动作时限 其动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限增加一

7、个时限阶段：,距离保护III段的动作时间，应在与之配合的相邻元件保护动作时间的基础上，加上一个时间级差t，但考虑到距离III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（1.5-2s）。,4. 将整定参数折算到二次侧,为电流互感器变比 为电压互感器变比 为保护的一次动作阻抗,或,计算中得到的整定阻抗，也可以按照类似的方法换算到二次侧：,5.距离保护的评价 1)主要优点： 能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。 阻抗继电器是同时反应电压降低与电流增大而动作，故距离保护较电流保护有较高的灵敏性，且段基本不受运行方式的影响，而、段仍受系统运行方式变化的影响，但比电流保护要小些，保护区域

8、和灵敏性比较稳定。,2)缺点： 不能实现全线速动，对双侧电源线路，将有全线3040%以段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说不能接受。 阻抗继电器本身较复杂，还增设各种闭锁装置，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的相间短路保护、段进行整定计算。已知线路AB的最大负荷电流 =350A，功率因数cos =0.9。各线路每公里阻抗 = 电动机自起动系数 =1，正常时母线最低电压 取等于0.9 （ =110kV）。,1,4,3,2,5,6,9,10,7,8,A,B,C,D,E,M,N,30km,60km,60km,解：各元件阻抗值的计算

9、 AB线路的正序阻抗: BC线路的正序阻抗 : 变压器的等值阻抗 : 距离段的整定 动作阻抗： 动作时限：, 距离段的整定 动作阻抗：按以下两个条件选择，且取其中较小的一个 a.与相邻线路BC的保护3（或5）的段配合:,为最小，是在保护3的段末段发生短路时的最小分支系数,1,4,3,2,5,6,9,10,7,8,A,B,C,D,E,M,N,30km,60km,60km,求最小分支系数应IAB取最大，而IBC取最小。即电源M在最大方式，电源N在最小方式。,0.15ZBC,ZAB,0.85ZBC,A,B,İ1,İ2,ZBC,Xs1.min,XS2.max,ZT,İ3,C,该支路电流忽略!,b.按照

10、躲开相邻变压器低压侧出口k2短路整定:,取以上两个中较小的一个数 ,故:,这时并联支路电流可以忽略,最小分支系数应IAB取最大，而I3取最小。,动作时限 与相邻保护3的段配合 则: 灵敏性校验：,距离段的整定,动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定。,满足要求,它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。,因为继电器取为相间接线方式的方向阻抗继电器,取,b.变压器配合：,（2）灵敏性校验：,a.与线路配合 :,Kb.max取最大值，电源M最小方式，电源N最大方式，线路BC停用。,满足要求,不满足要求,相邻元件末端短路保护可能感受的最大测量阻抗,动作时限：,取其中较长者,变压器： 215MV

11、A 110/6.6kV 例2：已知：线路的正序阻抗 ，线路阻抗角 ； 线路AB及BC均装设三段式距离保护，各段测量元件均采用方向阻抗继电器，而且均采用 接线方式，保护用电压互感器变比为110/0.1，电流互感器变比为600/5 ； 线路AB、BC的最大负荷电流 ，负荷的功率因数为 ，负荷自起动系数 ； 保护2距离段的动作时限 求：保护1距离、段的动作阻抗，灵敏系数与动作时限及阻抗继电器的动作阻抗。,解： 距离段：,本题 最小的情况是在 ，即电源B的机组已全停，此时 。否则 必大于1，有助增。,距离段 ： 与保护2距离段配合,为保证选择性，取较小者为距离段的动作阻抗 ，则： 校验灵敏系数：,与变

12、压器的速动保护配合,一种是把两台变压器并联看成一个整体，一种看成两个并联支路，Kb.min=1/2,把两台变压器并联看成一个整体,距离段： 按躲过最小负荷阻抗求正常运行时的动作阻抗， 即对应于 时的动作阻抗。,距离段采用方向阻抗继电器时对应于 时的动作阻抗,校验灵敏系数 ： 作线路AB的近后备时：,作相邻线路BC的远后备时：,4.动作时限：,作变压器的远后备时考虑其中一台停用。,5.继电器的动作阻抗：,第五节 距离保护的振荡闭锁,3.5.1.振荡闭锁的概念,并联运行的电力系统或发电厂失去同步的现象，称为电力系统的振荡。,引起电力系统振荡的原因 ：,一种是因电力系统受到大的扰动（如短路、大机组或

13、重要联络线的误切除等）而导致暂态稳定破坏。,一种是因为联络线中传输的功率过大而导致静稳定破坏。,（1）系统正常运行时，系统各电源之间同步运行，各电源电势之间的相差角为常数；,（3） 电力系统中发生同步振荡或异步运行时，各点的电压、电流和功率的幅值和相位都将发生周期性的变化。阻抗继电器的测量阻抗 也将周期性的变化，当测量阻抗进入距离保护动作区域时，保护将发生误动作。,（2）当系统短路切除太慢，或遭受较大冲击时，并列运行的各电源之间失去同步，系统发生振荡。系统发生振荡时，各电源电势之间的相差角随时间而变化，系统中出现幅值以一定周期变化的电流称为振荡电流；,因电流保护、电压保护和功率方向保护等一般都

14、只应用在电压等级较低的中低压配电系统，这些系统出现振荡的可能性很小，振荡时保护误动产生的后果也不会太严重，所以一般不需要采取振荡闭锁措施。 距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以必须考虑振荡闭锁问题。,联络开关,1、系统振荡的特点：,a. 系统全相运行时发生系统振荡，三相总是对称的。 b. 振荡时，最大振荡电流接近于振荡中心处短路时的短路电流。 c. 振荡的过程是缓慢的（我国电网振荡周期一般为0.8s1.2s左右) 。,3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响,Z,M,N,设以 为参考，使其相位角为零，则 。在振荡时，可认为N侧系统

15、等值电势 围绕 旋转。因 滞后于 的角度 在0360之间变化， 。,.,I,2、电流、电压的变化规律,此电流滞后于电势差 的角度为系统总阻抗角,由M侧流向N侧的电流为：,振荡时，三相对称，系统中性点电位仍保持为零，故线路两侧母线电压为：,设 阻抗角相同，则 为一标量， 与 具有相同的相位。,换句话说， 落在直线 上。,O,是输电线上的两个端点电压，输电线上各点电压向量的端点沿着直线 移动，从原点与此直线上任一点连线所做成的向量，即代表输电线上该点的电压，从原点作直线 的垂线所得的向量最短，垂足os所代表的输电线上那一点在振荡角度 下的电压最低，该点称为系统在振荡角度为 时的电气中心或振荡中心

16、。,os,O,随着 的改变，振荡中心在线路上的位置也在变。当系统阻抗角和线路阻抗角相等且两侧电势幅值相等时，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 之中点处。（这就是为什么称其为电气中心）,现在假定 I.先看振荡中心电压,当 =0时(或360),线路两端电势相等，没有电流流过,在保护安装处电流跟振荡中心电流一样（同一条线路上） 当 =0时,由于I=0,所以,当 =180时,线路两端电势在中点相互抵消，,.再来看在保护安装处电流、电压的变化规律,当 =180时, 而,系统振荡时的电流和电压,(b) 电流有效值变化曲线,(c)电压有效值变化曲线,UM,Uos,o,3,4,(a)

17、相量图及变化轨迹,UN,从图上可以直观地看出来，当 =180时，在保护安装处U最小而I最大，这时继电器的测量阻抗 ，可能进入保护动作区,.M点保护装置的测量阻抗 当系统振荡时，在变电所M的线路上，振荡电流为：,表示系统总的纵向正序阻抗,M点阻抗继电器的测量阻抗为：,M点的母线电压为：,表示两侧系统电势幅值之比,假定Ke=1，即两系统电势幅值相同，系统和线路的阻抗角也相同，则 随 变化关系是：,把 随 变化的关系画在以保护安装地点M为原点的复阻抗平面上。 当全系统所有阻抗角均相同时（Ke=1， ）,可见:当 =0时, ；当 =180时， 即测量阻抗等于保护安装点到振荡中心的阻抗，当 改变时，不但

18、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（ ）至（ ）之间。,当m=1/2时，特性直线通过坐标原点， 相当于保护装置安装在振荡中心处； 当m1/2时，直线族与-jx相交，此时 振荡中心将位于保护范围的反方向。,在系统振荡时，为了求出不同安装地点距离保护测量阻抗的变化规律，令 代替 ，并设 ，m为小于1的变数，则有 ,其中 表示保护安装处X的测量阻抗。,设保护安装在系统的X处，X到电源M的等值阻抗为ZX,当m取不同数值时，测量阻抗变化的轨迹应是平行于 直线的一直线族。,.保护安装在不同安装地点阻抗的变化规律,当两侧系统的电势 ，即 时，由 其轨迹应是位于直线 某一侧的一个圆。,在这

19、种情况下，当 时，由于两侧电势不相等而产生一个环流。因此，测量阻抗不等于 ，而是一个位于圆周上的有限数值。,R,jX,N,M,o,o,1,2,Zm.M,. （两侧系统电势不等）,当Ke1， ，轨迹圆位于直线 下面，实质电流由N侧流向M侧,当Ke1， ，轨迹圆位于直线 上面，实质电流由M侧流向N侧,实质电流由N侧流向M侧,实质电流由M侧流向N侧,.振荡对距离保护测量元件的影响,假设M、N两处均装有距离保护，其测量元件均采用圆特性的方向阻抗元件，距离I段的整定阻抗为线路MN阻抗的80。,N,M,1,2,3,4,虚线圆为N侧I段的动作特性。,实线圆为M侧I段的动作特性。,振荡中心落在母线M、N之间的

20、线路上时。当变化时，M、N两处的测量阻抗的末端，都将沿直线 移动。,当在14范围内时，N侧测量阻抗落入动作范围之内，其测量元件动作；,当在23范围内时，M侧测量阻抗也落入动作范围之内，其测量元件也动作。,即当振荡中心落在本线路上时，当变至=1800 左右时，线路两侧保护I段的测量元件都可能动作。,=1800,当振荡中心落在本线路范围之外时，两侧保护的测量阻抗都不会进入其I段的动作区，本线路的距离I段将不受振荡的影响。但由于II段及III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III段的测量元件可能会动作。,N,M,o,O,m=1/2,m1/2,m1/2,距离保护

21、安装地点越接近振荡中心，越容易引起误动。继电器的动作特性在复阻抗平面上沿 方向所占面积越大，受影响越大。,距离段、段都会误动，而距离段不会误动（由于我国电网的振荡周期为1s左右，而段保护需延时1.5s以上，一般为1.5s2s，可利用延时躲开振荡的影响）,当振荡发生时，首先起动的是段，然后是段、段阻抗继电器。,.归纳：,Zm3,Zm2,Zm1,图示双侧电源的系统中，阻抗继电器装在M侧，两侧电源电动势大小相等，各元件阻抗角相同，相关参数标在图中。 试回答：,(1)系统发生振荡时，阻抗继电器测量阻抗端点的变化轨迹； (2)如果阻抗继电器是方向阻抗继电器，M侧保护其整定阻抗Zset=3，请问，在下述几

22、种情况下系统发生振荡时阻抗继电器是否会误动：,(a)Zs=1，ZR=9； (b)Zs=1，ZR=4； (c)Zs=6，ZR=4。,.电力系统振荡和短路时电气量的差异,（1）电力系统发生短路的瞬间，短路电流突然增加，母线电压突然降低，变化速度很快，但在短路发生后，若不计其衰减，电流、电压将基本不再变化，保护的测量阻抗，将从负荷阻抗突变为短路阻抗，并维持为短路阻抗不再变化。 系统振荡时，系统中的电压电流都不会有突然的变化，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，但会随着的变化而不断的变化。,幅值和变化率,（2）系统发生各种不对称短路时，故障电压、电流会有

23、较大的负序分量，在发生三相短路的最初瞬间，也会因暂时的不对称而出现负序分量。系统振荡时，三相完全对称，不会出现负序量。,（3）系统短路时，测量电压与测量电流之间的相位差取决于短路阻抗角，它基本不变。系统振荡时，电压电流之间的相位，随着的变化而变化。,序分量,相位变化,构成振荡闭锁回路应满足以下基本要求：,先故障后振荡，保护不致无选择的动作。,在振荡中故障，保护应能正确动作。,系统发生故障，保护应不被闭锁而能可靠动作。,系统只发生振荡，应将保护可靠闭锁，且振荡不停，闭锁不解除。,3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施,振荡闭锁措施,为满足上述要求，距离保护一般采用以下几种振荡闭锁措施：,1）利用系统

24、故障时短时开放的措施实现振荡闭锁,所谓系统故障时短时开放，就是在系统没有故障时，距离保护的I、II段一直处于闭锁状态，当系统发生故障时，短时开放距离保护I、II段。若在开放的时间内，I、II段的测量元件动作，则继续维持开放状态，直至保护动作，故障消失。若在开放的时间内I、II段测量元件未动，则说明故障不在保护区内，则重新将保护闭锁。,即系统没有故障时，起动元件不动作，I、II段的测量部分将被闭锁； 系统发生故障时，起动元件动作，迅速将I、II段测量部分投入工作。 起动元件仅需要判断系统是否发生了故障，而不需要判出故障的远近及方向，对它的要求是灵敏度高、动作速度快，系统振荡时不误动作。,系统是否

25、发生故障的判断，是由距离保护的起动元件完成。,距离保护中应用的起动元件,负序分量或零序分量起动,电流突变量起动,（1）利用负序分量起动,开放保护,整组复 归,S R,SW,DW,TDW,利用负序分量实现振荡闭锁,系统正常运行或因静稳定破坏而引发振荡时，负序元件不动作，双稳触发器SW以及单稳触发器DW都不会动作，保护不会被开放，所以不可能发生误动。,当系统发生短路时，它立即起动，动作信号经双稳态触发器SW记忆下来，直至整组复归，SW输出的信号，又送至一单稳态触发器DW，固定输出时间宽度为TDW的短脉冲，在TDW时间内允许保护动作。,双稳态触发器,单稳态触发器,“0”,保护区外发生故障时，负序元件

26、也将动作，并且振荡闭锁部分也会开放TDW时间。如果区外故障没有引起系统振荡，则距离保护的测量元件不会动作，所以保护也不会发生误动；若区外故障引起了系统振荡，因在刚发生故障后的一定时间（TDW）内角较小，测量元件不会动作，所以在振荡闭锁开放的时间段内，保护不会误动，TDW时间后，测量元件可能会因变大而动作，但这时开放时间已过，保护也不会误动作。,当故障发生在保护区内时，距离保护的I段或II段测量元件立即动作，I段动作后立即跳闸；II段动作后实现自保持，直至故障被切除。所以区内故障情况下，保护能够可靠动作。,TDW称为振荡闭锁的开放时间，或称允许动作时间。 其选择要兼顾两个原则： 一是要保证在正向

27、区内故障时，I段保护有足够的时间可靠跳闸，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0.1s； 二是要保证在区外故障引起振荡时，测量阻抗不会在故障后的TDW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消失，再经过一个延时后动作，将SW复原，它与负序元件、SW配合，保证在整个一次故障过程中，保护只开放一次。,a.零序分量 在三相电压中，零序电压大小相同，相位相同，因此，在线电压中没有零序电压分量。 在输入端采用线电压，就可以消除零序电压的影响，因此在输出端不可能有零序分量出现

28、。,用以从三相不对称电压中取出其负序分量的回路称为负序电压过滤器。,b.正序分量 、 、 是沿顺时针方向依次落后 120 在 回路中,电流超前电压30， 在 回路中,电流超前电压60。,负序电压过滤器,则当输入端有正序电压加入时： 故在m、n端正序电压也没有输出。,在 回路中,电流超前电压30，,在 回路中,电流超前电压60。,c.负序分量 当输入端有负序电压加入时，在mn端空载输出电压 ：,因此，负序电压过滤器的空载输出电压与输入端的负序相电压成正比，且超前 30。 当电路中有负序分量出现，一定是系统发生故障，保护应动作。,在微机保护中对称分量的计算根据输入量的性质有两类算法，即复相量滤序算

29、法和采样值滤序算法。,假定已通过前面的算法求得了各相电压基频复相量的实部和虚部，譬如，采用富氏算法算得a、b、c三相电压的实部和虚部，用复相量记法分别表示为：,1、复相量滤序算法,这时，只需将式（2）代入式（1），便可直接算出各序分量复相量的实部和虚部。这里假定零序分量、正序分量及负序分量电压的复相量分别记为：,例如：对于负序分量，由式（1）、式（2）和式（3）得：,将上式展开后合并，即可得：,零序分量和正序分量可仿此计算。,(4),假定已通过前面的数字滤波器求得了各相电压基频分量采样值序列，譬如，采用级联滤波器算得a、b、c三相基频电压的采样值分别为 、 、 。,零序分量的计算比较简单，可采

30、用同时刻的采样值直接相加，即:,2、采样值滤序算法,下面讨论负序分量的计算（正序分量只需颠倒相序，即交换任意两相的位置即可）。参考式（1），将相量滤序原理应用于离散化采样值，有：,(5),式（5）的数据窗的宽度为 （相当于2/3个基频周期），计算时间较长。,依此来处理式（5）中的c相电压，即取,为了缩小数据窗的宽度，注意到对于纯正弦量，有：,式（6）的数据窗宽度为 （相当于1/3个基频周期），计算时间明显缩短。,（2）反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路,振荡时，Z1、Z2依次动作 内部故障时，Z1、Z2同时动作,a.阻抗元件Z1、Z2同时启动，则为系统发生短路开放保护。 b. Z1先启动，经t

31、延时后，Z2才启动，就可认为是振荡引起的，闭锁保护。,Z2,Zk,Zm,Z1,ZL,O,O,高灵敏度阻抗元件,低灵敏度阻抗元件 （整定值小）,“大圆套小圆”振荡闭锁,正常运行时Z1、Z2均不动作,振荡时Z1、Z2依次动作,内部故障时Z1、Z2同时动作,系统发生振荡时： 测量阻抗缓慢变化，首先进入动作特性Z1，测量元件Z1先动作，Y1动作输出为“1”，使T开始计时，这时T输出仍然为“0”，若T的延时时间t小于系统振荡情况下测量阻抗从进入Z1到进入Z2的时间，则T一定在Z2动作之前先动作输出为“1”，从而将与门Y2闭锁，从而使保护不能开放。,正常时： 系统正常运行时，两个阻抗元件Z1和Z2都不会动

32、作， Z2不动作，与门Y2输出为“0”，所以保护不可能开放 。,大圆,小圆,注意：Z1、Z2是振荡闭锁测量元件与保护测量动作元件不同 其动作阻抗整定值均大于距离段整定阻抗。,当系统发生短路故障时： 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“0”，通过Y2开放保护，并将Y1闭锁，使T返回，这样，Y2将维持开放状态，直到Z2返回。,这相当于在Z1动作后将先开放一个t的时间，如果在这段时间内Z2动作，就去开放保护，直到Z2返回，如果在t的时间内Z2不动作，保护就不会被开放。,2）利用动作的延时实现振荡闭锁,电力系统振荡时，距

33、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11.5s，即系统振荡时III段阻抗元件动作持续的时间不会所以超过11.5s。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。系统故障时，若I、II段保护拒动，测量阻抗会一直落在III段动作区内，经过预定的延时后，III段动作跳闸。 目前的距离保护中，一般都是利用上述的短时开放原理在振荡过程中闭锁I、II段保护，但III段保护一直处于开放状态，它依靠动作延时来免受振荡的影响。,3.5.1 振荡过程中再故障时的保护再开放,振荡闭锁措施能够在系

34、统出现振荡的情况下，可靠地将保护I、II段闭锁，使其不会发生误动。 但是如果系统在振荡过程中又发生了内部故障，保护的I、II段也将不能动作，故障将无法被快速切除。为克服此缺点，振荡闭锁元件中还可以增设振荡过程中再故障的判别逻辑，判出振荡过程中又发生内部短路时，将保护再次开放。,（1）振荡过程中再发生不对称故障的判断,当振荡过程中又发生不对称短路时，可用下列判据作为重新开放保护的条件。,即：,式中 、 、 分别为负序、零序和正序电流的幅值； m比例系数，一般取0.50.7。,在系统全相振荡时，三相电流仍然对称，正序电流很大，负序和零序电流都为0，虽然I2和I0滤过器会有一定的不平衡输出，但量值较

35、小，上式得不到满足，保护不会开放。,（2）振荡过程中再发生对称性故障的判断,对称故障判别元件的动作判据为 :,式中 为电流落后电压的相角。p.u.标么值,为电压相量 在电流相量 方向上的投影，是一个标量。,分析表明，在系统发生三相短路时，如果忽略系统阻抗和线路阻抗中的电阻分量，则 近似等于故障点处的电弧电压Uarc，其值一般不超过额定电压的6，且与故障距离无关、基本不随时间的变化而变化。,在系统振荡时， 近似为振荡中心的电压，当在1800附近时，该电压值很小，可能会满足上式，但当为其它角度时，该电压值就比较高，不会满足上式。即系统三相故障时，上式会一直被满足，而在系统振荡时，上式仅在较短的时间

36、内满足，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。,3.6 故障类型判别和故障选相,在启动元件动作后，需要根据故障特征，判别出故障类型和相别，找出故障环路，从而计算测量阻抗，确定故障位置。,数字保护常用选相启动元件,相电流差突变量,相电流突变量,相电流突变量差,这些量既可以利用瞬时采样值通过保护算法计算得到有效值后获得，也可以直接利用瞬时采样值直接计算获得。,起动元件程序可采用多种方式来完成，目前系统中通常采用的方式是相电流突变量起动方式。具体做法是求出每个采样点的相电流瞬时值与前一个工频周期相同相位的瞬时采样值之差值，即取突变量值，如大于整定值保护就起动。突

37、变量起动方式可表示为： ，式中N为每周采样点数。 相电流突变量起动方式的程序较为简单，抗干扰能力较差，起动较为频繁容易造成误起动。,t,k,k-N,Ik,Ik-N,相电流突变量,这样的起动方式可以克服系统频率偏离额定值时造成的不平衡电流（采样点位置不对应）。,在实际应用中采取相电流突变量差的起动方式，即两两相邻周期的突变量之差，A相的突变量差值为：,相电流突变量差,当任一相的相电流差突变量大于整定值四次，保护装置即起动。,为了进一步提高起动的抗干扰能力，在程序中是采用相电流差突变量起动方式，可表示为：,相电流差突变量,相电流差突变量,其中：,是相电流差突变量,是相电流突变量,是故障后相电流,是

38、故障前相电流,在选相程序中，可以先进行接地/相间故障判别。,故障相判别程序流程图(先进行接地/相间故障判别),Y,N,Y,N,N,Y,KA(1),KB(1),KC(1),计算ZA,计算ZB,计算ZC,KAB(1,1),KBC(1,1),KCA(1,1),计算ZAB,计算ZBC,计算ZCA,KAB(2),KBC(2),KCA(2),计算ZAB,计算ZBC,计算ZCA,计算ZAB,1.接地故障 当满足 时判为接地故障。 2.单相接地故障相别判别,最小,最小,最小,为了与上述分析进一步吻合，取一个放大倍数m（4m8)，考虑留有一定的裕度，则有：,由上分析，当 时，有 则当满足接地故障条件时，可按下式

39、判别：,判别公式为：,4.三相短路判别 当满足 即可判为三相短路。,3.两相接地故障相别判别,当单相接地条件不满足时，则判定为两相接地故障，只要求出三个相电流差突变量的最大值，与之对应的两相就是故障相。,若接地故障条件不满足，则判定为非接地故障。,5.两相短路判别（即不是接地，也不是三相短路）,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为例进行的，但实际情况下，电力系统的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗、补偿电压等发生变化，有可能造成距离保护的不正确工作。,3.7.1 短路点过渡电阻对测量元件的影响,1.短路点过渡电

40、阻的性质,(3)在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成，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。,(2)包括：电弧、中间物质的电阻、导线与地间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。,(1)过渡电阻 Rg是指当相间短路或接地短路时，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。,（4）电弧电阻,电弧电流有效值 （A）,电弧长度 （m）,过渡电阻的存在使阻抗继电器的测量阻抗 增大，保护范围缩小，使保护的灵敏性降低。,由于过渡电阻的影响，使得段的保护范围缩小。 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，则相对受过渡电阻的影响越大。

41、I段最严重，II段次之，III段最小。,即:Rg的存在总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩短,2.单电源线路Rg的影响,Zm.A,Rg,Z,C,A,（a）,B,B,jX,R,R,jX,A,单侧电源线路过渡电阻的影响,C,(b),（a）系统示意图,(b) 对不同安装地点的距离保护的影响,当线路B-C的始端经过渡电阻Rg短路时，B处保护的测量阻抗为Zm.B=Rg，而A处保护的测量阻抗为Zm.A= ZAB+ Rg ，当Rg的数值较大时，就可能出现B处超出其I段范围而B处和A处仍位于其II段范围内的情况。此时A处的II段动作切除故障，从而失去了选择性，同时也降低了动作的速度。,保护装置距短路点越近

42、时，受过渡电阻影响越大；同时，保护装置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响越大。,3.双侧电源线路Rg的影响,A,B,C,2,1,分别为两侧电源供给的短路电流， 流经 的电流,A和B母线电压：,表示 超前于 的角度，当 为正时，测量阻抗的电抗部分增大，使 的阻抗角增大，过渡电阻呈感性，可能拒动；而当 为负时，电抗部分减小，过渡电阻呈容性，使 的阻抗角变小，引起保护的误动。所以双侧电源系统中，由于过渡电阻的影响，可能导致保护的无选择性动作。,A,Zk,则：,4.不同特性的阻抗继电器，受过渡电阻的影响程度不同 方向阻抗继电器受过渡电阻的影响严重，偏移阻抗继电器次之，全阻抗继电器

43、相对最小。,+R,+jx,5.减少过渡电阻影响的措施,在过渡电阻的大小和两侧电流相位关系一定的情况下，它对阻抗继电器的影响，与短路点所处的位置、继电器所选用的特性等有密切的关系。对于圆特性的方向阻抗继电器来说，在被保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，动作特性在R轴方向所占的面积越小，受过渡电阻Rg的影响就越大。此外，由于接地故障时过渡电阻远大于相间故障的过渡电阻，所以过渡电阻对接地距离元件的影响要大于对相间距离元件的影响。,采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件，是克服过渡电阻影响的主要措施。,1）在整定值

44、相同的情况下，具有正序电压极化或记忆电压极化的测量元件动作特性在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。,2）使动作特性向R方向偏转一个角度，则特性在R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超越，造成保护误动。为防止此情况的发生，可将偏转后的特性与一个下倾的电抗特性复合，这样，既可以保证有很强的耐受过渡电阻能力，又能够避免稳态超越。,3）四边形特性测量元件的四个边可以分别整定，可使其在R轴方向所占的面积足够大，并在保护区的始端和末端都有比较大的动作区，所以它具有比较好的耐

45、受过渡电阻的能力。,3.7.2 短路电压电流中的非工频分量对测量元件的影响,在电力系统发生短路后的暂态过程中，故障电压、电流中除了含有工频的正弦量以外，还含有周期性的谐波分量和非周期的暂态分量。电流的暂态分量中又包括衰减的直流分量、衰减的谐波量和高频行波量等，电压的暂态量中主要为衰减的谐波量和高频行波量。这些谐波量、暂态量都是非工频的分量，它们的存在将使故障后电压、电流的波形发生严重畸变，对反应工频电压电流的距离保护的正确工作产生不利的影响。,电压互感器和电流互感器在短路后暂态过程中会有较大的误差，这将会使电压、电流的波形进一步畸变，对距离保护的工作产生不利的影响。,1） 衰减直流分量对距离保

46、护的影响,在模拟式距离保护中，测量电流一般是通过模拟电抗变换器引入到装置中的，模拟电抗器输出的电压近似为输入电流的导数，所以它对直流分量有很好的阻断作用，但对于衰减的直流分量，它也能够部分地传变至输出端。即在输入电流中含有较大衰减直流分量时，电抗变换器的输出电压中会有一定的直流分量。,直流分量的存在，对绝对值比较和相位比较的测量元件都会有影响，但对相位比较原理的影响较大。直流分量使比较电压的波形偏向时间轴的一侧，半波波形变宽，另外半波波形变窄，比相回路无法正确反应两比较量之间的相位关系，有可能导致出现错误的比相结果，造成距离保护的不正确工作。,在数字式距离保护中，测量电流既可以通过模拟电抗变换

47、器引入，也可以通过小型电流变换器引入，通过电流变换器引入时，直流分量全部能够传变至输出端，输出电压中将会有较大的衰减直流信号。衰减直流分量对数字式距离保护的影响，与保护所选用的测量原理、滤波措施、计算方法等有密切的关系。,消除衰减直流分量影响的措施主要有:,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法； 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，使参与计算或比较的电流中不再包括直流分量； 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，即使有较大的测量误差一般也不会使其偏出动作区，应用比较简单、粗略但数据窗较短、速度较快的算法，保证

48、近处故障快速动作，而当故障发生在整定点附近时，采用比较精确但通常耗时较长的算法，保证动作的范围不受或少受衰减直流分量的影响,采用最小二乘算法,2）谐波及高频分量对距离保护的影响,对模拟式保护来说，谐波及高频分量的存在将会影响波形过零点的位置和波形的幅度，所以对相位比较和幅值比较的测量元件的正确工作都有一定的影响。,当测量电流有电抗变换器引入时，电流中的谐波和高频分量将被放大，可能会有较大的影响。,对数字式保护来说，为了满足采样定理，输入信号必须经过模拟低通滤波后才送入数据采集系统，这样在采集到的数字信号中，高频分量已基本不存在，谐波信号的幅度也会有所减少。谐波信号对数字式保护的影响，也与保护所

49、选用的测量原理、滤波措施、计算方法等有密切的关系。,付氏算法本身能够滤除各种整数次谐波，基本不受整次谐波分量的影响；半波积分算法对谐波也有一定的滤波作用，所以受谐波影响较小；导数算法、两点积算法和解微分方程算法等受谐波影响较大。,数字滤波通常可以方便地滤除整数次谐波，对非整数次谐波也有一定的衰减作用，是消除谐波影响的主要措施。,除了系统振荡、过渡电阻等影响因素外，还有几种影响距离保护的正常工作的因素：,（1）电压回路断线 （2）串联电容补偿 （3）短路电流中的暂态分量 （4）电流互感器的过渡过程 （5）电容式电压互感器的过渡过程 （6）输电线路的非全相运行,第八节 工频故障分量距离保护,与反应

50、故障后工频电压、电流的距离保护不同，工频故障分量距离保护是通过反应故障前后电压电流量的工频变化量而工作的。,3.8.1 工频故障分量 的概念,(a)故障系统,当系统在k点发生金属性短路时，故障点的电压降为0，这时故障系统可以用一等值电路来代替。,等值电路中两附加电压源的电压大小相等、符号相反。假定电力系统为线性系统，则根据叠加原理，可以将其分解成故障前负荷状态和短路附加状态两个子系统。,故障前负荷状态对应于故障前的正常系统，各点处的电压电流均与故障前的稳态负荷情况一致。,短路附加状态中各点的电压电流是由故障引起的电压电流的变化量，其中的工频成分，就是工频变化量。,k,系统故障时，保护安装处电流

51、、电压的变化量可以分别表示为：,取工频变化量距离元件的工作电压为补偿电压的变化量，即：,式中 Zset为保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗 的8085。,Uop稳态时就是保护范围末端z点的电压。,k1,z,Z set,0,在保护区内k1点短路时， 在0与 连线的延长线上，这时有:,k2,z,Z set,0,在正向区外k2点短路时， 在0与 的连线上，这时有:,k3,z,Z set,0,在反向区外k3点短路时， 在0与 的连线上，这时有:,可见，比较工作电压与故障附加网络电源电压的大小，就能够区分出区内外的故障。 、 和 的幅值分别等于k1、k2和k3点故障前电压的幅值，假设短路前系统为空载，

52、则它们的幅值都相等，且等于电源电动势的幅值 。若设动作门槛为 ，则工频变化量距离元件的动作判据可以表示为 :,满足该式判定为区内故障，保护动作； 不满足该式，判定为区外故障，保护不动作。,3.8.3 工频变化量距离保护的动作特性,1. 正向故障时,式中：,为正向故障时测量元件的测量阻抗；,为工频故障分量电流助增系数。,将其代入动作判据表达式,可以得到 ：,其中，系统阻抗Zs和整定阻抗Zset都为常数，测量阻抗Zm随着短路距离和过渡电阻Rg的变化而变化，上式取等号，可以得到临界动作情况下的轨迹，即动作的特性为：,-Zs,Zk,Zset,Zs+Zm,Zm,CRg,o,在阻抗复平面上，该特性是以-Z

53、s为圆心，以 为半径的圆。,当测量阻抗Zm落在圆内时，满足动作判据表达式，测量元件动作，所以圆内为动作区。圆外为不动作区。,可见，在正向故障时，特性圆的直径很大，有很强的允许过渡电阻能力。,尽管过渡电阻数值上仍受助增电流的影响，但由于 一般与 同相位，过渡电阻地影响始终呈电阻性，与R轴平行，不存在由于对侧电流助增引起的稳态超越问题。,1. 反向故障时,将其代入动作判据表达式可以得到 ：,式中：,为反向故障时测量元件的测量阻抗；,为工频故障分量电流助增系数。,类似于对正向故障情况的分析，可以得到在反向故障情况下的动作特性,R,jX,Zset,-Zm,-CRg,o,-Zk,在阻抗复平面上，继电器的

54、动作区域是以 的末端为圆心，以 为半径的圆。由于动作的区域在第一象限，而测量阻抗Zm位于第三象限，所以继电器不可能动作，具有明确的方向性。,3.8.4 工频变化量距离保护的特点,1.阻抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能基本上不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁。 2.阻抗继电器仅反应故障分量中的工频稳态量，不反应其中的暂态分量，动作性能较为稳定。 3.阻抗继电器的动作判据简单，实现方便，动作速度快。 4.阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，也可以作为方向元件使用。 5.阻抗继电器本身具有较好的选相能力。,填空题,3

55、-1 距离保护是反应_的距离，并根据距离的远近确定_的一种保护。,3-3 方向阻抗继电器幅值比较式电气动作方程为 则其相位比较式电气动作方程为_。偏移阻抗继电器相位比较式电气动作方程为 ，则其幅值比较式电气动作方程为_。,3-4实用的方向阻抗继电器的插入电压(又称极化电压)来自两个方面：_。 3-5若方向阻抗元件的整定阻抗为 ，则方向阻抗继电器比幅式动作方程为_，其比相式动作方程为_。 3-6 偏移阻抗继电器比幅式动作方程为_，其比相式动作方程为_，当Zset2= Zset1时，其特性变为_特性，当Zset2=0时，其特性为_特性。 3-7 圆特性阻抗继电器， 为整定阻抗， 为测量阻抗，比幅式阻抗继电器能够启动对方向阻抗继电器应满足的条件为_，偏移阻抗继电器应满足的条件为_，方向阻抗继电器的缺点是_，偏移阻抗继电器的缺点是_。,3-8 距离保护对反应BC相间短路的阻抗继电器，加入继电器的电压为_，加入继电器的电流为_。对反应A相接地短路的阻抗继电器，加入继电器端子的电压为_，加入继电器端子的电流为_。 3-9 阻抗继电器通常采用_