3.1-距离保护的基本原理与构成解析

3电网的距离保护——距离保护的基本原理与构成——阻抗继电器的动作特性——阻抗继电器的实现方法——距离保护的整定计算——距离保护的振荡闭锁——故障类型判别和故障选相——工频分量的距离保护3.1距离保护的基本原理与构成——距离保护的概念——测量阻抗与故障距离的关系——三相系统中测量电压和测量电流的选取——距离保护的延时特性——距离保护的构成3.1.1距离保护的概念电压、电流保护主要优点是简单、经济、可靠，主要用于35kV及以下电网中。缺点是受系统运行方式的影响大，难以满足更高等级的复杂电网的要求。因此需要采用更完善的继电保护装置，距离保护就是其中一种。距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压和电流的比值，该比值反应了故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护动作。1E××~~2E12k1k2UsetL1kL2kL3kL距离保护的整定值：setLk1点短路时：1kLsetL，保护1动作。k2点短路时：setL，保护1不动作。2kLk3点短路时：3kL为区外故障，保护1不动作。?如何测量故障点距离？3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系1.测量阻抗测量阻抗（MeasuringImpedance)用来表示，定义为保护安装处的电压和电流之比，即：mZmUmImmmIUZmmmmmZjXRZ测量电阻测量电抗幅值阻抗角1E×~1ULDkkkmLzLjxrZZ111)(k1z输电线路单位长度的阻抗。当系统正常运行时，近似为额定电压，为负荷电流，此时电压和电流的比值就是负荷阻抗。负荷阻抗的功率因素一般不低于0.9，所以的幅值较大，阻抗角较小（一般不大于25.8°）。mZmZmUmI当出现短路时，减小，增大。此时电压和电流的比值为保护安装处到短路点的输电线路的阻抗。因为输电线路的电抗参数一般远大于其电阻参数，所以此时的幅值较正常负荷为小，且阻抗角较大。此时：mZmZmUmImUmI因为测量阻抗和整定阻抗均和输电线路的长度成正比，因此，判断故障距离是否小于整定距离，可以通过判断测量阻抗是否小于整定阻抗来实现。1E××~~2E12k1k2UsetL1kL2kL3kLjXR2kZsetZ1kZLZ3kZmZmZsetZkLsetLmZsetZ3.1.3三相系统中测量电压和测量电流的选择单相系统的测量电压和测量电流在单相系统中，测量电压选择保护安装处的电压，测量电流取被保护元件中的电流，发生金属性短路时，有：当测量电压和测量电流满足类似上述正比关系时，才可以通过测量阻抗来反映故障距离。mkmkmmmILzIZIZU1三相系统的电压和电流关系在三相系统的情况下，可能发生不同类型的故障。在各种不对称短路时，故障相和非故障相的电压和电流的关系是不一样的，所以首先利用对称分量法讨论出现故障时三相的电压和电流关系，再单独讨论每一种短路类型下电压电流的选择方法。1E××~~2E12kLkUkIUM同理：kAkAkAkAALzILzILzIUU002211kAAAAkALzzzzIIIIU1110002133）（kAkALzIKIU10)3(kBkBBLzIKIUU10)3(kCkCCLzIKIUU10)3(零序电流补偿系数1.单相接地短路设A相接地短路，则。此时，A相的方程变为：若取则A相的方程可写为：这说明A相可通过测量阻抗判断故障范围。kAALzIKIU10)3(0kAU03IKIIUUAmAm，mkmILzU1对非故障相(B相和C相)而言kCkCCkBkBBLzIKIUULzIKIUU1010)3()3(不等于0，所以公式无法写成正比形式，即无法通过测量电压和电流的比值来判断故障距离。实际中，非故障相的电压和电流接近正常工作时的情况，所以其测量电压和电流的比值应接近正常负荷，一般大于距离保护的整定值，保护装置一般都不会动作。2.两相接地短路设B、C两相接地短路，则，对B、C两相有：取：则B、C相测量电压和电流的关系可写为：kCCkBBLzIKIULzIKIU1010)3()3(00kCkBUU，003,3IKIIUUIKIIUUCmCCmCBmBBmB，，kmCmCkmBmBLzIULzIU11说明故障相的测量电压和电流的比值能够反映故障距离。对非故障相A相而言：所以无法写成正比形式，故而A相的测量电压和电流无法反映故障的距离。实际中，A相的电压和电流都接近正常工作时的情况，所以由算出的距离一般都大于距离保护的整定值，保护不会动作。0kAUkAkAALzIKIUU10)3(mAmAIU,对B、C两相接地短路，还有另一种选择测量电压和电流的方法，即将B、C两相的方程相减，有kCCkBBLzIKIULzIKIU1010)3()3(kCBCBLzIIUU1)(kmBCmBCLzIU1说明故障相的测量电压之差和测量电流之差的比值也能够反映故障距离。mBCUmBCI对于两相接地短路故障，距离保护的输入信号（测量电压和测量电流）可以有两种选择：（1）任一故障相的电压和电流；（2）故障两相的电压差和电流差。3.两相不接地短路设B、C两相短路，则，对B、C两相有：将B、C的方程相减，有：kCkCCkBkBBLzIKIUULzIKIUU1010)3()3(0kCkBUU单独取一相的电压电流相除无法反映故障距离。kCBCBLzIIUU1)(mBCUmBCIkmBCmBCLzIU1两相不接地短路时只能用电压/电流的差值作为测量值。4.三相对称短路三相对称短路时，由于故障点处的各相电压相等，且三相对称时都等于零，即所以此时三相的方程变为：0kCkBkAUUUkCCkBBkAALzIKIULzIKIULzIKIU101010)3()3()3(可见，无论是任取一相的电压、电流相除还是取任意两相之间的电压、电流之差相除，均可算出故障距离。5.故障环路和测量电压/电流的选择故障环路——故障电流可以流通的通路称为故障环路。用故障环路上的电压作为测量电压，环路中流通的电流作为测量电流，它们之间的关系满足：kmkmmmmLZIZIZIU1由此计算出的测量阻抗，能够正确反映保护安装处到故障点的距离。ABCABCABCABC003IKIIUUAmAAmA，CBmBCBmBCmCCmCBmBBmBIIIUUUIKIIUUIKIIUU，，，000033CBmBCBmBIIIUUU，或故障环路：5.测量电压和电流的选择方法距离保护装置应取故障环路上的电压、电流来计算故障距离，非故障环路的电压、电流计算出的距离一般都大于保护装置的整定距离。（1）接地距离保护：测量电压取保护安装处故障相的对地电压，测量电流为带零序电流补偿的故障相电流。（2）相间距离保护：测量电压取保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的电流差。3.1.4距离保护的延时特性距离I段保护：和电流速断保护类似距离II段保护：和限时电流速断保护类似距离III段保护：和过电流保护类似3.1.5距离保护的构成距离保护装置启动部分：判别电力系统是否发生故障；测量部分：(核心)判断故障的方向和距离，与预设值进行比较，区内时动作；振荡闭锁部分：防振荡时保护装置误动；电压回路断线部分：防测量电压消失后保护误动；配合逻辑部分：各部分逻辑配合及时序配合；出口部分：包括跳闸出口及信号出口；