继电保护原理第三章-距离保护(改1218)

第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理第二节阻抗继电器第三节阻抗继电器的接线方式第四节集成电路型方向阻抗继电器的接线和分析第五节距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价第六节影响距离保护正确动作的因素及防止方法第一节距离保护的作用原理问题的提出—电流保护的局限性电力系统的进一步发展，出现了容量大、电压高、距离长、负荷重和结构复杂的网络，这时简单的电流、电压保护就难于满足电网对保护的要求。1、高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端短路时，短路电流数值与负荷电流相差不大，故电流保护往往不能满足灵敏度的要求；2、对于电流速断保护，其保护范围因电网运行方式的变化而变化，保护范围不稳定，某些情况下甚至无保护区；3、对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难于满足电力系统对保护快速动作的要求。第一节距离保护的作用原理3.1.1距离保护的基本概念距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称阻抗保护。实质是用整定阻抗Zdz与测量阻抗Zcl比较。当短路点在保护范围以内时，即Zcl＜Zdz时，保护动作；反之保护不动作。因此，距离保护又称低阻抗保护。3.1.2距离保护的时限特性为了保证选择性，广泛应用的是阶梯形时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也做成三阶梯式，即有与三个动作范围相对应的三个动作时限。~123t1It1IIt2It1IIIt2IIt2III距离保护的动作时间与保护安装处至故障点之间距离的关系，称为距离保护的时限特性。1、距离保护第Ⅰ段（距离Ⅰ段）为无延时的速动段，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间。Ⅰ段的保护范围不能延伸到下一线路中去，而为本线路全长的80%～85%，动作阻抗整定为80%～85%线路全长的阻抗。2、距离保护第Ⅱ段（距离Ⅱ段）为带延时的速动段，为了有选择性地动作，距离II段的动作时限和启动值要与相邻下一条线路保护的I段和II段相配合。距离III段为本线路和相邻线路(元件)的后备保护，其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线出口保护的最大动作时限一个Δt，其动作阻抗应按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定。3、距离保护第Ⅲ段（距离Ⅲ段）3.1.3距离保护的主要组成元件由起动元件、测量元件（核心部分）、延时元件组成。1.起动元件发生故障时，瞬间启动保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼有后备保护的作用。通常启动元件采用过电流继电器或阻抗继电器。为了提高元件的灵敏度，也可采用反应负序电流或零序电流分量的复合滤过器来作为启动元件。2.测量元件测量元件用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判别短路故障的方向。通常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。如果阻抗继电器是不带方向性的，则需增加功率方向元件来判别故障的方向。3.延时元件用来提供距离保护Ⅱ段、Ⅲ段的动作时限，以获得其所需要的动作延时。通常采用时间继电器或延时电路作为时间元件。第二节阻抗继电器作用：阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，它主要用来作测量元件，并与整定值进行比较，以确定是保护区内故障还是区外故障；也可以作起动元件兼作功率方向元件。分类：（1）根据构成原理不同可分为幅值比较、相位比较和多输入量时序比较；（2）按其动作特性不同可分为圆特性、四边形特性、直线特性、苹果形特性等；（3）按阻抗继电器的接线方式不同可分为单相式、多相式、多相补偿式等。单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（可以是相电压或线电压）和一个电流IJ（相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。().().BJyBllJdBCBCyyJlUnUnnUZZIInnIn常见的阻抗继电器特性：圆1：以oc为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性）圆2：以oc为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性）圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等3.2.2利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器zdJdzZZ.RjXZZdZJ一、全阻抗继电器特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。圆内为动作区，圆外为不动作区。Zdz.J——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。由于这种特性是以原点为圆心的圆，故不论加入继电器的电压与电流的角度多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗。它没有方向性。zdJZZJI.JJJUZI..zdJJZIU..90arg270JzdJzdZZZZRjXZzdZzd-ZJZJZJ+Zzd1.幅值比较原理：两变同乘，且所以，这也就是动作方程。分子分母同乘以IJ，2、相位比较原理90arg270JJzdJJzdUIZUIZ90arg270JJzdJJzdUIZUIZ'PJJzdJJzdUUIZUUIZ极化电压：补偿电压：90arg270'PUU幅值比较方式与相位比较方式之间的关系：90arg270CD比相式AB比幅式＞CBABCDDBAACD1、只适用于A、B、C、D为同一频率的正弦交流量；2、只适用于☞；3、继电器受暂态过程的影响。90arg270CD比相式AB比幅式＞如果把比幅式的两个向量看成平行四边形的两个边，则比相式的两个向量就是该平行四边形的两条对角线。二、方向阻抗继电器Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。Ψlm——最大灵敏角，它本身具有方向性。1、、方向阻抗继电器的动作特性以Zzd为直径，通过坐标原点的圆，保护安装处位于复平面坐标原点，圆内为动作区。当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限；只要测量阻抗落在圆内时，继电器就动作。当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不动作。几个概念：坐标原点到圆周的向量称为动作阻抗，用Zdz表示。将Zzd此时的阻抗角称为最大灵敏角ψlm。若ψJ=ψlm，则动作阻抗Zdz最大并且等于整定阻抗，此时保护范围最长，继电器也最灵敏。若ψJ为其他值，继电器的动作阻抗为应调整继电器的灵敏角等于被保护线路的阻抗角，以便继电器工作在最灵敏的条件下。特点：具有明确的方向性。cos()dzzdzdJZZlmdzdzdJZZZ2121ΨlmZJZJ-1/2ZzdRjXZzd2、比相式方向阻抗继电器1122JJzdJzdUIZIZ90arg27090arg270JJzdJJJzdZZZUUIZZzdZJZzd-ZJRjX3、相位比较方向阻抗继电器zdzdzdZZZZ)1(21)(210zdZ)1(21-αZzdZ0ZzdRjX三、、偏移特性阻抗继电器1、偏移特性阻抗继电器的动作特性正方向：整定阻抗Zzd反方向：偏移-αZzd(α1)圆内动作。圆心半径：Zdz.J随ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。00JzdZZZZzdzdJZZZ)1(21)1(21....)1(21)1(21zdJzdJJZIZIU-αZzdZ0ZzdZJZJ-Z0RjX2、幅值比较原理90arg270JzdJzdZZZZ....90arg270JJzdJJzdUIZUIZ-αZzdZzdZzd-ZJRjXZJZJ+αZzd3、相位比较原理总结三种阻抗的意义：1、测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。JJJIU..arg2、整定阻抗Zzd：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。全阻抗继电器：圆的半径方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。3、起动阻抗（动作阻抗）Zdz.J：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压UJ和电流IJ的比值。除全阻抗继电器以外：Zdz.J随ΨJ的不同而改变。当ΨJ=Ψlm时，Zdz.J=Zzd，此时最大。四、继电器的极化电压和补偿电压A、补偿电压：当发生金属性短路时，设电流和电压互感器变比为1，则当Ψd=Ψlm时，Zd与Zzd阻抗角相同。（1）当保护范围外部故障时Zd＞Zzd，同相位（2）当保护范围末端故障时，Zd=Zzd，临界动作（3）当保护范围内部故障时，Zd＜Zzd，相位相差180°实质上反映了短路阻抗Zd与整定阻抗Zzd的比较，阻抗继电器正是反映于补偿电压相位的变化而动作。B、极化电压：区别不同特性的阻抗继电器',JUU,'()JJdJdZdUIZUIZZ',JUU',JUU电压形成UJIJ比幅回路执行（输出）UAUB交流回路电压形成UJIJ比相回路执行（输出）UCUD交流回路阻抗继电器的构成主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。UA﹑UB﹑UC﹑UD基本上是由UJ和IJZzd组合而成。UJ可直接从PT二次侧取得，必要时经YB变换。而IJZzd则经过DKB获得。3.2.3阻抗继电器交流回路的原理接线一、电抗变换器DKB的工作原理1、作用将电流互感器的二次电流变换成与之成正比并超前其一定角度的电压；将继电保护回路与电流互感器二次回路隔离以降低干扰。2、结构铁芯中有气隙二次侧接近开路工作状态R用于改变次级绕组中感应电势的相位。3、原理电流变换为电压2JJJUKIIZ阻抗角的调整：利用改变W3所接的电阻R来实现二、全阻抗继电器交流回路的原理接线JzdJzdJJJJzdAIZCIZUBUDUIZ三、方向抗继电器交流回路的原理接线1212JzdJJJzdJJzdAIZCUBUIZDUIZ3.2.4幅值比较回路一、基本原理将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型环流式UA整流后在R1上产生Ia；UB整流后在R2上产生Ib；继电器反映Ia-Ib而动作均压式UA整流后在R1上产生Ua；UB整流后在R2上产生Ub；继电器反映Uab=Ua-Ub而动作二、执行元件1、极化继电器3.2.5相位比较回路测量瞬时值同时为正（或同时为负）的与门比相回路。适用方程：CDU90argU＜＜90方波&方波50ms020msU0角度鉴别器脉冲展宽回路1234UDUC二、测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路适用方程：CDU90argU＜＜270方波=1方波50ms020ms93456UDUC第三节阻抗继电器的接线方式3.3.1对接线方式的基本要求一﹑基本要求加入继电器的电压和电流应满足1、测量阻抗的值仅与保护安装处至故障点的距离有关，而与电网运行方式无关。2、测量阻抗与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。二﹑常用接线方式1、0°接线、+30º接线和-30º接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。2、相电压和具有k3I0补偿的相电流接线用于反映单相接地故障。3.3.2相间短路阻抗继电器的0°接线方式当时，加入继电器的电压和电流的夹角为0°，故称为0°接线。cos10°接线方式加入的电压和电流阻抗继电器相别ABBCCAJUJIABUBCUCAUABIIBCIICAII0...CdBdAdUUU03.0I....(3)111....()ABdABJdAABBIIZlUUZZlIIII一、三相短路因为三相对称，继电器1，继电器2，继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析。同理ZJ2=Zj3=Z1ld结论：在三相短路时，ZJ1，ZJ2，ZJ3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。....11BBdBdBdUUIZlIZl....11AAdAdAdUUIZlIZl..ABII.0CI03.0I..CCUEdBBdBlZIUU1......1AAdAdUUIZl....(2)111....()ABdABJdAABBIIZlUUZZlIIII..AdBdUU二、两相短路（以AB两相