电力系统继电保护02.ppt

第2章电网的距离保护,2.1距离保护的基本原理2.1.1基本工作原理电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但它们的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷、长距离、电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能完善的保护装置，因而就引入了“距离保护”。,2.1.2距离保护的时限特性距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系tfl，称为距离保护的时限特性。,图2.1距离保护的基本原理,2.1.3距离保护的主要组成元件,图2.2三段式距离保护的原理框图,2.1,2.2,2.3,1启动回路启动回路主要由启动元件组成。启动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。2测量回路ZⅠ、ZⅡ和ZⅢ测量回路的Ⅰ段和Ⅱ段由阻抗继电器ZⅠ和ZⅡ组成，而第Ⅲ段由测量组抗继电器ZⅢ组成。3逻辑回路逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。,门电路包括与门和或门，时间电路主要由tⅡ和tⅢ两个时间继电器构成。4其他部分辅助相电流元件接于相电流，作为辅助启动元件之用。重合闸后加速回路瞬时加速Ⅰ段或Ⅱ段。执行元件出口、信号、切换等其他功能。2.2阻抗继电器阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以,确定保护是否应该动作。阻抗继电器可按以下不同方法分类根据其构造原理的不同，分为电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型等。根据其比较原理的不同，分为幅值比较式和相位比较式两大类。根据其输入量的不同，分为单相式和多相式两种。,2.4,阻抗复平面分析法是最常用、最简捷直观的方法，它需要经过以下步骤①阻抗继电器在阻抗复平面上的动作特性,图2.3在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性a网络接线；b被保护线路的测量阻抗及动作特性,可从动作条件判别式取等号求得。继电器的测量阻抗Zr沿一定的轨迹变化而使继电器始终处于临界动作状态时，这一轨迹便称为继电器的动作特性。②求出阻抗继电器在各种运行情况下感受到的阻抗测量阻抗Zr。③按动作条件判别式在阻抗平面上分析它们是否满足该式，从而决定其是否动作。2.2.1阻抗继电器的基本原则由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二次侧，其测量阻抗与系统一,次侧的阻抗之间存在下列关系如果保护装置的一次侧整定阻抗经计算以后为Z′set，则按式2.5，继电器的整定阻抗应该为2.2.2利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器,2.5,2.6,1全阻抗继电器,图2.4全阻抗继电器的动作特性a幅值比较式；b相位比较式,2.8,2.9,将两个相量均以电流乘之，即可得到可比较其相位的两个电压分别为,图2.5相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性a测量阻抗在圆内；b测量阻抗在圆外,当时，继电器启动，则它们之间的关系符合下式,图2.6幅值比较与相位比较之间的关系,2.10,2.11,必须注意①它只适用于为同一频率的正弦交流量；②只适用于相位比较方式动作范围为和幅值比较方式，且动作条件为的情况；,2.12,2.13,③对短路暂态过程中出现的非周期分量和谐波分量，以上转换关系显然是不成立的。因此，不同比较方式构成的继电器受暂态过程的影响不同。2方向阻抗继电器,图2.7方向阻抗继电器的动作特性a幅值比较式的分析；b相位比较式的分析,①用幅值比较方式分析，如图2.7a所示，继电器能够启动即测量阻抗Zr位于圆内的条件是等式两端均以电流乘之，即变为如下两个电压的幅值的比较②用相位比较方式分析，如图2.7b所示，当Zr位于圆周上时，阻抗Zr与Zr-Zset之间的,2.14,2.15,相位差为θ90，类似于对全阻抗继电器的分析，同样可以证明，270≥θ≥90是继电器能够启动的条件。将Zr与Zr-Zset均以电流乘之，即可得到比较相位的两个电压分别为3偏移特性的阻抗继电器圆的直径为|ZsetαZset|，圆心的坐标为圆的半径为,2.16,现对其构成方式分析如下,图2.8具有偏移特性的阻抗继电器a幅值比较式的分析；b相位比较式的分析,①用幅值比较方式分析,如图2.8a所示，继电器能够启动的条件为或等式两端均以电流乘之，即变为如下两个电压的幅值的比较②用相位比较方式的分析,如图2.8b所示,当Zr位于圆周上时,相量ZrαZset与Zr-Zset之间的相位差为θ90,同样可以证明,270≥θ≥90也是继电器能够启动的条件。将ZrαZset和Zr-αZset均以电流,2.18,2.17,乘之，即可得到用以比较其相位的两个电压为①Zr是继电器的测量阻抗，由加入继电器中电压与电流的比值确定，Zr的阻抗角就是和之间的相位差。②Zset是继电器的整定阻抗，一般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。对全阻抗继电器而言，就是圆的半径；对方向阻抗继电器而言，就是在最大灵敏角方向上的圆的直径；而对偏移特,2.19,性阻抗继电器，则是最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度；③Zop.r是继电器的启动阻抗，它表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压与电流的比值，除全阻抗继电器以外，Zop.r是随着的不同而改变的，当时，Zop.r的数值最大，等于Zset。4功率方向继电器,2.20,2.21,5具有直线特性的继电器,图2.9功率方向继电器的动作特性a幅值比较式的分析；b相位比较式的分析,2.22,图2.10具有直线特性的继电器a幅值比较式的分析；b相位比较式的分析；c电抗型继电器,2.23,2.24,6动作角度范围变化对继电器特性的影响7继电器的极化电压和补偿电压①当保护范围外部故障时，ZKZset，则与同相位；②当保护范围末端故障时，ZKZset，则0，继电器应处于临界动作的条件；③当保护范围内部故障时，ZKZset，则与相位差180。2.2.3具有四边形特性的阻抗继电器,图2.11240≥≥120时的动作特性a方向阻抗继电器；b功率方向继电器,图2.12四边形阻抗继电器,图2.13对两个边折线的分析a折线的构成；bZr位于动作范围内；cZr位于动作范围外,图2.14连续式相位比较回路原理接线图,图2.15连续式相位比较回路工作原理的分析a内部故障；b外部故障,2.3阻抗继电器的接线方式2.3.1对接线方式的基本要求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以下要求①继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；②继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。2.3.2相间短路阻抗继电器的0接线方式1三相短路,2.25,2两相短路3中性点直接接地电网中的两相接地短路,图2.16三相短路时测量阻抗的分析,2.26,图2.17A、B两相短路时测量阻抗的分析,图2.18A、B两相接地短路时测量阻抗的分析,2.3.3接地短路阻抗继电器的接线方式,2.27,2.28,当采用和的接线方式时，则继电器的测量阻抗为,2.29,2.30,2.31,为了反映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，其接线方式分别为2.4距离保护的整定计算2.4.1距离保护的整定计算原则1距离保护第Ⅰ段的整定,2.32,2距离保护第Ⅱ段的整定,图2.19选择整定阻抗的网络接线,2.35,2.36,2.37,对于距离Ⅱ段，在本线路末端短路时，其测量阻抗即为ZAB，因此，灵敏系数为3距离保护第Ⅲ段的整定参照过电流保护的整定原则，考虑到外部故障切除后，在电动机自启动的条件下，保护第Ⅲ段必须立即返回的要求，应采用,2.38,2.39,可求得继电器的启动阻抗为,2.40,2.41,图2.20线路始端测量阻抗的相量图,选择继电器的，则圆的直径即Ⅲ段整定阻抗为,图2.21第Ⅲ段启动阻抗的整定,4阻抗继电器的精确工作电流的校验2.4.2对距离保护的评价①根据距离保护的工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证,2.42,图2.22复合特性的阻抗继电器,动作的选择性。②距离Ⅰ段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长8085，因此，两端合起来就使得在3040的线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，在一端须经0.5s的延时才能切除。在220kV及以上电压的网络中，有时候这不能满足电力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。③由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，,距离Ⅰ段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。④由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此，接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。2.5影响距离保护正确动作的因素及其对策2.5.1短路点过渡电阻对距离保护的影响1短路点过渡电阻的性质,根据这些数据可知电弧实际上呈现有效电阻，其值可按下式决定,2.43,图2.23架空输电线路短路时产生的电弧a电弧电阻随时间变化曲线；b经电弧短路时电弧上电流、电压的波形,2单侧电源线路上过渡电阻的影响,图2.24单侧电源线路经过渡电阻Rg短路的等效图,图2.25过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析,3双侧电源线路上过渡电阻的影响,图2.26双侧电源通过Rg路的接线图,2.44,2.45,2.46,2.47,4过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响,图2.27过渡电阻对不动作特性阻抗元件影响的比较a网络接线；b对影响的比较,图2.28可减小过渡电阻影响的动作特性a多边形动作特性；b既允许有较大过渡电阻又能防止负荷阻抗较小时误动的动作特性；c圆与四边形组合的动作特性,2.5.2电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路1电力系统振荡时电压电流的分布,2.48,图2.29瞬时测量装置的原理接线图1保护装置的启动元件或第Ⅲ段；2第Ⅱ段阻抗元件；3瞬时测量的中间继电器；4第Ⅱ段时间元件,图2.30两侧电源系统中的振荡a系统接线；b系统阻抗角和线路阻抗角相等时的相量图；c阻抗角不等时的相量图,2.49,2.50,2.51,2.52,2.53,2.54,2.55,2.56,2.57,2.58,2电力系统振荡对距离保护的影响,图2.31电力系统振荡时电流电压的变化,图2.32分析系统振荡用的系统接线图,M点的母线电压为,2.59,2.60,2.61,图2.33系统振荡时测量阻抗的变化,2.62,图2.34系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化,图2.35当h≠1时测量阻抗的变化,图2.36系统振荡时M变电所测量阻抗的变化图,3振荡闭锁回路电力系统发生振荡和短路时的主要区别如下,①振荡时，电流和各点电压的幅值均作周期性变化如图2.31所示，只在δ180时才出现最严重的现象；而短路后，短路电流和各点电压的值，当不计其衰减时，是不变的。此外，振荡时电流和各点电压幅值的变化速度和较慢，而短路时电流是突然增大，电压也突然降低，变化速度很快。②振荡时，任一点电流与电压之间的相位关系都随δ的变化而改变；而短路时，电流和电压之间的相位是不变的。,③振荡时，三相完全对称，电力系统中没有负序分量出现；而当短路时，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。④振荡时，测量阻抗的电阻分量变化较大，变化速率取决于振荡周期；而短路时，测时阻抗的电阻分量虽然因弧光放电而略有变化，但分析计算表明其电弧电阻变化率远小于振荡所对应的电阻的变化率。构成振荡闭锁回路时应满足以下基本要求①系统发生振荡而没有故障时，应可靠地,将保护闭锁，且振荡不停息，闭锁不应解除。②系统发生各种类型的故障包括转换性故障，保护应不被闭锁而能可靠地动作。③在振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作。④先故障而后又发生振荡时，保护不致无选择性的动作。1利用负序和零序分量元件启动的振荡闭锁回路,①负序电压过滤器,图2.37负序电压过滤器原理接线图,2.63,图2.38负序电压过滤器相量图a加入正序电压；b加入负序电压,2.64,②负序电流过滤器,图2.39负序电流过滤器原理接线图,2.65,如果只输入负序电流时，如图2.40b所示，输出电压为,图2.40负序电流过滤器的相量图a加入正序电流；b加入负序电流,③集成电路型对称分量过滤器④利用负序或零序电流增量元件启动的振荡闭锁回路2反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路4新型振荡闭锁工作原理,2.66,2.67,图2.41产生负序和零序电流增量原理图,1启动元件动作160ms以内开放保护的条件2系统振荡中不对称故障时开放条件在系统振荡中发生不对称短路故障时，振,图2.42三段式距离保护的动作特性,图2.43反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路结构框图,图2.44振荡闭锁逻辑框图,荡闭锁分量元件开放保护的动作条件为3系统振荡中发生对称性故障时保护开放的条件①振荡中心电压系统振荡时，振荡中心的电压可以由保护装置算得②振荡中心电压与三相短路弧光电阻上的压降IRg的关系,2.68,③系统振荡中发生对称性短路故障的判据④振荡中三相短路后备保护动作判据,,2.69,2.70,