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1、第一节 距离保护的基本原理大多电流电压保护，其保护范围要随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，采用电流电压 保护，其灵敏性也常常不能满足要求。距离保护是广泛运用在110KV及以上电压输电线路 中的一种保护装置。一、距离保护的基本原理4.1 距离保护的基本原理 前面介绍的各种电流电压保护，其保护范围要随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， 采用电流电压保护，其灵敏性也常常不能满足要求。距离保护是广泛运用在110KV及以上 电压输电线路中的一种
2、保护装置。一、距离保护的基本原理输电线路的长度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范围内任何一点故障，故障点 至线路首端的距离都不一样，也就是阻抗不一样，都会小于总阻抗。距离保护就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。 距离保护的核心元件阻抗继电器。输电线路的长度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范围内任何一点故障，故障点 至线路首端的距离都不一样，也就是阻抗不一样，都会小于总阻抗。距离保护就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。 距离保护的核心元件阻抗继电器。电流保护很简单可靠，经济，但是对于35K
3、V及以上的结构复杂，运行方式变化较大的高原 电网，特别是线路的阻抗值较大，短路电流较小而负荷电流较大的情况下，电流保护很困难 满足要求，因此必须设计更为完善的保护方式距离保护是目前高压输电线路保护的重要方式，并作为线路的主要保护广泛运用于35KV 及以上的高压电网中，我国电气化铁道牵引变电所110KV，220KV电源进线及27.5KV馈线 都是一句力保护座位短路故障的主保护。距离保护是反映测量阻抗下降而动作的保护，是欠值保护，测量阻抗值ZK为测量电压UKKK与测量电流IK之比。故保护装置需要测量电流和电压两个电气量。当线路发生短路故障时,K短路电流急剧增大、而电压降低，不难看出，ZK降低的程度
4、相对于电压降低、电流增大的 程度更加显著，因此距离保护比电流保护或电压保护的灵敏度更高，其他性能也更完善。 距离保护的核心元件是阻抗继电器。阻抗继电器是通过输入电压值和电流值来获取阻抗的 大小及相位角。故障时阻抗继电器测量的阻抗 ZK 与故障点到保护装置安装处的这段链路的阻抗值成正 比，而此阻抗值又与这段路线的距离l成正比，因此阻抗保护又称为距离保护。阻抗继电器是带有方向性判断的元件，其测量阻抗ZK=R+jK,可以在R与jX建立的复平 面内进行矢量特性分析，以便于对故障时所测量的阻抗值进行大小和方向的判断。当被保护线路上发生短路故障时，阻抗继电器的测量阻抗为ZmU = U - I Z设阻抗继电
5、器的工作电压为o mm setZ阻抗继电器的整定阻抗 set是指保护安装处至保护末端的阻抗。由此可见：保护区内短路故障，工作电压小于 0；而保护外或反方向短路故障，工 作电压大于 0。二、距离保护的时限特性 距离保护时限特性与三段式电流保护相似。厂养口C 0C* 心：厂、1I1 盏1 1!1_nF i_E1LiLL第二节距离保护的特性及组成由起动元件、方向元件、测量元件、时间元件和执行部分组成。起动元件：发生短路故障时瞬时起动保护装置。 方向元件：判断短路方向。测量元件：测量短路点至保护安装处距离。时间元件：根据预定的时限特性动作，保证保护动作的选择性。执行元件：作用于跳开断路器。第三节 利用
6、复数平面分析阻抗继电器U单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压 r （可以是相电压或线电压）和一个电流 r （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Zm。测量阻抗可表示为：一、圆特性阻抗继电器1、全阻抗继电器如图所示，全阻抗继电器的特性圆是一个以坐标原点为圆心，以整定阻抗的绝 对值为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区。不论故障发生在正方向短路故 障，还是反方向短路故障，只要测量阻抗落在圆内，继电器就动作，所以叫全阻抗继电器 不论加入继电器电压与电流的相位差如何，动作阻抗不变，即全阻抗继电器动作不具有方向 性。动作阻抗：使继电器动
7、作的最大阻抗称为动作阻抗，以op表示。K U K Imm动作表达式：setuvur即：上式表明：全阻抗继电器实质是比较两电压的幅值，一为动作分量，一为制动分量。其物理意义是：正常运行时，保护安装处测量到的电压是正常额定电压，电流是负荷电流，阻抗继电器不起动；在保护区内发生短路故障时，保护测量到的电压为残 余电压，电流是短路电流，阻抗继电器起动。二、方向阻抗继电器 方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标原点的圆 ，圆内为 动作区，圆外为制动区。保护动作具有方向性。JA特点：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，动作阻抗就不同。为使继电器工作在最灵敏状态，应选择整定阻
8、抗角等于线路 短路阻抗角。三、偏移特性阻抗继电器此阻抗继电器是介于全阻抗继电器与方向阻抗继电器之间，动作特性向第三象限偏 移了一个量。特性圆：特性圆：JXI1aZaZaZ还有其它特性的阻抗继电器，比如多边形特性、方向多边形特性等等，不再赘述。基本特点 可以归纳为以下几点：1、测量阻抗是由加入阻抗继电器的测量电压与测量电流的比值所确定，测量阻抗角 就是测量电压与测量电流之间的相位差。2、整定阻抗一般取保护安装处到保护区末端的线路阻抗作为整定阻抗。3、动作阻抗是使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。方向、偏移阻抗继电器动作阻抗 随阻抗角而变。第五4、节当偏移度等于0时一、基本要求1、阻抗继电器的测量阻抗
9、应正比于短路点到保护安装地点之间的距离；2、阻抗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;3、阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响二、反应相间故障的阻抗继电器接线方式1、 0接线方式假定同一相的相电压与相电流同相位（即COS0=1）,则加在继电器端子上的电 压与电流相位差为0的接线方式继电器类别UrIrA相阻 抗元件U ABI - IABB相阻 抗元件UBCI - IBCC相阻 抗元件U CA1 c - 1 A2、动作情况分析A、三相短路时三相对称，仅以A相为例。设短路点至保护安装处的距离为LK,线路每公里正 序阻抗为Z1,则保护安装处的电压为：U =
10、U - U = I ZL -1 ZL = (I -1) ZLAB A B MA 1 K MB 1 K MA MB 1 K此时阻抗继电器的测量阻抗为：Z 二 _AB二 Z Lm 1 KMAMBB、两相相间短路时BCC、中性点直接接地系统中两相接地短路时 以 BC 相接地短路为例BC两相接地短路保护安装处母线电压为：U- I(i.i)Z L + I(i.i)Z LV BMBLkMCMkU= I (i.i)Z L + I (i.i)Z LV CMCLkMBMk测量阻抗为：U - U (I (i.i) - I(i.i)( Z - Z )LZ = BJ = MBMCLM 匚=Z Lm I - II (i
11、.i) - I (i.i)i kBCMBMC二、反应接地故障的阻抗继电器接线方式 在中性点直接接地电网中，当采用零序电流保护不满足要求时，一 般考虑采用接地距离保护，其接线方式如下：继电 器类 别rIrA相 阻抗 元件UAI + K 3 IA0B相 阻抗 元件UBI + K 3 IB0C相 阻抗 元件UCI + K 3 IC0反应接地短路时阻抗继电器原理接线示意图第七节 影响阻抗继电器正确测量的因素 及防止方法如前所述，阻抗元件能正确测量故障点至保护安装处的阻抗，当故 障发生在保护范围内时，阻抗继电器的测量阻抗小于其动作阻抗，继电 器动作。但实际使用时，有许多因素影响着阻抗继电器的测量阻抗。使
12、 它增大或减小，导致保护的灵敏性降低甚至失去选择性。主要有：1、故障点的过渡电阻；2、故障点与保护安装处之间的分支电流；3、系统振荡；4、电压回路断线；5、电流互感器和电压互感器的误差；6、串联电容补偿的影响等。一、故障点过渡电阻的影响 前面分析时都是假定短路为金属性短路，实际故障点都存在过渡电 阻，主要是电弧电阻。一般来说，过渡电阻的存在将使阻抗继电器的测 量阻抗增大，使保护范围缩小、灵敏性降低。方向阻抗继电器受过渡电阻的影响最重，偏移特性阻抗继电器次 之，全阻抗继电器受过渡电阻的影响相对最小。由于过渡电阻主要是电弧电阻，故障后的电弧长度和电弧电流大 小都是随时间变化的。在短路的瞬间，过渡电
13、阻最小，此后逐渐增大。大约0.10.5S后，该值急剧增大。降低影响的措施：对于瞬时速断距离保护不考虑该影响，带有时限的距离保护应该 采用瞬时测定回路，即：通过启动元件把测量元件最初的动作状态固定 下来，电弧电阻增大时，即使测量元件返回，保护任能经预设的时限后 跳闸。二、分支电流的影响 该影响只能通过整定值的修正来解决。三、系统振荡的影响为防止系统振荡时距离保护的误动作，在保护装置中一般都设有振荡闭锁 回路。工程实践证明，阻抗继电器误动的持续时间一般不会超过1.0S，所以如 果保护本身带有较长的动作时间延迟，就可以不考虑系统振荡的影响。对振荡闭锁回路的要求是：系统没有发生故障而振荡时，应可靠闭锁
14、；在 保护范围内发生故障时，不管系统有无振荡都应立即开放保护。由于要正确判断是故障还是系统振荡，振荡闭锁回路一般都设有启动元 件，根据系统振荡时三相对称的特点，检测负序分量的出现或零序分量的出现 来判断。四、电压回路断线的影响运行中TV二次侧断线的原因很多，最常见的就是熔断器熔断。电压回路断 线可能造成阻抗继电器误动，因此应该设置电压回路断线闭锁装置断线闭 锁继电器DBJ。由以上分析可知，对于0接线方式，在电网同一点发生各种相间故障时，接于故障 相 间的阻抗继电器测得的阻抗相同，而且测得的阻抗只与故障点至保护安装处的距离成正 比，故满足接线方式的要求。所以 0接线方式广泛运用于反应相间短路故障的距离保护 中。第二节 利用复数平面分析阻抗继电器常用的钻孔那个继电器，其动作特性曲线在阻抗复数平面上分元特性和四边形特性两种， 既以圆周或四边形作为阻抗继电器的动作边界，若继电器测量阻抗落入边界内，继电器就动 作，否则不动作。圆特性阻抗继电器又分为全圆特性阻抗继电器，方向阻抗继电器、偏移阻 抗继电器，四边形阻抗继电器也有方向继电器和偏移阻抗继电器之分。一、全阻抗继电器全阻抗继电器的动作特性曲线是以坐标原点为圆心，以继电器的整定阻抗ZSCT为半 径的圆。圆内为动作区，圆周为边界，圆外为非动作区。当阻抗继电器测量阻抗ZK的绝对值小于整定阻抗ZSCT时，继电器就会动作，与测量
