电网距离保护作用原理及实现.doc

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第三章电网的距离保护

第一节距离保护的作用原理

一﹑基本概念

电流保护的优点：

简单﹑可靠﹑经济。

缺点：

选择性﹑灵敏性﹑快速性很难满足要求（尤其35kV以上的系统）。

距离保护的性能比电流保护更加完善。

，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基本上不说系统的运行方式的影响。

二﹑距离保护的时限特性

距离保护分为三段式：

I段：

，瞬时动作主保护

II段：

，t=0.5’’

III段：

躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。

————后备保护

第二节阻抗继电器

阻抗继电器按构成分为两种：

单相式和多相式

单相式阻抗继电器：

指加入继电器的只有一个电压UJ（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。

——测量阻抗

ZJ=R+jX可以在复平面上分析其动作特性

它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。

多相补偿式阻抗继电器：

加入的是几个相的补偿后的电压。

它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性。

本节只讨论单相式阻抗继电器。

一﹑阻抗继电器的动作特性、

BC线路距离I段内发生单相接地故障，Zd在图中阴影内。

由于1）线路参数是分布的，Ψd有差异

2）CT,PT有误差

3）故障点过渡电阻

4）分布电容等

所以Zd会超越阴影区。

因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。

圆1：

以od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od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

二﹑利用复数平面分析阻抗继电器

它的实现原理：

幅值比较原理

相位比较原理

（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。

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。

无论Ψd多大，，它没有方向性。

1.幅值比较原理：

两变同乘，且，所以，这也就是动作方程。

2.相位比较原理

分子分母同乘以IJ，

（二）方向阻抗继电器

以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。

圆内为动作区。

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.幅值比较原理：

2.相位比较原理：

（三）偏移特性阻抗继电器

正方向：

整理阻抗Zzd

反方向：

偏移-αZzd（α<1）

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。

1.幅值比较原理

2.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。

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。

三﹑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。

而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。

（一）方向阻抗继电器交流回路的原理接线

其它的继电器的交流回路的组成，可参照此图自行作成。

（二）幅值比较回路

将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型：

1．均压式

UA整流后在R1上产生Ua，

UB整流后在R2上产生Ub。

继电器反应Uab=Ua-Ub而动作。

2．环流式

UA整流后在R1回路产生Ia,

UB整流后在R2回路产生Ib。

继电器反应Ia-Ib而动作。

（三）相位比较回路

它是以测定UC和UD同时为正的时间来判断它们的相位。

2．脉冲式比相电路

加移相器后移相90º，

第三节阻抗继电器的接线方式

一﹑基本要求

要使ZJ正比于ld，且与故障类型无关。

二﹑常用接线方式

参见P90，表3-2，其中0º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。

相电压和具有k3I0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。

三﹑分析

（一）母线残压计算公式：

假设：

Z1=Z2，不计负荷电流

（其中：

k=（Z0-Z1）/3Z1，零序补偿系数）

同理：

（二）0º接线方式的分析（设nPT=nl=1）

1．三相短路

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。

2．两相短路

以BC两相短路为例。

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。

这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。

3．中性点直接接地电网的两相接地短路

仍然以BC两相接地短路为例

结论：

同两相短路。

（三）接地短路阻抗继电器的接线方式

以A相接地短路为例

可见：

它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。

均不动

所以必须采用三个阻抗继电器。

该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。

（自行分析）

第四节方向阻抗继电器的特性分析

由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。

一﹑方向阻抗继电器的死区和清除方法

（一）产生死区的原因

在保护正方向出口发生相间短路时，UJ=0，继电器不动作。

发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。

1．幅值比较式

而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。

2．相位比较式

因为UJ=0，无法比相，所以继电器不动。

（二）消除死区的方法

引入极化电压UP，要求如下：

1）与UJ同相位

2）出口短路时，UP应具有足够的数值或能保持一段时间逐渐衰减到零。

（三）获取极化电压的方法

分析如下：

1．记忆回路

它是由一个R，L，C组成的工频串联谐振电路。

因为wL=1/wc，电路呈纯阻性，所以当出口短路时，UJ=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”。

2．引入非故障电压

正常运行时，UAB较大，RS又很大。

IR主要由UAB产生，第三相电压基本上不起作用。

当AB相间短路时，UAB=0，记忆回路发挥作用。

但Up将逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将表现出来。

因为，所以IS与UAC同相位。

见左边向量图，Up与UAB（EAB）同相位

所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的Up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。

其它方法：

集成电路保护中，利用高Q值的50HZ带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用。

微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。

（二）极化电压的引入对方向阻抗继电器初态特性的影响

稳态特性：

在正常运行和短路后达到稳态时的继电器动作特性。

初态特性：

在发生短路的最初瞬间，继电器的动作特性。

短路发生后，Up有一个过渡过程。

继电器特性则由初态特性逐步向稳态特性过渡。

1．稳态特性分析

分析如下：

（1）幅值比较式

BA

B’A’

当临界动作时，，

所以引入Up不改变继电器的静态特性。

而当正方向出口短路时，UJ=0

能满足，故能消除死区，且能防止反方向出口短路时误动。

（2）相位比较式

因为Up与UJ同相位，所以

所以极化电压Up并不改变继电器的稳态特性。

而正方向出口短路时，，而。

因而继电器能够正确判别方向，即能消除死区。

2．初态特性（设nl=nPT=1）

（1）正方向短路时：

空载

其动作特性是以Zzd，-Zs末端连线为直径的圆。

结论：

1）初态特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作。

2）初态特性圆比稳态特性圆大，有利于躲过渡电阻的影响。

3）正方向的保护范围不变。

（2）反方向短路时

其动作特性是Zzd，Z0’末端的连线为直径的圆。

结论：

在反方向短路时，继电器有明确的方向性。

第五节阻抗继电器的精确工作电流

阻抗继电器式利用测量阻抗来反映故障点的位置，即与的比值，其动作特性在理想条件下是常数，也就是说与无关。

例：

全阻抗继电器（整流型）

理想临界动作条件：

.即

实际上执行元件是需要动作功率的，即实际临界动作条件为：

由此可见，与，有关（）

的关系曲线可绘制如下图

由图可见，当较小时，将比整定阻抗明显减小，即实际的保护范围将比整定范围小，这将影响到与它相邻的保护的配合，而可能引起非选择性动作。

每个阻抗继电器都有它实际的曲线，为了把