电力系统继电保护 距离保护.pptx

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1、第一节 距离保护的基本原理（理解）第二节 单相式阻抗继电器的动作特性及构成原理（本章重点，掌握）第三节 阻抗继电器的接线方式第五节 距离保护的震荡闭锁（理解）第六节 距离保护电压回路的断线闭锁（理解）第七节 影响距离保护正确动作的因素（掌握）第1页/共106页本章讲述了距离保护的基本工作原理主要组成元件及动作时限，重点讲述了单相式阻抗继电器的构成原理及其动作特性。应用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析单相式阻抗继电器的动作特性，以及用这两种原理构成各种单相式阻抗继电器的方法。本章讲述了相间短路保护的基本接线方式及方向阻抗继电器产生死区的原因，消除死区的措施及引入极化电压。分析了过渡电阻、

2、分支电流、系统振荡、电压回路断线对测量阻抗的影响。第2页/共106页1、要求了解距离保护的工作原理，主要组成元件及动作时限特性2、重点掌握下述内容：（1）常用阻抗继电器名称、特点及动作参数（动作阻抗、返回阻抗、测量阻抗和整定阻抗）的基本概念。（2）熟练掌握用幅值比较原理和相位比较原理，在复平面上分析单相阻抗继电器的动态特性。以及用这两种原理构成常用单相式阻抗继电器的方法。（3）掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；用于接地保护的基本接线方式。（4）掌握方向阻抗继电器产生死区原因及消除死区的措施，并了解由于引入极化电压对阻抗继电器暂态特性的影响。（5）了解过渡电阻、电力系统振荡、电压回路断线

3、，分支电流对距离保护工作的影响及其防止措施。（6）熟练掌握三段式距离保护的整定计算。第3页/共106页第一节第一节 一、 1、使用 电流保护，其整定值选择、保护范围随电网接线方式和系统运行方式的变化而变化 。对长距离、重负荷线路，由于线路的最大负荷电流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微，采用过电流保护，其灵敏性也常常不能满足要求。在结构复杂的35KV高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中的一种。第4页/共106页2.距离保护：是反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。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

4、之间的阻抗。该阻抗为保护安装处的电压与电流的比值，即 保护装置的动作时限是距离（或阻抗）的函数。即 1tf Z lmmmIUZ2K第5页/共106页二、距离保护的时限特性距离保护的动作时间距离保护的动作时间t t与保护安装处到故障点之间的距离与保护安装处到故障点之间的距离l l的关系称为的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。tKWL2WL1ZAB+ZKZKABCttt第6页/共106页1.起动元件:2.阻抗测量元件:3.时间元件 ：其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。采用的是过电流继电器或者低阻抗继电

5、器或负序电流继电器。 作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），、段采用带有方向性的方向阻抗继电器。段采用带有偏移特性的阻抗继电器作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。 起动IZIIZIIIZIIItIIt1&出口5.出口元件 ：保护装置动作后由出口执行元件去跳闸并且发出保护动作信号。4、逻辑回路：逻辑回路的作用是对启动、测量回路送来的信号进行分析判断，作 出正确的跳闸决定。第7页/共106页三段式距离保护I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

6、； 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段为后备保护第8页/共106页第二节 阻抗继电器 一、阻抗继电器的动作特性单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压 （可以是相电压或线电压) Um和一个电流 Im（可以是相电流或两相电流差) 的阻抗继电器，加入继电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。作用：是测量故障点到保护安装处之间的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定保护是否动作。 保护的启动阻抗为：NPIopZZ85. 0mmmIUZMN1mZ2P3TVTAmImU第9页/共106页TVTANPTVTANPNTANPTVNmmmnnZ

7、nnIUnInUIUZ85. 0NPZ当线路正方向0.85 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： MN1mZ2P3TVTAmImUI段阻抗继电器的整定值为TVTAopIsetnnZZ第10页/共106页反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。 正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zm与R轴的夹角为线路的阻抗角 L；IsetZ123MRPjXIsetZ1.由于过渡电阻及互感器误差的影响，测量阻抗可能偏离Zset的方向2.考虑继电器接线应尽量简化并且便于制造和调试，阻抗继电器的动作特性应该是包含Zset在内的简单图形

8、。第11页/共106页二、阻抗继电器的构成方法（一）全阻抗继电器 特性：全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心、以整定阻抗Zset为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区，圆周是动作边界。特点：动作无方向性；起动阻抗= =整定阻抗 oRjXsetZmZ1第12页/共106页NoImage1.比幅式全阻抗继电器oRjXsetZmZ1setmmsetmZIUZZ动作方程第13页/共106页NoImage90arg27090arg270setmmsetmmsetmsetmZIUZIUZZZZ2.比相式全阻抗继电器oRjXsetZsetmZZ 1setmZZ 第14页/共106页TVTAm

9、ImU1UZIsetm2U动作量：制动量：setmZIU1mUU2全阻抗继电器交流回路的原理接线 第15页/共106页TVTAmImUsetmZIXUTURYUsetmmxZIUUsetmmYZIUU动作量：制动量：第16页/共106页方向阻抗继电器的特性圆是个以整定阻抗为直径而通过坐标原点圆 ，圆内为动作区，圆外为制动区。当正方向短路时，测量阻抗Zm 在第I象限，如故障在保护范围内，Zm 落在园内，继电器动作。反向短路，测量阻抗在第三象限，继电器不动作。保护动作具有方向性。其阻抗动作方程为：)cos(msetsetmZZm（二）方向阻抗继电器 方向阻抗继电器动作特性oRjXsetZsetmZ

10、Z mZset第17页/共106页1 1、方向阻抗继电器、方向阻抗继电器n特点：特点：当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不同数值时，起动阻抗就不同。当测量阻抗角同数值时，起动阻抗就不同。当测量阻抗角m=m=setset时，时，继电器的起动阻抗最大继电器的起动阻抗最大 。等于园的直径，此时，阻抗继。等于园的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。电器的保护范围最大，工作最灵敏。 为使继电器工作在为使继电器工作在最灵敏状态，应调整整定阻抗角最灵敏状态，应调整整定阻抗角setset等于线路短路阻抗角等于线路短路阻抗角mm。n在第三象限无动作区

11、在第三象限无动作区 setmsetZZZ21211、幅值比较动作方程msetmmsetIZUIZ2121动作电压方程:l对于 电压降可以用电抗变换器UX来获得,对于Um 可直接从母线电压互感器TV二次侧获得。msetIZ21第18页/共106页rUrIAU电压形成回路动作量 制动量整流滤波整流滤波幅值比较回路执行元件BUAUAU跳闸 第19页/共106页90arg27090arg270setmmmsetmmZIUUZZZ2.比相式方向阻抗继电器动作方程为Zset-ZmZset-ZmZset-ZmZmZmZm00090180270第20页/共106页方向阻抗继电器交流回路原理接线TVTAmImU

12、setmZI211UTUR2UsetmZI21mUsetmZIU211setmmZIUU212动作量：制动量：第21页/共106页（三）偏移特性阻抗继电器它是以 为直径的圆，坐标原点在圆内，正向整定阻抗 ，偏移第III象限的反向阻抗为 ，圆内为动作区，特性圆半径为 圆心坐标为setsetZZsetZsetZsetZ)1 (21)(21)(210setsetsetsetsetZZZZZZ特点：其动作特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间其在第三象限的动作范围与偏移率的大小有关，一般取0.10.2.没有完全的方向性第22页/共106页1.比幅式偏移特性阻抗继电器以电流Im乘以上式两边，得出偏移特

13、性阻抗圆继电器动作特性方程为setmsetZZZ)1 (21)121setmsetZZZ)1 (21)121setmsetmmZIZIU)1 (21)1 (21（6-13）（6-12 ）幅值比较形式的动作阻抗方程为 ：mZsetZZ)1 (2100ZZmsetZ第23页/共106页2、比相式偏移特性阻抗继电器0090arg270setmsetmZZZZsetZZ)1 (2100090arg270setmmsetmmZIUZIUmZ0ZZm第24页/共106页四、具有多边形动作特性的阻抗继电器四、具有多边形动作特性的阻抗继电器 1. 1. 四边形特性阻抗继电器的动作特性四边形特性阻抗继电器的动作

14、特性oD RCBA 四边形以内为动作区，以外为不动作区，即测量阻抗末端位于四条边上为动作边界。 第25页/共106页二、具有多边形动作特性的阻抗继电器二、具有多边形动作特性的阻抗继电器 若测量阻抗落在四边形以内，则阻抗：若测量阻抗落在四边形以内，则阻抗： ， ， 四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角小于四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角小于180180，要求继，要求继电器动作。若测量阻抗落在四边形之外，则阻抗：电器动作。若测量阻抗落在四边形之外，则阻抗：ZIZI、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角大于四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角大于180180要求继要求

15、继电器不动作。电器不动作。 rZmZ1ZZZmA2ZZZmB3ZZZmC4ZZZmD第26页/共106页一一、方向阻抗继电器的死区及其消除方法方向阻抗继电器的死区及其消除方法 （一）（一）方向阻抗继电器死区方向阻抗继电器死区msetmmsetIZUIZ2121对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 ，无法进行比相，因而继电器也不动作。 , 继电器不动作。安装处第三节 方向阻抗继电器的特殊问题发生此情况的一定范围，称为方向阻抗继电器的死区。MN1mZ2P3TVTAmImUK第27页/共106页 （二）消除方向阻抗继电器死区方法在幅值比较式方向阻抗继电

16、器的两个比较量中引入相等的插入电压Uch 也叫极化电压Uj。Uj 和Uch应满足以下要求（1）Uch和Uj应与Um同相（2）当保护安装处出口短路时， Uch和Uj应不为零或能保持一段时间逐渐衰减到零。方法一、采用记忆回路（同KW），主要是保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作。方法二、当稳态情况下，靠引入非故障相电压（引入第三相电压）消除两相短路的死区。 第28页/共106页1、记忆回路： mUIRLCRUutmuJRuu 故障前故障后 在出口短路时，极化电压 在衰减到零之前存在， 与 同相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 pUmU第29页/共106页 对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，采用

17、记忆回路，将电压回路作成是一个对50HZ工频交流的串联谐振回路。 结论：在电阻R上的压降 与外加电压同相位，记忆电压 Up 通过记忆变压器与 Um 同相位。 RU1.记忆回路 JpsetIUUZK第30页/共106页引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为： pmsetmUpmsetUIZUKUIZ2121第31页/共106页mU122121UUUIZUKUIZpmsetmUpmsetsetmZIPU1U2U 在出口短路时，极化电压 在衰减到零之前存在， 与 同相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 pUmU1U2U第32页/共106页2.2.引入非故障相电压：思考：记忆回路只能保思考：记忆回路只能

18、保证方向阻抗继电器在暂态过证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作，但它的作用程中正确动作，但它的作用时间有限。时间有限。解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为C相，它通过高阻值的电阻R接到记忆回路中 Cr和Rr的连接点上。 正常时 ：电压 较高且L、C处于工频谐振状态，而Rh值又很大，第三相电压 基本上不起作用。 ABUCU第33页/共106页当系统中AB相发生突然短路时： hACLChACRLRLCLRCRUjXjXRRUIRjXIjXjXRjXII)(AChLLRcRPURXjXI jRIUUbEaE)(mabUEbUaUPRUUcEACU第34页/共106页结论：电阻R上电压降超前 9

19、0，即极化电压与故障前电压 同相位。因此，当保护安装处出口两相短路时，第三相电压可以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。ACURUbEaE)(mabUEbUaUPRUUcEACU第35页/共106页 二、极化电压的引入对方向阻抗继电器动作特性的影响 （一）方向阻抗继电器的稳态特性 1.比相式方向阻抗继电器0090arg270setmmPZIUU在稳态情况下Up与Um同相位，引入极化电压不改方向阻抗继电器的稳态特性。当保护安装处发生金属性短路时，由于Um=0，而Up不为零并可维持一段时间，所以继电器仍然可以保持和有Um时完全相同的动作特性。因为极化电压Up为比相电路提供了一个相位参考的依据

20、，使方向阻抗继电器能够判别故障的方向，起了方向极化的作用，所以称其为极化电压。第36页/共106页02121|UZIUnZIsetmmTsetm实际动作条件：比幅式方向阻抗继电器mTsetmmKoperInUZIUZ0.02121UZIUnZIsetmmTsetm假设上式中各向量均为同相位，则上列方程可写为0UZIUnsetmmToRjXsetZsetmZZmZ第37页/共106页考虑U0的影响后，给出Zop.k=f(Im)的关系曲线如下图所示。 当加入继电器的电流较小时，继电器的动作阻抗将下降，使阻抗继电器的实际保护范围缩短。为了把动作阻抗的误差限制在一定的范围内，规定了加入阻抗元件的电流必

21、须使保护范围误差不超过10%，即精工电流。 三、阻抗继电器的精工电流acImIoperKZsetZsetZ9.0第38页/共106页精工电流：就是当 时，继电器的动作阻抗 ，即比整定阻抗缩小了10%。 三、阻抗继电器的精工电流acmIIsetkopZZ9 . 0 因此，当 时，就可以保证起动阻抗的误差在10%以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。 acmII op rZsetZ0.9setZrIminopImaxacIminacI第39页/共106页引入精确工作电流的意义： 1 1、它是用来衡量继电器动作阻抗与整定阻抗之间的误差是否满、它是用来衡量继电器动作阻抗与整定阻抗之间的误

22、差是否满足足10%10%的要求的要求 2 2、当加入阻抗继电器的电流大于精工电流，说明阻抗继电器的、当加入阻抗继电器的电流大于精工电流，说明阻抗继电器的误差在误差在10%10%之内之内 3 3、为了减小阻抗继电器的误差，精工电流越小越好。、为了减小阻抗继电器的误差，精工电流越小越好。第40页/共106页第三节第三节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式 一、对距离保护接线方式的要求及接线种一、对距离保护接线方式的要求及接线种类类 根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足如下要求： 1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保护安装处的距离成正比。 2、继电器的测量阻

23、抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。 第41页/共106页 阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中“”表示按相间电压或相电流差，“Y”表示按相电压或相电流。、接线方式；、接线方式 ；、反应接地故障的接线方式。第42页/共106页 设短路点至保护安装地点之间的距离为L千米，线路每千米的正序阻抗为Z1，则保护安装地点的电压应为： 此时，KI1阻抗继电器的测量阻抗为 结论：在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的正序阻抗，三个继电器均能正确动作。 lZIIlZIlZIUUUBABABAAB111)(（一）三相短路当功率因数等于1 时，接入继电器的电压

24、 与电流的夹角为0 0，采用线电压和两相电流差的接线方式，为反应各种相间故障，在B、C、A相各接入一只阻抗继电器。A BCAIBICIZl)3(KlZIIUZBAABKI1)3(1 .第43页/共106页（二）二相短路: CCKBBBKAAACBAEUUlZIUUlZIUIII110) 2(KABCAIBICIZllZIEUlZIUlZIEIIUZlZIEUlZIEUlZIIIUZlZIIlZIIIIUZACKAAKAACACCAKIBCKBBCKBBCBBCKIBABABAABKI111)2(3 .111)2(2 .11)2(1 .)()(设AB两相短路，对K而言第44页/共106页结论：与

25、三相短路时的测量阻抗相同。因此，KI1能正确动作。KI2、KI3不会动作。 同理，在BC或CA两相短路时，相应地分别有KI2和KI3能准确测量而正确动作。 第45页/共106页( (三三) )中性点直接接地电网中两相接地短路中性点直接接地电网中两相接地短路 设故障发生在AB相， 。设ZL表示每千米的自感阻抗，ZM表示每千米的互感阻抗，则保护安装地点的故障相电压应为：BAIIAALBMBBLAMUI Z LI Z LUI Z LI Z L 2ABK第46页/共106页继电器的测量阻抗为 ： 其值与三相短路时相同，保护能够正确的动作。 2ABKlZlZZIIlZZIIIIUZMLBAMLBABAA

26、BKI1)1 . 1(1 .)()(00接线方式在各种金属性相间短路时，其测量阻抗 都等于保护安装处到故障点之间的线路阻抗，能满足距离保护的要求。AALBMBBLAMUI Z LI Z LUI Z LI Z L第47页/共106页二、反应接地短路阻抗继电器的接线方式二、反应接地短路阻抗继电器的接线方式 单相接地故障时，应将故障相的电压和电流加入到继电器中。对A相阻抗继电器，接入继电器的电压Um=UA,电流Im=IA。LZILZLZLZLZIA101101LZIKIA10)3(式中 称为零序补偿电流，其中 ，为常数；0IK0113ZZKZlZIlZIlZIIIlZIlZIlZIUUUUAAAAA

27、AAAAA00101021002211021)(第48页/共106页 接入继电器的电流 ，则故障相阻抗继电器的测量阻抗为 它能正确地测量从短路点到保护安装地点间的阻抗。为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器。这种具有3KI0补偿的相电流接线方式能够正确反应单相接地短路、两相接地短路和三相短路，此时接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗均为Z1L。 四、反应接地短路阻抗继电器的接线 03 IKIIAmLZIKIUZAAKI10)1(3第49页/共106页第五节第五节 影响距离保护正确工作的因素影响距离保护正确工作的因素这里，主要分析过渡电阻、分支电流、电力系统震荡对距离保护

28、的影响。影响距离保护正确动作的因素主要有：、故障点的过渡电阻；、故障点至保护安装处之间的分支电流；、系统震荡；、电压互感器二次回路断线；、互感器的误差、串联电容补偿的影响第50页/共106页一、保护安装处和故障点间分支线对距离保护影响1、助增电流的影响：KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ1111KbABlZKlZ11CABIKlBKKIZADDBI第51页/共106页结论1 助增电流I IDBDB的存在，使AB线路A侧阻抗继电器的测量阻抗增大，这意味着其保护范围将会缩短，相当于灵敏度下降 解决：在整定计算中解决，为保证选择性，应引入小的分支系数。第52页/共106页 2

29、、外汲电流的影响：KbABlZKlZ11KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ111111CABIKlBK1KIZAD2KI第53页/共106页结论2汲出电流I IK2K2的存在，使阻抗继电器的测量阻抗减小，保护范围延长，可能造成保护无选择动作。 解决：在整定计算中解决，为保证选择性，计算动作电流时引入最小分支系数。第54页/共106页 二、短路点过渡电阻对距离保护影响1.短路点过渡电阻的特性 gggIlR1050短路点的过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻Rg，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，Rg很小。随着电弧电流的衰减和电

30、弧长度的增长，Rg随着增大，大约经0.10.15秒后，Rg剧烈增大。 第55页/共106页（二）过渡电阻对单侧电源线路的影响 当Rg较大时，可能出现Zm2已超出保护2第段整定的特性圆范围，而Zm1仍位于保护1第段整定的特性圆范围以内。此时保护1和保护2将同时以第段的时限动作，因而失去了选择性。 保护2的测量阻抗为 ，gR 保护1的测量阻抗为 。 gABRZ第56页/共106页结论：短路点的过渡电阻总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩小，保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大，同时保护装置的整定值越小，则相对地受过渡电阻的影响也越大。 第57页/共106页 对于双侧电源的网络，短路点的

31、过渡电阻可能使测量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。 保护1和保护2的测量阻抗分别为 当为正时，测量阻抗增大，当为负时，测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。 jgKKgKKKBmeRIIRIIIUZ1112jgKKABKAmeRIIZIUZ111第58页/共106页 （五）防止和减小过渡电阻影响的方法 1）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。如偏移特性阻抗继电器等2）利用瞬时测量回路来固定阻抗继电器的动作。就是把距离元件的最初动作状态，通过起动元件的动作而固定下来，当电弧电阻增大时，仍以预定的时限动作跳闸。它通常应用

32、于距离保护第段。 第59页/共106页 KAIKMKTtZKImUmI第60页/共106页在短路的初瞬间，KA及KI均动作， KM、KT起动，通过KA的接点及KM自保持，此后KM的动作与KI无关，经过KT的延时发出跳闸脉冲。既使电弧电阻增大，使KI返回，保护仍能以预定的延时跳闸。KI-+KMKAKTKMKMKT图6-63 瞬间测定装置的原理接线图减小过渡电阻对距离保护影响的措施减小过渡电阻对距离保护影响的措施第61页/共106页 三、电力系统振荡对距离保护的影响 在电力系统中，由于输电线路在电力系统中，由于输电线路 1.1.输送功率过大而超过稳定极限、输送功率过大而超过稳定极限、 2.2.无功

33、功率不足而引起系统电压降低、无功功率不足而引起系统电压降低、 3.3.短路故障切除缓慢短路故障切除缓慢 4.4.由于采用非同期自动重合闸不成功由于采用非同期自动重合闸不成功 都有可能引起系统振荡。都有可能引起系统振荡。第62页/共106页（一）电力系统振荡时电流、电压的分布（一）电力系统振荡时电流、电压的分布 1.系统振荡时电流变化的特点当系统发生振荡时，设 超前于 的相位角为, ，且系统中各元件的阻抗角相等，则振荡电流为 MENEEEENMZEZEEZZZEEINMSNLSMNMMMNMENEMRMXNRNX1X1RMI第63页/共106页cos1sinarctancos21)1 ()1 (

34、2hhehhEheEeEEEEEEjMjMjMNMNM2sin21MEEh)(2cos21zjNLMMehhZEZZZEISNLSMSNLSMzRRRXXX arctan2sin2ZEIMM第64页/共106页2sin2ZEIMM=360, ZEIMM/2=180, 0MI结论：振荡电流的幅值及相位都与振荡角有关，只有振荡角恒定不变时，IM和为常数，振荡电流才是纯正弦函数，cos1sinarctanhh)(2cos21zjMNLMMehhZEZZZEI第65页/共106页系统M、N、Z点的电压分别为： sMMMMZIEUsNMNLMMMNZIEZZIEU)(ZIEUMMZ21Z点位于Z/2处。

35、2.电力系统振荡时电压的变化特点（系统阻抗角和线路阻抗角相等） LMNMMNZIUUU)21）UM,UN、UZ的矢量的末端落在EM-EN直线上3）UZ的矢量最小，Z点称为系统在振荡角为时的振荡中心第66页/共106页母线M的电压：MjMMMMMMZZeEEZIEU)1 (=0, 90, =180, 270, =360, MMEU MUMMMMZZE2EUU , MUMMEU ,MU)1 (jMNMNMeEEEEEE第67页/共106页 在Z点位于Z/2处，4）当=180时，三相短路。 因此，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。 此点的电气参数与

36、什么故障相类似？IM=2E/Z达最大值，电压Uz=0，ZIEUMMZ21此点称为系统振荡中心。电压Uz=0，第68页/共106页( (二）电力系统振荡对距离保护的影响二）电力系统振荡对距离保护的影响 M母线上阻抗继电器的测量阻抗为应用尤拉公式及三角公式，有 2cot122cot12cot12sin2)2cot1 (2sin22cos2sin22sin2sincos112222jjjjjejMjMNMMMMMMMMMMMmZZeZZEEEZIEIZIEIUZ11第69页/共106页 )2(, 02,1802)2(, 12,902)2(,2,022121000MmMmMmMmZZZctgZjZZZ

37、ctgZjZZZctgctgZjZZZjXRooMNmZMZZ 211Z结论：阻抗继电器的测量阻抗将在Z的垂直平分线OO上移动。 当由0变化到360时，测量阻抗终点的轨迹是垂直Z的直线。 MjMMmZZeIUZ112cot121jej第70页/共106页2cot21)21(2cot21)21(2cot2121ZjZnZjZZZZjZZZMMmZ21Z21当n为不同数值时，测量阻抗随变化的轨迹就是与oo平行的一条直线1.当n=1/2时，特性直线通过坐标原点，相当于保护装置安装在振荡中心处2.当n1/2时，直线族与+ jX轴相交，此时振荡中心位于保护范围的正方向3.当n1/2时，直线族与- jX轴

38、相交,此时振荡中心位于保护范围的反方向。jX第71页/共106页以变电站M处的保护为例,其距离段起动阻抗整定为0.85ZMN，在下图中以长度MA表示，由此可绘出各种继电器的动作特性曲线。 结论：在同样整定值的条件下全阻抗继电器受振荡的影响最大，而椭圆继电器所受的影响最小。 2.电力系统振荡对距离保护的影响 ANRjX1 23oo 第72页/共106页结论：(1)继电器的动作特性在阻抗平面沿oo方向所占的面积越大，受振荡的影响就越大。(2)距离保护受振荡的影响与保护安装的地点有关。保护安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会误动。 （3）当保护

39、的动作带有较大的延时时，如距离段，可利用延时躲开振荡的影响。 ANRjX1 23oo 第73页/共106页( (三）振荡闭锁回路三）振荡闭锁回路 1.电力系统振荡和短路时的主要区别。 (1)振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢,而短路时电流是突然增大,电压也突然降低。 (2)振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压与电流之间的相位角也作周期变化。 (3) 振荡时三相完全对称,电力系统中不会出现负序分量；而短路时,总要长期(在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短路开始时)出现负序分量。 第74页/共106页2.2.对振荡闭锁回路的要求对振荡闭锁回路的要求 (1)系统振荡而没故障时,应可靠将保

40、护闭锁。 (2)系统发生各种类型故障,保护不应被闭锁。 (3)在振荡过程中发生故障时,保护应能正确动作。 (4)先故障,且故障发生在保护范围之外,而后振荡,保护不能无选择性动作。 第75页/共106页1.1.利用负序利用负序( (和零序和零序) )分量起动的振荡闭锁回路分量起动的振荡闭锁回路 )(22UI第76页/共106页第77页/共106页第八节第八节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算一、距离保护一、距离保护 段段 1.动作阻抗 2.动作时限 01tTVTAIpIsetrelABrelIpnnZZKZKZ1 .01 .1 .085. 08 . 0距离I段的动作时间等于保护装置的固有动作

41、时间，一般小于0.12s第78页/共106页二、距离II段 整定原则： 1、与下一相邻线路距离I段配合抗两者取小者作为动作阻取低压侧出口短路、躲过下一相邻变压器取7 . 0)(28 . 0)(1 .2 .1 .relTbABrelIIoprelIopbABrelIIopKZKZKZKZKZKZ式中 Kb为分支系数，minbABBCIIKTVTAIIpIIsetnnZZ1 .01 .继电器的整定阻抗为第79页/共106页2.2.动作时限动作时限 3.3.灵敏度校验：灵敏度校验： 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第段相配合的原则选择动作阻抗，即第段的动作时限应比下一线路第段的动作时限大一

42、个时限阶段， 12tttt 5 .1op1ABsenZZK2 .opbrel1 .opZKZKZABttt21第80页/共106页三、距离III段1.整定原则（1）.躲过本线路最小负荷阻抗)/(cos,15. 11 . 13 . 12 . 19 . 011 .1 .1 .1 .max.min.min.1 .loasetIIIoperIIIsetIIIoperIIIsetresrellNllssresrelIIIoperZZZZKKIUZZKKKZ则作为测量元件若采用方向阻抗继电器则为测量元件若采用全阻抗继电器作取取第81页/共106页思考：灵敏度不能满足要求时， 怎么办？采用方向阻抗继电器，以

43、提高灵敏度 方向阻抗继电器的动作阻抗为 结论：采用方向阻抗继电器时，保护的灵敏度比采用全阻抗继电器时可提高1/cos(m - L )。 L.minop.1relressKLcosZZK K K（2）与相邻线路的第II段相配合85. 08 . 02 .opbrel1 .op取IIIrelABIIIIIIKZKZKZ第82页/共106页2 2动作时限动作时限 3.3.灵敏度校验灵敏度校验 作近后备保护时 作远后备保护时，其灵敏度按相邻线路末端金属性短路故障来校验 式中，Kb为分支系数，取最大可能值。 ttt215 . 11 .opsenABZZK近2 . 1b1 .opsenBCABZKZZK远第

44、83页/共106页四、阻抗继电器的整定四、阻抗继电器的整定 保护二次侧动作阻抗 ；式中 Kcon接线系数。对全阻抗继电器： 0接线， Kcon； 30接线， Kcon3 。对方向阻抗继电器： 0接线， Kcon； 30接线， Kcon2 。op .opconTATTVKZZKK第84页/共106页五、对距离保护的评价五、对距离保护的评价 1.主要优点 （1）能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。（2）阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。 2.主要缺点 （1）不能实现全线瞬动。 （2）距离保护装置较复杂，调试比较麻烦，可靠性较低。 第8

45、5页/共106页 在图6-70所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护、段进行整定计算。已知线路AB的最大负荷电流IL.max=350A,功率因数cos=0.9，各线路每公里阻抗Z1=0.4/km，短路阻抗角L = 70 ，电动机的自起动系数Kss=1,正常时母线最低工作电压UMN.min取等0.9UN(UN=115kV)。 第86页/共106页例6-2题网络图第87页/共106页 AB 线路的正序阻抗 123040lZZAB1AB . BC 线路的正序阻抗 246040lZZBC1BC .变压器的等值阻抗 1 .445 .311151005 .10100%2T2TkTS

46、UUZ解：解： 1.1.有关各元件阻抗值的计算有关各元件阻抗值的计算 第88页/共106页2.2.距离距离段的整定段的整定 )(minbrelrel1 .opBCABZKKZKZ(1)动作阻抗： (2)动作时间： 0Its2 .101285. 0rel1 .ABopZKZ(1)动作阻抗：按两个条件选择。 3.距离段的整定1)与相邻线路BC的保护3(或保护5)的段配合 1min100%85%IoppABZlZ第89页/共106页3.3.距离距离段段 )(minbrelrel1 .opBCABZKKZKZ215. 112)15. 01 (BABBA12minbXZXZZXXZXIIKABBCBCA

47、B19. 1215. 11301220min. b K10.8(12 1.19 0.85 24)29IIopZ第90页/共106页 2)按躲开相邻变压器低压侧出口点短路整定 取以上两个计算值中较小者为段定值，即取 3距离段 )(Tmin. brel1 .opZKZKZAB2 .72) 1 .4407. 212(7 . 007. 2130122011 .opmax.Bmin.A13minbZXZXIIKAB 29opZ第91页/共106页 (3)(3)灵敏性校验灵敏性校验3.距离段 sttt5 . 0315 . 142. 212291 .opsenABZZK第92页/共106页4.4.距离距离段

48、整定段整定 (1) (1) 动作阻抗：动作阻抗： 0 . 25 . 035 . 01t1 .17035. 031159 . 031159 . 0)cos(maxLmaxAminAmin.LLkssrerelminL1 .opIIUZKKKZZ5 .172)8 .2570cos(115. 12 . 11 .1701 .opZ（2）动作时间 :取其中较长者 tttttt2310181或第93页/共106页BCABZKZZKmaxbop.1sen远 1）本线路末端短路时的灵敏系数 4.距离段 整定5 . 14 .14125 .1721 .opsenABZZK近2)相邻元件末端短路时的灵敏系数 相邻线

49、路末端短路时的灵敏系数为 2 . 14 . 22448. 2125 .172sen远K第94页/共106页相邻变压器低压侧出口d2点短路时的灵敏系数中，最大分支系数为 4.距离段 48. 225251225minBminBmaxA12maxbXXZXIIKAB2 . 14 . 22448. 2125 .172sen远K第95页/共106页例6-1在图6-68所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护、段进行整定计算。已知线路AB和BC的最大负荷电流IL.max=450A,负荷的功率因数cos =0.8，各线路每公里阻抗Z1=0.4 /km，短路阻抗角 L = 70 ，电动机

50、的自起动系数Kss=1.5,正常时母线最低工作电压UMN.min取0.9Uav(Uav=115kV)。 。已知21.5IIIts1153ABEEkVmaxmin10 ,30ABBXXX 2 15,%10.5%KMVA U变压器装有差动保护，第96页/共106页图6-68所示电网采用三段式距离保护，各段测量元件均采用方向阻抗。采用0接线方式，已知架空线路正序阻抗Z1=0.4/,线路阻抗角 ，线路AB、BC最大负荷电流IL.max =450A，负荷自启动系数KSS=1.5,保护2距离III段动作时限 。变压器装有差动保护。已知例6-1题网络图70 ,cos0.8k21.5IIIts图6-68 例6