距离保护原理

第4章距离保护知识与能力要求：理解距离保护的基本工作原理，掌握各种特性的阻抗继电器特征及接线；了解影响距离保护正确工作的因素及采取的措施。4.1距离保护的基本原理前面介绍的各种电流电压保护，其保护范围要随系统运行方式的变化而变化。对长距离、重负荷线路，由于线路的最大负荷电流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微，采用电流电压保护，其灵敏性也常常不能满足要求。距离保护是广泛运用在110KV及以上电压输电线路中的一种保护装置。一、距离保护的基本原理输电线路的长度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范围内任何一点故障，故障点至线路首端的距离都不一样，也就是阻抗不一样，都会小于总阻抗。距离保护就是反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。距离保护的核心元件阻抗继电器。当被保护线路上发生短路故障时，阻抗继电器的测量阻抗为Zm设阻抗继电器的工作电压为阻抗继电器的整定阻抗是指保护安装处至保护末端的阻抗。由此可见：保护区内短路故障，工作电压小于0；而保护外或反方向短路故障，工作电压大于0。二、距离保护的时限特性距离保护时限特性与三段式电流保护相似。opmmsetUUIZsetZ三、距离保护的构成由起动元件、方向元件、测量元件、时间元件和执行部分组成。起动元件：发生短路故障时瞬时起动保护装置。方向元件：判断短路方向。测量元件：测量短路点至保护安装处距离。时间元件：根据预定的时限特性动作，保证保护动作的选择性。执行元件：作用于跳开断路器。起动元件输入信号方向元件时间元件跳闸阻抗元件出口元件4.2阻抗继电器单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压（可以是相电压或线电压）和一个电流（可以是相电流或两相电流差）的阻抗继电器，加入继电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗Zm。测量阻抗可表示为：一、圆特性阻抗继电器1、全阻抗继电器如图所示，全阻抗继电器的特性圆是一个以坐标原点为圆心，以整定阻抗的绝对值为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区。不论故障发生在正方向短路故障，还是反方向短路故障，只要测量阻抗落在圆内，继电器就动作，所以叫全阻抗继电器。不论加入继电器电压与电流的相位差如何，动作阻抗不变，即全阻抗继电器动作不具有方向性。动作阻抗：使继电器动作的最大阻抗称为动作阻抗，以表示。rIrrmIUZrUopZ动作表达式：即：上式表明：全阻抗继电器实质是比较两电压的幅值，一为动作分量，一为制动分量。其物理意义是：正常运行时，保护安装处测量到的电压是正常额定电压，电流是负荷电流，阻抗继电器不起动；在保护区内发生短路故障时，保护测量到的电压为残余电压，电流是短路电流，阻抗继电器起动。setmZZmurmuvIKUK二、方向阻抗继电器方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标原点的圆，圆内为动作区，圆外为制动区。保护动作具有方向性。特点：当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不同数值时，动作阻抗就不同。为使继电器工作在最灵敏状态，应选择整定阻抗角等于线路短路阻抗角。三、偏移特性阻抗继电器此阻抗继电器是介于全阻抗继电器与方向阻抗继电器之间，动作特性向第三象限偏移了一个量。特性圆：αZαZθαZ特性圆：αZαZθαZ还有其它特性的阻抗继电器，比如多边形特性、方向多边形特性等等，不再赘述。基本特点可以归纳为以下几点：1、测量阻抗是由加入阻抗继电器的测量电压与测量电流的比值所确定，测量阻抗角就是测量电压与测量电流之间的相位差。2、整定阻抗一般取保护安装处到保护区末端的线路阻抗作为整定阻抗。3、动作阻抗是使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。方向、偏移阻抗继电器动作阻抗随阻抗角而变。4、当偏移度等于0时，为方向阻抗继电器；偏移度等于1时，为全阻抗继电器。4.3阻抗继电器的接线方式一、基本要求二、反应相间故障的阻抗继电器接线方式1、0°接线方式假定同一相的相电压与相电流同相位（即cosφ=1），则加在继电器端子上的电压与电流相位差为0°的接线方式。继电器类别A相阻抗元件B相阻抗元件C相阻抗元件１、阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装地点之间的距离；２、阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；3、阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响。rUrIABUBCUCAUBAIICBIIACII2、动作情况分析A、三相短路时三相对称，仅以A相为例。设短路点至保护安装处的距离为LK，线路每公里正序阻抗为Z1，则保护安装处的电压为：此时阻抗继电器的测量阻抗为：B、两相相间短路时以BC相间短路为例KMBMAKMBKMABAABLZIILZILZIUUU111)(KMBMAABmLZIIUZ1保护安装处电压为：阻抗继电器的测量阻抗为：C、中性点直接接地系统中两相接地短路时以BC相接地短路为例kMCkMBCBBCLZILZIUUU1)2(1)2(kCBCBmLZIIUUZ1BC两相接地短路保护安装处母线电压为：测量阻抗为：由以上分析可知，对于0°接线方式，在电网同一点发生各种相间故障时，接于故障相间的阻抗继电器测得的阻抗相同，而且测得的阻抗只与故障点至保护安装处的距离成正比，故满足接线方式的要求。所以0°接线方式广泛运用于反应相间短路故障的距离保护中。kMMBkLMCCkMMCkLMBBLZILZIULZILZIU)1.1()1.1()1.1()1.1(kMCMBkMLMCMBCBCBmLZIILZZIIIIUUZ1)1.1()1.1()1.1()1.1())((二、反应接地故障的阻抗继电器接线方式在中性点直接接地电网中，当采用零序电流保护不满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，其接线方式如下：继电器类别A相阻抗元件B相阻抗元件C相阻抗元件rUrIAUBUCU03IKIA03IKIC03IKIB反应接地短路时阻抗继电器原理接线示意图3I00K3I4.4影响阻抗继电器正确测量的因素如前所述，阻抗元件能正确测量故障点至保护安装处的阻抗，当故障发生在保护范围内时，阻抗继电器的测量阻抗小于其动作阻抗，继电器动作。但实际使用时，有许多因素影响着阻抗继电器的测量阻抗。使它增大或减小，导致保护的灵敏性降低甚至失去选择性。主要有：1、故障点的过渡电阻；2、故障点与保护安装处之间的分支电流；3、系统振荡；4、电压回路断线；5、电流互感器和电压互感器的误差；6、串联电容补偿的影响等。一、故障点过渡电阻的影响前面分析时都是假定短路为金属性短路，实际故障点都存在过渡电阻，主要是电弧电阻。一般来说，过渡电阻的存在将使阻抗继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩小、灵敏性降低。方向阻抗继电器受过渡电阻的影响最重，偏移特性阻抗继电器次之，全阻抗继电器受过渡电阻的影响相对最小。由于过渡电阻主要是电弧电阻，故障后的电弧长度和电弧电流大小都是随时间变化的。在短路的瞬间，过渡电阻最小，此后逐渐增大。大约0.1～0.5S后，该值急剧增大。降低影响的措施：对于瞬时速断距离保护不考虑该影响，带有时限的距离保护应该采用瞬时测定回路，即：通过启动元件把测量元件最初的动作状态固定下来，电弧电阻增大时，即使测量元件返回，保护任能经预设的时限后跳闸。二、分支电流的影响该影响只能通过整定值的修正来解决。三、系统振荡的影响为防止系统振荡时距离保护的误动作，在保护装置中一般都设有振荡闭锁回路。工程实践证明，阻抗继电器误动的持续时间一般不会超过1.0S，所以如果保护本身带有较长的动作时间延迟，就可以不考虑系统振荡的影响。对振荡闭锁回路的要求是：系统没有发生故障而振荡时，应可靠闭锁；在保护范围内发生故障时，不管系统有无振荡都应立即开放保护。由于要正确判断是故障还是系统振荡，振荡闭锁回路一般都设有启动元件，根据系统振荡时三相对称的特点，检测负序分量的出现或零序分量的出现来判断。四、电压回路断线的影响运行中TV二次侧断线的原因很多，最常见的就是熔断器熔断。电压回路断线可能造成阻抗继电器误动，因此应该设置电压回路断线闭锁装置——断线闭锁继电器DBJ。