第四章电网的距离保护.

第四章电网的距离保护§4电网的距离保护§4-1距离保护的作用原理一、距离保护基本概念（低量保护）距离保护：反应映故障点至保护安装处之间的距离（阻抗），并根据距离的远近（阻抗的大小）而确定动作时间的一种保护装置。测量阻抗：ZJZdz保护不动作；ZJZdz保护动作特点：*故障时：即反映U↓,又反映I↑→Klm↑*系统运行方式变化时，ZJ不变，故不受运行方式变化的影响（主要用于110KV及以上线路）JJJIUZ二、三段式距离保护基本配置原则I段：ZIdz.1=KIk·ZAB；ZIdz.2=KIk·ZBC（KIk取0.8～0.85）tI≈0sII段：ZIIdz.1=KIIk·(ZAB+ZIdz.2)(KIIk取0.8)tII1=tI2+Δt≈0.5sIII段：ZIIIdzZfh.mintIII按阶梯原则配合三、三段式距离保护基本逻辑框图§4-2阻抗测量元件（阻抗继电器）ZKJ一、ZKJ基本概念一次阻抗与二次阻抗的折算：为消除过渡电阻Rg及TA、TV角误差的影响，尽量简化继电器接线，通常把动作特性设计为一个圆（或透镜形、苹果形、多边形）。圆内为动作区，圆外为非动作区。TVTAdTABCTVBJJJnnZnInUIUZ//)(三种常用的圆特性ZKJ：3个阻抗概念：*测量阻抗ZJ：加入继电器的电压与电流的比。*动作阻抗Zdz.J：在某个角度方向上刚好使ZKJ动作时，加入ZKJ的电压与电流的比。*整定阻抗Zzd：在最大灵敏角φlm方向（特性圆直径正方向）上的动作阻抗。JUJIJUJI二、圆特性ZKJ的动作特性分析1、全阻抗ZKJ以阻抗平面的坐标原点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径的一个圆。ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角φJ无关，无方向性。(1)幅值比较式动作条件：|ZJ||Zzd|即：动作条件为的幅值比较器的两比较量：)(JJJZIU||||zdJJZIU||||BAJzdJUBZIA；(2)相位比较式动作条件：即：（或：）动作条件为的钝角型相位比较器的两比较量：（当时，幅值比较器与钝角型相位比较器具有相同的动作特性）90arg270zdJJzdJJZIUZIU90arg90JzdJJzdJUZIUZI90arg270DCzdJJzdJJZIUDZIUC；KABDKABC)()(；90arg270zdJzdJZZZZ2、方向阻抗ZKJ以整定阻抗Zzd为直径，且过坐标原点的一个圆。ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与φJ有关，具有完全方向性。(1)幅值比较式动作条件：即：动作条件为的幅值比较器的两比较量：(2)相位比较式动作条件：|21||21|zdzdJZZZ|21||21|zdJzdJJZIZIUzdJJzdJZIUBZIA2121；||||BAzdJJJZIUABDUABC；90arg270zdJJJZIUU3、偏移特性ZKJ正方向整定阻抗为Zzd时，向反方向偏移一个Zzd(01，一般为0.1～0.2)圆心坐标Z0=(1-)Zzd,半径r=|(1+)Zzd|ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与φJ有关，具有不完全方向性。(1)幅值比较式动作条件：即：动作条件为的幅值比较器的两比较量：|)1(21||)1(21|zdzdJZZZ|)1(21||)1(21|zdJzdJJZIZIUzdJJzdJZIUBZIA)1(21)1(21；||||BA1212(2)相位比较式动作条件：三、ZKJ比较相量形成回路1、变换器(1)电压变换器YB原边高电压→副边低电压（副边接大阻抗负载）zdJJzdJJZIUABDZIUABC90arg270zdJJzdJJZIUZIU(2)电流变换器LB原边大电流→副边小电流（副边接小阻抗负载）*副边并一小电阻R后，可将系统中所测电流变为与其成正比的电压量。（集成电路及微机保护中的芯片一般只处理电压量）(3)电抗变换器DKB原边电流量→副边电压量（副边接大阻抗负载）DKB结构特点：铁心有气隙，励磁阻抗ZL很小。DKB等效电路：W3开路时：（DKB的转移阻抗ZK：副边电压与原边电流的比）ZL≈jXL，相当于电抗，角度基本为90（故称为电抗变换器）为了调整转移阻抗ZK的角度K，可在W3副边并联电阻R（或电容C）。此时：ZK=ZL//R=jXL//RR↓→ZK的角度K↓KJLJZIZIU22、全阻抗ZKJ比较相量形成回路幅比式：相比式：（由于全阻抗ZKJ无方向性，DKB无需增设带可调电阻的副绕组来调整角度）JzdJUBZIA；JzdJUkBkZIA；或：zdJJzdJJZIUDZIUC；zdJJzdJJkZIUkDkZIUkC；或：3、方向阻抗ZKJ比较相量形成回路幅比式：相比式：zdJJzdJZIUBZIA2121；zdJJzdJkZIUkBkZIA2121；或：zdJJJZIUDUC；zdJJJkZIUkDUkC；或：4、偏移特性ZKJ比较相量形成回路幅比式：相比式：zdJJzdJZIUBZIA)1(21)1(21；zdJJzdJJZIUDZIUC；zdJJzdJkZIUkBkZIA)1(21)1(21；或：zdJJzdJJkZIUDkZIUkC；或：5、集成电路型ZKJ比较相量的形成回路以幅比式方向阻抗ZKJ为例：四、幅值比较器1、均压式：，Uab0→J动作2、环流式：，Ia－Ib0→J动作3、执行元件J：(1)极化继电器；(2)晶体管零指示器；(3)集成电路比较器zdJJzdJkZIUkBkZIA2121；||||BA||||BA五、相位比较器异或门比相电路:时：UI、UII瞬时值相异（一正一负）的时间5ms①6端7端：相“或”输出：不拒动为主时采用。②6端8端：相“与”输出：不误动为主时采用。（例如穿越功率较大的弱联络线，误跳闸将会造成两侧系统的严重振荡）12ms延时：将零点飘移造成的周期为20ms，宽度已展为10ms左右的误动方波消除。90arg270IIIUU§4-3ZKJ的接线方式一、对接线方式的基本要求(1)ZJ短路点到保护安装处间的距离(2)ZJ应与故障类型无关（保护范围不随故障类型变化）二、反映相间短路ZKJ的0接线方式0接线方式1、三相短路由于三相对称，三个ZKJ情况相同，以ZKJ1为例：ZJ1能反映l而正确动作。（z1：线路单位正序阻抗；l：短路点至保护安装处距离）acJcaJcbJbcJbaJabJIIIUUZKJIIIUUZKJIIIUUZKJ；：；：；：321lzIIlzIlzIUUBABAABJ111)(lzIIUIUZBAABJJJ11))()((1lzIlzzIlzIlzIlzIIlzIlzIlzIlzIUAMLAMALAMCBLAMCMBLAA2、两相短路以AB两相短路为例ZKJ1：ZKJ1能反映l而正确动作ZKJ2：（包含非故障相电压）∴ZJ2↑ZJ1，不能正确反映z1l，ZKJ2可能出现拒动。ZKJ3：情况同ZKJ2为确保保护正确动作，三个ZKJ出口采用“或”逻辑。lzIIlzIlzIUUBABAABJ111)(lzIIUIUZBAABJJJ11)2||||(||||BBABCBBACBIIIIIIIIII；且：||||ABBCUU由于：||BCU3、中性点直接接地电网中的两相接地短路以AB两相接地短路为例ZKJ1：ZKJ1能反映l而正确动作ZKJ2：∴ZJ.2↑ZJ.1，不能正确反映z1l，ZKJ2可能拒动。ZKJ3：情况同ZKJ2lzIIUIUZBAABJJJ11.||||BACBIIII且：||||ABBCUU由于：lzIlzIlzIUMCMBLAAlzIlzIlzIUMCMALBBlzIIlzzIIlzIlzIlzIlzIUBAMLBAMALBMBLAAB1)())((因为保护区内两相或两相接地故障时，只有一个相应的ZKJ能正确动作。为了反映各种相间故障必须采用三个ZKJ（分别接于不同的相间），且三个ZKJ的出口采用“或”逻辑。三、反映接地短路ZKJ的零序电流补偿接线方式单相接地短路时（A相接地）：故障相电压UA↓,故障相电流IA↑对ZKJ1：假设：可行性分析：将故障点电压与流过保护的故障相电流分解为对称分量：AJAJIIUU；dAUAI保护安装处A相电压的各序分量：（z1：线路单位正序(负序)阻抗；z0：线路单位零序阻抗）∴保护安装处A相电压：不能正确反映z1l0021dAdAdAdAUUUU021AAAAIIIIlzIUUAdAA1111lzIUUAdAA1222lzIUUAdAA0000021AAAAUUUUlzIlzIlzIUUUAAAdAdAdA001211021lzIlzIlzIlzIlzIAAAAA0010101211lzIzzzIIIAAAA10110021)(lzIzzzIA10110)33(lzlzIIzzzIUIUZAAAJJJ1101101.)331(则：正确的接线方式（零序电流补偿接线方式）：其中零序电流补偿系数：（K为常数，取决于线路参数）由于单相接地故障时，只有一个ZKJ可正确动作，因此必须采用三个ZKJ（分别接于不同相），且三个ZKJ的出口采用“或”逻辑。030201333IKIIUUZKJIKIIUUZKJIKIIUUZKJCJCJBJBJAJAJ；：；：；：1103zzzK§4-4方向阻抗ZKJ应用特点及集成电路型构成一、方向阻抗ZKJ的死区及消除死区的方法保护安装处正方向出口各种短路时：残余电压：Ucy≈0→UJ≈0→ZJ≈0,ZKJ拒动，出现死区。减小和消除死区的方法：1、谐振记忆回路对于相间短路的两故障相间电压或单相接地短路的故障相电压，由于故障前电压UJ[0]与故障后电压UJ同相位，可用记忆住的UJ[0]取代UJ，而UJ[0]较大，则不再有死区。在电压回路中利用电容C、电感L形成工频串联谐振电路。系统稳态时，UR反映UJ[0]（同相位）当保护出口短路时，UJ↓≈0，回路谐振→谐振电流IR→UR=IRR≠0（记忆作用）一般按回路自由振荡频率经几个周波才衰减为0∴利用此电压的记忆作用可消除死区。回路自由振荡频率：0=谐振回路中参数R、L、C的选择：(1)为了使系统稳态时，UR与UJ[0]同相位则需：L=1/C即：=（：工频角频率）如此选择后，0,故障后暂态过程中不能完全谐振，UR与故障前电压UJ[0]的相位逐渐拉开，时间越长，UR越不能反映故障前UJ[0]LC11422LCRL(2)为了使故障后暂态过程中达到完全谐振则需：=0=即：如此选择后，系统稳态时回路呈容性，故系统稳态时，UR与UJ[0]不同相（UR超前UJ[0]：5～8，有误差）综合考虑2、