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1、福 州 大 学2013届毕业设计论文过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析指导教师：姓名：学院：班级： 时间： 联系方式：摘要距离保护用电压与电流的比值（即阻抗）反映保护安装处到短路点距离的远近构成的继电保护，又称阻抗保护。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。但故障输电线路中存在较大的过渡电阻时，很容易引起距离保护拒动或误动。本文介绍了距离保护的基本知识，分析了过渡电阻分别针对单电源、双电源线路距离保护中采用的不同阻抗继电器特性，并用MATLAB对电力系统运行及故障进行仿真分析，得出过渡电阻对保护的影响及消除其影响的有效措施。关键词：距离保护 MATLAB仿真 阻
2、抗继电器 过渡电阻AbstractDistance protection with the ratio of voltage and current (i.e., impedance) reflect the protection installed place to short-circuit point of distance relay protection, also known as the impedance protection. Compared with the current protection and voltage protection, distance prote
3、ction performance influenced by system operation mode is smaller. But when there is a larger transition resistance fault in transmission line, it is easy to cause distance protection. Refusing action and error actionThis paper introduces the basic knowledge of the distance protection, transition res
4、istance were analyzed respectively for single power supply, power supply circuit adopts different impedance relay in distance protection features, and use MATLAB simulation analysis of power system operation and fault, the effect of transition resistance for the protection and the effective measures
5、 to eliminate its effects.Key words: Distance protection MATLAB simulation Impedance relay Transition resistance目录摘要2Abstract3前言5第一章 电网的距离保护71.1 距离保护的基本概念71.2 距离保护的时限特性71.3 距离保护的组成81.3.1起动元件81.3.2方向元件81.3.3距离元件91.3.4时间元件91.4阻抗继电器9第二章 仿真软件152.1 Matlab 的简介152.2 Simulink的简介17第三章 过渡电阻对距离保护影响及解决措施183.1 距
6、离保护183.2 过渡电阻193.3 过渡电阻对距离保护的影响及解决措施193.3.1 过渡电阻对单侧电源线路的影响193.3.2 过渡电阻对双侧电源线路的影响203.3.4减小过渡电阻对距离保护影响的措施21第四章 模型建立与仿真244.1模型建立244.2不同场合过渡电阻的影响264.2.1 单侧电源线路上过渡电阻的影响274.2.2 双侧电源线路上过渡电阻的影响27第五章 消除过渡阻抗算法及仿真结果285.1消除过渡阻抗算法285.2仿真结果30参考文献33前言随着电网规模越来越庞大，电压等级越来越高，如何有效、安全、可靠地提高输送能力，是我国电网面临的迫切需要解决的问题。继电保护作为电
7、网安全稳定运行的第一屏障，始终承担着无可替代的作用。作为动作于跳闸的继电保护，在技术上要满足四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可靠性是对继电保护性能的最根本要求。可靠性包括安全性和信赖性。安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统造成严重危害。然而，由于电力系统中短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，可引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短，从而导致保护的误动或拒动。实际的距离
8、保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。本文对过渡电阻对各种较常用的阻抗继电器的影响进行了分析与研究并提出了相应的消除措施。过渡电阻一般为纯电阻。接地故障的过渡电阻包括电弧电阻和杆塔接地电阻，对树枝放电时还包括树枝电阻。每个杆塔的接地电阻，在土壤电阻率较低的地区一般为10；在电阻率较高的地方，可达30，甚至更高一些。接地故障时最大的过渡电阻发生在导线对树枝放电之时。在实际电力系统中，过渡电阻受当时故障方式、地质条件和天气情况等因素的影响，可能达到比较大的数值，例如单相接地故障，接地电阻可能达到100(220kv线路)、300(500kv线路)和400(750kv线路)。高阻接地故障都是单相故障。
9、距离保护因其很多优点，在高压输电线路保护中，占有极其重要的地位。例如，受电力系统运行方式和结构变化的影响较小，能瞬间切除输电线85%90%范围内的各种故障，保护范围较长且较稳定，适合于远距离重负荷的高压线路，具有一定的耐受过渡电阻的能力，等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要应用最广泛的保护方案之一。接地距离保护反应输电线路接地故障。距离继电器测量故障阻抗并判定故障位于保护区内或区外。理想的距离继电器仅对保护安装点和整定点之间的故障动作而对此区外的故障不动作。距离保护作为主保护通常整定为保护线路全长的80%90%，并且通常期望阻抗测量误差少于5%。对于I段之外的故障，距离保护阶梯
10、时限延时配合的和段，保证了不同线路故障的选择性。系统重负荷时或过渡电阻较大的区外故障，距离保护不误动，这是最基本的要求。传统距离继电器假设故障点电压为零，通过电压和电流比值测量故障阻抗。实际上，除了人为构造的短路，故障点电压几乎不可能为零，从而故障点电压将影响到故障阻抗的测量，尤其对于高阻接地故障和重负荷单相接地故障。在有负荷的情况下，过渡电阻部分会由于对侧电源的助增作用而转换成为感抗或容抗，导致距离保护超越或者保护范围缩短，大的过渡电阻也会造成距离保护范围缩短。当经过大的过渡电阻接地，重负荷时故障电流可能小于负荷电流。测量阻抗实际上由负荷电流和过渡电阻决定。单相接地故障过渡阻抗达到300时，
11、传统距离保护的测量阻抗相对误差可能超过60%。目前除距离保护外的各种接地保护方案中，除线路差动保护外，几乎都不能够为高阻接地故障提供可靠有效的保护。但是电流差动保护中制动量随负荷电流的增大而增大，在重负荷情况下发生经大电阻接地故障时，由于动作电流很小而制动电流很大，动作量有可能小于制动量而拒动。负荷电流的大小直接影响了差动保护的灵敏度。在超高压、长线路或电缆线路上，分布电容的等值容抗大大减少，电容电流将使输电线路两端电流的大小和相位都发生严重畸变，降低了差动保护区内故障耐过渡电阻的能力7。为了提高纵联差动保护装置的耐过渡电阻能力，一般都在装置中配有零序差动保护作为辅助保护。零序差动保护比分相电
12、流差动保护灵敏度高，受电容电流影响少。但是差动保护不能作为后备保护且需要交换两端信息同步交换。在高压和超高压输电线路的方向高频保护中，应用相电压补偿式方向元件的方案，具有方向性强，在系统振荡过程中反方向经任何过渡电阻短路时不误动、能自然地适用于两相运行的线路，能切除单相重合闸过程中的短路等优点，因而1978年以来就在我国220kv、330kv和500kv线路上得到了应用。但是，理论分析和实践经验均表明，当过渡电阻达到一定值时，该方向元件可能拒动，尤其是线路末端短路时，容许的过渡电阻更小。由上可以看出，各原理的保护都不能很好地解决高阻接地时保护误动或拒动问题。保护误动或拒动，会给电力系统安全运行
13、带来重大的损失，甚至有可能会威胁到电力系统的稳定性。高阻接地的问题在国内外一直没有得到较好的解决，研究具有较高耐受过渡电阻能力的距离保护具有较高的学术和工程研究价值。第一章 电网的距离保护1.1 距离保护的基本概念由于电流保护的各种特点，在35KV及以上电压的复杂网络中，他们都很难能够满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是为了适应这种要求的一种保护原理。距离保护是反映故障点到保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测得保护安装处至短路点之
14、间的阻抗值，此阻抗成为继电器的测量阻抗。当短路点到保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点到保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了有选择性的切除故障线路。距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。 距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即时继电器不动。当短路点在保护范围内，即
15、时继电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。动作阻抗：使距离保护刚刚能够动作的最大测量阻抗。1.2距离保护的时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛使用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图1-1所示。这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限：、。图1-1 距离保护的时限特性1.3 距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图1-2所示。1.3.1 起动元件起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。早期的距离保护，起动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。1.3.2 方向元件方向元件的作用是保证保护动作的方向性，防止反方向故障时，保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元
