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1、 主讲人：肖仕武主讲人：肖仕武电力工程系四方研究所电力工程系四方研究所Office:教五B309North China Electric Power University第第 三三 章章 电网的距离保护第三章第三章 电网的距离保护电网的距离保护一、距离保护的作用原理一、距离保护的作用原理 二、阻抗继电器二、阻抗继电器三、阻抗继电器的接线方式三、阻抗继电器的接线方式 四、集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析四、集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析五、距离保护的整定原则及对距离保护的评价五、距离保护的整定原则及对距离保护的评价 六、影响距离保护正确工作的因素及防止方法六、影响距离保护正确工
2、作的因素及防止方法第一节第一节 距离保护作用原理距离保护作用原理一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 电流保护：电流保护：反映故障电流大小。反映故障电流大小。简单、经济、接线可靠；简单、经济、接线可靠；受运行方式的影响，很难保证选择性、灵敏性、快速性。受运行方式的影响，很难保证选择性、灵敏性、快速性。距离保护：距离保护：反应故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根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。是反应测量阻抗降低而动据距离的远近而确定动作时间。是反应测量阻抗降低而动 作的阻抗保护。作的阻抗保护。阻抗继电器：阻抗继电器：输入为电压输入为电
3、压（UJ）、电流电流（IJ），测量阻抗测量阻抗ZJ（保护安装点至短路点之间的阻抗）。保护安装点至短路点之间的阻抗）。距离保护的基本概念距离保护的基本概念 距离保护是反应测量阻抗变化的阻抗保护。测量阻抗 是复数。是保护安装处至短路故障处之间线路的阻抗。设线路单位长度阻抗为 二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性 t=f(l)短路点距离保护安装点近时，短路点距离保护安装点近时，小，动作时间短；小，动作时间短；短路点距离保护安装点远时，短路点距离保护安装点远时，大，动作时间长；大，动作时间长；阶梯型时限特性，距离阶梯型时限特性，距离I、II、III段。段。距离段：（1）保护本线路全长的8085
4、；（2）瞬时动作，即动作时限为0s。距离段：（1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离段的保护范围；（2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。距离段：（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：三、距离保护的主要组成元件三、距离保护的主要组成元件起动元件构成：过电流继电器、低阻抗继电器、起动元件构成：过电流继电器、低阻抗继电器、反映负序、零序电流的继电器。反映负序、零序电流的继电器。三段式距离保护的组成元件和逻辑框图 第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 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，与计算保护安装点至短路点之间的测量阻抗，与
5、 整定阻抗比较，确定保护是否应该动作。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。是距离保护中的核心元件。阻抗是复数，是向量，既有大小（幅值），也有方向（相位）是电流互感器TA的变比；是电压互感器TV的变比；阻抗继电器的测量阻抗可以在阻抗复平面图上进行表示。测量阻抗 是阻抗复平面图上的一个向量。三种阻抗动作区：三种阻抗动作区：1.全阻抗继电器特性全阻抗继电器特性2.方向阻抗继电器特性方向阻抗继电器特性3.偏移阻抗继电器特性偏移阻抗继电器特性阻抗继电器的动作特性动作特性阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗阻抗动作区动作区来表示。来表示。
6、阻抗动作区：是阻抗复平面图上的一个区域，当测量阻抗落在区域内，则阻抗继电器认为是内部故障，继电器动作二、复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器二、复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器 1.全阻抗继电器全阻抗继电器动作特性：动作特性：阻抗动作区是一个以原点为圆心、为半径的圆。即唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小（幅值），与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安装处的正向或反向无关。缺点：缺点：无方向性，即反方向短路故无方向性，即反方向短路故障时也可能动作。障时也可能动作。是整定阻抗。动作方程：动作方程：（1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式阻抗形式：电压形式：阻抗形式：电压形式：幅值比较和
7、相位比较之间的关系（互换性）：幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：（1）幅值比较原理：）幅值比较原理：（2）相位比较原理：）相位比较原理：，或平行四边型法则：平行四边型法则：成立条件：成立条件：（1）A、B、C、D为同一频率正弦交流量；为同一频率正弦交流量；（2）短路暂态过程中的非周期分量和谐波分量不成立。）短路暂态过程中的非周期分量和谐波分量不成立。2.方向阻抗继电器方向阻抗继电器 动作特性：动作特性：阻抗动作区是以阻抗动作区是以 为直径，以为直径，以 为圆心的圆。动作区的圆弧经过原点。为圆心的圆。动作区的圆弧经过原点。方向阻抗继电器的阻抗动作区主要位于第一象限。方向阻抗继电器具有方向性
8、。当线路正向故障时，测量阻抗位于阻抗复平面图上的第一象限。如果线路反向故障时，测量阻抗位于阻抗复平面图上的第三象限。阻抗形式：电压形式：（1）比幅式动作方程）比幅式动作方程（2）比相式动作方程）比相式动作方程阻抗形式：电压形式：3.偏移特性阻抗继电器偏移特性阻抗继电器阻抗动作区是一个以 为圆心，以 为半径的圆。该动作区圆偏向第三象限。是介于01之间的实数。阻抗动作圆的直径为：可以把方向阻抗继电器和全阻抗继电器看成是偏移特性阻抗继电器的两个特例。（1）全阻抗继电器：即当（2）方向阻抗继电器：即当（2）比相式动作方程）比相式动作方程阻抗形式：（1）比幅式动作方程）比幅式动作方程电压形式：阻抗形式：
9、电压形式：其中，极化电压为，补偿电压为测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗的意义和区别测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗的意义和区别1、测量阻抗 ：由加入继电器的测量电压和测量电流计算得出。2、整定阻抗 ：取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。由线路阻抗整定计算得出。3、起动阻抗 ：表示当继电器刚好动作时，加入继电器电压 和电流 的比值，整定阻抗 模值随 的不同而改变。三、阻抗继电器交流回路原理接线三、阻抗继电器交流回路原理接线以偏移特性阻抗继电器为例，说明其实现硬件原理。偏移特性阻抗继电器动作方程：（2）比相式动作方程）比相式动作方程阻抗形式：（1）比幅式动作方程）比幅式动作方程电压形式：阻
10、抗形式：电压形式：电磁式阻抗继电器更容易实现电压形式的动作方程。电压形式：电压形式：（1）比幅式动作方程）比幅式动作方程（2）比相式动作方程）比相式动作方程 实现过程：（1）得到加入继电器电流 在某一已知阻抗上的压降；（2）电压的加和减，并求模值（3）最后进行比幅或比相，确定是否动作。1.电抗互感器电抗互感器DKB的工作原理的工作原理电抗互感器DKB的作用是把电流互感器二次电流变换成与之成正比的电压，即 ，同时也起到将继电保护回路与电流互感器二次隔离以降低干扰的作用。电抗互感器DKB的输出 和输入之间的关系为：式中Z 取决于DKB本身的励磁阻抗 和次级绕组外接电阻R。1、电抗互感器次级开路时的
11、原理分析电抗互感器的铁心中有空气隙，使得初级绕组1和次级绕组2、3间的互感系数M接近常数。可实现，次级开路时 的阻抗角不可调。2、电抗互感器次级W3侧接有电阻性负载时的原理分析通过在电抗互感器DKB二次侧绕组W3上接入不同的电阻，实现调整模拟阻抗角Z 的不同。式中Z 取决于DKB本身的励磁阻抗 和次级绕组外接电阻R。2.阻抗继电器的交流回路原理接线阻抗继电器的交流回路原理接线实现电压动作方程中各电压的加和减。四、幅值比较回路四、幅值比较回路 U Uabab=U Ua a-U Ub b0 0 动作动作 I Iabab=I Ia a-I Ib b0 0 动作动作整流电路：极化继电器J：直流型继电器
12、。具有电流单方向动作的继电器。流过反方向电流时不动作。五、相位比较回路五、相位比较回路1.1.测量瞬时值同时为正或同时为负的与门比相电路测量瞬时值同时为正或同时为负的与门比相电路 测量两C、D同时为正或负的持续时间。则波形C和D中，一个周波内（即20ms内）瞬时值同时为正或同时为负的时间大于等于10ms。或半个周波内（即10ms内）瞬时值同时为正或同时为负的时间大于等于5ms。2.2.测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路 测量C、D一为正、一为负的持续时间3.3.脉冲式比相回路脉冲式比相回路 4.4.过渡过程对相位比较式继电器的影响过渡过程对相位比较式继电器
13、的影响 暂态超越：暂态超越：短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围 动作的情况。即保护范围外故障时可能误动。动作的情况。即保护范围外故障时可能误动。最大灵敏角下：最大灵敏角下：5 5。措施：措施：（1）对极化电压和补偿电压进行滤波；）对极化电压和补偿电压进行滤波；（2）正负半周比相、与门输出。）正负半周比相、与门输出。六、四边型特性阻抗继电器六、四边型特性阻抗继电器A-O-C:功率方向继电器，动作范围功率方向继电器，动作范围1/2时，时，Z 保护背后；保护背后；m1.5s）。保护不同安装地点受振荡的影响：保护不同安装地点受振荡的影响：振荡中心越靠近保护保护
14、安装地点，受振荡影响越大；振荡中心越靠近保护保护安装地点，受振荡影响越大；振荡中心位于保护范围以外或反方向时，振荡时不会误动。振荡中心位于保护范围以外或反方向时，振荡时不会误动。4.振荡闭锁回路振荡闭锁回路目的：目的：振荡时将保护闭锁振荡时将保护闭锁U U、I I均周期性变化，变化速度慢均周期性变化，变化速度慢任一点电压和电流的相位均在变化任一点电压和电流的相位均在变化对称，没有负序或零序分量对称，没有负序或零序分量（1）系统振荡与短路的区别）系统振荡与短路的区别（2）对振荡闭锁回路的要求：）对振荡闭锁回路的要求：系统发生振荡而没有故障时应可靠地将保护闭锁，系统发生振荡而没有故障时应可靠地将保
15、护闭锁，且振荡不停息，闭锁不应解除。且振荡不停息，闭锁不应解除。系统发生各种类型的故障系统发生各种类型的故障(包括转换性故障包括转换性故障)保护应保护应 不被闭锁而能可靠地动作。不被闭锁而能可靠地动作。振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作。振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作。先故障后又发生振荡时保护不致无选择性的动作。先故障后又发生振荡时保护不致无选择性的动作。5.振荡闭锁回路振荡闭锁回路1 1）反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路）反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路I段、段、II段采用方向阻抗继电器；段采用方向阻抗继电器；III段采用偏移特性阻抗继电器。段采用偏移特性阻抗继电器。
16、振荡时：振荡时：ZIII、ZII、ZI先后起动；先后起动；短路时：短路时：ZIII、ZII、ZI同时起动；同时起动；ZIII、ZII、ZI同时动作时，允许同时动作时，允许ZI、ZII动作于跳闸；动作于跳闸；ZIII先起动，经过时间先起动，经过时间t0后后ZI、ZII才起动时，则把才起动时，则把ZI、ZII闭锁。闭锁。2 2）利用负序（或零序）电流增量元件起动的振荡闭锁回路）利用负序（或零序）电流增量元件起动的振荡闭锁回路 负序分量滤过器：负序分量滤过器：负序电压滤过器负序电压滤过器 负序电流滤过器负序电流滤过器负序电流过滤器负序电流过滤器产生负序和零序电流增量原理图产生负序和零序电流增量原理图
17、QDJC1 短路时：短路时：I2和和3I0突然变化，电容突然变化，电容C1充电，充电，QDJ动作动作;C1充满电充满电 后，后，QDJ中电流消失，但可通过另一个自保持线圈保中电流消失，但可通过另一个自保持线圈保 持在动作状态。持在动作状态。正常时：正常时：I2和和3I0缓慢变化或平稳不变，电容缓慢变化或平稳不变，电容C1中不会产生电中不会产生电 流，流，QDJ不会动作。不会动作。原理：原理：振荡时，电流增大、电压降低，过电流继电器或距离三振荡时，电流增大、电压降低，过电流继电器或距离三 段继电器动作，它们立即启动振荡闭锁执行继电器，断段继电器动作，它们立即启动振荡闭锁执行继电器，断 开距离开距
18、离I段、段、II段的跳闸回路，将保护闭锁；段的跳闸回路，将保护闭锁；短路时，短路时，QDJ短时动作，使振荡闭锁执行继电器的动作短时动作，使振荡闭锁执行继电器的动作 延缓延缓0.20.3秒秒，此期间，距离保护的，此期间，距离保护的I段、段、II段可以跳段可以跳 闸。闸。1.如图所示网络，设线路各侧均装有距离保护，试对保护1进行距离保护的整定计算，已知：2.如图网络，各参数标于图中，计算M侧和N侧的距离1段动作阻抗，并指出当线路d点经过渡电阻发生对称三相短路时，两侧距离1段保护能否动作，为什么？3.已知图中元件阻抗（标幺值），设就下列情况，求M侧阻抗继电器的测量阻抗=180，无短路时；=0，M侧正相出口d1点短路时；=0，M侧反相出口d3点短路时；=180，N侧正相出口d2点短路时：4.全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性阻抗继电器用于幅值或相位比较的两个量是什么?5.相间短路距离保护、接地距离保护的接线方式6.记忆回路的原理分析7.过渡电阻的影响及防止方法8.系统振荡的特点及振荡闭锁回路9.系统振荡对不同特性阻抗继电器的影响及对距离3段式保护的影响