高壓線路距離保護(hù)

1、 高壓線路距離保護(hù)隨著電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了容量大、電壓高、距離長、負(fù)荷重和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這時簡單的電流、電壓保護(hù)就難于滿足電網(wǎng)對保護(hù)的要求。如高壓長距離、重負(fù)荷線路，由于負(fù)荷電流大，線路末端短路時，短路電流數(shù)值與負(fù)荷電流相差不大，故電流保護(hù)往往不能滿足靈敏度的要求；對于電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍受電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而變化，保護(hù)范圍不穩(wěn)定，某些情況下甚至無保護(hù)區(qū)，所以不是所有情況下都能采用電流速斷保護(hù)的；對于多電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，方向過電流保護(hù)的動作時限往往不能按選擇性的要求整定，且動作時限長，難于滿足電力系統(tǒng)對保護(hù)快速動作的要求。自適應(yīng)電流保護(hù)，是根據(jù)保護(hù)安裝處正序電壓、電流的故障分量，可計(jì)

2、算出系統(tǒng)正序等值阻抗，同時通過選相可確定故障類型，取相應(yīng)的短路類型系數(shù)值，使自適應(yīng)電流保護(hù)的整定值隨系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路類型而變化，這樣就克服了傳統(tǒng)電流保護(hù)的缺點(diǎn)，從而使保護(hù)區(qū)達(dá)到最佳效果。但在高電壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中，自適應(yīng)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)還不能得到發(fā)揮。因此，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，應(yīng)采用性能更加完善的保護(hù)裝置，距離保護(hù)就是其中的一種。一、距離保護(hù)的基本概念距離保護(hù)（阻抗保護(hù)）：利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（阻抗）而工作的保護(hù)。是反應(yīng)測量阻抗降低而動作的保護(hù)。電流保護(hù)：反應(yīng)短路電流增大而動作的保護(hù)。 經(jīng)濟(jì)、可靠；受運(yùn)行方式影響，很難保證

3、靈敏性。測量阻抗為：正常運(yùn)行時：測量電壓 高，測量電流 小，測量阻抗大；內(nèi)部短路時：測量電壓 小，測量電流 大，測量阻抗小。mUmImUmImmmIUZmmmIUZ距離保護(hù)的基本概念距離保護(hù)的基本概念 距離保護(hù)是反應(yīng)測量阻抗變化的阻抗保護(hù)。mjmmmmmmeZjXRIUZ測量阻抗 是復(fù)數(shù)。mZJImZJUKKsZdZ是保護(hù)安裝處至短路故障處之間線路的阻抗。dZ設(shè)線路單位長度阻抗為lZZZdm1l1Z距離保護(hù)的基本工作原理 距離保護(hù)的測量阻抗 正比與故障距離 ，通過測量阻抗 的大小就可以確定故障距離 。mZklkl以母線A處安裝的距離保護(hù)1為例分析。設(shè)定一個小于線路全長的保護(hù)范圍，用整定距離表示

4、setL保護(hù)范圍內(nèi)部故障時： ，即 ，保護(hù)動作；保護(hù)范圍外部故障時： ，即 ，保護(hù)不動作。setkLl setkLl 故障距離 和測量阻抗 成正比，則整定距離 對應(yīng)于整定阻抗 。lmZsetZsetLsetmZZsetmZZ距離保護(hù)的時限特性 距離保護(hù)是利用測量阻抗來反應(yīng)保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間的距離，當(dāng)兩個故障點(diǎn)分別發(fā)生在線路的末端或下一級線路始端時，保護(hù)同樣存在無法區(qū)分故障點(diǎn)選擇性的問題，為了保證選擇性，目前獲得廣泛應(yīng)用的是階梯形時限特性，這種時限特性與三段式電流保護(hù)的時限特性相同，一般也做成三階梯式，即有與三個動作范圍相對應(yīng)的三個動作時限，距離I段為無延時的速動段，其動作時限僅為保護(hù)裝置的

5、固有動作時間。為了與下一條線路保護(hù)的I段有選擇性的配合，則兩者保護(hù)范圍不能重疊，因此，I段的保護(hù)范圍不能延伸到下一線路中去，而為本線路全長的80%85%，即I段的動作阻抗整定為80%85%線路全長的阻抗。距離II段為帶延時的速動段，其時限為。為了有選擇性地動作，距離II段的動作時限和啟動值要與相鄰下一條線路保護(hù)的I段和II段相配合。根據(jù)相鄰線路之間選擇性配合的原則：兩者的保護(hù)范圍重疊，則兩者保護(hù)的動作時限整定不同；若動作時限相同，則保護(hù)范圍不能重疊；因此，與下一線路距離保護(hù)I段的配合，采取整定時限大于下一線路保護(hù)I段時間一個的措施，通常第II段的整定時限取0.5s；與下一線路保護(hù)的第II段之間

6、的配合，因兩者時限相同，則保護(hù)范圍不能重疊，故距離保護(hù)II段的保護(hù)范圍不應(yīng)超過下一線路距離I段的保護(hù)范圍，即第II段的動作阻抗整定為小于下一條線路第I段保護(hù)范圍末端短路時的測量阻抗。 距離III段為本線路和相鄰線路(元件)的后備保護(hù)，其動作時限的整定原則與過電流保護(hù)相同，即大于下一條變電站母線出線保護(hù)的最大動作時限一個，其動作阻抗應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時的最小負(fù)荷阻抗來整定。短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)近時，短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)近時，Zm小，動作時間短；小，動作時間短；短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)遠(yuǎn)時，短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)遠(yuǎn)時，Zm大，動作時間長；大，動作時間長；階梯型時限特性，分為距離階梯型時限特性，分為距離I、

7、II、III段。段。ABABrelsetZZKZ)85. 08 . 0(II1 .整定阻抗：動作時限：秒0It距離段只能保護(hù)線路首端一部分，瞬時動作。距離段的保護(hù)范圍不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，也不受故障類型的影響。1、距離段其中， 是距離段可靠系數(shù)，取0.85左右。relK)(I2 .IIII1 .setABrelsetZZKZ秒tt整定阻抗：動作時限：距離段能夠保護(hù)本線路全長及下級線路首端一部分。2、距離段，可靠系數(shù) 85. 0relK距離段能夠保護(hù)本線路AB全長，及下一級線路首端部分，延時動作。min.1fzqrerelsetZKKKZ動作時限：ttt21整定阻抗：3 . 12 . 1 ，一

8、般取是距離段的可靠系數(shù)relK、自起動系數(shù)。是距離段的返回系數(shù)、zqKKre距離段能夠保護(hù)本線路AB全長，下一級線路全長及更遠(yuǎn)的線路。動作時限為階梯配合時限特性。， 是最小負(fù)荷阻抗min. fZ距離段：（1）保護(hù)本線路全長的8085；（2）瞬時動作，即動作時限為0s。距離段：（1）保護(hù)本線路全長及相鄰下一線路首端部分，但不超過下一條線路距離段的保護(hù)范圍；（2）延時t動作，一般動作時限為0.5s。距離段：（1）保護(hù)本線路全長，下一級線路全長，甚至更遠(yuǎn)；（2）延時動作，一般動作時限為：ttt 21三段式距離保護(hù)總結(jié)距離保護(hù)的組成 距離保護(hù)裝置一般由以下五個部分組成。 1. 啟動部分當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生

9、故障時，瞬間啟動保護(hù)裝置，以判斷線路是否發(fā)生了故障，并兼有后備保護(hù)的作用。通常啟動元件采用過電流繼電器或阻抗繼電器。為了提高元件的靈敏度，也可采用反應(yīng)負(fù)序電流或零序電流分量的復(fù)合濾過器來作為啟動元件。2. 測量部分測量元件用來測量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的距離，并判別短路故障的方向。通常采用帶方向性的阻抗繼電器作測量元件。如果阻抗繼電器是不帶方向性的，則需增加功率方向元件來判別故障的方向。3. 延時部分用來提供距離保護(hù)段、段的動作時限，以獲得其所需要的動作時限特性。通常采用時間繼電器或延時電路作為時間元件。4. 振蕩閉鎖部分用來防止當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護(hù)的誤動作。在正常運(yùn)行或系統(tǒng)發(fā)生振蕩

10、時，振蕩閉鎖元件將保護(hù)閉鎖，而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，解除閉鎖開放保護(hù)，使保護(hù)裝置根據(jù)故障點(diǎn)的遠(yuǎn)、近有選擇性的動作。5. 電壓回路斷線失壓閉鎖部分用來防止電壓互感器二次回路斷線失壓時，引起阻抗繼電器的誤動作。2.2 阻抗繼電器的構(gòu)成原理阻抗繼電器的構(gòu)成原理 阻抗繼電器：阻抗繼電器：計(jì)算保護(hù)安裝點(diǎn)至短路點(diǎn)之間的測量阻抗，與計(jì)算保護(hù)安裝點(diǎn)至短路點(diǎn)之間的測量阻抗，與 整定阻抗比較，確定保護(hù)是否應(yīng)該動作。整定阻抗比較，確定保護(hù)是否應(yīng)該動作。 是距離保護(hù)中的核心元件。是距離保護(hù)中的核心元件。電流或相電流之差：輸入阻抗繼電器的相電壓或線電壓：輸入阻抗繼電器的相測量阻抗：mmmmmIUjXRIUZmImZmUK阻

11、抗是復(fù)數(shù)，是向量，既有大?。ǚ担?，也有方向（相位）不同方向（相位）上的阻抗不能比較大小，所以阻抗保護(hù)的動作特性分析不同于電流保護(hù)。阻抗繼電器的測量阻抗可以在阻抗復(fù)平面圖上進(jìn)行表示，測量阻抗是阻抗復(fù)平面圖上的一個坐標(biāo)點(diǎn)，或一個向量。jmmmmeZjXRZ當(dāng)電流參考方向?yàn)椋耗妇€線路正方向K1故障時，測量阻抗在第一象限。反方向K2故障時，測量阻抗在第三象限。阻抗保護(hù)的動作特性動作特性阻抗保護(hù)的動作特性由阻抗復(fù)平面圖上的阻抗保護(hù)的動作特性由阻抗復(fù)平面圖上的阻抗動阻抗動作區(qū)作區(qū)來表示。來表示。阻抗動作區(qū)：是阻抗復(fù)平面圖上的一個區(qū)域，當(dāng)測量阻抗落在區(qū)域內(nèi)，則阻抗保護(hù)認(rèn)為是內(nèi)部故障，保護(hù)動作。測量阻抗為Z

12、m1時，在阻抗動作區(qū)內(nèi)，阻抗保護(hù)動作；測量阻抗為Zm2時，在阻抗動作區(qū)外部，阻抗保護(hù)不動作。阻抗動作區(qū)可以是任意形狀。一、對接線方式的基本要求一、對接線方式的基本要求 1. 1. Z ml ( (保護(hù)至短路點(diǎn)的距離保護(hù)至短路點(diǎn)的距離) ) 2. 2. Zm與故障類型無關(guān)與故障類型無關(guān)lZZm1阻抗繼電器的接線方式阻抗繼電器的接線方式是繼電器電流、電壓的選取方式。阻抗繼電器的接線方式主要有兩種：1、相間短路阻抗繼電器接線方式（0 接線方式）：反應(yīng)相間短路故障；2、接地短路阻抗繼電器接線方式（相電壓和具有K3I0補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€）：反應(yīng)接地短路故障。1. 1. 三相短路三相短路lZIUUd1 相間

13、短路電流保護(hù)不能滿足要求時，考慮采用相間短路距離保護(hù)。相間短路電流保護(hù)不能滿足要求時，考慮采用相間短路距離保護(hù)。lZIIUIUZlZIlZIIUUUUJBAABmmmmBABAABm1)3(1111)(:結(jié)論：結(jié)論：J1、 J2、J3的測量阻抗均能正確反映短路點(diǎn)到保護(hù)的測量阻抗均能正確反映短路點(diǎn)到保護(hù) 安裝地點(diǎn)之間的線路阻抗，均能正確動作。安裝地點(diǎn)之間的線路阻抗，均能正確動作。 ACCACBBCBAABIIUIIUIIU,（正確動作）lZIIUZlZIIUUUBAABJBABAAB1)2(11)( 零序電流保護(hù)不能滿足要求時，考慮采用接地距離保護(hù)。零序電流保護(hù)不能滿足要求時，考慮采用接地距離保

14、護(hù)。是零序補(bǔ)償系數(shù)。主要反映單相接地短路故障。主要反映單相接地短路故障。03,IKIIUUAAmAm相：03,IKIIUUBBmBm相：03,IKIIUUCCmCm相：1103ZZZK阻抗復(fù)平面上圓特性的阻抗繼電器阻抗復(fù)平面上圓特性的阻抗繼電器動作特性：動作特性：唯一取決于短路點(diǎn)到保護(hù)唯一取決于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗大小，與測量阻抗的阻安裝處的阻抗大小，與測量阻抗的阻抗角無關(guān)，也與短路發(fā)生在保護(hù)安裝抗角無關(guān)，也與短路發(fā)生在保護(hù)安裝處的正向或反向無關(guān)。處的正向或反向無關(guān)。 阻抗動作區(qū)是一個以原點(diǎn)為圓心、 為半徑的圓。setZ三種圓特性的阻抗動作區(qū)：三種圓特性的阻抗動作區(qū)：1. 全阻抗繼電器特性

15、全阻抗繼電器特性; 2. 方向阻抗繼電器特性方向阻抗繼電器特性;3. 偏移阻抗繼電器特性偏移阻抗繼電器特性 1. 全阻抗繼電器全阻抗繼電器動作方程：動作方程： （1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式setmmsetmZIUZZ90arg9090arg90msetmmsetmmsetmsetUZIUZIZZZZ2. 方向阻抗繼電器方向阻抗繼電器 動作特性：動作特性：阻抗動作區(qū)是以阻抗動作區(qū)是以 為直徑，以為直徑，以 為圓心的圓。動作區(qū)的圓弧經(jīng)過原點(diǎn)。為圓心的圓。動作區(qū)的圓弧經(jīng)過原點(diǎn)。setZsetZ21方向阻抗繼電器的動作區(qū)主要位于第一象限。方向阻抗繼電器具有方向性。當(dāng)線路正向故障時，測量阻

16、抗位于阻抗復(fù)平面圖上的第一象限。如果線路反向故障時，測量阻抗位于阻抗復(fù)平面圖上的第三象限。（1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式setmsetmmsetsetmZIZIUZZZ2121212190arg9090arg90msetmmmsetmUZIUZZZ動作方程：動作方程：3. 偏移阻抗繼電器偏移阻抗繼電器（1）比幅式）比幅式 （2）比相式）比相式00ZZZZsetm90arg90msetmsetZZZZ阻抗動作區(qū)是一個以 為圓心，以 為半徑的圓。該動作區(qū)圓偏向第三象限。0Z0ZZset是介于01之間的實(shí)數(shù)。setZZ1210微機(jī)距離保護(hù)中阻抗元件的多邊形動作特性微機(jī)距離保護(hù)中阻抗元件的

17、多邊形動作特性圖中第二象限的邊界線傾斜15，是為了保證線路發(fā)生金屬性短路故障時保護(hù)可靠動作，該邊界長度由保護(hù)區(qū)X定值決定；為了克服線路末端故障過渡電阻的影響，使多邊形與實(shí)軸相交45456060；值的選擇條件應(yīng)以躲開線路末端故障的越線現(xiàn)象為準(zhǔn)。一、方向阻抗繼電器的死區(qū)及消除死區(qū)的方法一、方向阻抗繼電器的死區(qū)及消除死區(qū)的方法 方向阻抗繼電器的死區(qū)：當(dāng)保護(hù)安裝處正向附近短路故障時，由于阻抗繼電器的輸入電壓 為零，無法判斷輸入電壓 的相位，因而會造成方向阻抗繼電器拒動。 對于相位比較形式的方向阻抗繼電器，當(dāng)輸入電壓 時， ，則方向阻抗繼電 器無法判斷 的相位，從而導(dǎo)致拒動。 90arg90msetmZ

18、ZZ0mZmUmU0mUmZ消除方向阻抗繼電器死區(qū)的措施利用故障前的電壓相位來代替故障后的電壓相位。電磁型阻抗繼電器是采用模擬記憶回路來實(shí)現(xiàn)用故障前的電壓相位來代替故障后的電壓相位。對于微機(jī)距離保護(hù)則可以利用其強(qiáng)大的記憶存儲能力來實(shí)現(xiàn)。方向阻抗繼電器的死區(qū)消除的方法2. 改變阻抗繼電器動作特性當(dāng)正方向故障時， ，此時的測量阻抗 的模值很小，可能失去方向性或拒絕動作。0mUmZ為此采取的措施：當(dāng)計(jì)算得到的 、 都小于整定值的1/8時，在微機(jī)保護(hù)的四邊形工作特性的基礎(chǔ)上增加一個小矩形。mRmX在三相短路中，距離段采用偏移特性的動作特性。當(dāng)人工手動合閘到故障線路或自動重合閘不成功時，這時保護(hù)不存在方

19、向問題，也可采樣偏移特性的阻抗動作特性。一、短路點(diǎn)過渡電阻的影響一、短路點(diǎn)過渡電阻的影響 1. 1. 短路點(diǎn)過渡電阻的性質(zhì)短路點(diǎn)過渡電阻的性質(zhì) 電弧電阻、中間物質(zhì)電阻、導(dǎo)線與地的接觸電電弧電阻、中間物質(zhì)電阻、導(dǎo)線與地的接觸電阻、阻、 金屬桿塔的接地電阻等。金屬桿塔的接地電阻等。 相間短路：相間短路：電弧電阻為主，短路初，電阻最小。電弧電阻為主，短路初，電阻最小。 Rg1050 lg / Ig lg電弧的長度m 接地短路：接地短路：500KV 300 Ig電弧電流的有效值 220KV 100 影響：（1）使測量阻抗增大，距離保護(hù)拒動，保護(hù)范圍縮短；（2）對保護(hù)裝置距離短路點(diǎn)越近，受到的影響越大，

20、 可能導(dǎo)致保護(hù)無選擇性動作；（3）線路越短，整定值越小，所受影響越大。 過渡電阻過渡電阻對距離保護(hù)對距離保護(hù)的影響的影響 采用多邊形的阻抗動作區(qū)。 圖中第二象限的邊界線傾斜15，是為了保證線路發(fā)生金屬性短路故障時保護(hù)可靠動作，該邊界長度由保護(hù)區(qū)X定值決定；為了克服線路末端故障過渡電阻的影響，使多邊形與實(shí)軸相交45456060；值的選擇條件應(yīng)以躲開線路末端故障的越線現(xiàn)象為準(zhǔn)。二、電壓互感器二次回路斷線的影響及克服措施二、電壓互感器二次回路斷線的影響及克服措施運(yùn)行中電壓互感器二次回路斷線時，輸入阻抗繼電器的電壓，則0mU0mmmIUZ所以，有可能會造成距離保護(hù)誤動作?？朔胧翰捎秒妷夯ジ衅鳎≒T、TV）斷線閉鎖元件，即發(fā)現(xiàn)電壓互感器二次側(cè)斷線后，閉鎖距離保護(hù)，不使距離保護(hù)誤動作。識別電壓互感器二次側(cè)斷線的方法：1、一相電壓為零（或很低）；2、電流中無零序電流或負(fù)序電流；當(dāng)同時滿足上述條件1、2時，則認(rèn)為電壓互感器二次側(cè)斷線振蕩原因：（1）輸電線輸送功率過大，超過靜穩(wěn)極限；振蕩：兩側(cè)電力系統(tǒng)失去同步，即兩側(cè)電氣量的頻率不相等， 。NFf