1、1/77,第 3 章 電網(wǎng)的距離保護(hù),2/77,一、距離保護(hù)基本原理 二、阻抗繼電器動(dòng)作特性及其實(shí)現(xiàn)方法 三、距離保護(hù)的整定計(jì)算 及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià) 四、距離保護(hù)的振蕩閉鎖 五、故障類型判別及故障選相 六、距離保護(hù)特殊問(wèn)題的分析 七、工頻故障分量距離保護(hù),3/77,第3.1節(jié) 距離保護(hù)基本原理及構(gòu)成,電流保護(hù)：反映故障電流大小。 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、工作可靠，但是，受系統(tǒng)運(yùn)行方 式變化的影響較大，難以滿足高壓和超高壓電網(wǎng)快 速、有選擇性地切除故障的要求。 一般適用于35kV及以下電網(wǎng)。 因此，還需要研究其他方式的保護(hù)，以便克服 電流保護(hù)的不足。,4/77, 過(guò)電流保護(hù) 低電壓保護(hù) 阻抗（距離）保護(hù) 縱

2、聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(高頻、微波、光纖) 零序或負(fù)序分量保護(hù) 瓦斯保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等,短路的主要特征歸納： 1）電流增大 2）電壓降低 3）阻抗減小 4）兩側(cè)電流大小和相位的差別 5）不對(duì)稱分量出現(xiàn) 6）非電氣量,5/77,所以，還能反映短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離 lm ，因此，也稱為：距離保護(hù)。,對(duì)于輸電線路，由于,3.1.1 距離保護(hù)基本原理與構(gòu)成 利用保護(hù)安裝處測(cè)量電壓和測(cè)量電流的比值 所構(gòu)成的繼電保護(hù)方式稱為阻抗保護(hù)，,如果計(jì)算出具體的數(shù)值，還具有測(cè)距的功能。,6/77,依據(jù)測(cè)量阻抗在不同情況下的“差異”，保護(hù)就 能夠區(qū)分出系統(tǒng)是否發(fā)生故障，以及故障發(fā)生的 范圍正向及范圍，或反向。,正比關(guān)系（三個(gè)短

3、路點(diǎn)位置的例子）,7/77,距離保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏度受運(yùn)行方式的影響 較小，尤其是距離保護(hù)段的保護(hù)范圍比較穩(wěn)定， 同時(shí)，還具備判別短路點(diǎn)方向的功能。,二者幾乎反映了同一個(gè)性質(zhì)。 細(xì)微的區(qū)別：一個(gè)側(cè)重保護(hù)的范圍； 另一個(gè)側(cè)重具體的測(cè)量數(shù)值。,8/77,既然是復(fù)數(shù)，就可以用極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)的形式來(lái)表示。,9/77,測(cè)量阻抗具有以下的“差異”： 1）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),10/77,2）短路時(shí),將二者以及其它的阻抗情況用直角坐標(biāo)系表示出來(lái)，并標(biāo)注出橫軸和縱軸的物理含義，于是，出現(xiàn)了R-X復(fù)平面，這樣，可以更直觀地了解測(cè)量阻抗與動(dòng)作范圍的關(guān)系。,11/77,似乎設(shè)計(jì)為這 樣的判別區(qū)域,12/77,似乎設(shè)計(jì)

4、為這 樣的判別區(qū)域,但通常設(shè)計(jì)為 一個(gè)“面”的區(qū)域,13/77,因此，通常將阻抗繼電器的保護(hù)范圍擴(kuò)大為一個(gè) 面或圓的形式。當(dāng)測(cè)量阻抗落在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，阻 抗元件動(dòng)作；否則不動(dòng)作。 這個(gè)保護(hù)范圍的邊界叫做：整定阻抗。用下面的 符號(hào)表示：,設(shè)計(jì)為一個(gè)“面（區(qū)域）”的理由 考慮到二次側(cè)的測(cè)量阻抗受下列因素影響： 1）電流、電壓互感器誤差； 2）輸電線路阻抗角的角度差； 3）過(guò)渡電阻的影響等（后面再分析）。,14/77,3.1.3 距離保護(hù)的接線方式 接線方式 采用何種測(cè)量電壓和測(cè)量電流？ 希望或要求： 1）能夠反映短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正序阻抗； 2）適合于任何的短路類型。 但遺憾的是，到目前為止，還

5、沒(méi)有一種接線方式 能夠同時(shí)滿足上述的 2個(gè)要求。 同學(xué)們可以探索更好的接線方式！,15/77,經(jīng)過(guò)分析、研究、比較，目前，常用的接線方式 有2種： （1）相間距離 0接線方式。,（2）帶零序補(bǔ)償?shù)慕拥鼐嚯x0接線方式。,(仍假設(shè):Cos=1,即A相電壓、電流同相位),16/77,經(jīng)過(guò)分析、研究、比較，目前，常用的接線方式 有2種： （1）相間距離 0接線方式。,（2）帶零序補(bǔ)償?shù)慕拥鼐嚯x0接線方式。,(仍假設(shè):Cos=1,即A相電壓、電流同相位),17/77,下面詳細(xì)分析接線方式的測(cè)量情況。,從K點(diǎn)“往左側(cè)看”（右側(cè)類似），有：,18/77,從K點(diǎn)“往左側(cè)看”（右側(cè)類似），有：,下面詳細(xì)分析接線

6、方式的測(cè)量情況。,左式是一個(gè)通用表達(dá)式,實(shí)際上，正、負(fù)、零三序的電壓表達(dá)式在任何情況下均反映： K點(diǎn)與M點(diǎn)之間的關(guān)系,19/77,由此可以得到：,20/77,21/77,實(shí)際上，零序補(bǔ)償系數(shù)K代表了多重含義：,單位長(zhǎng)度的參數(shù),線路全長(zhǎng)的參數(shù),K實(shí)際上應(yīng)當(dāng)是一個(gè)平均值，且為可測(cè)量的已知數(shù)。,22/77,因此，三相的M點(diǎn)與K點(diǎn)在任何情況下的通用表 達(dá)式為：,此時(shí)要想得到反映短路點(diǎn)K到保護(hù)安裝處M的正序阻抗 Z1，那么，只要進(jìn)行下面的計(jì)算就可以實(shí)現(xiàn)：,此式的分析過(guò)程還包含了接線方式的產(chǎn)生過(guò)程。,帶零序補(bǔ)償?shù)?0接線方式,23/77,三相的M點(diǎn)與K點(diǎn)在任何情況下的通用表達(dá)式為：,于是，保護(hù)的各相測(cè)量電

7、壓為：,如果分析或計(jì)算A相，那么，應(yīng)當(dāng)取A相的電氣量：,24/77,三相的M點(diǎn)與K點(diǎn)在任何情況下的通用表達(dá)式為：,于是，保護(hù)的各相測(cè)量電壓為：,如果分析或計(jì)算AB相，那么，應(yīng)當(dāng)取AB相的電氣量：,25/77,下面具體分析各種測(cè)量阻抗的情況：,（1）正常運(yùn)行,絕對(duì)值大，角度?。ㄒ话阈∮?0度）。,接地阻抗：,相間阻抗：,26/77,（2）三相短路 （以下分析中，無(wú)下標(biāo)m時(shí)，均表示為測(cè)量量）,27/77,能反映短路點(diǎn)的距離。,28/77,（3）兩相相間短路（設(shè)BC相）,29/77,30/77,31/77,C、A相測(cè)量阻抗與B相類似分析，絕對(duì)值較大。,BC兩相相間短路時(shí)，接地測(cè)量阻抗：,32/77,

8、（4）兩相接地短路（設(shè)BC相） 類似分析，可得：,33/77,（5）單相接地短路（設(shè)A相）,34/77,0接線方式的測(cè)量阻抗歸納：,包含非故障相的電氣量時(shí)，測(cè)量阻抗的幅值通常偏大。,35/77,36/77,接地阻抗的 0接線方式,相間阻抗的 0接線方式,接線方式可以反映的故障類型：,阻抗元件為“欠量動(dòng)作”，故測(cè)量阻抗偏大時(shí)，影響較小。,37/77,順便說(shuō)明：在一些特殊情況下，當(dāng)故障相的測(cè)量阻抗動(dòng)作時(shí)，非故障相的測(cè)量阻抗（包含非故障相電氣量的測(cè)量阻抗）有可能也會(huì)動(dòng)作，為此，在單相故障需要僅跳開(kāi)單一的故障相時(shí)，還需要采用選相元件予以輔助確定。,38/77,3.1.4 距離保護(hù)的時(shí)限特性 與單電源的

9、電流保護(hù)類似： 三段式配置，時(shí)限特性設(shè)計(jì)方法一致。,39/77,3.1.5 距離保護(hù)的構(gòu)成,實(shí)際的邏輯相當(dāng)復(fù)雜，尤其是振蕩閉鎖部分。,40/77,3.2 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性 重述一遍：考慮到二次側(cè)的測(cè)量阻抗受電流、電 壓互感器和輸電線路阻抗角的角度差等因素影響， 因此，通常將阻抗繼電器的保護(hù)范圍擴(kuò)大為一個(gè)面 或圓的形式。當(dāng)測(cè)量阻抗落在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，阻抗 元件動(dòng)作；否則不動(dòng)作。 這個(gè)保護(hù)范圍的邊界叫做：整定阻抗。用下面的 符號(hào)表示：,41/77,回顧一下動(dòng)作區(qū)域,42/77,在距離保護(hù)的各種動(dòng)作區(qū)域中，常用的一種形式是：圓特性。典型的圓特性如下：,方向特性,整定阻抗是圓的直徑（絕對(duì)值最大保護(hù)

10、范圍最大）,大部分設(shè)計(jì)為圓內(nèi)動(dòng)作,希望：線路阻抗角等 于最大靈敏角。,43/77,在距離保護(hù)的各種動(dòng)作區(qū)域中，常用的一種形式是：圓特性。典型的圓特性如下：,方向圓特性可以判斷： 短路范圍和方向。 但是，出口短路時(shí)需要 “記憶”。 這是最常用特性之一。,方向特性,44/77,偏移特性可以判斷：短路范圍，沒(méi)有出口死區(qū)。 但是，反方向出口短路會(huì)誤動(dòng)。 通常應(yīng)用于斷路器合閘時(shí)。,偏移特性,45/77,全阻抗特性可以判斷：短路范圍。 但是，沒(méi)有方向性。 較少采用。 沒(méi)有最大靈敏角的概念。,全阻抗特性,46/77,各種圓特性的動(dòng)作方程 一、幅值比較動(dòng)作方程 要點(diǎn)：圓周上任何一點(diǎn)到圓心的距離均等于半徑。 于

11、是有：,或,（直角坐標(biāo)系）,（極坐標(biāo)系）,47/77,以偏移阻抗特性為例。,2）再求圓心相量,1）圓的半徑,48/77,的幅值比較動(dòng)作方程：,49/77,當(dāng) = 0 時(shí)，就是方向圓的幅值動(dòng)作方程，即：,當(dāng) = 1 時(shí),就是全阻抗圓的幅值動(dòng)作方程，即：,偏移特性的幅值比較動(dòng)作方程：,50/77,二、相位比較動(dòng)作方程 要點(diǎn)：圓周上任何一點(diǎn)到直徑兩端點(diǎn)之間的 夾角均等于90 。,51/77,二、相位比較動(dòng)作方程 圓周上任何一點(diǎn)到直徑兩端點(diǎn)之間的夾角均等于90 。,52/77,考慮測(cè)量阻抗落在另一半的圓周時(shí),53/77,考慮測(cè)量阻抗落在另一半的圓周時(shí),54/77,歸納，并確定動(dòng)作范圍。,55/77,因

12、此，考慮圓周和圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)域之后，偏移阻抗特性的相位比較動(dòng)作方程為：,同樣，有： （1）當(dāng)=0時(shí)，就是方向圓 的相位比較方程。 （2）當(dāng)=1時(shí)，就是全阻抗 圓的相位比較方程。,56/77,整定阻抗不是圓的直徑時(shí)，有：,整定阻抗是圓的直徑時(shí)，有：,57/77,58/77,按照上述思路，可以得到任意圓特性的幅值比較和相位比較的動(dòng)作方程。 微機(jī)保護(hù)中，較多采用幅值比較的方法。 還可以采用阻抗的幅值比較方法實(shí)現(xiàn)功率方向的直線特性，如下圖。,59/77,紅線以下為動(dòng)作區(qū)域時(shí)，,“或”依據(jù)Zm落在動(dòng)作區(qū)域時(shí)，誰(shuí)大誰(shuí)小確定！,60/77,此方法還可以應(yīng)用于電流保護(hù)的功率方向元件中。,61/77,回顧一下功率

13、方向元件：,動(dòng)作方程用“阻抗”表示時(shí)，有：,上述的分析方法還可以應(yīng)用于電流保護(hù)中的功率方向元件。,62/77,功率方向元件動(dòng)作區(qū)域的拓展： （非900的動(dòng)作區(qū)域）,動(dòng)作區(qū)域,動(dòng)作區(qū)域,63/77,另外，兩個(gè)或多個(gè)的園特性還可以構(gòu)成“與”、“或”的關(guān)系，組合出其它特性。,橄欖型特性 蘋(píng)果型特性,（兩圓“與”） （兩圓“或” ）,64/77,還有如下的特性：,提高Zset定值（保證靈敏度），另外，加電阻線來(lái)防止負(fù)荷情況下的誤動(dòng)。,65/77,多邊形特性常用特性之一 （淡化了最大靈敏角的概念）,與園特性比較，多邊形特性的保護(hù)范圍、耐過(guò)渡電阻能力容易兼顧。,66/77,3.3 阻抗元件的實(shí)現(xiàn)方法,67

14、/77,一、微機(jī)距離保護(hù)中幅值比較的實(shí)現(xiàn),在微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)課程中，將介紹：來(lái)自TV的測(cè)量電壓和來(lái)自TA的測(cè)量電流，通過(guò)各自的模擬量輸入回路，經(jīng)過(guò)低通濾波、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，然后采用一定的數(shù)字濾波算法，計(jì)算得到相應(yīng)的相量。,當(dāng)然，測(cè)量電壓、測(cè)量電流應(yīng)當(dāng)與接線方式對(duì)應(yīng)。,68/77,（同乘以）,69/77,所以，利用測(cè)量阻抗中的電抗分量，還可以實(shí)現(xiàn)故障距離的測(cè)量（測(cè)距），即：,代入通用表達(dá)式：,或：,1、園特性,對(duì)于架空輸電線路，存在：,70/77,考慮誤差,2、多邊形特性,71/77,二、阻抗繼電器的精確工作電壓與精確工作電流 非計(jì)算機(jī)構(gòu)成的阻抗繼電器，都需要克服一個(gè)動(dòng)作門(mén)檻

15、，而計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方式也會(huì)由于下面的情況造成測(cè)量誤差（以電抗為例）。,由于電流測(cè)量有誤差（相對(duì)、絕對(duì)誤差），導(dǎo)致出現(xiàn)：,72/77,當(dāng)電流很小時(shí)，會(huì)極大地影響了電抗的測(cè)量（上式還應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)分子的影響）。 因此，都需要限定一個(gè)最小的測(cè)量電流 稱為最小精確工作電流，簡(jiǎn)稱精工電流。,繼電保護(hù)允許的最大誤差10%,電流工作的范圍,73/77,在微機(jī)保護(hù)中，影響最小精確工作電流、最大精確工作電流的主要原因：,：變換器的傳變特性、 A/D的位數(shù)及其量化誤差、 噪聲、 計(jì)算過(guò)程的有效位數(shù)等。,：變換器的飽和特性影響等。,線路保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范（2007年發(fā)布）的要求： 在（0.0520）IN 或者（0.140）IN

16、 時(shí)測(cè)量誤差不大于5。,74/77,動(dòng)作阻抗實(shí)際的動(dòng)作 邊界,測(cè)量阻抗接線方式的 計(jì)算值,幾個(gè)阻抗術(shù)語(yǔ)的區(qū)別,整定阻抗用于確定希望 構(gòu)成的動(dòng)作區(qū)域,75/77,理論上，當(dāng)計(jì)算量都是故障的電氣量時(shí)，有：,這是一個(gè)理想的、純工頻穩(wěn)態(tài)量的情況。實(shí)際上，暫態(tài)的成分是十分復(fù)雜的，存在諧波、非周期分量、計(jì)算誤差等因素的影響，因此，測(cè)量有誤差。,76/77,為此，規(guī)定：整定值處的允許裝置誤差為5%！, 5%稱為暫態(tài)超越范圍,可動(dòng)， 可不動(dòng),(限定誤差)！,77/77,動(dòng)作速度的考核,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 高壓線路無(wú)延時(shí)保護(hù)的動(dòng)作速度不大于30ms,78/77,設(shè)相位比較方程為：,幅值比較方程、相位比較方程之間的相互轉(zhuǎn)

17、換,設(shè)幅值比較方程為：,79/77,設(shè)相位比較方程為：,幅值比較方程、相位比較方程之間的相互轉(zhuǎn)換,設(shè)幅值比較方程為：,合并90度的角度比較后，有：,動(dòng)作量,制動(dòng)量,兩種方程的邊界是一致的。,80/77,設(shè)相位比較方程為：,設(shè)幅值比較方程為：,81/77,設(shè)相位比較方程為：,設(shè)幅值比較方程為：,82/77,設(shè)相位比較方程為：,設(shè)幅值比較方程為：,83/77,設(shè)相位比較方程為：,84/77,綜合上述分析，可知：,因此，若?。?則幅值比較方程與相位比較方程是一致的。,85/77,同樣，若已知幅值比較方程為：,可得：,二者存在互換關(guān)系,86/77,二者之間的互換關(guān)系可以歸納為：,及,在第一章的電流方向保護(hù)中，功率方向元件的幅值比較、相位比較的轉(zhuǎn)換關(guān)系與此類似。 學(xué)習(xí)距離保護(hù)之后，再回頭去理解功率方向元件，就更容易理解，也更鞏固了。,87/77,三、整流型距離保護(hù)中幅值比較的實(shí)現(xiàn) 以方向阻抗特性為例，動(dòng)作方程為：,同乘以 后，得到電壓量的比較方程：,88/77,方向阻抗繼電器(圓)的電壓形成回路(非微機(jī)),(降低電壓),(形成電壓量，便于連接),89/77,方