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1、2019/1/6,电力系统继电保护原理,主讲教师:焦彦军 华北电力大学电自教研室,2019/1/6,第四章 电网的距离保护,4.1 距离保护的基本原理 4.2 阻抗元件的构成原理 4.3 阻抗元件的定值计算 4.4 影响阻抗元件正确动作的因素,2019/1/6,4.1 距离保护的基本原理,电压等级 输送容量 送电距离 110kV 1050MW 15050km 220kV 100500MW 300100km 500kV 10001500MW 850150km,2019/1/6,C,A,B,QF1,QF2,QF3,2019/1/6,故障点到保护安装处的距离可以用阻抗参数表示,（架空线路超过300k
2、m）,（架空线路在100300km间）,（架空线路在100km以内）,2019/1/6,测量故障点到保护安装处的线路阻抗 反应故障点到保护安装处的距离,2019/1/6,测量故障点到保护安装处的线路阻抗 反应故障点到保护安装处的距离,2019/1/6,C,A,B,QF1,QF2,QF3,假设线路单位长度阻抗为,我们期望的测量阻抗,2019/1/6,C,A,B,QF1,QF2,QF3,以QF2处的保护为例,2019/1/6,C,A,B,QF1,QF2,QF3,以QF2处的保护为例,正常运行时,2019/1/6,距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一
3、种保护装置。,距离保护的时限特性,2019/1/6,距离保护的构成简图,1,2,3,4,5,6,1启动元件，2测量元件，3振荡闭锁元件，4电压回路断线闭锁元件 5逻辑元件，6执行元件,2019/1/6,4.2 阻抗元件的构成原理,阻抗元件（阻抗继电器）距离保护中的测量元件,按加入继电器的补偿电压分类 单相式（第一类）、多相补偿式（第二类） 按继电器的动作特性分类 圆特性、非圆特性 按实现方法分类 幅值比较、相位比较,2019/1/6,4.2.1 单相式阻抗元件,一、测量（计算）阻抗 1.欧姆计测量阻抗法,2019/1/6,4.2.1 单相式阻抗元件,一、测量（计算）阻抗 1.欧姆计测量阻抗法,
4、其中,2019/1/6,4.2.1 单相式阻抗元件,一、测量（计算）阻抗 1.欧姆计测量阻抗法,其中,零序补偿系数,2019/1/6,4.2.1 单相式阻抗元件,一、测量（计算）阻抗 1.欧姆计测量阻抗法,核心问题1：当k点发生短路时，如何测量或计算出正确的阻抗，能够正确反应故障点到保护安装处的距离？,阻抗 继电器 的 接线方式？,2019/1/6,反应相间短路的阻抗元件,反应接地短路的阻抗元件,思考： （1）当发生某种故障时，那个阻抗元件的测量阻抗正确反应故障点到保护安装处的距离？这个距离是用那个阻抗参数来表征的？ （2）某个阻抗元件能正确反应何种故障类型？,2019/1/6,由单一相（或相
5、间）的电压和电流构成的阻抗元件，称之为单相式阻抗元件。其主要特点是能够直接测量出故障点到保护安装处的阻抗。不管哪一个阻抗元件，都可以用下式来表示：,例如反应AB相间短路的阻抗元件,根据故障类型 选择恰当的电压、电流,2019/1/6,另外， 并不是构成单相式阻抗元件仅有的选择。,2019/1/6,一个重要的问题：当发生某种类型的故障时，测量阻抗不正确的结果是否会导致保护不正确的动作行为？ 特别是，在保护范围外部短路时，由于不正确的测量阻抗，是否会导致保护误动作？,例如，当发生AB两相接地短路时,2019/1/6,2.解微分方程求阻抗法 忽略分布电容的影响，将故障点到保护安装处之间的线路看作是具
6、有电阻 和电感 集中参数串联的等效电路。,根据式 ， 可得出基于线路模型的微分方程为,AB相间短路,A相接地短路,其中,（自己证明）,2019/1/6,两个不同时刻,2019/1/6,本节小结： （1）距离保护的基本原理 （2）距离保护的时限特性 （3）距离保护的构成 （4）正确求解测量阻抗的方法（阻抗继电器的接线方式） 思考与练习 分析并总结电流保护与距离保护的异同点。,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,问题的提出,保护的动作判据,核心问题2：如何根据正确的测量阻抗确定保护的动作行为？,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,问题的提出,保护的动作判
7、据,动作方程,动作特性,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,动作方程,动作特性,？,幅值比较式动作方程,相位比较式动作方程,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,关于几个阻抗的说明,整定阻抗,测量阻抗,动作阻抗,2019/1/6,1 圆特性的阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,（1） 全阻抗元件,2019/1/6,1 圆特性的阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,（1） 全阻抗元件,思考：全阻抗元件有什么特点？,2019/1/6,1 圆特性的阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,（1） 全阻抗元件,思考：这两种形式
8、的动作方程有什么本质不同？,2019/1/6,以反应BC相间短路的阻抗元件为例，其幅值比较式和相位比较式的动作方程分别为,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,2019/1/6,（2） 方向阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,2019/1/6,（2） 方向阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,思考：方向阻抗元件的特点？,2019/1/6,（3） 偏移特性阻抗元件,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,R,jX,o,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,（4）其他形式的圆特性阻抗元件,（a
9、）右偏移特性,（b）苹果特性,（c）透镜特性,（d）上抛特性（ ）,（e）套圆特性（阴影为动作区）,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,2.直线特性阻抗元件,（a）电抗型,（b）功率方向特性,（c）负荷限制特性,2019/1/6,二、单相式阻抗元件的动作特性和动作方程,3.多边形特性阻抗元件,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,观察全阻抗、方向阻抗、偏移阻抗元件的相位比较式动作方程,其中,极化电压,补偿电压,还有其它形式,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,补偿电压的意义,根据测量的电压、电流，计算 的保护范围末端处的电压。,B,A,QF1
10、,QF2,是计算值，有时和实际值一致，有时则不一致,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,极化电压的意义以极化电压为参考，测量补偿电压的相位,B,A,QF1,QF2,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,极化电压的意义以极化电压为参考，测量补偿电压的相位,B,A,QF1,QF2,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,极化电压的意义以极化电压为参考，测量补偿电压的相位,B,A,QF1,QF2,以 为极化电压，,，阻抗元件动作,2019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,极化电压的意义以极化电压为参考，测量补偿电压的相位,B,A,QF1,QF2,2
11、019/1/6,三、阻抗元件的极化电压和补偿电压,极化电压的意义以极化电压为参考，测量补偿电压的相位,综合以上分析，以 为极化电压的阻抗元件，只有在保护范围内部发生短路时阻抗元件动作，而在保护范围之外及反方向发生短路时阻抗元件不动作。方向阻抗元件。,极化电压选取的不同就得到不同特性的阻抗元件,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,动作方程,其中：,记忆的故障前的电压,由于故障前的电压 和系统的运行方式有关，动作方程不能转化为测量阻抗 单一变量的形式，其动作特性的分析只能根据故障前的状态和具体的故障条件进行分析。第二类阻抗元件的共同特点,2019/1/6,4.2.2 以
12、故障前电压为极化电压的阻抗元件,（1）正方向短路时的动作特性分析,M,QF1,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（1）正方向短路时的动作特性分析,M,QF1,设系统短路前空载运行，,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（1）正方向短路时的动作特性分析,M,QF1,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（1）正方向短路时的动作特性分析,M,QF1,思考： （1）非空载运行对动作特性的影响？ （2）反方向短路时，是否会误动作？,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（2）反方向短路时的动作
13、特性分析,M,QF1,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（2）反方向短路时的动作特性分析,M,QF1,设系统短路前空载运行，,2019/1/6,4.2.2 以故障前电压为极化电压的阻抗元件,（2）反方向短路时的动作特性分析,M,QF1,以故障前电压为极化电压构成的阻抗元件，在反方向发生短路时不会动作，且具有明确的方向性。,2019/1/6,4.2.3 以正序电压为极化电压的阻抗元件,动作方程,其中：,保护测量的正序电压,2019/1/6,4.2.3 以正序电压为极化电压的阻抗元件,（1）正方向短路时的动作特性分析,M,QF1,两相短路时,三相短路时,2019/1/
14、6,4.2.3 以正序电压为极化电压的阻抗元件,（2）反方向短路时的动作特性分析,M,QF1,两相短路时,三相短路时,2019/1/6,4.2.4 以零序电流为极化量的阻抗元件,动作方程,其中,分别为,用以构成反应A、B、C相接地短路的阻抗元件,2019/1/6,4.2.4 以零序电流为极化量的阻抗元件,例：图示单侧电源系统，当发生A相接地短路时，分析以零序电流为极化量的阻抗元件的动作特性。,反应A相接地短路的阻抗元件的动作方程为：,2019/1/6,4.2.4 以零序电流为极化量的阻抗元件,例：图示单侧电源系统，当发生A相接地短路时，分析以零序电流为极化量的阻抗元件的动作特性。,2019/1/6,4.2.4 以零序电流为极化量的阻抗元件,例：图示单侧电源系统，当发生A相接地短路时，分析以零序电流为极化量的阻抗元件的动作特性。,2019/1/6,4.2.4 以零序电流为极化量的阻抗元件,例：图示单侧电源系统，当发生A相接地短路时，分析以零序电流为极化量的阻抗元件的动作特性。,而单侧电源系统发生单相接地短路时，,2019/
