第四章 输电线路的距离保护4.3-4.6

华中科技大学文华学院机电学部2009.10电力系统继电保护电气工程及其自动化专业课程4.3阻抗继电器的接线方式及精工电流,精工电压4.3.1、对距离保护接线方式的要求及接线种类根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足如下要求：1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障安装处的距离成正比。2、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。Chapter4输电线路的距离保护常用的接线方式有0º接线，＋30º接线，－30º接线及相电压和具有补偿的相电流接线。3oKI设负荷的功率因数(cosΦ)为1时，若与同相位，称0º接线；KUKI若超前30º时，称30º接线，以此类推。KUKI4.3阻抗继电器的接线方式4.3.1、对距离保护接线方式的要求及接线种类阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。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。4.3.1、对距离保护接线方式的要求及接线种类4.3阻抗元件的接线方式及精工电流、精工电压•相间短路单相式阻抗元件的0°接线方式表4-1相间短路阻抗元件的00接线阻抗元件1阻抗元件2阻抗元件3mUABUBCUCAUmIBAIICBIIACII保护安装处的三个阻抗元件的测量阻抗分别为：1号BAdBdAKmIIUUlZZ112号CBdCdBk12mIIUUlZZ3号ACdAdCk13mIIUUlZZ相间短路阻抗继电器的0º接线假设：电压互感器和电流互感器的变比为1三相短路lk设：线路每千米的正序阻抗为Z1，图4－22三相短路时测量阻抗分析结论：在三相短路时，Zm1，Zm2，Zm3的测量阻抗均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗，三继电器均能动作。K(3)以K1为例进行分析：kBAABmkBAdCdBdAdBkBdAkABAABACmCAmmCBmBCmmBAmABmmlZIIUZlZIIUUUUlZIUlZIUUUIIIUUZIIIUUZIIIUUZ131111321)()0(;,:,:,:ZABCAIBICI两相短路KAB(2)图4－23A、B两相短路时测量阻抗分析l结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。因此要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间。kBAABmlZIIUZ1)2(1kmlZZ1)2(2kmlZZ1)2(3ZABCAIBI0CIkBAdBdAdBkBdAkABAABlZIIUUUlZIUlZIUUU111)()(;中性点直接接地网中的两相接地短路ZL---------输电线路每千米自感阻抗ZM---------输电线路每千米互感阻抗则：保护安装处故障相电压分别为：ABALMBABLMUIZlIZlUIZlIZl结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。因此要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间。BAMLBABAABmIILZZIIIIUZ))(()1.1(1LZLZZML1)(4.3阻抗元件的接线方式及精工电流、精工电压表4-2各种短路时三个阻抗元件的测量阻抗)2(ABK)2(BCK)2(CAK)0,2(ABK)0,2(BCK)0,2(CAK)3(K1mZKZKZKZKZKZKZKZ2mZKZKZKZKZKZKZKZ3mZKZKZKZKZKZKZKZ•相间短路单相式阻抗元件的0°接线方式反应相间短路阻抗继电器的30⁰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LZeILZIIIUZjABAAABm11)30()1()(LZeILZIIIUZjBBABABm11)30()1()(将以上两式合并写成LZeZjm1)1(1．正常运行情况301203)1(jfhfhjmeZZeZ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30°，当采用+30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30，而当采用-30接线时，则向滞后方向移动30。3反应相间短路阻抗继电器的30⁰接线•三相短路三相短路与正常运行时相似，只是Z1L为短路点到保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此3013jmLeZZ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30°。3反应相间短路阻抗继电器的30⁰接线•两相短路以AB两相短路为例，超前于的角度180⁰，因此LZLZeZjJ111802)1(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。AIBI采用30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。如下图所示，实际上三相短路与两相短路时的保护范围一样。这种接线方式还可用于全阻抗继电器。在输电线路的送电端，采用-30°接线。在输电线路的受电端采用+30°接线时。•两相短路接地短路阻抗继电器的接线方式在大电流接地系统中，零序电流保护不能满足要求时，一般采用接地距离保护。我们以单相接地故障为例进行分析,其特征为故障相电压降低，电流增大，而任何相间电压都很高。因此将故障相的电压和电流加入到继电器中。120120120120()()()dddAUUUZIZUUIZIUU120120IZlIZlIZl12000110()IIIZlIZlIZl010111AZlZlIZlIZlZl01(3)AIKIZl对A相阻抗继电器，接入继电器的电压为：AU三个单相阻抗元件的输入量分别为：A相AmUU1，013IKIIAmB相BmUU2，023IKIIBmC相CmUU3，033IKIICm式中K为补偿系数，1103ZZZK各相阻抗元件的测量阻抗为：A相：011113IKIUlZIUZAdAKmmmB相：012223IKIUlZIUZBdBKmmmC相：013333IKIUlZIUZCdCKmmm接地短路阻抗继电器的接线方式结论：这种接线方式能正确发应单相接地短路，为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须接入三个阻抗继电器。同时，这种接线方式也能反应于两相接地短路和三相短路而动作。三、阻抗继电器的精工电流和精工电压(AccurateWorkingCurrentandAccurateWorkingVoltageofImpedanceRelay)mumUKIK1setummopZKKIUZ1阻抗继电器器利用测量阻抗Zm来反映故障点的位置，即用Um与Im的比值，其动作特性Zop在理想情况下为常数，与测量电流Im无关。例：全阻抗继电器（整流型）其动作特性为：理想临界动作条件为：01mumUKIK而实际上执行元件需要动作功率的，即实际临界动作条件为：01UUKIKmum图4－15方向阻抗继电器的Zop=f(Ir)的曲线musetmuuopIKUZIKUKKZ001考虑U0的影响后，给出Zop=f(Ir)的关系曲线如下图所示。KactZZset0.9ZsetIacminIKKactZZset0.9ZsetIacminIK由此可见，加入继电器的电流较小时，继电器的起动阻抗将下降，即：实际保护范围缩短。这将影响到它与相邻线路的配合，甚至引起非选择性动作。每个阻抗继电器都有其Zop=f(Ir)动作曲线，为了将动作阻抗和整定阻抗的差距限制在一定的范围内规定了精工电流Iacmin的概念。精确工作电流即：阻抗继电器的动作阻抗与整定阻抗的差距在10％时，加入阻抗继电器的电流。记做Iacmin图4－15方向阻抗继电器的Zop=f(Ir)的曲线因此，当时，就可以保证起动阻抗的误差在10%以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。minacmII为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应用精工电压作为继电器的质量指标。精工电压：就是精工电流和整定阻抗的乘积，即setacacZIUmin结论：它不随继电器的整定阻抗而变，对某指定的继电器而言，它是常数。三、阻抗继电器的精工电流和精工电压§4.5方向阻抗继电器的构成方法及方向阻抗元件举例阻抗元件整定值的模拟和调整P166：图4-24比较绝对值的全阻抗继电器setmZZsetmUUuIITATTVsetKZZnnnZM1、绝对值比较的方向阻抗继电器原理电路将代入setsetmZZZ2121ImImmuZI21ZI21UKuIITATTVsetKZZnnnZImmuBZI21UKUImAZI21U2、比较相位的方向阻抗继电器原理电路90arg90mmsetZZZmuImCuUKZIUKmuDuUKUK§4.5方向阻抗继电器的构成方法及方向阻抗元件举例举例方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时,故障环路的故障电压将降低为零,此时任何具有方向性的阻抗继电器将因加入的电压为零而不动作,从而出现保护装置的死区。为减少和消除死区，可采用以下方法：记忆回路引入非故障相电压1、整流型方向阻抗元件方向阻抗继电器都有“死区”问题PmIAUIZU，mIPmuBIUUKUZ对极化电压PU的要求：第一、与测量电压mU同相位以在保护出口短路mU=0时替代mU的作用；第二、应有足够的大小和维持时间保证阻抗元件第I段能够可靠动作；•方向阻抗元件举例1、整流型方向阻抗元件第一种方法，用电阻、电感和电容组成的50HZ工频串联谐振回路即记忆回路或极化回路，以获取极化电压。因为ωL=1/ωc，电路呈纯阻性，所以当出口短路时，Um=0。借助谐振，Up在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原先的相位不变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆回路”。jXLj-jXCjRj(1K)R(30K~82K)AUBUCUABUPURI正常运行时，较大，R又很大。使作用在Rj上的电流主要由产生，第三相电压基本上不起作用。当AB相间短路时，=0，记忆回路发挥作用。但将逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将表现出来。ABUABUABUPU图4－27（a）引入非故障相电压消除死区电压1、整流型方向阻抗元件第三相电压CU经高阻R引入极化回路的目的是防反方向出口两相短路时，记忆作用消失后因电压互感器TV二次侧负荷不对称所引起的阻抗元件误动作。•方向阻抗元件举例因为R为高电阻，其值比电路中的阻抗值大得多，所以与同相位。ACU结论：所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。PU图4－28（b）引入非故障相电压消除死区电压AEBECCEUACUAUBUPUIR微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。jLjRLjcjjLjRcjRjxIjxjxRjxIILjRjcjpXIjRIUACURIjXLj-jXCjRjRIRPUcjI1、整流型方向阻抗元件第二种获取极化电压的办法，需要电压零线当引入PU后，比较绝对值的方向阻抗继电器的两个电压为以下两个组合电压：PmIAUIZU