距离保护原理

距离保护•短路时保护安装处电压计算的一般公式在图所示的系统中，线路上K点发生短路。保护安装处的相电压应该是短路点的该相电压与输电线路上该相的压降之和。输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序、和零序压降之和。如果考虑到输电线路的正序阻抗等于负序阻抗，保护安装处相电压的计算公式为：SEMKZ0I2I1I1Z2Z0ZUU101110010211010002211333Z)IKI(UZZZZIZ)III(UZIZIZIZIZIUUKKK1ZIUUK以上两式称做短路时保护安装处电压计算的一般公式•在任何短路故障类型下，对故障相或非故障相的相电压、对故障相间或非故障相间电压的计算，这两个公式都是适用的。例如，当线路上K点发生A相单相接地短路时，保护安装处的B相电压为。•在非全相运行时运行相上发生短路，计算保护安装处的运行相或两运行相间的电压，这两个公式也是适用的。例如在图中，本线路B、C两相运行时B相又发生单相接地短路。保护安装处的B相电压为。保护安装处的B、C相间电压为。103Z)IKI(UUBKBB103Z)IKI(UUBKBB1Z)II(UUCBKBCBCSE1ZUREMKNZgR以上两式称做短路时保护安装处电压计算的一般公式•在系统振荡过程中发生短路时计算保护安装处的电压，这两个公式也是适用的。例如在振荡中发生A相单相接地短路，保护安装处的B相电压为：。式中的电流是系统振荡状态下的B相电流和短路附加状态下B相的电流之和。103Z)IKI(UUBKBB阻抗继电器的工作电压•阻抗继电器的工作电压可按下式计算获得:(1)、值可根据采样的数据经运算后获得，是定值单中给定的。所以微机保护可算出的值。由（1）式确定的阻抗继电器的工作电压有时也称做距离测量电压，或称做补偿电压。setmmOPZIUUOPUmUmIsetZOPUMSEREN12yZsetTATAImUm需要说明•从(1)式可见，是保护安装处的电压。如果从保护安装处到保护范围末端没有其它分支电流而流的是同一个电流时（例如正常运行、区外故障、系统振荡），则是从保护安装处到保护范围末端这一段线路上的压降。此时阻抗继电器的工作电压其物理概念是保护范围末端的电压，即由保护安装处求得的补偿到保护范围末端的电压，所以很多人把它称做补偿电压。但在区内短路时，由于从保护安装处到短路点和从短路点到保护范围末端流的不是同一个电流，此时由（1）式计算出的工作电压并不是真正的保护范围末端的电压，而是假想的如果从保护安装处到保护范围末端都流有与加入到保护装置中的电流相同的电流时的保护范围末端的电压。mUsetmZI下面分别分析正向短路时工作电压的特点•以金属性短路为例故工作电压表达式为：(2)令。一般整定阻抗的阻抗角与线路阻抗角相同，n是实数。将上述关系式代入（2）式得：(3)正向区内短路时，，所以。由（3）式可见与相位相反。正向区外短路时，，所以，由（3）式可见与相位相同。SEKZmImUREMKNZKmmZIU)(setKmsetmKmsetmmOPZZIZIZIZIUUKsetnZZsetZmmKopU)n(IZ)n(U11setKZZ1nOPUmUsetKZZOPUmU正向故障下面分别分析反向短路时工作电压的特点•以金属性短路为例,考虑到电压规定的正方向,电流以母线流向被保护线路的方向为正方向，所以,故工作电压表达式为：(4)同样令，并代入（4）式得：（5）•考虑到n是实数，所以与相位相同。KmmZIU)(setKmsetmKmsetmmOPZZIZIZIZIUUKsetnZZmKmOPU)n(Z)n(IU11OPUmUSEKZmImUREMKNZ(b)反向短路反方向短路结论•从上分析可见，在正向区内金属性短路时，与相位相反，继电器此时应最灵敏地动作。正向区外和反方向金属性短路时，与相位相同，继电器此时应最可靠不动作。因此，阻抗继电器的动作方程应为：•亦即(6)•式中arg表示角度，是后面相量的幅角，表示分子相量超前分母相量的角度。（6）式称做相位比较动作方程。继电器是否动作，要看是否满足动作方程。区内短路时，，满足（6）式，继电器能动作，且距两个边界最远，所以它动作最灵敏。区外短路或反方向短路时，，不满足（6）式的动作方程，继电器不动作，由于距两个边界最远，所以它最可靠地不动作。按（6）式动作方程构成的阻抗继电器可以满足我们的要求。OPUmUOPUmU0027090mOPUUarg0027090msetmmUZIUarg0180mOPUUarg00mOPUUarg电压分布图•在发生区内、区外和反方向金属性短路时，阻抗继电器的工作电压与的相位关系也可从电压分布图中清晰地看出。MN1F2F3F2mU1mU3mU1OPU2OPU3OPUSEREYOPUmU阻抗继电器的动作方程及其动作特性•从(6)式得到(7)式中、是继电器测量阻抗和整定阻抗。（7）式表达的动作方程在阻抗复数平面上对应的动作特性如图所示.0027090msetmmUZIUarg0027090msetmZZZargmZsetZRjXmZmZsetZsetmZZsetmZZ0方向阻抗继电器的暂态特性•动作方程为（6)式的方向阻抗继电器的动作特性如上图所示，其动作特性圆是经过座标原点的。动作特性经过座标原点的阻抗继电器并不是一个理想的继电器，因为在正向近处（含出口）发生短路时继电器可能拒动，出现死区，而在反方向出口（含母线）短路时，继电器可能误动。从物理概念上来讲，当出口（正向或反向）发生金属性短路时（6）式中的极化电压，当比较相位的两个电气量有一个为零时，其相位比较是不准确的。如果极化电压有一些杂散电压且其相位与工作电压相位恰好在某一些角度下的话，继电器可能不正确动作。当出口（正向或反向）发生经过渡电阻短路时，极化电压是过渡电阻上的压降。由于送电端和受电端的极化电压与工作电压呈现不同的相位差，也将可能造成阻抗继电器的不正确动作。为了消除上述缺点，应设法使短路后即使是出口短路极化电压不为零，而且是大于过渡电阻上压降的一个电压，并使其与工作电压能正确比相。其中一个方法是采用正序电压作为极化电压。在不对称短路时，无论是否出口短路，电压的正序分量不可能是零，且其相位与短路前的电压相位基本相同，可以与工作电压正确比相。但这种方法仍不能解决三相短路的问题，因为在出口金属性的三相短路时，正序电压仍然是零。进行‘记忆’，即用当前时刻前一个周波或两个周波电压作为极化电压。(8)mUm1UmUm1Um1U0mM1setmm0270UZIUarg90正方向短路的暂态动作特性分析•将上式代入动作方程（8）式，并将角移到不等式两边得到：(9)将（9）式与(7)式相比较，可知（9）式动作方程对应的动作特性是以和两点连线为弦的圆。SEKZmImUREMKNZ.gRFmZSZ(a)系统图SERERSEEMmMU10(b)正常运行相量图RjXsetZSZ0(c)正向短路方向阻抗继电器的暂态动作特性正向短路方向阻抗继电器暂态动作特性分析SmsetmmSmsetmmSsetmmjSsetmmmMsetmmZZZZZZIZZIEZIUeEkZIUUZIUargargargargarg10027090SmsetmZZZZargsetZSZ如果短路前空载•即和同相位，则。上述动作方程成为：(10)该动作方程对应的动作特性是以和两点连线为直径的圆，如下图所示。该动作特性是用极化电压为短路前的电压推导出来的，所以它是正方向短路的暂态动作特性。SERE000027090SmsetmZZZZargsetZSZRjXsetZSZ0(c)正向短路方向阻抗继电器的暂态动作特性反方向短路的暂态动作特性分析•将上式代入动作方程（8）式，并将移到不等式两边得到：(11)将（11）式与式相比较，若空载可知（11）式动作方程对应的动作特性是以和两点连线为直径的圆。SEKZmImUREMNZFgRPFImZRZ(a)系统图RjXRZsetZ0(b)反向短路方向阻抗继电器的暂态动作特性’’’’’RmsetmmRmsetmmRsetmmmjRsetmmmMsetmmZZZZZZIZZIEZIZIeEkZIUUZIUargargargargarg1’’’0027090RmsetmZZZZargsetZRZ00’0027090SmsetmZZZZarg以正序电压为极化量的阻抗继电器(RCS-941)•以正序电压为极化电压的阻抗继电器在900系列线路保护中用以构成三段式的相间和接地距离保护。在分析相间和接地阻抗继电器时，它的正方向和反方向短路的系统图如图的（a）和（b）所示。图中加在阻抗继电器上的测量电压和测量电流直接理解成阻抗继电器接线方式中的电压、电流。对相间阻抗继电器来说，、；对接地阻抗继电器来说，、，都是故障相或是故障相间的电压、电流。和的正方向为传统规定的正方向，电压是母线电位为正，中性点电位为负，图中电压画的是电位降的方向。电流以从保护安装处流向被保护线路的方向为正方向。流过过渡电阻里的电流以与流过保护的电流的正方向一致来定义它的正方向，所以在正方向短路时，电流以从上向下方向作为正方向；在反方向短路时，电流以从下向上方向作为正方向。正方向短路时，从保护安装处M母线到过渡电阻的下面K点的阻抗是阻抗继电器的测量抗。反方向短路时，从保护安装处M母线到过渡电阻的下面K点的阻抗是阻抗继电器的测量阻抗的负值。mUmIUUmIImUUm03IKIImmUmIFIFIFIgRmZgRmZRCS-900系列相间阻抗继电器的动作特性分析和性能评述•相间阻抗继电器的工作电压、极化电压以及动作方程分别为•将极化电压反一下相位setOPZIUUMPUU1oPOPoUUarg9090MPUU1oPOPoUUarg27090正向短路稳态动作特性分析及性能评述•正向两相短路。以为例•分析BC相间阻抗继电器。假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流。用图（a）系统图里的参数来表达工作电压和极化电压：(12)2BCKsetmBsetmCBsetCBmCBsetCBBCOPBCZZIZZIIZIIZIIZIIUU2SmBSBmSBSCBmSCBSCBSCSBSCSCSBSBCBBCPBCZZIZIZZIZIIZZIIZIIEEZIEZIEUUUU2122)(111111111(13)上面推导中用到了BC两相短路时的一些基本关系式；。将（12）和（13）两式代入动作方程式，并消去分子分母中的得：CBIIBCBIII11oPOPoUUarg27090BI2oSmsetmoZZZZarg2702190oSmsetmoZZZZarg2702190的阻抗圆setZSZ2112RjX正向两相短路时相间阻抗继电器的稳态动作特性0为了进一步提高其保护过渡电阻的能力，可将极化电压相量向超前方向转角（）。即