繼電保護(hù)原理精品課件

1、繼電保護(hù)原理繼電保護(hù)原理第1頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)， 近似為額定電壓， 為負(fù)荷電流，Zm為負(fù)荷阻抗。負(fù)荷阻抗的量值較大，其阻抗角為數(shù)值較小的功率因數(shù)角(一般功率因數(shù)不低于0.9，對(duì)應(yīng)的阻抗角不大于25.8)，阻抗性質(zhì)以電阻性為主。當(dāng)線路故障時(shí)，母線測(cè)量電壓為 ，輸電線路上測(cè)量電流為 這時(shí)測(cè)量阻抗為保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的短路阻抗，即 在短路以后，母線電壓下降，而流經(jīng)保護(hù)安裝處的電流增大，這樣短路阻抗比正常時(shí)測(cè)量到的阻抗大大降低，所以距離保護(hù)反應(yīng)的信息量測(cè)量阻抗Zm在故障前后的變化比電流變化大，因而比反應(yīng)單一物理量的電流保護(hù)靈敏度高。

2、 距離保護(hù)的實(shí)質(zhì)是用整定阻抗Zset與被保護(hù)線路的測(cè)量阻抗Zm比較。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí)，即ZmZset時(shí)，保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)ZmZset時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。因此，距離保護(hù)又稱低阻抗保護(hù)。 第2頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.1.2 三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取 在單相系統(tǒng)中，測(cè)量電壓 就是保護(hù)安裝處的電壓，測(cè)量電流 就是被保護(hù)元件中流過的電流，系統(tǒng)金屬性短路時(shí)兩者間的關(guān)系為 式中，為單位長(zhǎng)度線路的復(fù)阻抗，單位為r1、x1分別為單位長(zhǎng)度線路的正序電阻和正序電抗。上式是距離保護(hù)能夠用測(cè)量阻抗來(lái)正確表示故障距離的前提和基礎(chǔ)，即只有測(cè)量電壓、測(cè)量電流之間滿足

3、該式，測(cè)量阻抗才能準(zhǔn)確反應(yīng)故障的距離。 在實(shí)際三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生多種不同的短路故障，而在各種不對(duì)稱短路時(shí)，各相的電壓、電流都不再簡(jiǎn)單地滿足上式，需要尋找滿足上式的電壓、電流接入保護(hù)裝置，以構(gòu)成在三相系統(tǒng)中可以用的距離保護(hù)。 第3頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理現(xiàn)以下圖所示網(wǎng)絡(luò)中k點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的情況為例，對(duì)此問題予以分析 故障點(diǎn)k處A、B、C的三相電壓； 流過保護(hù)安裝處的三相電流； 流過保護(hù)安裝處A相的正序、負(fù)序、零序電流； 被保護(hù)線路單位長(zhǎng)度的正序、負(fù)序、零序阻抗，一般情況下可按正、負(fù)序阻抗相等考慮；K零序電流補(bǔ)償系數(shù)， 可以是復(fù)數(shù)。 設(shè)第4頁(yè)，共6

4、6頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理按照對(duì)稱分量法，可以算出K點(diǎn)短路時(shí)M母線上各相的電壓為 對(duì)于不同類型和相別的短路，故障點(diǎn)的邊界條件是不同的，下面就幾種故障情況予以分析。 加一個(gè)減一個(gè)再進(jìn)行整理第5頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理1. 單相接地短路故障以A相接地為例，當(dāng)A相發(fā)生金屬性短路時(shí)， 則有： 若令：則上式變?yōu)?與右式具有相同的形式因而由 算出的測(cè)量阻抗能夠正確反應(yīng)故障的距離，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)段的比較和判斷。 對(duì)于非故障相B、C，若令 由于 不為零， 無(wú)法變成 無(wú)法變成 所以B、C兩非故障相的測(cè)量電壓、電流不能準(zhǔn)確地反

5、應(yīng)故障的距離。 即A相單相接地時(shí)，B、C兩相的工作狀態(tài)與正常負(fù)荷狀態(tài)相差不大，所以在A相故障時(shí)，B、C兩相電壓、電流算出的測(cè)量阻抗接近負(fù)荷阻抗，對(duì)應(yīng)的距離一般都大于整定距離，由它們構(gòu)成的距離保護(hù)一般都不會(huì)動(dòng)作。 同理，B相或C相單相接地時(shí)情況與此一樣。第6頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理2. 兩相接地短路故障系統(tǒng)發(fā)生金屬性兩相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處兩接地相的電壓都為0，以B、C兩相接地故障為例，即 令可以得到 可以得到 上兩式均與式 形式相同，所以由 或 作出的測(cè)量和判斷都能夠正確反應(yīng)故障距離。 非故障相A相故障點(diǎn)處的電壓UKA0， 之間不存在 關(guān)系，且保護(hù)

6、安裝處的電壓、電流均接近正常值，所以B、C兩相接地故障時(shí)，用 算出的距離不能正確反應(yīng)故障的距離，且一般均大于整定距離。 因則B、C兩相接地時(shí)可得令也可得到 形式，因而用它們作為距離保護(hù)的測(cè)量電壓和測(cè)量電流，同樣能夠正確反應(yīng)故障距離。 第7頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理由于在B、C兩相接地故障的情況下， 之間不存在 的關(guān)系，所以由它們構(gòu)成測(cè)量電壓、測(cè)量電流都不能正確測(cè)量故障距離。由于在測(cè)量電壓、電流中含有非故障相的電壓、電流，且電壓高、電流小，因此它們一般不會(huì)動(dòng)作。同理可知A、B兩相或C、A兩相接地故障時(shí)各故障相和非故障相元件的動(dòng)作情況與B、C兩相接地時(shí)相

7、同。 第8頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3. 兩相不接地短路故障在金屬性兩相短路的情況下，故障點(diǎn)處兩故障相的對(duì)地電壓相等，各相電壓都不為0，現(xiàn)以A、B兩相故障為例，因 則有令可得形式而非故障相C相故障點(diǎn)處的電壓與故障相電壓不等，作相減運(yùn)算時(shí)不能被消掉，所以它不能用來(lái)進(jìn)行故障距離的判斷。 4. 三相對(duì)稱短路三相對(duì)稱短路時(shí)，故障點(diǎn)處的各相電壓相等，且三相系統(tǒng)對(duì)稱時(shí)均為0。這種情況下，選用任意一相的電壓、電流或任意兩相間的電壓、電流差作為距離保護(hù)的測(cè)量電壓和電流，都可得到與式 相同的形式，即能正確判斷故障距離。 第9頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)

8、52分，星期二繼電保護(hù)原理5. 故障環(huán)路的概念及測(cè)量電壓、電流的選取 由以上對(duì)各種短路類型下正確測(cè)量故障距離的分析，可以尋找出接入距離保護(hù)中電壓、電流間的規(guī)律。在系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流在故障相與大地之間流通；兩相接地短路時(shí)，故障電流既可在兩故障相與大地間流通，也可在兩故障相間流通；兩相不接地短路時(shí)，故障電流在兩故障相間流通；而三相短路時(shí)，故障電流可在任何兩相間流通。如果把故障電流可以流通的通路稱為故障環(huán)路，則在單相接地短路時(shí)，存在一個(gè)故障相與大地之間的故障環(huán)路(相地故障環(huán)路)；兩相接地短路時(shí)，存在兩個(gè)故障相與大地間的(相地)故障環(huán)路和一個(gè)兩故障相間的(相相)故障環(huán)路

9、；三相短路接地時(shí)，存在三個(gè)相地故障環(huán)路和三個(gè)相相故障環(huán)路。上述分析表明，故障環(huán)路上的電壓和環(huán)路中流通的電流之間滿足 用它們作為測(cè)量電壓和測(cè)量電流所算出的測(cè)量阻抗，能夠正確反應(yīng)保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的距離。而非故障環(huán)路上的電壓、電流之間不滿足 由它們算出的測(cè)量阻抗就不能正確反應(yīng)故障距離。 第10頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理距離保護(hù)應(yīng)取故障環(huán)路上的電壓、電流作為判斷故障距離的依據(jù)，而用非故障環(huán)路上的電壓、電流計(jì)算得到的距離一般大于保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的距離。對(duì)于接地短路，取相地故障環(huán)路，測(cè)量電壓為保護(hù)安裝處故障相對(duì)地電壓，測(cè)量電流為帶有零序電流補(bǔ)償?shù)墓收舷嚯娏鳎?/p>

10、由它們算出的測(cè)量阻抗能夠準(zhǔn)確反應(yīng)單相接地故障、兩相接地故障和三相接地故障下的故障距離，這種合理選取相地環(huán)路中電流、電壓的方法稱為接地距離保護(hù)接線方式。對(duì)于相間短路，故障環(huán)路為相相故障環(huán)路，取測(cè)量電壓為保護(hù)安裝處兩故障相的電壓差，測(cè)量電流為兩故障相的電流差，由它們算出的測(cè)量阻抗能夠準(zhǔn)確反應(yīng)兩相短路、三相短路和兩相接地短路情況下的故障距離，這種合理選取相相環(huán)路中電流、電壓的方法稱為相間距離保護(hù)接線方式。兩種接線方式的距離保護(hù)在各種不同類型短路時(shí)的動(dòng)作情況如表3-1所示。 第11頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.1.3 距離保護(hù)的時(shí)限特性 距離保護(hù)是利用測(cè)量阻

11、抗來(lái)反應(yīng)保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間的距離，當(dāng)兩個(gè)故障點(diǎn)分別發(fā)生在線路的末端或下一級(jí)線路始端時(shí)，保護(hù)同樣存在無(wú)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(shí)限特性，這種時(shí)限特性與三段式電流保護(hù)的時(shí)限特性相同，一般也做成三階梯式，即有與三個(gè)動(dòng)作范圍相對(duì)應(yīng)的三個(gè)動(dòng)作時(shí)限，如圖所示。 距離I段為無(wú)延時(shí)的速動(dòng)段，其動(dòng)作時(shí)限僅為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間。 距離II段為帶延時(shí)的速動(dòng)段，其動(dòng)作時(shí)限和啟動(dòng)值要與相鄰下一條線路保護(hù)的I段和II段相配合。 距離III段為本線路和相鄰線路(元件)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限的整定原則與過電流保護(hù)相同，即比下一條變電站母線出線保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級(jí)差

12、，其動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗來(lái)整定。 第12頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.1.4 距離保護(hù)的組成 距離保護(hù)裝置一般由以下五個(gè)部分組成：1. 啟動(dòng)部分作用：當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，瞬間啟動(dòng)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。所用元件：通常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)合過濾器。 2. 測(cè)量部分作用：用來(lái)測(cè)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。所用元件：通常采用帶方向性的阻抗繼電器作測(cè)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

13、來(lái)判別故障的方向。 3. 延時(shí)部分作用：用來(lái)提供距離保護(hù)段、段所需要的動(dòng)作時(shí)限特性。所用元件：通常采用時(shí)間繼電器或延時(shí)電路作為時(shí)間元件。 4. 振蕩閉鎖部分作用：用來(lái)防止當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，距離保護(hù)的誤動(dòng)作。在正常運(yùn)行或系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，將保護(hù)閉鎖，而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，解除閉鎖開放保護(hù)。 5. 電壓回路斷線失壓閉鎖部分用來(lái)防止電壓互感器二次回路斷線失壓時(shí)，引起阻抗繼電器的誤動(dòng)作。 第13頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.2 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性 阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件，它主要用來(lái)作測(cè)量元件，也可以作啟動(dòng)元件兼作功率方向元件。阻抗繼電器種類繁

14、多：按其構(gòu)成方式不同分為電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型和微機(jī)型；按其構(gòu)成原理不同可分為幅值比較、相位比較和多輸入量時(shí)序比較；按其動(dòng)作特性不同可分為圓特性、直線特性、四邊形特性、蘋果形特性等；按阻抗繼電器的接線方式不同可分為單相式、多相式、濾序式、多相補(bǔ)償式等。 第14頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.2.1 用復(fù)數(shù)阻抗平面分析阻抗繼電器的特性 按相測(cè)量阻抗的繼電器稱為單相式阻抗繼電器，加入繼電器中的量只有一個(gè)電壓和一個(gè)電流。由于電壓與電流之比是阻抗，所以測(cè)量阻抗可以通過測(cè)量電壓和電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。繼電器動(dòng)作情況取決于測(cè)量阻抗的值Zm，當(dāng)測(cè)量阻抗小于預(yù)定的

15、整定值時(shí)動(dòng)作，大于整定值時(shí)不動(dòng)作。因測(cè)量阻抗Zm可以寫成R+jX這種復(fù)數(shù)形式，故可以在復(fù)數(shù)阻抗平面上用作圖法表示出來(lái)，如圖所示。圖中相量Zm的模值為 幅角為第15頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理對(duì)于輸電線路，同樣可以在復(fù)數(shù)阻抗平面上用相量Z表示其阻抗。如圖所示的系統(tǒng)，如果各段線路的阻抗角相同，則該線路在復(fù)數(shù)阻抗平面上的形狀是一條直線，并超前R軸 角，將線路BC的B端(保護(hù)B的安裝處)置于坐標(biāo)原點(diǎn)，保護(hù)B正方向的線路阻抗畫在第象限，并超前R軸 角，用相量ZBC表示；保護(hù)B反方向的線路AB的阻抗畫在第象限，用ZAB表示，如圖所示。 第16頁(yè)，共66頁(yè)，2022

16、年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理對(duì)于單相阻抗繼電器的動(dòng)作范圍，原則上在阻抗復(fù)數(shù)平面上用一個(gè)小方框表示就可以滿足要求，如圖所示。但是當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電阻存在時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗將不在幅角為 的直線上。此外，電壓互感器，電流互感器都存在角誤差，這樣也將使測(cè)量阻抗角發(fā)生變化。所以，要求阻抗繼電器的動(dòng)作范圍不是以 為幅角的直線，應(yīng)將其動(dòng)作范圍擴(kuò)大，擴(kuò)大為一個(gè)面或圓(但整定值不變)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的有圓特性，橢圓特性，橄欖特性，蘋果特性，直線特性，四邊形特性等。在以上各種特性的繼電器中，以圓特性和直線特性的繼電器最為簡(jiǎn)單，應(yīng)用也最為普遍。 第17頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19

17、點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.2.2 比幅原理和比相原理在線性器件中，兩個(gè)正弦交流電氣量之間的關(guān)系包括幅值大小和相位關(guān)系。因此，可以利用比較其幅值大小和相位關(guān)系來(lái)構(gòu)成繼電器，其中反映兩電氣量幅值大小關(guān)系的繼電器稱為幅值比較繼電器，簡(jiǎn)稱比幅器；反映相位關(guān)系的繼電器為相位比較繼電器，簡(jiǎn)稱比相器。1.比幅原理任何按比幅原理工作的阻抗繼電器都具有兩個(gè)輸入量，其中一個(gè)構(gòu)成動(dòng)作量，另一個(gè)構(gòu)成制動(dòng)量。比較兩個(gè)電氣量的幅值，就是只比較其幅值大小，而不管它們的相位如何。例如，有兩個(gè)正弦交流電氣量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為它們的幅值分別用 和 表示。 比幅器的動(dòng)作邊界條件為當(dāng)當(dāng)繼電器動(dòng)作繼電器不動(dòng)作第18頁(yè)，共66頁(yè)，2

18、022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理按比幅原理工作的繼電器基本方框圖如圖所示 基本原理：輸入繼電器的電壓 和 電流，通過電壓形成回路，按繼電器的某種特性方程關(guān)系，形成 和 兩個(gè)被比較的交流電氣量，然后分別整流、濾波，取幅值后，將其輸入比幅電路。比幅電路有均壓法和環(huán)流法兩種，但一般都采用環(huán)流法接線。比幅電路根據(jù)比較的結(jié)果，輸出直流電壓信號(hào)作用于執(zhí)行元件。第19頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理2. 比相原理比相器的動(dòng)作決定于被比較兩電氣量的相位，而與它們的幅值大小無(wú)關(guān)。用 和 表示這兩個(gè)正弦交流電氣量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 按比相原理構(gòu)成的繼電器動(dòng)

19、作條件一般可寫為 式中，符號(hào) 表示取復(fù)數(shù) 的相角當(dāng)相量 超前 時(shí)，相角 為正，反之為負(fù)。 動(dòng)作范圍為-9090的繼電器稱為余弦型比相器，其動(dòng)作特性如圖所示。 第20頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理按比相原理工作的繼電器，其方框圖如圖所示。 基本原理：反應(yīng)被保護(hù)元件工作情況的電壓及電流，通過電壓形成回路，按繼電器的某種特定關(guān)系，轉(zhuǎn)換成相位比較的兩個(gè)電氣量 和 ，送入比相電路進(jìn)行比較，根據(jù)兩電氣相量相位比較結(jié)果，輸出一直流電壓信號(hào)作用于執(zhí)行元件。 第21頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3. 比幅與比相之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系比幅和比

20、相雖然是兩種不同的原理和方法，但可以構(gòu)成同一特性的繼電器。它們之間存在著一定的內(nèi)在關(guān)系，在一定條件下可以互換，把輸入量作適當(dāng)?shù)慕M合就可以利用比幅式實(shí)現(xiàn)相位比較。反之，也可利用比相式實(shí)現(xiàn)幅值比較。按比幅原理工作的繼電器，以 和 表示比幅的兩個(gè)電氣量，而且繼電器動(dòng)作條件為按比相原理工作的繼電器，以 和 表示比相的兩個(gè)電氣量，它的動(dòng)作條件為 這兩類繼電器的動(dòng)作條件，恰好可以用在復(fù)數(shù)平面上平行四邊形的兩條邊與對(duì)角線的關(guān)系來(lái)表示，如下圖： 第22頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理由圖可以看出：不管 和 的大小如何，若 為900或900時(shí)，相位比較正好處于臨界狀態(tài)，這時(shí)

21、圖形為一矩形，兩對(duì)角線長(zhǎng)短相等，即當(dāng) 900 900時(shí)，相位比較處于動(dòng)作狀態(tài)，幅值比較也處于動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng) 900或 900時(shí)，兩類繼電器都不在動(dòng)作區(qū)內(nèi)。 第23頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理由此得出兩種比較原理的兩組比較量的互換關(guān)系，即 同樣可得 由于是比較相位，左式中的常數(shù)1/2不影響C和D的比較結(jié)果，故可把左式變?yōu)?上述關(guān)系說明，動(dòng)作條件為90 90的相位比較與動(dòng)作條件為 的幅值比較等效，利用上式，即可由一種比較原理的比較量算出另一種比較原理的比較量，它們所構(gòu)成的動(dòng)作特性完全相同。注意：在應(yīng)用幅值比較與相位比較轉(zhuǎn)換關(guān)系式時(shí)應(yīng)注意其條件：當(dāng)幅值比較繼電

22、器動(dòng)作條件為 時(shí)，則相位比較繼電器的動(dòng)作角度范圍為 =9090；如果相位比較繼電器的動(dòng)作邊界不是90，則不能應(yīng)用上述的轉(zhuǎn)換關(guān)系。此外，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系只能適用于正弦波的交流電氣量。 第24頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.2.3 阻抗繼電器的動(dòng)作特性和動(dòng)作方程阻抗繼電器動(dòng)作區(qū)域的形狀稱為動(dòng)作特性。例如動(dòng)作區(qū)域?yàn)閳A時(shí)稱為圓特性；動(dòng)作區(qū)域?yàn)樗倪呅螘r(shí)稱為四邊形特性。動(dòng)作特性既可以用阻抗復(fù)平面上的幾何圖形來(lái)描述，也可用復(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)方程來(lái)描述，這種方程稱為動(dòng)作方程。 本節(jié)主要講圓特性阻抗繼電器根據(jù)動(dòng)作特性圓在阻抗復(fù)平面上位置和大小的不同，圓特性又分為偏移圓特性、方向圓特

23、性和全阻抗圓特性三種。 1) 偏移圓特性偏移圓特性的動(dòng)作區(qū)域如圖所示，它有兩個(gè)整定阻抗，即正方向整定阻抗Zset1和反方向整定阻抗Zset2，兩整定阻抗對(duì)應(yīng)相量末端的連線就是圓的直徑。特性圓包含坐標(biāo)原點(diǎn)，圓心位于：圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗正好落在圓周上時(shí)，阻抗繼電器臨界動(dòng)作。 半徑為：第25頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理對(duì)應(yīng)于該特性的動(dòng)作方程，可以有兩種不同的表達(dá)式：一種是比較兩個(gè)量大小的幅值比較原理的表達(dá)式；另一種是比較兩個(gè)量相位的相位比較原理的表達(dá)式。(1) 幅值比較原理當(dāng)測(cè)量阻抗Zm落在圓內(nèi)或圓周上時(shí)， Zm末端到圓心的距離一定小于

24、或等于圓的半徑；而當(dāng)測(cè)量阻抗Zm落在圓外時(shí)，Zm末端到圓心的距離一定大于圓的半徑。所以動(dòng)作條件可表示為當(dāng)Zm滿足上式時(shí)，阻抗繼電器動(dòng)作，否則不動(dòng)作。上式就是偏移圓特性阻抗繼電器的幅值比較動(dòng)作方程。 第26頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(2) 相位比較原理：如上所述，Zset1與Zset2相量末端的連線，就是圓特性的直徑，它將圓分成兩部分，即右下部分和左上部分，如圖所示。由圖可見，當(dāng)測(cè)量阻抗落在右下部分圓周的任一點(diǎn)上時(shí)，有當(dāng)測(cè)量阻抗落在左上部分圓周的任一點(diǎn)上時(shí)，有 當(dāng)測(cè)量阻抗落在圓內(nèi)任一點(diǎn)時(shí)，有 當(dāng)測(cè)量阻抗落在圓外時(shí)有 或因而測(cè)量元件的動(dòng)作條件可表示為 上

25、式就是偏移圓特性阻抗繼電器的相位比較動(dòng)作方程 第27頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理使阻抗元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的阻抗稱為動(dòng)作阻抗，通常用ZOP表示。對(duì)于具有偏移圓特性的阻抗繼電器而言，當(dāng)測(cè)量阻抗Zm的阻抗角不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作阻抗是不同的。當(dāng)測(cè)量阻抗Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗最大，正好等于Zset1，即 ，此時(shí)繼電器最靈敏，所以Zset1的阻抗角又稱為最大靈敏角。最大靈敏角是阻抗繼電器的一個(gè)重要參數(shù)，一般取為被保護(hù)線路的阻抗角。當(dāng)測(cè)量阻抗Zm的阻抗角與反向整定阻抗Zset2的阻抗角相等時(shí)，動(dòng)作阻抗最小，正好

26、等于Zset2，即由上述分析可見:偏移圓特性的阻抗繼電器在反向故障時(shí)有一定的動(dòng)作區(qū)。如果Zset2的方向正好與Zset1的方向相反，則Zset2可以用 表示，稱為偏移特性的偏移率。偏移特性的阻抗元件通常用在距離保護(hù)的后備段(如第段)中。第28頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理2) 方向圓特性在上述的偏移圓特性中，如果令Zset2=0，Zset1=Zset，則動(dòng)作特性就變成方向圓特性，動(dòng)作區(qū)域如圖所示。特性圓經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，圓心位于Zset/2處，半徑為將Zset2=0，Zset1=Zset代入偏移園特性幅值比較動(dòng)作方程，可得到方向圓特性的幅值比較動(dòng)作方程為 將

27、Zset2=0，Zset1=Zset代入偏移園特性相位比較動(dòng)作方程，可得到方向圓特性的相位比較動(dòng)作方程為 與偏移阻抗圓特性類似，方向圓特性對(duì)于不同阻抗角的Zm，動(dòng)作阻抗也是不同的。在整定阻抗的方向上，動(dòng)作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的動(dòng)作阻抗都小于整定阻抗；在整定阻抗的反方向，動(dòng)作阻抗為0,反向故障時(shí)不會(huì)動(dòng)作，所以阻抗元件本身具有方向性。 第29頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3) 全阻抗圓特性在偏移園特性中，如果令Zset2=-Zset，Zset1=Zset，則動(dòng)作特性就變?yōu)閳A特性，動(dòng)作區(qū)域如圖所示。特性圓的圓心位于坐標(biāo)圓點(diǎn)處，半徑為將Zset2

28、=-Zset，Zset1=Zset代入偏移園特性幅值比較動(dòng)作方程，可得到全阻抗圓特性的幅值比較動(dòng)作方程為將Zset2=-Zset，Zset1=Zset代入偏移園特性相位比較動(dòng)作方程，可得到全阻抗圓特性的相位比較動(dòng)作方程為全阻抗圓特性在各個(gè)方向上的動(dòng)作阻抗都相同，它在正向或反向故障的情況下具有相同的保護(hù)區(qū)，即阻抗元件本身不具有方向性。全阻抗圓特性的阻抗元件可以應(yīng)用于單側(cè)電源的系統(tǒng)中；當(dāng)應(yīng)用于多側(cè)電源時(shí)，應(yīng)與方向元件相配合。 第30頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.3 阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法 對(duì)于動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)功能而言，最重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護(hù)

29、區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置，一般并不需要確切地知道。這樣，就可以用兩種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)：一種是首先精確地測(cè)量出Zm，然后再將它與事先確定的動(dòng)作特性進(jìn)行比較。當(dāng)Zm落在動(dòng)作區(qū)域之內(nèi)時(shí)，判為區(qū)內(nèi)故障，給出動(dòng)作信號(hào)；當(dāng)落在動(dòng)作區(qū)域之外時(shí)，繼電器不動(dòng)作。另一種方法無(wú)需精確地測(cè)出Zm，只需間接地判斷它是處在動(dòng)作邊界之內(nèi)還是處在動(dòng)作邊界之外，即可確定繼電器動(dòng)作或不動(dòng)作。阻抗繼電器一般可根據(jù)已經(jīng)推導(dǎo)出的幅值比較動(dòng)作方程和相位比較動(dòng)作方程來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以按照距離保護(hù)原理的要求由其他方法實(shí)現(xiàn)。 第31頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.3.1 幅值比較原理

30、的實(shí)現(xiàn) 幅值比較的動(dòng)作條件是令在幅值比較的條件式兩端同乘以測(cè)量電流 并令則幅值比較的動(dòng)作條件又可表示為：稱為電壓形式的幅值比較方程 在傳統(tǒng)的模擬式距離保護(hù)中，幅值比較原理就是以電壓比較的形式實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)動(dòng)作特性的需要，首先形成兩個(gè)參與比較的電壓量 、 ，然后在幅值比較電路中比較兩者的大小，滿足上式時(shí)，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。在集成電路型的模擬式保護(hù)中，比較電壓的形成既可以用回路連接的辦法實(shí)現(xiàn)，也可用模擬加、減法器通過對(duì)測(cè)量電壓、電流和整定阻抗進(jìn)行模擬運(yùn)算的辦法實(shí)現(xiàn)。 下面以圓特性的方向阻抗元件為例，來(lái)說明其實(shí)現(xiàn)的原理： 第32頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理在圖中，

31、T為電壓變換器，它將電壓互感器的輸出電壓變換為適合弱電回路運(yùn)算的電壓，它有一個(gè)輸入繞組和一個(gè)輸出繞組，輸出電壓接入阻抗繼電器的電壓形成回路。變換器的變換系數(shù)KU為沒有量綱的實(shí)數(shù)，所以變換器的輸出電壓與輸入電壓同相位，幅值為 UR為電抗互感器，它有一個(gè)輸入繞組和三個(gè)輸出繞組，輸入來(lái)自電流互感器的二次電流，三個(gè)輸出繞組中，其中一個(gè)繞組接調(diào)節(jié)電阻，另外兩個(gè)繞組接阻抗繼電器的電壓形成回路。接電壓形成回路的兩個(gè)繞組的輸出電壓都為 其中KI為具有阻抗量綱的復(fù)數(shù)變換系數(shù)，改變?cè)褦?shù)可以改變變換系數(shù)的值，改變調(diào)節(jié)繞組中的調(diào)節(jié)電阻，可以改變其阻抗角。 第33頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期

32、二繼電保護(hù)原理電抗互感器的鐵芯有氣隙，其輸出電壓近似為輸入電流的導(dǎo)數(shù)，對(duì)輸入電流中不同頻率成分的影響是不同的，對(duì)于輸入信號(hào)中的直流分量，其輸出基本沒有反映，即可以濾除直流分量，而當(dāng)輸入中含有高頻信號(hào)時(shí)，它將會(huì)有較大的放大作用。由圖中可以得到 則幅值比較回路的動(dòng)作條件為 兩側(cè)同除以 并令則得到用阻抗表示的具有方向圓特性的阻抗繼電器的動(dòng)作條件 第34頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.3.2 相位比較原理的實(shí)現(xiàn) 相位比較的動(dòng)作條件為令則動(dòng)作條件又可以表示為 稱為電壓形式相位比較方程 在模擬式保護(hù)中，相位比較原理也是以電壓比較的形式實(shí)現(xiàn)的。它也應(yīng)根據(jù)動(dòng)作特性的需

33、要，首先形成兩個(gè)參與相位比較的電壓量 與 ，然后在相位比較電路中比較兩者的相位關(guān)系，滿足其動(dòng)作方程時(shí)，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。 電壓的形成也有依靠回路串、并聯(lián)連接和用模擬加、減法器運(yùn)算兩種方式。以圓特性的方向阻抗元件為例，介紹電壓形式的相位比較原理的實(shí)現(xiàn)。其接線如圖所示： 第35頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理在圖中，電壓變換器T有兩個(gè)輸出繞組，輸出的電壓均為 ；電抗互感器UR也有兩個(gè)輸出繞組，其中一個(gè)的輸出電壓為 ，另一個(gè)繞組接相角調(diào)節(jié)電阻。按照?qǐng)D示的連接，可以得到 則相位比較回路動(dòng)作條件為 上式中分子、分母同除以 ，并令 ，就可以得到 這就是方向園特性的阻抗元件

34、的動(dòng)作方程第36頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.4 影響距離保護(hù)正確工作的因素 在距離保護(hù)中，最根本的要求是阻抗繼電器能正確測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)時(shí)，測(cè)量的阻抗應(yīng)小于動(dòng)作阻抗，繼電器動(dòng)作，當(dāng)故障發(fā)生在區(qū)外時(shí)，測(cè)量阻抗大于動(dòng)作阻抗，繼電器應(yīng)不動(dòng)作，從而保證選擇性。為了保證這一要求的實(shí)現(xiàn)，除了采用正確的接線方式外，還應(yīng)充分考慮在實(shí)際運(yùn)行中保護(hù)裝置會(huì)受到一些不利因素的影響，使之發(fā)生誤動(dòng)。一般來(lái)說，影響距離保護(hù)正確動(dòng)作的因素主要有：（9個(gè)因素）(1) 短路點(diǎn)的過渡電阻 在此之前，分析和整定繼電保護(hù)裝置時(shí)，都是用金屬性短路作為依據(jù)(不

35、計(jì)短路點(diǎn)的過渡電阻)。然而，在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)，短路點(diǎn)通常具有阻抗，例如電弧電阻、外物電阻、導(dǎo)線和大地間的電阻(當(dāng)導(dǎo)線落地時(shí))、桿塔接地電阻以及利用木質(zhì)絕緣的木桿電阻等。分析和實(shí)驗(yàn)表明，這些阻抗是電阻性的，因此常稱之為過渡電阻。顯然，過渡電阻的存在，將使阻抗繼電器的測(cè)量阻抗發(fā)生變化，影響距離保護(hù)的正確動(dòng)作。在一般情況下使測(cè)量電阻增大，距離保護(hù)段保護(hù)范圍縮短，距離保護(hù)段保護(hù)靈敏度降低，但有時(shí)也可能引起保護(hù)超范圍動(dòng)作或反方向誤動(dòng)。 第37頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(2) 電力系統(tǒng)振蕩 電力系統(tǒng)未受擾動(dòng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中

36、所有發(fā)電機(jī)處于同步運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)間的相位差較小，并且保持恒定不變，此時(shí)系統(tǒng)中各處的電壓、電流有效值都是常數(shù)。當(dāng)電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)或小的干擾而失去運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，機(jī)組間的相對(duì)角度隨時(shí)間不斷增大，線路中的潮流也產(chǎn)生較大的波動(dòng)。在繼電保護(hù)范圍內(nèi)，把這種并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象稱為振蕩。電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩的原因是多方面的，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃不周，聯(lián)系薄弱，線路輸送功率超過穩(wěn)定極限。系統(tǒng)無(wú)功電源不足，引起系統(tǒng)電壓降低，沒有足夠的穩(wěn)定儲(chǔ)備。大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁異常。短路故障切除過慢引起穩(wěn)定破壞。繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的誤動(dòng)、拒動(dòng)或性能不良。過負(fù)荷。防止穩(wěn)定破壞或恢復(fù)穩(wěn)定的措施不

37、健全及運(yùn)行管理不善等。 第38頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)振蕩是電力系統(tǒng)的重大事故。振蕩時(shí)，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)電勢(shì)間的相角差發(fā)生變化，電壓、電流有效值大幅度變化，以這些量為測(cè)量對(duì)象的各種保護(hù)的測(cè)量元件就有可能因系統(tǒng)振蕩而動(dòng)作，對(duì)用戶造成極大的影響，可能使系統(tǒng)瓦解，造成大面積的停電。但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)系統(tǒng)的電源間失去同步后，它們往往能自行拉入同步，有時(shí)當(dāng)不允許長(zhǎng)時(shí)間異步運(yùn)行時(shí)，則可在預(yù)定的解列點(diǎn)自動(dòng)或手動(dòng)解列。顯然，在振蕩之中不允許繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，應(yīng)該充分發(fā)揮它的作用，消除一部分振蕩事故或減少它的影響。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，阻抗繼電器是否誤動(dòng)、誤動(dòng)的時(shí)間

38、長(zhǎng)短與保護(hù)安裝處位置、保護(hù)動(dòng)作范圍、動(dòng)作特性的形狀和振蕩周期的長(zhǎng)短等有關(guān)。安裝位置距振蕩中心越近、整定值越大時(shí)，越容易受振蕩的影響，振蕩周期越長(zhǎng)，誤動(dòng)的幾率越高。但并不是安裝在系統(tǒng)中所有的阻抗繼電器在振蕩時(shí)都會(huì)誤動(dòng)，但是在出廠時(shí)都要求阻抗繼電器配備振蕩閉鎖，使之在系統(tǒng)振蕩時(shí)閉鎖距離保護(hù)。 第39頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(3)測(cè)量互感器誤差 阻抗繼電器是通過電流互感器和電壓互感器接入電氣量的，測(cè)量互感器的變比誤差和角誤差必然給阻抗繼電器的正確測(cè)量帶來(lái)影響，關(guān)于這種影響通常在計(jì)算阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗時(shí)，用可靠系數(shù)來(lái)考慮。 (4) 電網(wǎng)頻率的變化 在相位

39、比較方向阻抗繼電器中，用記憶極化電壓作為一個(gè)比較量，由于電壓記憶回路是調(diào)整在額定工頻下諧振，因此對(duì)系統(tǒng)頻率的變化最為敏感。當(dāng)系統(tǒng)的工作頻率與諧振頻率發(fā)生偏移時(shí)，將使阻抗繼電器特性曲線在阻抗復(fù)平面向左、右方向偏移。(5) 在Y/-11變壓器后發(fā)生短路故障 當(dāng)保護(hù)安裝處與短路點(diǎn)具有Y/接線變壓器時(shí)，阻抗繼電器的工作將受變壓器的阻抗和一、二次電壓相角差的影響。例如方向阻抗繼電器對(duì)Y/變壓器另一側(cè)的兩相短路反應(yīng)能力很差，一般不能起后備作用。 第40頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(6) 線路串聯(lián)補(bǔ)償電容的影響 在線路或變電所內(nèi)裝設(shè)串聯(lián)補(bǔ)償電容后，破壞了阻抗繼電器的

40、測(cè)量阻抗與距離成比例的關(guān)系，同時(shí)它的電抗部分還會(huì)改變符號(hào)，使保護(hù)的方向性被破壞，對(duì)阻抗繼電器的正確工作帶來(lái)影響。(7) 過渡過程及二次回路斷線在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中，電壓互感器的一次回路或二次回路有可能出現(xiàn)斷線的情況，當(dāng)電壓回路斷線后，二次側(cè)接至保護(hù)回路的相電壓或線電壓都可能降低至零，由于這時(shí)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，仍然有負(fù)荷電流，所以測(cè)量阻抗可能小于動(dòng)作阻抗，使阻抗繼電器誤動(dòng)作。(8) 平行雙回路互感的影響 當(dāng)發(fā)生接地短路故障時(shí)，雙回路中的接地阻抗繼電器的測(cè)量阻抗，受雙回路零序互阻抗的影響，產(chǎn)生阻抗測(cè)量上的誤差。(9) 在短路點(diǎn)與保護(hù)安裝處之間有分支電路 下面重點(diǎn)分析這種情況 第41頁(yè)，共6

41、6頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(9) 在短路點(diǎn)與保護(hù)安裝處之間有分支電路當(dāng)保護(hù)安裝處與短路點(diǎn)有分支線時(shí)，分支電流對(duì)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗有影響，現(xiàn)分兩種情況予以分析：助增電流的影響 下圖為助增電流對(duì)測(cè)量阻抗影響的示意圖當(dāng)線路BD上k點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，由于在短路點(diǎn)k和保護(hù)裝置之間，還有分支電路CB存在，因此、兩個(gè)電源均向短路點(diǎn)提供短路電流。這時(shí)故障線路中的電流為 ，流過非故障線路CB的電流為 。電流 流向故障點(diǎn)，但不流過保護(hù)裝置KZA。若短路點(diǎn)k在距離保護(hù)裝置KZA的第段范圍內(nèi)，則此時(shí)阻抗繼電器KZA的測(cè)量阻抗為 =式中Kb稱為分支系數(shù)(助增系數(shù))，其定義為 一般情

42、況下， Kb為一復(fù)數(shù)，但在實(shí)用中可近似認(rèn)為 與 同相位，因此可以認(rèn)為是一實(shí)數(shù)。 第42頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理前已指出，在單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，繼電器的測(cè)量阻抗只與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離成正比。但上式說明，當(dāng)短路點(diǎn)與保護(hù)安裝處有分支電路時(shí)，由于分支電流 的存在，使保護(hù)裝置KZA第段的測(cè)量阻抗不僅取決于短路點(diǎn)至安裝點(diǎn)的距離，而且還取決于電流 與 的比值，因?yàn)?故Kb1，所以實(shí)際增大了測(cè)量阻抗(與無(wú)分支電路相比)。這種使測(cè)量阻抗增大的分支電流稱為助增電流，其分支系數(shù)亦稱之為助增系數(shù)。 分支系數(shù)與系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān)，在整定計(jì)算時(shí)應(yīng)取實(shí)際可能運(yùn)行方式

43、下的最小值，以保證保護(hù)的選擇性。因?yàn)檫@樣整定后，如果運(yùn)行方式變化出現(xiàn)較大的分支系數(shù)時(shí)，使得測(cè)量阻抗增大，保護(hù)范圍縮小，不至于造成非選擇性動(dòng)作。反之，如果取實(shí)際可能運(yùn)行方式下的較大值，則當(dāng)運(yùn)行方式變化，使分支系數(shù)減小時(shí)，將造成阻抗繼電器的測(cè)量阻抗減小，保護(hù)范圍伸長(zhǎng)，有可能使保護(hù)無(wú)選擇性動(dòng)作。 第43頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理汲出電流的影響如果保護(hù)安裝處與短路點(diǎn)連接的不是分支電源而是負(fù)荷或單回線與平行線相連的網(wǎng)絡(luò)，短路點(diǎn)位于平行線上，則阻抗繼電器的測(cè)量阻抗亦相應(yīng)的變化。圖示為單回線與平行線相連的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)在平行線之一的k點(diǎn)發(fā)生相間短路時(shí)，由A側(cè)電源供給短路

44、電流送至變電所時(shí)就分成兩路流向短路點(diǎn)k，其中非故障支路電流為 ，故障支路電流為 ，它們之間的關(guān)系 流過保護(hù)裝置KZA的電流比故障支路電流大。此時(shí)距離保護(hù)裝置KZA第II段的測(cè)量阻抗為 式中Kb稱為分支系數(shù)(汲出系數(shù))。由于 所以Kb1。與無(wú)分支電路的情況相比，保護(hù)裝置KZA的第II段測(cè)量阻抗有所減小。這種使測(cè)量阻抗減小的電流(分支電流)稱為汲出電流。 第44頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理由于汲出電流的存在，使測(cè)量阻抗減小，也即伸長(zhǎng)了保護(hù)區(qū)的長(zhǎng)度，可能造成保護(hù)的無(wú)選擇性動(dòng)作。為了防止這種非選擇性動(dòng)作，在整定計(jì)算時(shí)引入一個(gè)小于1的分支系數(shù)，使保護(hù)裝置KZA的

45、第段動(dòng)作阻抗適當(dāng)減少，以抵償由于汲出電流的影響致使保護(hù)范圍伸長(zhǎng)的結(jié)果，使保護(hù)裝置在任何情況下都能保證有選擇地動(dòng)作。汲出系數(shù)也與系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān)，在整定計(jì)算時(shí)仍應(yīng)采用各種運(yùn)行方式下最小的汲出系數(shù)。 綜上分析可知， Kb是一個(gè)與電網(wǎng)接線有關(guān)的分支系數(shù)，其值可能大于1、等于1或小于1。當(dāng)Kb1時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗增大，即助增電流的影響使阻抗繼電器的靈敏度下降；當(dāng)Kb1時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗減小，即汲出電流的影響，可能使保護(hù)失去選擇性。因此正確計(jì)及助增電流和汲出電流是保證阻抗繼電器正確工作的重要條件之一。為了在各種運(yùn)行方式下都能保證相鄰保護(hù)之間的配合關(guān)系，應(yīng)按Kb為最小的運(yùn)行方式來(lái)確定距離保護(hù)

46、第段的整定值；對(duì)于作為相鄰線路遠(yuǎn)后備保護(hù)的距離段保護(hù)，其靈敏系數(shù)應(yīng)按助增電流為最大的情況來(lái)校驗(yàn)。 第45頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.5 距離保護(hù)的整定計(jì)算和方法 3.5.1 距離保護(hù)的整定原則 (1) 各種保護(hù)在動(dòng)作時(shí)限上按階梯原則配合。(2) 相鄰元件的保護(hù)之間、主保護(hù)與后備保護(hù)之間、后備保護(hù)與后備保護(hù)之間均應(yīng)配合。(3) 相間保護(hù)與相間保護(hù)之間、接地保護(hù)與接地保護(hù)之間，反應(yīng)不同類型故障的保護(hù)之間不能配合。(4) 上一線路與下一線路所有相鄰線路保護(hù)間均需相互配合。(5) 不同特性的阻抗繼電器在使用中還需考慮整定配合。(6) 對(duì)于接地距離保護(hù)，只有

47、在整定配合要求不很嚴(yán)格的情況下，才能按照相間距離保護(hù)的整定計(jì)算原則進(jìn)行整定。(7) 了解所選保護(hù)采用的接線方式、反應(yīng)的故障類型、阻抗繼電器的特性及采用的段數(shù)等。(8) 給出必需的整定值項(xiàng)目及注意事項(xiàng)。 第46頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3.5.2 距離保護(hù)的整定計(jì)算目前運(yùn)行中的距離保護(hù)一般都采用三段式 1. 距離保護(hù)I段整定計(jì)算1) 當(dāng)被保護(hù)線路無(wú)中間分支線路(或分支變壓器)時(shí)整定值計(jì)算按躲過本線路末端故障整定，一般可按被保護(hù)正序阻抗的80%85%計(jì)算，即 式中 距離保護(hù)段整定值； 可靠系數(shù)，一般取0.80.85； 被保護(hù)線路的正序阻抗。對(duì)方向阻抗繼電

48、器則有 繼電器的最大靈敏角； 被保護(hù)線路的阻抗角。式中保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間按 ，即保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間整定。 2) 當(dāng)線路末端僅為一臺(tái)變壓器時(shí)其整定值計(jì)算按不伸出線路末端變壓器內(nèi)部整定，即按躲過變壓器其他各側(cè)的母線故障整定，即 可靠系數(shù)，一般取0.75； 線路末端變壓器的阻抗。 式中保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間按 ，即保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間整定。 第47頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3)當(dāng)線路終端變電所為兩臺(tái)及以上變壓器并列運(yùn)行且變壓器均裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)時(shí)如果本線路上裝設(shè)有高頻保護(hù)時(shí)，距離I段仍可按1)項(xiàng)的方式計(jì)算。當(dāng)本線路上未裝設(shè)高頻保護(hù)時(shí)，則可按躲過本線路末端故障或按躲開終端變電所其

49、他母線故障整定，即 或 終端變電所變壓器并聯(lián)阻抗。 式中4) 當(dāng)線路終端變電所為兩臺(tái)及以上變壓器并聯(lián)運(yùn)行(變壓器未裝設(shè)差動(dòng)保護(hù))時(shí)按躲過本線路末端故障，或按躲過變壓器的電流速斷保護(hù)范圍末端故障整定，即式中 終端變電所變壓器并列運(yùn)行時(shí)，電流速斷保護(hù)范圍的最小阻抗值；其他符號(hào)同前。 5) 當(dāng)被保護(hù)線路中間接有分支線路或分支變壓器時(shí)按躲開本線路末端和躲開分支線路(分支變壓器)末端故障整定，即 式中 本線路中間接分支線路(分支變壓器)處至保護(hù)安裝處之間的線路正序阻抗；其他符號(hào)同前。 或第48頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理2. 距離保護(hù)段整定計(jì)算1) 按與相鄰線路

50、距離保護(hù)I段配合整定 式中 被保護(hù)線路正序阻抗； 相鄰距離保護(hù)段動(dòng)作阻抗； (助增)分支系數(shù)，選取可能的最小值； 可靠系數(shù)，一般取0.80.85； 可靠系數(shù)，一般取0.8。保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為式中 時(shí)間級(jí)差，一般取0.5s。最大靈敏角 式中 線路正序阻抗角。2) 按躲過相鄰變壓器其他側(cè)母線故障整定 式中 相鄰變壓器阻抗(若多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，按并聯(lián)阻抗 計(jì)算)； 可靠系數(shù)，一般取0.70.75。保護(hù)動(dòng)作時(shí)間及最大靈敏角的整定同上。 第49頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3) 按與相鄰線路距離保護(hù)段配合整定 式中 相鄰距離保護(hù)段整定阻抗； 可靠系數(shù)，一般取0.8

51、。最大靈敏角保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 式中 相鄰距離保護(hù)段動(dòng)作時(shí)間。4) 按保證被保護(hù)線路末端故障保護(hù)有足夠的靈敏度整定當(dāng)按1)、2)、3)各項(xiàng)條件所計(jì)算的動(dòng)作阻抗在本線路末端故障時(shí)，保護(hù)的靈敏度很高，與此同時(shí)又出現(xiàn)保護(hù)的段與段之間的動(dòng)作阻抗相差很大，使繼電器的整定范圍受到限制而無(wú)法滿足I段、段計(jì)算定值的要求時(shí)，則可改為按保證本線路末端故障時(shí)有足夠的靈敏度條件整定，即 式中 被保護(hù)線路正序阻抗； 被保護(hù)線路末端故障保護(hù)的靈敏度。對(duì)最小靈敏度的要求如下：當(dāng)線路長(zhǎng)度為50km以下時(shí)，不小于1.5；當(dāng)線路長(zhǎng)度為50km200km時(shí)，不小于1.4；當(dāng)線路長(zhǎng)度為200km以上時(shí)，不小于1.3。 第50頁(yè)，共66頁(yè)，

52、2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理5) 當(dāng)相鄰線路末端裝設(shè)有其他類型的保護(hù)時(shí)(1) 當(dāng)相鄰線路裝設(shè)有相間電流保護(hù)時(shí)，距離保護(hù)段整定值為 式中 可靠系數(shù)，一般取0.75； 相鄰線路電流保護(hù)最小保護(hù)范圍(以阻抗表示)，其計(jì)算式為式中 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式相電勢(shì)； 系統(tǒng)至相鄰線路保護(hù)安裝處之間的最大阻抗(最小運(yùn)行方式下的阻抗值)。 相鄰線路電流保護(hù)動(dòng)作值保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為式中 相鄰電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間 第51頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(2) 當(dāng)相鄰線路裝設(shè)有電壓保護(hù)時(shí)，保護(hù)整定為式中 相鄰線路電壓保護(hù)之最小保護(hù)范圍(以阻抗表示)，其計(jì)算為 式中

53、 電壓保護(hù)的整定電壓(線電壓值)； 系統(tǒng)運(yùn)行相電勢(shì)； 系統(tǒng)至相鄰線路電壓保護(hù)安裝處之間的最小阻抗(最大運(yùn)行方式下) 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 相鄰電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間 (3) 當(dāng)相鄰線路裝設(shè)電流、電壓保護(hù)時(shí)，距離保護(hù)段的動(dòng)作阻抗可分別按(1)、(2)項(xiàng)計(jì)算出電流、電壓保護(hù)的電流元件和電壓元件的保護(hù)范圍，再按式 計(jì)算出距離保護(hù)段的動(dòng)作阻抗值。保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為式中 相鄰電流、電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 6) 距離保護(hù)段靈敏度式中 距離保護(hù)段整定阻抗值； 被保護(hù)線路的正序阻抗。 第52頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理3. 距離保護(hù)段整定計(jì)算1) 按與相鄰距離保護(hù)段配合整定此時(shí)，保護(hù)

54、的整定值為式中 相鄰線路距離保護(hù)段整定阻抗；最大靈敏角距離保護(hù)段動(dòng)作時(shí)間按以下條件分別整定：(1) 相鄰距離保護(hù)段在重合閘之后不經(jīng)振蕩閉鎖控制，且距離段保護(hù)范圍不伸出相鄰變壓器的其他母線時(shí)，有 式中 相鄰距離在重合閘之后不經(jīng)振蕩閉鎖控制時(shí)的段動(dòng)作時(shí)間 (2) 當(dāng)段保護(hù)范圍伸出相鄰變壓器的其他母線時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間整定為 式中 相鄰變壓器的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。 第53頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理2) 按與相鄰距離段相配合距離段按與相鄰距離段相配合時(shí)，動(dòng)作阻抗為 式中 相鄰距離段的動(dòng)作阻抗；最大靈敏角距離段動(dòng)作時(shí)間為式中 相鄰距離保護(hù)段動(dòng)作時(shí)間 3) 按與相鄰變

55、壓器的電流、電壓保護(hù)配合整定其定值為 式中 電流元件或電壓元件的最小保護(hù)范圍阻抗值。該保護(hù)范圍按以下各條件分別進(jìn)行計(jì)算：對(duì)相鄰保護(hù)為電壓元件時(shí)，計(jì)算為 式中 相鄰電壓元件動(dòng)作電壓(線電壓)； 系統(tǒng)運(yùn)行相電勢(shì)； 系統(tǒng)至相鄰電壓保護(hù)安裝處之間的最小綜合阻抗(最大運(yùn)行方式下)。 第54頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理相鄰保護(hù)為電流元件時(shí)，計(jì)算式為 式中 相鄰電流元件動(dòng)作電流； 系統(tǒng)至相鄰電流保護(hù)安裝處之間的最大等值阻抗(最小運(yùn)行方式下)。 最大靈敏角 保護(hù)段時(shí)間為 式中 相鄰變壓器電流、電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 4) 按躲過線路最大負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷阻抗配合整定(1) 當(dāng)距離

56、段為電流啟動(dòng)元件時(shí)，其整定值為 式中 可靠系數(shù)，取1.21.25； 電流返回系數(shù)，取0.85； 自啟動(dòng)系數(shù)，根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)可取1.52.5； 線路最大負(fù)荷電流。 第55頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理(2) 當(dāng)距離段為全阻抗啟動(dòng)元件時(shí)，其整定值為 式中 可靠系數(shù)，取1.21.25； 電流返回系數(shù)，取1.151.25； 自啟動(dòng)系數(shù)，根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)可取1.52.5； 最小負(fù)荷阻抗值，其計(jì)算式為 式中 額定運(yùn)行線電壓 (3) 當(dāng)為方向阻抗啟動(dòng)元件時(shí)，其整定值計(jì)算如下：當(dāng)方向阻抗元件為0接線方式時(shí)，段整定值為 當(dāng)方向阻抗元件為-30接線方式時(shí)，段整定值為 式中 線路正

57、序阻抗角； 負(fù)荷阻抗角。 第56頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理5) 距離段的靈敏度線路末端靈敏度計(jì)算為后備保護(hù)靈敏度計(jì)算為式中 線路正序阻抗； 距離段整定阻抗 相鄰線路電流保護(hù)最小保護(hù)范圍（以阻抗表示）對(duì)距離段靈敏度的要求：對(duì)于110kV線路，在考慮相鄰線路相繼動(dòng)作后，對(duì)相鄰元件后備保護(hù)靈敏度要求 對(duì)于220kV及以上線路，對(duì)相鄰元件后備保護(hù)靈敏度要求 若后備保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，可考慮裝設(shè)近后備保護(hù)。第57頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)52分，星期二繼電保護(hù)原理4. 距離保護(hù)各段動(dòng)作時(shí)限的選擇配合原則1) 距離保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限距離保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限，即保護(hù)裝置本身的固有動(dòng)作時(shí)間，一般不大于0.03s0.01s，不作特殊的計(jì)算。2) 離保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限距離保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)按階梯式特性逐段配合。當(dāng)距離保護(hù)段與相鄰線路距離保護(hù)段配合時(shí)，若距離段動(dòng)作時(shí)限(本身固有動(dòng)作時(shí)間)