第3章 电网距离保护

第三章电网距离保护电流保护优点：简单、经济、可靠，广泛应用于35KV及以下等级的电网。缺点：定值、保护范围以及灵敏度受系统运行方式变化的影响较大。思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电压等级的配电网。对于110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。第三章电网的距离保护3.1距离保护的基本原理与构成3.2阻抗继电器及动作特性3.3阻抗继电器的实现方法3.4距离保护的整定计算与对距离保护的评价3.5距离保护的振荡闭锁3.6故障类型判别和故障选相3.7距离保护特殊问题的分析一、距离保护的基本概念距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间。3.1距离保护的基本原理与构成利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻抗保护。电压与电流的这个比值被称为测量阻抗，表示为mZ3.1.1距离保护的基本概念距离保护是反应保护安装处至短路点之间的距离，并根据短路点至保护安装处的距离确定动作时限的一种保护。MN12EI.EII.k1k2Im.LsetLk1Lk2Um.k3Lk3整定距离Lset：与距离保护的范围相对应的距离。MN12EI.EII.k1k2Im.LsetLk1Lk2Um.k3Lk31)故障发生在保护区正方向，设法测出故障点至保护安装处的距离Lk，并与Lset比较：LkLset：保护范围内故障，保护动作（k1）LkLset：保护范围外故障，保护不动作（k2）2)故障发生在保护区反方向，直接判区外故障不动作（k3）1)正常运行时：Um：近似为额定电压Im：为负荷电流Zm：为负荷阻抗，量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角，阻抗性质以电阻性为主。（ZL）3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系测量阻抗：保护安装处测量电压Um和测量电流Im的比值mmmmZRjXmmmUZIZLRjX2)系统发生金属性短路时Um：降低Im：增大Zm：为短路点与保护安装处的线路阻抗对具有均匀参数的输电线路，忽略分布电容和电导，有：Zm=Zk=z1·Lk，其中z1为单位长度线路的复阻抗ZLRjXZK1ZK2ZsetZK3在线路阻抗的方向上，比较Zm（或Zk）与Zset的大小，即可实现Lk与Lset的比较。ZLRjXZK1ZK2ZsetZK3ZkZset说明LkLset：在保护区内，保护动作（k1）ZkZset说明LkLset：在保护区外，保护不动作（k2）Zk在Zset的反方向：区外故障，保护不动作（k3）整定阻抗：和整定长度Lset相对应的阻抗ZsetZset=Z1·Lset接线方式：给距离继电器接入电压和电流的方式继电器电流、电压的选取方式就是阻抗继电器的接线方式。阻抗继电器的接线方式主要有两种：1、0°接线方式，反应相间短路故障；2、相电压和具有K3I0补偿的相电流接线，反应接地短路故障。3.1.3测量电压和测量电流的选取(1)测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间的距离；(2)继电器的测量阻抗与故障类型无关;加入继电器的电压Um和电流Im应满足基本要求：保护安装处的残压：1122000101()kAAkAkAkAkAkUIzlIzlIzlIzlIzl112200AkAAkAkAkUUIzlIzlIzl1201001()()kAAAAkAkUIIIzlIzzl1001()kAAkkUIzlIzzl01(3)kAAkUIKIzl011()3zzKz零序补偿系数假设：Z1=Z2不计负荷电流（一）母线电压的计算公式KklUIZkBkBBlZIKIUU103)(kAkAAlZIKIUU103)(kCkCClZIKIUU103)(——保护安装处的残压：1.单相接地（A相）01(3)AkAAkUUIKIzl0I3mAAmAAUUIKI故障相：取，1ImAmAkUzlBBBBB0ImmUUEIKI非故障相：（大），（小）CC0,UEUEkABBU，可以反映故障距离不能反映故障距离2.中性点直接接地电网两相接地短路(BC相为例）0,kBkCAAUUUE故障分析：0I3mCCmCCUUIKI，0101(3)(3)BkBBkCkCCkUUIKIzlUUIKIzl01I3mBBmBBUUIKI故障相：方法：取，BB1CC1IImmkmmkUzlUzl则：，mBCBCmBCBC2UU,IIUI方法：取CBC1ImBmkUzl则：非故障相：两种方法都不能反映故障距离！0101(3)(3)BkBBkCkCCkUUIKIzlUUIKIzlBCBC1IIkUUzl（）3.两相不接地短路故障（BC两相短路为例）0,,0,,0kBkCAAABCUUUEIIII故障分析：0101(3)(3)BkBBkCkCCkUUIKIzlUUIKIzlBCBC1IIkUUzl（）mBCBCmBCBCUU,IIUI方法：取CBC1ImBmkUzl则：ABAB1ABU-UZI-Imkzl其他相间阻抗：CACA1CAU-UZI-Imkzl不能反应故障距离！4.三相短路接地各种测量阻抗都能正确反映故障点到保护安装处的距离！0kAkBkCUUU故障分析：BCCAABABBCCAABBCCACABABCA0B0C01U-UU-UU-UZZZI-II-II-IUUUZZZI3II3II3ImmmmmmkKKKzl所有测量阻抗：，，，，，均5.故障环路的概念及测量电压、电流的选取故障环路：故障电流可以流通的通路称为故障环路。故障环路上的电压和环路中流通的电流之间满足：1mmkUIzl即用它们作为测量电压和测量电流得出的测量阻抗可以正确反映保护安装处到故障点之间的距离。接地距离接线方式：保护接地短路故障采用相-地故障环路测量电压取保护安装处故障相对地电压测量电流取带有零序电流补偿的故障相电流可反映单相接地故障、两相接地故障和三相接地故障不能反映相间短路※零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保护。相间距离接线方式：保护相间短路故障采用相-相故障环路测量电压取保护安装处两故障相的电压差测量电流取保护安装处两故障相的电流差可反映两相短路、两相接地故障和三相短路故障不能反映单相接地短路※相间短路电流保护不能满足要求时，采用相间短路距离保护。（1）相间距离保护－－－0°接线方式可以正确反应三相短路、两相短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。（2）接地距离保护－－－带零序电流补偿的接线方式，可以正确反应单相接地短路、两相接地短路和三相短路时。不能正确反应两相短路。结论测量电压测量电流AB相BC相CA相BAmABUUU相间距离保护的接线方式（0°接线）CBmBCUUUACmCAUUUBAmABIIICBmBCIIIACmCAIII当功率因数为1时，加在继电器端子上的电压与电流的相位差为0°，故称为0°接线。测量电压测量电流A相B相C相mAAUU接地距离保护的接线方式（具有零序电流补偿的0°接线）mBBUUmCCUUmAA03IIKImBB03IIKImCC03IIKI3.1.4距离保护的时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。由三段构成Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段主保护后备保护距离Ⅰ段：（1）保护本线路全长的80～85％；（2）瞬时动作，即动作时限为0s。距离Ⅱ段：（1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离Ⅰ段的保护范围；（2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。距离Ⅲ段：（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；（2）延时动作，一般动作时限为：21ttt＋I段：保护区不能伸出本线路，即测量阻抗小于本线路阻抗时动作。''set.2relABZKZ可靠系数，0.8～0.9II段保护区不能伸出相邻线路I段保护区，即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路I段动作阻抗之和。靠延时保证选择性'''''set.2relABrelBC()ZKZKZ可靠系数，0.8III段:在系统正常时不启动，故障时启动，即测量阻抗小于最小的负荷阻抗时保护动作。依靠时间的阶梯性来保证选择性tl2ItII2tIII2tI1tII1tIII1tkABkZZkzI段：保护区为本线路全长的80%-85%瞬时动作于本线路出口断路器；II段：保护区为本线路全长，t=0.5s动作于本线路出口断路器；III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性，延时动作于本线路出口断路器I、II段为主保护，III段为后备保护。3.1.5距离保护的组成由启动元件、测量元件、时间元件和执行元件组成。三、距离保护的主要组成元件1、启动元件（）—判断系统是否发生故障；过电流继电器、低阻抗继电器、反映负序、零序电流的继电器。2、测量元件(距离元件）—阻抗继电器；阻抗继电器：计算保护安装点至短路点之间的测量阻抗，与整定阻抗比较，确定保护是否应该动作。是距离保护中的核心元件。3、配合逻辑部分—实现各部分间逻辑及时间配合；4、振荡闭锁回路—故障时短时开放距离保护I、II段，振荡时立即闭锁I、II段；5、断线闭锁元件—电压互感器二次断线时闭锁距离保护；6、出口执行元件；023IIkUkI阻抗继电器延时出口KKKUZI阻抗继电器测量阻抗距离保护利用阻抗继电器来判断故障所在区域。距离保护原理Kset||||ZZ阻抗继电器动作方程NKLUZI正常运行时为负荷阻抗KkZzl故障时为保护安装处到故障点的线路阻抗RjXO负荷阻抗短路阻抗整定阻抗距离保护的基本任务：短路时准确测量出短路点到保护安装处的距离（阻抗），按照预定的保护动作范围和动作特性判断短路点是否在其动作范围内，决定是否应该跳闸和确定跳闸时间。3.2阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器的主要作用：直接或间接测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作，又称距离继电器。阻抗继电器的分类按加入继电器的构成方式分类单相补偿式（第Ⅰ类）、多相补偿式（第Ⅱ类）按继电器的动作特性分类圆特性、非圆特性按比较回路实现方法分类比幅式、比相式距离保护的实质是用测量阻抗与被保护线路的整定阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即时，继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即时，继电器动作。距离保护又称为低阻抗保护.ksetZZsetZZk1234kZksetZZkIkkU3.2.1阻抗继电器动作区域的概念123MRPjXIsetZ前面分析，保护范围内故障时，ZmZset，阻抗继电器动作；实际上，由于互感器误差、故障点过渡电阻等原因，Zm一般并不会严格地落在与Zset同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为保证区内故障时继电器能可靠动作，其动作范围应该是一个包括Zset的对应线段在内的一个区域。MN1mZ2P3TVTAmImUMN1mZ2P3TVTAmImU一、构成阻抗继电器的基本原则()()'