继电保护装置运行与调试项目四--输电线路阶段式距课件.ppt

项目四项目四 输电线路阶段式距离保护运输电线路阶段式距离保护运行与调试行与调试 内容内容任务一任务一 距离保护距离保护的的基本原理基本原理任务二任务二 阻抗继电器阻抗继电器动作特性动作特性任务三任务三 三段式三段式距离保护构成与运行距离保护构成与运行项目四项目四电网输电线路发生短路故障时，出现电流增大、电压降低等电参数变化的现象。其中也有电压与电流之比阻抗的变化，有时它甚至比电流、电压的变化更显著，利用阻抗变化的特性可以构成线路的阻抗保护或距离保护。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【任务描述】分析距离保护的工作原理，能说出影响距离保护正确工作因素及防止方法。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】一、电流、电压保护的缺点电流、电压保护具有简单、可靠、经济等优点。但是，随着用电的需求的增大，供电网络进一步发展，出现了大容量、高电压、结构复杂的网络。对于此，电流、电压保护在一些情况下，难于满足电网对保护的要求。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】1）对于一些高压长距离重负荷线路，会出现负荷电流大，线路末端短路时，短路电流的数值与负荷电流相差不大的情况，这时电流保护就往往不能满足灵敏度的要求。2）对于一些电网，其运行方式变化时，造成电流速断保护保护范围影响大，保护范围不稳定，某些情况下可能不在保护区内。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】3）对于个一些多电源复杂网络，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。所以电流、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及以上电压等级的电力网，线路保护采用距离保护。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】二、距离保护的工作原理距离保护是反应保护安装处至故障点的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。该装置的主要元件为距离继电器，它可以根据其端子上所接入的电压和电流测知电流电压下的阻抗值，亦称为阻抗继电器。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】由于线路短路时，阻抗的大小主要与线路的长短有关，短路点距离测量点的线路越长，其阻抗值越大；越短，其阻抗值越小。测量出来的这个阻抗值称为测量阻抗，它的大小可以反应出测量保护安装处至故障点的距离，故有时又称为阻抗保护。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】测量阻抗通常用Zm表示，它定义为保护安装处在母线的测量电压Um与被保护线路的测量电流Im之比，即式4.1.1任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】Zm为一复数，在复平面上可以用直角坐标形式表示，也可用极坐标的形式表式，即 式4.1.2任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】式中测量阻抗的阻抗值；测量阻抗的阻抗角；Rm测量电阻，阻抗的实部；Xm测量电抗，阻抗的虚部。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】在被保护线路任一点发生故障时，保护安装处的测量电压为母线的残压，测量电流即为故障电流，这时的测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗ZK，即式4.1.3任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】与电流保护一样，距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用整定阻抗的大小来实现的。用整定阻抗Zset与被保护线路的测量阻抗Zm进行比较，当短路点在保护范围以外时，即ZmZset时继电器不动。当短路点在保护范围内，即ZmZset时继电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】如图4.1.1所示的供电系统中，A、B母线出口处分别安装了距离保护装置1、2。当K1处短路时，保护2测量阻抗为ZB.K1，保护1测量阻抗为ZAB+ZB.K1。显然ZAB+ZB.K1ZB.K1，也就是说，当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大。根据选择性要求，应该由保护装置2动作来切除故障。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】当然为了满足选择性要求时，还可以加入不同时限来完成。当短路点距保护安装处近，测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远，测量阻抗大，动作延时长，这样距离近的保护装置先动作切除故障。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】图4.1.1距离保护基本工作原理任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】三、距离保护的测量元件阻抗继电器是距离保护装置中的核心元件，它主要用来作测量元件，也可以作起动元件和兼作功率方向元件。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】阻抗继电器种类繁多，按其接线方式不同可分为单相式阻抗继电器和多相补偿式阻抗继电器等；按其构成方式不同可分为电磁型、整流形型、晶体型等，按其构成原理不同可分为幅值比较、相位比较、多输入量时序比较；按其特性不同可分为圆阻抗特性、直线特性、四边形特性、苹果形特性等。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】图4.1.2阻抗继电器原理接线图任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】按相测量阻抗的继电器称为单相式阻抗继电器，加入继电器中的量只有一个电压和一个电流。如图4.1.2所示为单相式阻抗继电器接线原理图。接入继电器的电压是母线电压互感器TV的二次电压，接入继电器的电流是被保护线路的电流通过电流互感器TA变换的二次电流。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】测量阻抗与保护安装处母线一次电压和线路一次电流的关系是：式中，nTV为电压互感器的变比；nTA为电流互感器的变比；ZL为一次侧的测量阻抗。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】四、影响距离保护正确工作因素及防止方法距离保护在供电网络非短路的某些情况下，也有可能误动作。为了确保继电保护的正确工作，防止非短路的不正常状态引起保护误动作，也防止短路时需要动作而不动作，就必须采取必要的措施予以纠正。常见的一些情况有以下几种。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】1、短路点过渡电阻的影响短路点的过渡电阻是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导体流人大地的路径中所通过的物质的电阻，包括电弧电阻、中间物质的电阻、相导体与地之间的接触电阻、金属杆塔或高压电气设备外壳的接地电阻等。很明显，过渡电阻的存在，将阻抗继电器测量阻抗发生变化，影响距离保护的正确判断。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。电弧实际上呈现有效电阻，其值大小与电弧长度lab成正比，与电弧电流Iab有效值成反比，可按以下经验公式估计：任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】电弧电阻的存在使短路电流减小，阻抗增大，阻抗角变小，对于阻抗继电器有时会影响到保护的正确动作。电弧的长度和电流是随时间而变化的，一般来说，短路瞬间电流最大，电弧长度小，电弧阻值小。后由于空气流动和电动力的作用，电弧将随时间拉长，电弧电阻增大。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】2、电压互感器回路断线的影响在运行中的距离保护，由于电压互感器二次回路发生短路故障，二次侧熔断器一相或几相熔断，或二次侧自动开关跳闸等原因，造成电压回路的断线失压现象。对于电压互感器二次回路断线(以下简称TV断线)的判断，可用失压启动元件或利用软件程序的设计去判别是否为TV断线。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】1）失压启动元件常见有电容式零序电压过滤器断线失压判断装置和磁势平衡原理构成的断线失压起动元件等。图4.1.3电容式断线失压判断装置的基本原理图任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】图4.1.3中，有两个线圈W1、W2，为断线闭锁继电器DBJ的两个线圈。正常时，W1、W2均无零序电压，断线闭锁继电器不动作；当被保护线路发生三相不对称故障时，电压互感器二次侧三相电压也不对称，W1、W2中都有零序电流流过，适当选择W1、W2参数与接线方式，使二次线圈的综合磁通为零，断线闭锁继电器不动作；当电压互感器二次回路发生故障时，出现零序电压，保护装置闭锁。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】当三相同时断线时，装置拒动作，此时需增加一电容来解决。但并不能解决同于电压回路维护不良或误操作等原因造成的保护失压误动作的问题。所以，目前已采用负序电流闭锁的办法。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】2）软件程序判别利用软件程序对电压互感器二次回路断线有着较好的效果。对不对称断线和三相完全断线的判断的判据如下。a、不对称断线的判据为Ua+Ub+Uc-3U07V b、三相完全断线的判据为:各相电压均小于8V；U相电流大于0.04In。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】当保护判断出TV二次回路断线时，保护装置会根据事先安排的程序流程进行操作，提醒失压及时处理。即使失压未及时处理，在负荷电流较小时，保护装也不会发生误动作。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】3、电力系统振荡的影响电力系统未受扰动处于正常运行状态时，系统中所有发电机处于同步运行状态。当电力系统受到大的扰动或小的干扰而失去运行稳定时，机组间的相对角度随时间不断增大，线路中的潮流也产生较大的波动。在继电保护范围内，把这种并列运行的电力系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】运行经验表明，当系统的电源间失去同步后，往往经过一定时间后能自动拉人同步，恢复同步运行。如果不允许长期异步运行，可有控制地将系统解列。就是说，当系统振荡时不允许保护装置动作。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】当电力系统失去同步而发生振荡时，电流、电压将在很大范围内作周期性变化，因而阻抗继电器的测量阻抗也将随之变化。当电流增大、电压降低、阻抗继电器的测量阻抗随之减小时，可能引起距离保护误动作。防止电力系统振荡影响的措施是装设振荡闭锁装置。在电力系统发生振荡时，振荡闭锁装置动作，将距离保护装置闭锁。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】系统振荡时电流、电压都是随着时间的变化而变化的。电流从一个最大值到下一个最大值所经历的时间称为振荡周期。当相位在180时，电流最大，而振荡中心的电压为零,这时的情况正像在振荡中心处发生了三相短路一样。系统振荡属于不正常运行状态而非故障，继电保护装置不应该动作切除振荡中心所在的线路。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】电力系统的振荡和短路虽有一些相似点，但亦有不同。比较如下：1）振荡时，电流和各点电压的有效值均做周期性变化，在180时出现最严重的情况，这时阻抗计算值相当于小；短路时，当不计其衰减时电流和各点电压有效值是不变的。2）振荡时电流和各点电压的有效值变化率慢；短路时电流是突然增大，电压突然降低，变化率快。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】3）振荡时，任一点的电流和电压之间的相位关系都是变化的；短路时，电流和电压之间的相位是不变的。4）振荡时，三相完全对称，电力系统中没有负序分量；当短路时，总要长期(在不对称短路中)或瞬间(在三相短路的开始)出现负序分量。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】根据对振荡与短路之间的区别进行分析，振荡闭锁回路从原理上可分为两种。一是利用负序分量的出现与否来实现；二是利用测量阻抗变化率的不同来实现。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】对振荡闭锁装置与距离保护配合，要实现四点基本要求：系统发生振荡而没有短路时，保护不动作；系统发生短路时，保护能可靠的动作；在振荡的过程中发生短路时，保护能正确地动作先短路而后又发生振荡时，保护不致无选择地误动作。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】4、阻抗继电器的死区的影响当保护安装地点正方向出口处发生短路，也就是该段线路的首端发生短路时，这时短路点离保护安装点很近，阻抗继电器检测到的故障回路的残余电压将降低到零。此时，具有方向性的继电器会因为加入的电压为零而不能动作，从而出现保护装置的“死区”。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】常采用“记忆回路”的方法消除或降低“死区”的影响，在微机保护中采用“记忆电压”的方式。如图4.1.4所示，记忆回路由L和C元件构成。它是一个50Hz的串联谐振回路。当保护装置安装处发生金属性短路性，继电器的电压端子上的电压突然降到零。但由于在谐振回路的电压不是突然消失的，而是按谐振周期逐渐衰减。这个电压与短路前的电压同相位，因面可以起到原电压的作用，使死区消除任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】。由于谐振回路的记忆时间短，所以只能用来消除瞬时动作的I段距离保护中的死区。(a)记忆回路接线(b)变化曲线图4.1.4记忆回路与电流变化曲线任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】在微机保护中，由于微机保护可以存储故障前数据，“记忆电压”的获取非常方便。在出现保护测量阻抗较小时，不能确定故障实际方向，一般采用故障前一周波电压相角进行判别，是否满足方向性条件。在牵引供电系统的开闭所、分区所使用带方向性的阻抗保护时，必须投入“记忆电压元件”，当供电牵引网上下行并联运行发生故障时，以确保跳闸的选择性。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】5、线路串联电容补偿的影响为了提高输电线路的传输能力和系统的稳定性，在高压或超高压电力系统中，通常采用串联电容补偿措施。在我国电气化铁路中，牵引供电系统线路一般为单侧电源供电，对于一些重载、长距离牵引线路，为了提高网压，在线路始端或中部增加串联补偿电容。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】串联电容补偿有重大的经济技术价值，但它对于距离保护装置的工作将产生影响，还将对基于电抗法测距原理的测距产生影响，影响的大小与串联补偿电容的大小及其安装位置有关。牵引供电系统应用串联补偿装置安装位置的常见两种情况：串补安装于线路始端，串补安装于线路中部。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】串联补偿电容的安装，不管其串联补偿电容大小和位置如何，会使测量阻抗减小，从而导致线路内部故障时保护范围缩短，使线路内部短路时保护可能拒动，而线路外部短路时保护可能误动。同时会影响到近电补偿电容一侧距离保护的方向阻抗继电器在反方向发生短路时，保护失去方向性。任务一任务一 距离保护的基本原理距离保护的基本原理【知识链接】防止经串联补偿电容后短路时方向阻抗继电器误动作措施有利用方向阻抗继电器极化回路的记忆作用进行闭锁；利用负序功率方向继电器来进行闭锁；利用相限继电器来进行闭锁等。任务二任务二 阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【任务描述】对比分析各种改为“对比分析各种”距离保护测量元件的动作特性，并能对阻抗保护继电器的动作特性进行试验测量。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量断路器到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗进行比较，以确定保护是否应该动作。单相式阻抗继电器加入继电器中的量只有一个电压和一个电流，电压与电流之比是阻抗，继电器动作情况取决于测量阻抗。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】测量阻抗可以写成Zm=R+jX的复数形式，这个复数形式可以在阻抗平面上用平面相量图表示出来，如图4.2.2所示。图4.2.2阻抗相量图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图中，Zm的模长为，阻抗角对于输电线路的阻抗，同样可以在复平面上用相量的方式表示出来。如图4.2.3所示，假设各段线路的阻抗均匀一致，以B母线为中心，绘出该线路在复平面上的形式是一条直线。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.3输电线路的阻抗平面图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】将线路母线B置于坐标原点，往母线C方向的阻抗为正方向增长，往母线A方向的阻抗为反方向增长。保护2正方向的线路阻抗画在第一象限，与实部R之间有一个阻抗夹角，用相量ZBC表示；保护2的反方向线路AB的阻抗画在第三象限，用ZBA表示。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】下面介绍常用的圆特性全阻抗继电器、方向阻抗继电器和四边形阻抗继电器的动作特性。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】一、圆特性全阻抗继电器圆特性全阻抗继电器的特性如图4.2.4向所示，它是以整定阻抗Zset为半径的一个圆，圆心在坐标原点。圆内为动作区，圆周为动作边界，圆外为非动作区。不论加入继电器的电压和电流之间的角度为多大，只要测量阻抗在圆内，阻抗继电器都能动作。具有这种动作特性的继电器称为圆特性全阻抗继电器，它没有方向性。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.4全阻抗继电器动作特性图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.5全阻抗继电器比幅方式接线原理图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】这类继电器又分为电压幅值比较式和电压相位比较式两种，微机保护采用相位比较式。其幅值比较式动作特性方程如式4.2.1所示。式4.2.1上式两边乘以电流，便可得出全阻抗继电器的动作电压方程：式4.2.2任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】根据上述动作电压方程，便可得出全阻抗继电器幅值比较形式的两电气量及其电压形成回路，如图4.2.5所示。经分析可知，电压形成回路输出的用于比较幅值的两个电气分量分别为动作量，制动量。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】二、方向阻抗继电器方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Zset为直径而通过坐标原点的一个圆，如图4.2.7所示幅值比较式方向阻抗继电器动作特性。圆内为动作区，圆外为不动作区。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限，继电器动作；当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不能动作。因此它本身就具有方向性，故称之为方向阻抗继电器。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】此种继电器的启动阻抗将随之着加入继电器的电压和电流之间的相位差变化而变化。当等于Zset的阻抗角时，继电器的启动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。这个角度称为继电器的最大灵敏角，用表示。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.6方向阻抗继电器动作特性图其幅值比较式动作特性方程如式4.2.3所示。式4.2.3任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】这类继电器又分为电压幅值比较式和电压相位比较式两种，微机保护采用相位比较式。图4.2.7为相位比较式方向阻抗继电器动作特性图，图4.2.8为相位比较式方向阻抗继电器电压形成回路。图4.2.7相位比较式动作特性图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.8相位比较式方向阻抗继电器电压形成回路任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】在电源附近发生短路故障时，由于测量电压几乎为零，测量阻抗在方向阻抗继电器的动作边界上，继电器动作不可靠，所以方向阻抗继电器存在动作死区。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】三、偏移阻抗继电器为了克服方向阻抗继电器有动作死区的缺点，可以将方向阻抗继电器的动作特性曲线向第三象限偏移，如图4.2.9所示，使坐标原点落入动作圆内，就可以很好地解决方向阻抗继电器动作死区的问题。即是在电源附近发生短路故障时，继电器也能可靠动作，这样就构成了偏移阻抗继电器。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.9幅值比较动作特性图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.10相位比较动作特性图任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】移阻抗继电器的动作特性曲线不经过原点，继电器没有动作死区，对应不同方向其动作阻抗不同，特别是在反方向有一定的动作区，可见偏移阻抗继电器没有完全的方向性。在复平面内，偏移阻抗继电器保护正方向整定阻抗为Zset时，反方向偏移aZset，动作特性是以保护安装处为坐标原点，以(1+a)Zset为直径且通过坐标原点的圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】其幅值比较条件和相位比较条件分别为：式4.2.4式4.2.5任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】四、四边形阻抗继电器圆特性的阻抗继电器有着容易实现的优点，但整定值较小时，保护范围受过渡电阻的影响大，而当整定值较大时，躲过负荷的能力又差。为此，很多距离保护中的阻抗测量元件均采用了具有四边形动作特性的阻抗元件。图4.2.9为徽机型线路保护中常见的四边形阻抗动作特性。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】(a)(b)图4.2.9四边形阻抗动作特性任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】在图4.2.9(a)所示电抗动作特性对应的动作方程分3个方向来看。(1)直线1以下区域的动作方程，该动作方程称为X（电抗）元件。动作方程为:式4.2.4式中为纯电抗动作特性旋转的角度，为负值。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】(2)直线2以左区域的动作方程，该动作方程称为R（电阻）元件。动作方程为:式4.2.5式中为纯电阻动作特性旋转后与轴之间的角度，为正值。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】(3)折线amb所含的特性动作方程（以jx轴为参考）:式4.2.6该动作方程称为D（方向）元件。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】当三段式距离保护采用该四边形特性时，R和D元件是各段共用的，仅X元件各段独立。在图4.2.9(b)所示的四边形阻抗元件的动作特性的数学表达式为式4.2.7式中，XK和XR分别为测量电抗和测量电阻。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】图4.2.9(b)中，Rset和Xset分别为电阻整定值和电抗整定值。为保证被保护线路出口带过渡电阻短路时阻抗元件不拒动的角，为防止在双电源网络中带过渡电阻短路时的阻抗元件误动的角，4为保证区内金属性短路阻抗元件可靠动作的角，3一般取60，应小于整定阻抗角set。各角度均为常数，根据实际情况整定。任务二任务二阻抗继电器动作特性阻抗继电器动作特性【知识链接】阻抗元件的四边形动作特性是各种阻抗动作特性的组合，包括电抗动作特性、电阻动作特性和折线动作特性等组合成的综合阻抗动作特性。它可以根据实际要求，比如躲过过渡电阻和躲过负荷能力的强弱等具体的特性要求进行设计。任务三 三段式距离保护构成与运行 任务描述任务描述理解三段式距离保护的整定原则，掌握整定计算方法，能够利用继电保护测试仪对距离保护装置进行距离保护实验测试。任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行一、一、三段式距离保护构成三段式距离保护构成三段式距离保护装置的结构，一般由图4.3.1所示的5种主要元件组成。图4.3.1 距离保护的基本构成【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行1）启动元件用来判断线路是否发生了故障，并兼有后备保护的作用。当被保护线路发生故障时，瞬间启动保护装置，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，也可采用反映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）测量元件通常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判断短路故障的方向。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。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行3）逻辑元件和时间元件用来延时保护装置距离保护段、段的动作，以获得其所需要的动作时限特性。通常采用时同继电器或延时电路作为时间元件。逻辑元件用来判断动作逻辑，例如电压回路断线失压闭锁时，这时测量元件可能已经启动了，但它不能输出去发生信号或跳闸。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行4）振荡闭锁元件用来防止当电力系统发生振荡时，距离保护的误动作。当电力系统失去同步而发生振荡时，电流、电压将在很大范围内作周期性变化，因而阻抗继电器的测量阻抗也将随之变化。当电流增大、电压降低、阻抗继电器的测量阻抗随之减小时，可能引起距离保护误动作。在正常运行状或系统发生振荡时，振荡闭锁元件将保护闭锁，而当系统发生短路时，解除闭锁开放保护，使保护装置根据故障点的远、近有选择性地动作。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行5）电压回路断线失压闭锁元件用来防止当电压互感器二次回路断线失压时，引起阻抗继电器的误动作。电压互感器二次回路断线造成缺相或失压时，送入阻抗继电器的电压参数不正确，会造成测量不准或误测，从而导致阻抗继电器的误动作。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行二、距离保护的时限特性距离保护的时限特性，是指它的动作时限与保护安装处至短路点之间的距离的关系。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时限短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时限长。这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。目前获得广泛应用的是阶梯式时限特性，如图4.2.1所示，当K1处短路时，母线A出口处的保护1离K1较远，母线B出口处的保护2离K1较近。保护1到K1处的阻抗大于保护2到K1处的阻抗，所以保护1的动作时间可以做的比保护2的动作时间长。这样故障由保护2切除，而保护1不动作。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行如图4.2.1所示，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限。根据该时限特性构成的各段距离保护分别称为距离保护的、段，与前述的电流速断、限时电流速断以及过电流保护相对应。图4.2.1 距离保护动作时限【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行三、距离保护整定计算目前线路的距离保护多采用三段式阶梯形时限特性的距离保护。三段式距离保护(包括接地距离保护)的整定计算原则与三段式电流保护的整定计算原则基本相似。如图4.3.2所示，对保护装置1进行三段式进行整定计算。以下在介绍距离保护的整定计算原则，包括但不限于图4.3.2所示的网络接线。图4.3.2 选择整定阻抗的网络接线【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行1、距离保护I段整定计算（1）被保护线路无中间分支线路，亦无分支变压器的情况下。原则：按躲开下一线路出口处短路的原则来整定，也就是躲过本段线路末端故障。式4.3.1式中 为可靠系数，取0.80.85；为本线路AB的阻抗；为距离保护I段的动作阻抗整定值。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行（2）被保护线路末端仅为一台线路变压器的情况下。原则：按躲过变压器其他各侧母线故障整定。式4.3.2式中，为可靠系数，取0.80.85；为本线路AB的阻抗；可靠系数，一般取0.75；为线路末端变压器的阻抗。【知识链接】（3）被保护线路末端有两台或两以上变压器并列运行且变压器均装设差动保护时的情况下。如果本线路装设有高频保护时，按距离保护I段整定第（1）情况进行整定。未装设高频保护时，按距离保护I段整定第（2）情况进行整定。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行2、距离保护段整定计算（1）与相邻线路的距离保护I段配合整定。式4.3.3式中，为可靠系数，取0.80.85；可靠系数，一般取0.70.75；分支系数，选取可能的最小值；为本线路AB的阻抗；为相邻线路距离保护的I段动作值。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行（2）按躲过线路末端变压器低压母线短路整定。式4.3.4式中，为可靠系数，取0.80.85；可靠系数，一般取0.70.75；分支系数，选取可能的最小值；为本线路AB的阻抗；为相邻变压器阻抗，若多台变压器并列运行时，按并联阻抗计算。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行取上述两项中数值小者作为保护段定值。动作时间：式4.3.5【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行式中，为相邻电流保护的动作时间；时间级差。在这里 一般取值为零，取值0.5s。灵敏度校验按本线路末端故障校验灵敏度。式4.3.6式中，为灵敏系数；为本线路AB的阻抗；为距离保护段整定值。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行对于最小灵敏度要求如下：a、当线路长度为50km以下时，不小1.5。b、当线路长度为50200km以下时，不小1.4。c、当线路长度为200km以上时，不小1.3。d、同时满足短路时有10弧光电阻保护能可靠动作。若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护段配合。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行3、距离保护段整定距离保护段整定有几种计算方法：与相邻距离保护段配合整定；与相邻距离保护段配合整定；与相邻变压器的电流电压保护配合整定；按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。这里介绍按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行1）当距离保护段为电流启动元件时其整定值为 式4.3.7式中，为可靠系数，取1.21.25；自启动系数，根据负荷性质可取1.52.5；电流返回系数，取0.85；线路最大负荷电流。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行2）当距离段为全阻抗启动元件时当线路母线上电压最低，线路负荷电流最大时，可求出最小负荷阻抗。式4.3.8式中，为母线上最低电压，为线路上流过的最大负荷电流。考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护区段应可靠返回。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行其整定值为：式4.3.9式中，为可靠系数，取1.21.25；自启动系数，根据负荷性质可取1.52.5；电流返回系数，取1.151.25；线路最大负荷电流。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行2）当距离段为方向阻抗启动元件时对于方向阻抗继电器为0接线方式时，其整定阻抗为：式4.3.10对于方向阻抗继电器为-30接线方式时，其整定阻抗为：式4.3.11式中,为线路短路阻抗角，一般为6085；为负荷阻抗角，一般小于25。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行动作时间按阶梯时限原则整定，但应注意两点。一是躲过系统振荡周期；二是在环网中距离保护动作时限的逐级配合。在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时，距离保护段的灵敏度高。灵敏度校验线路末端灵敏度计算为：式4.3.12后备保护灵敏度计算为：式4.3.13式中，为本线路AB阻抗，为相邻线路BC阻抗。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行距离段灵敏度要求：对于110kV线路，对相邻元件后备保护灵敏度要求；对于220kV及以上线路，对相邻元件后备保护灵敏度要求。如果灵敏度不够，可考虑装设近后备保护。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行四、对距离保护的评价与应用根据继电保护的四个基本要求，来对距离保护进行评价。1、选择性可以在多电源网络甚至复杂电网中距离保护能较好地保证动作的选择性要求。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行2、快速性距离保护的第I段是瞬时动作，但只能保护线路全长的80%85%。在双电源网络中，若线路两侧的第I段保护有重叠保护区，则线路两侧均能无延时动作切除重叠区内的故障。而对单电源辐射网中线路第I段保护区后的故障和对双电源线路两侧第I段保护非重叠区的故障不能无延时动作切除，至少有30%的范围保护要通过距离段时限切除故障。故在220kv及以上电压等级的网络，要求全长无时限切除线路任一点的短路，这时距离保护不能满足电力系统稳定要求而不能作为主保护。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行3、灵敏性由于距离保护同时反映电压和电流，比单一反映电流的保护灵敏度高，且基本上不受系统运行方式的影响。其中，距离保护第I段的保护范围不受运行方式变化的影响，保护范围比较稳定，第、段的保护范围由于分支系数可能变化而受运行方式变化影响。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行4、可靠性阻抗继电器本身较复杂，并会受到各种影响，于是还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置。因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。【知识链接】任务三任务三三段式距离保护构成与运行三段式距离保护构成与运行思考与练习思考与练习【一、判断题】1.对全阻抗继电器，设Zm为继电器的测量阻抗，Zs为继电器的整定阻抗，当ZsZm时，继电器动作。（）2.由于外汲电流（排除助增情况）的存在，距离保护的测量阻抗增大，保护范围缩小。（）3.距离保护中的振荡闭锁装置，是在系统发生振荡时，才启动去闭锁保护。（）4.电力系统发生振荡时，任一点电流与电压的大小，随着两侧电动势周期性的变化而变化。当变化周期小于该点距离保护某段的整定时间时，则该段距离保护不会误动作。（）思考与练习思考与练习【一、判断题】5.距离保护装置通常由启动部分、测量部分、振荡闭锁部分、二次电压回路断线失压闭锁部分、逻辑部分等五个主要部分组成。（）6.距离保护中，故障点过渡电阻的存在，有时会使阻抗继电器的测量阻抗增大，也就是说保护范围会延长。（）7.助增分支电流的存在将使测量阻抗减小，使距离保护拒动。（）8.在系统发生故障而振荡时，只要距离保护整定值大于保护安装处至振荡中心之间的阻抗，就不会发生误动作。（）思考与练习思考与练习【一、判断题】9.距离保护是保护本线路及相邻线路正方向故障的保护，它具有明显的方向性，因此，距离保护第III段的测量元件也不能用具有偏移特性的阻抗继电器。（）10.全阻抗继电器的动作特性反映在阻抗平面上的阻抗圆的半径，它代表了全阻抗继电器的整定阻抗。（）11.距离保护就是反映故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护。（）12.方向阻抗继电器中，电抗变压器的转移阻抗角决定着继电器的最大灵敏角。（）思考与练习思考与练习【二、选择题】1.距离保护的动作阻抗是指能使阻抗继电器动作的（）。A.大于最大测量阻抗的一个定值B.最大测量阻抗C.介于最小测量阻抗与最大测量阻抗