第三章 電網(wǎng)的距離保護(hù)

第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)

第一節(jié)距離保護(hù)概述一、距離保護(hù)的基本概念思考：電流、電壓保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)，但是，對(duì)于容量大、電壓高或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們難于滿足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。電流、電壓保護(hù)一般只適用于35kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)的復(fù)雜網(wǎng)，線路保護(hù)采用何種保護(hù)方式？解決方法：采用一種新的保護(hù)方式一一距離保護(hù)。距離保護(hù)：是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)裝置。測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，實(shí)際上是測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小，故有時(shí)又稱之為阻抗保護(hù)。距離保護(hù)也有一個(gè)保護(hù)范圍，短路發(fā)生在這一范圍內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作，否則不動(dòng)作，這個(gè)保護(hù)范圍通常只用給定阻抗的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)安裝處測(cè)量到的線路阻抗為負(fù)荷阻抗，即UZ=imAIm在被保護(hù)線路任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，d（測(cè)量?阻抗為保護(hù)安裝地點(diǎn)到短路點(diǎn)的短路阻抗，即TTTT—Z=f=F=ZdUd=°mIIk距離保護(hù)反應(yīng)的信電量路反應(yīng)單一物理量的電流保護(hù)靈敏度高。、時(shí)限特性11QF:!2QFi!X3QF::::::4廠t保護(hù)3的I段tt7'保護(hù)3初H段保護(hù)3的m段0距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t與保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的距離i的關(guān)系稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性，目前獲得廣泛應(yīng)用的是三階梯型時(shí)限特性。0廣、.0三、距離保護(hù)的組成起動(dòng)元件：其主要作用是在發(fā)生故障的瞬間起動(dòng)整套保護(hù)。采用的是過(guò)電流繼電器或者阻抗繼電器。方向元件：作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（即測(cè)量阻抗），一般采用阻抗繼電器。距離元件：作用是保證保護(hù)動(dòng)作的方向性。采用單獨(dú)的方向繼電器，或方向元件和阻抗元件相結(jié)合。時(shí)間元件：作用是根據(jù)預(yù)定的時(shí)限特性確定動(dòng)作的時(shí)限，以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，般采用時(shí)間繼電器。圖3—2距離保護(hù)原理的組成元件框圖三、距離保護(hù)的組成正常運(yùn)行時(shí):起動(dòng)元件1不起動(dòng)，保護(hù)裝置處于被閉鎖狀態(tài)。正方向發(fā)生故障時(shí):起動(dòng)元件1和方向元件2動(dòng)作，距離保護(hù)投入工作。如果故障點(diǎn)位于第I段保護(hù)范圍內(nèi)，如果故障點(diǎn)位于距離I段之外的距離II段保護(hù)范圍內(nèi)，如果故障點(diǎn)位于距離II段之外的距離III段保護(hù)范圍內(nèi)，第二節(jié)阻抗繼電器阻抗繼電器主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離，并與整定阻抗值進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。繼電器的測(cè)量阻抗：指加入繼電器的電壓和電流的比值，即UZm=ImmZm可以寫(xiě)成R+jX的復(fù)數(shù)形式，所以可以利用復(fù)數(shù)平面來(lái)分析繼電器的動(dòng)作特性，并用一定的幾何圖形把它表示出來(lái)。線路BC的距離保護(hù)第I段整定阻抗0-85Zbc并假設(shè)整定阻抗角與線路阻抗角相等。正方向短路時(shí)：測(cè)量阻抗在第一象限，正向測(cè)量阻抗Zm與R軸的夾角為線路的阻抗角中d；反方向短路時(shí)：測(cè)量阻抗在第三象限。如果測(cè)量阻抗的相量，落在Z1向量以內(nèi)，則阻抗繼set電器動(dòng)作；反之，阻抗繼電器不動(dòng)作。

阻抗繼電器的動(dòng)作特性為一個(gè)圓。如下圖所示的阻抗繼電器的動(dòng)作特性為方向特性圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。一、具有圓動(dòng)作特性的阻抗繼電器(一)特性分析及電壓形成回路1.全阻抗繼電器(1)幅值比較全阻抗繼電器的動(dòng)作特性是以整定阻抗為半徑，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的一個(gè)圓，動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。沒(méi)有方向性。動(dòng)作與邊界條件為：|z|>|Z|或:ZI>ZIsetmsetmmm全阻抗繼電器動(dòng)作方程為比較兩電壓量幅值的全阻抗繼電器的電壓形成回路如右圖所示。全阻抗繼電器動(dòng)作方程為KI|>\KI)。:動(dòng)作量UA=KIIm1mUm［制動(dòng)量UB=KU

比幅式繼電器的動(dòng)作與邊界條件為:UU>UA1B(2)相位比較繼電器的動(dòng)作邊界條件為:-90。Z-Z<argm=0Zset+Zm<90。(b)分子分母同乘以測(cè)量電流得:令|U=KI—KUcImUmw疽KIm+KU5ZI分子分母同乘以測(cè)量電流得:令|U=KI—KUcImUmw疽KIm+KUU+ZJm故相位比較的動(dòng)作方程為-90。＜argUD=0<90。r*___W\'的=必KuUmW-^W-s2.方向阻抗繼電器(1)幅值比較方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性為一個(gè)圓，圓的直徑為整定阻抗，圓周通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。這種繼電器的動(dòng)作具有方向性，幅值比較的動(dòng)作與邊界條件為：set阻抗動(dòng)作方程為Zcos(甲廣氣)mZZm-2Ze.set分子分母同乘以測(cè)量電流得故幅值比較的動(dòng)作方程可寫(xiě)成1-..1-―11..111-ZI>U——IZ—JKI>KUKI2setmm2mset2ImUm2Im制動(dòng)量(2)相位比較動(dòng)作量U=-KIA2ImU=KU-1KIBUm2Im30相位比較的方向阻抗繼電器動(dòng)作特性如下圖所示:其動(dòng)作與邊界條件為-90。<arg<90。m3.偏移特性阻抗繼電器(1)幅值比較偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性，圓的直徑為：Z日+Z2圓心坐標(biāo)：1(Z-Z),圓的半徑為：1(Zse"+廣)2setlset22~-1其動(dòng)作與邊界條件為：：3(Z.+Z)21Z-二(Z，一Z°)2set1set2msetl兩邊同乘以測(cè)量電流得：setlset21一")Qsetlset21.,+Z夕島"2(Z^^ea-z^)^Iset2m令Z=KI1Z=KI2故；(K+K)Iset1Kset2K21112m令動(dòng)作量：U=1(K+KU)IA21112m制動(dòng)量：U=KU-!(K-K)IBUm21112m故幅值比較的動(dòng)作方程可寫(xiě)成：|u槌|u(2)相位比較AB|2|KU-L(K-K)IUm21112m偏移特性阻抗繼電器相位比較分析，如下圖所示：其相位比較的動(dòng)作與邊界條件為：-90。＜argZsm—?dú)?0Z+Z<90。set2m,—Ue.m<90。+Um令相位比較偏移特性阻抗繼電器的兩電氣量：U=KI令相位比較偏移特性阻抗繼電器的兩電氣量：U=KI-KU4.直線特性阻抗繼電器

UC^I1m/^-mUD12mUm<arguC=0<90。D阻抗圓的半徑為無(wú)窮大時(shí)，圓特性變?yōu)橹本€特性，則幅值比較的動(dòng)作與邊界條件為:Z|>|2Z-Zmsetm兩邊同乘以測(cè)量電流得:U|=KU>2KI-KU=UAUm'ImUmBJX相位比較的動(dòng)作與邊界條件為：5Z—Z-90Z|>|2Z-Zmsetm兩邊同乘以測(cè)量電流得:相位比較的動(dòng)作與邊界條件為：5Z—Z-90。<arg一—mset=0<90。上式中分子分母同乘以測(cè)量得:—90。＜argKUJm■Um—:—KUUm<90。A3U量之間在忽略或2倍關(guān)系時(shí)，滿足下列關(guān)系:U量之間在忽略或2倍關(guān)系時(shí)，滿足下列關(guān)系:?DU=U+UACD,?,UB=UC—UD假定:U1>u2R1=R2...........幅值比較的U、U量與相位比較的U、UC=UA—UBB，.Cju"=U+U或者說(shuō)，滿足：（二）阻抗繼電器勺比較回路具有圓特性阻抗繼電器可以用比較兩個(gè)電氣量幅值的方法來(lái)構(gòu)成，也可以用比較兩個(gè)電氣量相位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有繼電器都可以認(rèn)為是由兩個(gè)基本部分組成，即由電壓形成回路和幅值比較或相位比較回路組成。1、二極管環(huán)形相位比較回路二極管環(huán)形相位比較回路基于把兩個(gè)進(jìn)行比較的電氣量的相位變化關(guān)系轉(zhuǎn)換為直流輸出脈動(dòng)電壓的極性變化。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".?.?E\o"CurrentDocument"0=arg(UU)=arg(UU)1=u+u2,=U-U1212CDE

當(dāng)相位角9變化時(shí)，比相回路的輸出電壓Umn脈沖寬度及極性相應(yīng)產(chǎn)生變化。=u+u2,=U-U12(1)當(dāng)9=0。時(shí)：1R2上電壓降的代數(shù)和，即輸出電壓的平均值為負(fù)極性最大值。輸出電壓Ug等于在一周期內(nèi)電阻R］1R2上電壓降的代數(shù)和，即輸出電壓的平均值為負(fù)極性最大值。，⑵當(dāng)9=180。時(shí)：Eiv氣⑶當(dāng)9=90。時(shí)：從波形圖可知，Umn為正、負(fù)脈沖，電壓的平均值是零:U=(I+7)，⑵當(dāng)9=180。時(shí)：Eiv氣⑶當(dāng)9=90。時(shí)：從波形圖可知，Umn為正、負(fù)脈沖，電壓的平均值是零:當(dāng)9為其它任意角度時(shí)，同樣可得到相應(yīng)的輸出電壓Umn的正、負(fù)脈沖的寬度及其幅值，從而可繪出如下圖所示的U=f(9)關(guān)系曲線。mnmn.pj由圖可知，僅當(dāng)相位角的變化在-90<9<°90。范圍的條件下，輸出電壓平均值為正值，這就保證了阻抗繼電器動(dòng)作條件。二、具有多邊形動(dòng)作特性的阻抗繼電器四邊形特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性四邊形以內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，以外為不動(dòng)作區(qū)，即測(cè)量阻抗末端位于四條邊上為動(dòng)作邊界。

若測(cè)量阻抗落在四邊形以內(nèi)，則阻Z)=Z1.(ZB—Z「=Z2、(Z?！猌)=Z3、、Z—Z)=Z4四個(gè)阻抗中任兩相鄰阻抗之間的最大夾角于180°，要求或電器動(dòng)作。若測(cè)量阻抗落在四邊形之外，則阻抗：ZI、Z2、Z3、Z4四個(gè)阻抗中任兩相鄰阻抗之間的最大夾角大于180°要求繼電器不動(dòng)作。三.方向阻抗繼電器的死區(qū)及死區(qū)的消除方法思考：對(duì)于方向阻抗繼電器，當(dāng)保護(hù)出口短路時(shí)，會(huì)不會(huì)有死區(qū)？為什么？對(duì)幅值比較的方向阻抗繼電器，U=0,繼電器不動(dòng)作。m其動(dòng)作條件為:1..—KI>2Im對(duì)于相位比較的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作條件為：U=0，無(wú)法進(jìn)行比相，因而繼電器也不動(dòng)作。1.m記憶回路思考：對(duì)于方向阻抗繼電器，當(dāng)保護(hù)出口短路時(shí)KU—1KI,

Um2ImKI―kU—90。<arg—5——」~m<90。KUUm采用什么措施消除死區(qū)?對(duì)瞬時(shí)動(dòng)作的距離I段方向阻抗繼電器，采用記憶回路，將電壓回路作成是一個(gè)對(duì)50HZ工頻交流的串聯(lián)諧振回路。結(jié)論：在電阻Rr上的壓降^^與外加電壓同相位，記憶電壓U通過(guò)記憶變壓器T與U相位?！?引入記憶電壓以后，幅值比較的動(dòng)邊條件為:+U>KU—1KI+UpUm2Imp在出口短路時(shí)，極化電壓U在衰減到零之前存在，與U同相位，故方向阻抗繼電器消除了死區(qū)。2.引入第三相電壓思考：記憶回路只能保證方向阻抗繼電器在暫態(tài)過(guò)程中正確動(dòng)作，但它的作用時(shí)間有限。解決方法：引入非故障相電壓。第三相電壓為C相，它通過(guò)高阻值的電阻R接到記憶回路中Cr和Rr的連接點(diǎn)上。正常時(shí)：電壓。^較高且Lr、Cr處于工頻諧振狀態(tài)，而R值又很大，第三相電壓U基本上不起作用?！窩當(dāng)系統(tǒng)中AB相發(fā)生突然短路時(shí):i=I.—』./4

rRR-jXC+jX^RR當(dāng)系統(tǒng)中AB相發(fā)生突然短路時(shí):.?.U=iR=jiXRc『rRLrBLrCUb=Ua結(jié)論：i超前iR近90°,電阻Rr上電壓降^超前UAC90°，即極化電壓與故障前電壓U"同相位。由此，當(dāng)出口兩相短路時(shí)，第三相電壓可以保證方向阻抗繼電器正確動(dòng)作，即能消除死區(qū)。四、阻抗繼電器的精工電流和精工電壓11.實(shí)際上方向阻抗繼電器的臨界動(dòng)作方程為：元芯i-KU--Ki>U2imUm2imo假設(shè)上式中各向量均為同相位，則上列方程可寫(xiě)為:考慮U0的影響后，給出z°,m=f(im)的關(guān)系曲線如下圖所示。p1..Ki-KU+Ki=UimUm2im0Z=Zop.mset2ikU=Ki-%Umim2當(dāng)加入繼電器的電流較小時(shí)，繼電器的動(dòng)作阻抗將下降，使阻抗繼電器的實(shí)際保護(hù)范圍縮短。這將影響到與相鄰線路阻抗元件的配合，甚至引起非選擇性動(dòng)作。為了把動(dòng)作阻抗的誤差限制在一定的范圍內(nèi)，規(guī)定了精工電流。精工電流:就是當(dāng)=七皿時(shí)，繼電器的動(dòng)作阻抗Z=0.9Z即比整定阻抗縮小了10%。op?mset因此，當(dāng)i>i.時(shí)，就可以保證起動(dòng)阻抗的誤差在10%以內(nèi)，而這個(gè)誤差在選擇可靠系數(shù)時(shí)，已經(jīng)被考慮進(jìn)去了。在繼電器通以精工電流的條件下，其動(dòng)作方程：根據(jù)允許條件Rt—Zop-min=0.1Zset得：Z=—?-iZ=Zop.m,U——9—Uset2i°op.minset0.2i"岫0.2Zac-mins^t結(jié)論：精工電流與反應(yīng)元件的靈敏性(U0)及電抗變壓器的整定阻抗有關(guān)。為了便于衡量阻抗繼電器的靈敏度，有時(shí)應(yīng)用精工電壓作為繼電器的質(zhì)量指標(biāo)。精工電壓：就是精工電流和整定阻抗的乘積，即：U=iZ=U^ac-minac-minset0.2結(jié)論：它不隨繼電器的整定阻抗而變，對(duì)某指定的繼電器而言，它是常數(shù)。在整定阻抗定的情況下，U0越小，Iacmin越小，即Uac越小，繼電器性能越好。職°第三節(jié)阻抗繼電器的接線方式、對(duì)距離保護(hù)接線方式的要求及接線種類(lèi)根據(jù)距離保護(hù)的工作原理，加入繼電器的電壓和電流應(yīng)滿足如下要求:1、繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)能準(zhǔn)確判斷故障地點(diǎn)，即與故障點(diǎn)至保障安裝處的距離成正比。2、繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類(lèi)型無(wú)關(guān)，即保護(hù)范圍不隨故障類(lèi)型而變化。阻抗繼電器常用的接線方式有四類(lèi)，如下表所示。表中“A”表示按相間電壓或相電流差，“Y”表示按相電壓或相電流。踐方式嬲電剝、弛）旱（一3儼）鏘）屈+對(duì)方4AAKi%-孔ik+K3i()k2冬-，匚^EC孔+可k3/c-4-4ic+K3it)二、反應(yīng)相間短路阻抗繼電器的0°接線1、三相短路以K1為例分析之。設(shè)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)千米，線路每千米的正序阻抗為Z&，則保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓應(yīng)為：U=U-U=IZL-1ZL=（I-1）ZL此時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為：ZG）=.U/=ZL1B1〃b1m1I—I1B結(jié)論：在三相短路時(shí)，三個(gè)繼電器的測(cè)量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的正序阻抗，三個(gè)繼電器均能正確動(dòng)作。兩相短路設(shè)AB兩相短路，對(duì)K而言：U=IZL—IZL=（I—I）ZL1ABA1B1AB1則：八U八Z（2）=_A^—=ZLm1I—I1結(jié)論：與三相短路時(shí)的測(cè)量阻抗相同。因此，K］能正確動(dòng)作。K2、K3不會(huì)動(dòng)作。同理，在BC或CA兩相短路時(shí)，相應(yīng)地分別有K2和土能準(zhǔn)確測(cè)量出而正確動(dòng)作。3、中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中兩相接地短路設(shè)故障發(fā)生在AB相，IA豐—IB<U=IZIA豐—IB<U=IZL+1ZLAALBmU=IZL+1ZLBBt't/tt\/rzrz\r繼電器的測(cè)量阻抗為：Z（1.1）=三『=（人―H）（Zm）L=（Z—Z）L=ZLm1I—II—ILm1ABAB其值與三相短路時(shí)相同，保護(hù)能夠正確的動(dòng)作。三、反應(yīng)相間短路阻抗繼電器的30。接線

這種接線方式有兩種，以繼電器為例，在三相和AB兩相短路時(shí)，其測(cè)量阻抗為:?.??U（I-1）ZL.ab=—a——t這種接線方式有兩種，以繼電器為例，在三相和AB兩相短路時(shí)，其測(cè)量阻抗為:?.??U（I-1）ZL.ab=—a——t——1—=（1—e-腫）ZLII1?A,.A、一UU—件=（1—e為）ZL1Zm(+30。)—AB=—AB--1-1將以上兩式合并寫(xiě)成：Z=B（1-e干j^）ZLm1_1?正常運(yùn)仃情況Z=（1—e力?120。）Z=、3Ze土j30。mLL測(cè)量阻抗的數(shù)值為每相負(fù)荷阻抗的t'3倍，阻抗角則較負(fù)荷阻抗的角度偏移±30°Zm(-30。)，當(dāng)三相短路三相短路與正常運(yùn)行時(shí)相似，只是Z1L為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間每相的正序阻抗，因此：Z3ZLe±j30。m1即測(cè)量阻抗的數(shù)值為每相線路阻抗的、耳倍，相位則比線路阻抗角偏離±30°。兩相短路以AB兩相短路為例，I超前于I的角度180，因此：Z=（1—e卻80。）ZL=2ZL即測(cè)量阻抗的數(shù)值為每相短露阻抗的2倍，相位則等于線路的阻抗角。11采用30。接線方式的阻抗繼電器在不同故障類(lèi)型時(shí)，其測(cè)量阻抗的數(shù)值與相位均不相同，這種接線方式可應(yīng)用于圓特性方向阻抗繼電器。如下圖所示，實(shí)際上三相短路與兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍一樣。這種接線方式還可用于全阻抗繼電器。在輸電線路的送電端，采用-30°接線。在輸電線路的受電端采用+30°接線時(shí)。四、反應(yīng)接地短路阻抗繼電器的接線單相接地故障時(shí)，應(yīng)將故障相的電壓和電流加入到繼電器中。對(duì)A相阻抗繼電器，接入繼電器的電壓為：U=U+入繼電器的電壓為：U=U+U+U+1ZL+1ZL+1ZL-d1d2d0?11?2200=IZL+1ZL+1ZL=(I+1+1)ZL-1ZL+1ZL11ZL—zL01201=IZL+01IZL=(I+3KI)ZLA1ZL01a010100式中KI。稱為零序補(bǔ)償電流，其中K=1Z0-Z1為常數(shù)；3Z1Z⑴=.UA.=ZL接入繼電器的電戚=I+3KI則故障相阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為：AmIA+3KI01它能正確地測(cè)量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)間的阻抗。為了反應(yīng)任一相的單相接地短路，接地距離保護(hù)也必須采用三個(gè)阻抗繼電器。這種接線方式同樣能夠正確反應(yīng)兩相接地短路和三相短路，此時(shí)接于故障相的阻抗繼電器的測(cè)量阻抗均為Z*。第四節(jié)影響距離保護(hù)正確工作的因素及采取的防止措施一、短路點(diǎn)過(guò)渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響

保護(hù)1的測(cè)量阻抗為R，保護(hù)2的測(cè)量阻抗為Z"+R。當(dāng)Rt較大時(shí)，可能出現(xiàn)Zm1已超出保護(hù)1第I牌定的特性圓范圍，而Zm2仍位于保護(hù)2第II段整定的特性圓范圍以內(nèi)。此時(shí)保護(hù)1和保護(hù)2將同時(shí)以第II段的時(shí)限動(dòng)作，因而失去了選擇性。結(jié)論：保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過(guò)渡電阻的影響越大，同時(shí)保護(hù)裝置的整定值越小，則相對(duì)地受過(guò)渡電阻的影響也越大。去了選擇性。結(jié)論：保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過(guò)渡電阻的影響越大，同時(shí)保護(hù)裝置的整定值越小，則相對(duì)地受過(guò)渡電阻的影響也越大。rU?.IZ=?a=rU?.IZ=?a=Z+dRemd1d1Z=-i-b=-idR=i^ReNd1d1d1當(dāng)a為正時(shí)，測(cè)量阻抗增大，當(dāng)a為負(fù)時(shí)，測(cè)量阻抗的電抗部分將減小。在后一種情況下，可能導(dǎo)致保護(hù)無(wú)選擇性的動(dòng)作。過(guò)渡電阻的特點(diǎn)：短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻主要是純電阻性的電弧電阻Rt，且電弧的長(zhǎng)度和電流的大小都隨時(shí)間而變化，在短路開(kāi)始瞬間電弧電流很大，電弧的長(zhǎng)度很短，Rt很小。隨著電弧電流的衰減和電弧長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，Rt隨著增大，大約經(jīng)0.1?0.15秒后，Rt劇烈增大。減小過(guò)渡電阻對(duì)距離保護(hù)影響的措施采用瞬時(shí)測(cè)定裝置“瞬時(shí)測(cè)定”就是把距離元件的最初動(dòng)作狀態(tài)，通過(guò)起動(dòng)元件的動(dòng)作而固定下來(lái)，當(dāng)電弧電阻增大時(shí)，仍以預(yù)定的時(shí)限動(dòng)作跳閘。它通常應(yīng)用于距離保護(hù)第II段。在短路的初瞬間，KA及KR均動(dòng)作，一->KM、KT起動(dòng)，通過(guò)KA的接點(diǎn)及KM自保持，此后KM的動(dòng)作與KR無(wú)關(guān)經(jīng)過(guò)KT的延日時(shí)發(fā)出跳閘脈沖。既使電弧電阻增大，使KR返回，保護(hù)仍能以預(yù)定的延時(shí)跳閘。采用帶偏移特性的阻抗繼電器采用能容許較大的過(guò)渡電阻而不致拒動(dòng)的阻抗繼電器，如偏移特性阻抗繼電器等。二、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，設(shè)E超前于E的相位角■為0,|E|=|EMN..當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，設(shè)E超前于E的相位角■為0,|E|=|EMN..KAI.MJNTE-EMKRN=M=E，且系統(tǒng)中各元件的阻E(1-e-力)ZE?E-E抗角相等，則振蕩電流為：1=MNS^++SNKTKM

中=arctan振蕩電流滯后于電勢(shì)差E-E的角度為系統(tǒng)振蕩阻抗角為：MN系統(tǒng)M、N、Z點(diǎn)的電壓分別為：X&m+%+X，n

Rsm+Rl+RsnU=E-1ZX&m+%+X，n

Rsm+Rl+Rsn1Mzh2￡在Z點(diǎn)位于ZJ2處，當(dāng)A80°時(shí)：1Mzh2￡在Z點(diǎn)位于ZJ2處，當(dāng)A80°時(shí)：Izh=2E/ZE達(dá)最大值，Uz=Emzh1…一一2Z￡電壓Uz=0,思考：此點(diǎn)的電氣參數(shù)與什么故障相類(lèi)似？答：三相短路。因此，繼電保護(hù)裝置必須具備區(qū)別三相短路和系統(tǒng)振蕩的能力，才能保證在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下的正確工作。U_E—Iz_E2、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響ZMm=~T=―SM=一M—ZSMM母線上阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為：TOC\o"1-5"\h\z、—,，，一」，，，E1應(yīng)用尢拉公式及三角公式，有：=一Z—Z=Z—Ze-js=coso-jsinoe—ESSM1-e-jSSSMMN\o"CurrentDocument",21—e-js=o,1、1o1—jctgZ=(—Z-Z)-j_Zctg一2于是：Mm2￡SMJ2￡2結(jié)論：阻抗繼電器的測(cè)量阻抗將在Z￡的垂直平分線OO'上移動(dòng)。以變電站M處的保護(hù)為例，其距離I段起動(dòng)阻抗整定為0.85Zl，在下圖中以長(zhǎng)度MA表示，由此可繪出各種繼電器的動(dòng)作特性曲線。結(jié)論：在同樣整定值的條件下全阻抗繼電器受振蕩的影響最大，而橢圓繼電器所受的影響最小。結(jié)論：(1)繼電器的動(dòng)作特性在阻抗平面沿。?！较蛩嫉拿娣e越大，受振蕩的影響就越大。保護(hù)安裝地點(diǎn)越靠近于振蕩中心，距離保護(hù)受振蕩的影響越大，而振蕩中心在保護(hù)范圍以外時(shí)，距離保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。當(dāng)保護(hù)的動(dòng)作帶有較大的延時(shí)時(shí)，如距離III段，可利用延時(shí)躲開(kāi)振蕩的影響。3、振蕩閉鎖回路(1)電力系統(tǒng)振蕩和短路時(shí)的主要區(qū)別。-振蕩時(shí)電流和各電壓幅值的變化速度較慢，而短路時(shí)電流是突然增大，電壓也突然降低。-振蕩時(shí)電流和各點(diǎn)電壓幅值均作周期變化，各點(diǎn)電壓與電流之間的相位角也作周期變化。-振蕩時(shí)三相完全對(duì)稱，電力系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量；而短路時(shí)，總要長(zhǎng)期(在不對(duì)稱短路過(guò)程中)或瞬間(在三相短路開(kāi)始時(shí))出現(xiàn)負(fù)序分量。(2)對(duì)振蕩閉鎖回路的要求?系統(tǒng)振蕩而沒(méi)故障時(shí)，應(yīng)可靠將保護(hù)閉鎖。-系統(tǒng)發(fā)生各種類(lèi)型故障，保護(hù)不應(yīng)被閉鎖。?在振蕩過(guò)程中發(fā)生故障時(shí),保護(hù)應(yīng)能正確動(dòng)作。?先故障，且故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外，而后振蕩，保護(hù)不能無(wú)選擇性動(dòng)作。(3)利用負(fù)序(和零序)分量起動(dòng)的振蕩閉鎖回路①負(fù)序電壓濾過(guò)器負(fù)序電壓濾過(guò)器:從三相不對(duì)稱電壓中取出其負(fù)序分量的回路。目前廣泛應(yīng)用的是阻容雙臂式負(fù)序電壓濾過(guò)器，其參數(shù)關(guān)系為：R1=43X1，X2=43R2當(dāng)輸入端加入電壓時(shí)，在m-n端的輸出電壓為■U=U+U=IR-jIX=UabR-jUbc—,3UX23UJ11.I"R1—jX13”MjX2=__身——一be=—uej30°+—ue-j30°3—j—3—j2ab12bcl當(dāng)輸入端只有正序電壓加入時(shí)，在m-n端的空載輸出電壓為：當(dāng)輸入端有負(fù)序電壓加入時(shí)，在m-n端的空載輸出電壓為:負(fù)序電流濾過(guò)器:從三相不對(duì)稱電流中取出其負(fù)序分量的回路。目前常用的一種由電抗變壓器TX和電流變換器TA組成。其中電抗變壓輸出為：。=—jz(I-1)電流變換器的變比為：n=Wfwbc4負(fù)序電流濾過(guò)器:從三相不對(duì)稱電流中取出其負(fù)序分量的回路。目前常用的一種由電抗變壓器TX和電流變換器TA組成。其中電抗變壓輸出為：。=—jz(I-1)電流變換器的變比為：n=Wfwbc421在電阻R上的壓降為：1仃八n(。一1o)R在m-n端子上的輸出電壓為：1U=-(I—I)R—jZ(I—I)mnna0kbc當(dāng)輸入端加入正序電流時(shí)，輸出電壓為：U=11R—jZ(I—I)=I(R-摑Z)mn1nalkblclalnk當(dāng)選取參數(shù)為R=n\3zk，則Umn1=0aln1=jzk(Ibi-Ici)bl-Ic1Iclbl當(dāng)只有零序電流輸入時(shí)，在TX和TA原邊的安匝互相抵消。U=0mn1當(dāng)只輸入負(fù)序電流時(shí)，負(fù)序電流濾過(guò)器的輸出電壓為:U=11R—jz(I—I)=I(R+3z)=2RI

mnna2kb2c2a2nkna2a2Ib2-Ic2Ib2Ic2jZk(Ib2-Ic2)思考：除了利用負(fù)序分量構(gòu)成振蕩閉鎖回路外，還可以利用哪些原理構(gòu)成振蕩閉鎖回路?1、利用負(fù)序增量。2、利用電氣量變化速度。三、分支電流的影響1、助增電流的影響使故障線路電流增大的現(xiàn)象，稱為助增。如下圖所示電路，當(dāng)在BC線路上的D點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，在變電所A距離保護(hù)1的測(cè)量阻抗為7UIZ+1Z7」7-7+K7Z=?A=―ABBd—dZ=Z+?BdZ—Z+KZABABAB結(jié)論：助增電流，使測(cè)量阻抗增大，保護(hù)范圍縮短。2、外汲電流的影響使故障線路中電流減小的現(xiàn)象稱為外汲。如下圖所示電路，當(dāng)在平行線路上的D點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，在變電所A距離保護(hù)1的測(cè)量阻抗rUIZ+IZI""…Z=?A=ABABBdd=Z+.BdZ=Z+KZABABAB結(jié)論：外汲電流時(shí)使測(cè)量阻抗減小，保護(hù)范圍增大，可能引起無(wú)選擇性動(dòng)作。四、電壓回路斷線對(duì)距離保護(hù)的影響當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，距離保護(hù)將失去電壓，這時(shí)阻抗元件失去電壓而電流回路仍有負(fù)荷電流通過(guò)，可能造成誤動(dòng)作。對(duì)此，在距離保護(hù)中應(yīng)裝設(shè)斷線閉鎖裝置。對(duì)斷線閉鎖裝置的主要要求是：(1)當(dāng)電壓互感器發(fā)生各種可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作的故障時(shí)，斷線閉鎖裝置均應(yīng)動(dòng)作，將保護(hù)閉鎖并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。(2)當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生各種故障，不因故障電壓的畸變錯(cuò)誤地將保護(hù)閉鎖，以保證保護(hù)可靠動(dòng)作。區(qū)分以上兩種情況的電壓變化的辦法：看電流回路是否也同時(shí)發(fā)生變化。斷線信號(hào)裝置大都是反應(yīng)于斷線后所出現(xiàn)的零序電壓來(lái)構(gòu)成的，其原理接線如下圖所示。當(dāng)電壓回路斷線時(shí)，斷線信號(hào)繼電器動(dòng)作，一方面將保護(hù)閉鎖，一方面發(fā)出斷線信號(hào)。勺—n思考：這種反應(yīng)于零序電壓的斷線信號(hào)裝置，在系統(tǒng)中發(fā)出接房一—-地故障時(shí)也會(huì)動(dòng)作。怎么辦？答：將KS的另一組線圈W2經(jīng)C0和R0接于電壓互感器二次叫側(cè)開(kāi)口三角形的輸出電壓上，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電壓時(shí)，兩組線圈W1和W2所產(chǎn)生的零序電壓安匝大小相等，方向相反，合成磁通為零，KS不動(dòng)作。第五節(jié)距離保護(hù)的整定計(jì)算、距離保護(hù)I段動(dòng)作阻抗對(duì)輸電線路，按躲過(guò)本線路末端短路來(lái)整定，2.動(dòng)作時(shí)限n=0二、距離保護(hù)第二段1.動(dòng)作阻抗(1)與下一線路的第一段保護(hù)范圍配合，、并用分支系數(shù)考慮助增及外汲電流對(duì)測(cè)量阻抗的1)與「一線路的第一段保護(hù)范圍配合，、影響，即：ZII=KIIZ+KKiZ)(2)與相鄰變壓器的我速保護(hù)相配合:BZ取(1)、(2)計(jì)算結(jié)果中的小者作為動(dòng)作時(shí)限tn=ti+At-At靈敏度校驗(yàn)i了2ZIIK^=Z°pl21.5AB如靈敏度不能滿足要求，可按照與下一線路保護(hù)第II段相配合的原則選擇動(dòng)作阻抗，即Zn=KiiZ+KZii)第％段的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比下一線路第II段的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限階段，tn=tn+At三、距離保護(hù)的III段121.動(dòng)作阻抗按躲開(kāi)最小負(fù)荷阻抗來(lái)選擇，若第I段采用全阻抗繼電器，其動(dòng)作阻抗為1-0.9UL.max為分支系數(shù)，op.1=relAB+KbhZII。op.1ZIII=Zop.1KIKKL?min式中動(dòng)作時(shí)限11=tI+At靈敏度校驗(yàn)12ZI作近后備保護(hù)時(shí)：Ksen-近=Z"^「乙作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)：式中，k為分支系數(shù)，取最加能值。思考：靈敏度不能滿足要求時(shí)，怎么辦？答：采用方向阻抗繼電器，以提高靈敏度方向阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗的整定原則與全阻抗繼電器相同。正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷阻抗的阻抗角％較小;短路時(shí)，短路阻抗角氣較大。如果選取方向阻抗繼電器的9lm=9d，則方向阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗為：ZZIII=Lmin\op.1KiKKcoskp-^)relressdL結(jié)論：采用方向阻抗繼電器時(shí)，保護(hù)的靈敏度比采用全阻抗繼電器時(shí)可提高1/cos(9d-9l)o四、阻抗繼電器的整定一一n「保護(hù)二次側(cè)動(dòng)作阻抗：Z°pr=Zop-r^Kcon式中KconTV對(duì)全阻抗繼電器：0。接線，Kcon=l；±30。接線，Kcon=wZL.min—最小負(fù)荷阻抗,ZL.min>1.5ZIIIK=ou——>1.2sen.遠(yuǎn)ZB+KbZC?接線系數(shù)。對(duì)方向阻抗繼電器：0。接線，Kcon=l；±30。接線，Kcon=2。五、對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)COnCOn主要優(yōu)點(diǎn)能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對(duì)保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求。阻抗繼電器是同時(shí)反應(yīng)電壓的降低與電流的增大而動(dòng)作的，因此距離保護(hù)較電流保護(hù)有較高的靈敏度。主要缺點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)全線瞬動(dòng)。距離保護(hù)裝置較復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩，可靠性較低。例3-1在下圖所示網(wǎng)絡(luò)中，各線路均裝有距離保護(hù)，試對(duì)其中保護(hù)1的相間短路保護(hù)I、II、I段里阻抗Z]=0.4Q/km，短路阻抗角9d=里阻抗Z]=0.4Q/km，短路阻抗角9d=70o作電壓UMNmn取等于。網(wǎng)雙瘧11")。XE1uBl=25QE"2=115/yTKV解：1.有關(guān)各元件阻抗值的計(jì)算AB線路的正序阻抗：ZBC線路的正序阻抗：變壓器的等值阻抗：ZABBCU%—k—100=ZI=04x30=120.=Z1lAB=0.4x60=24Q1BCU210.51152—t=x=44.1QSt10031.5距離I段的整定動(dòng)作阻抗：動(dòng)作時(shí)間：距離II段(1)動(dòng)作阻抗：=0.85x12=10.2。按兩個(gè)條件選擇。進(jìn)行整定計(jì)算。已知線路AB的最大負(fù)荷電流IL.max=350A,功率因數(shù)cos件0.9,各線路每公電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)系數(shù)K%=1，正常時(shí)母線最低工1)與相鄰線路BC的保護(hù)3(或保護(hù)5)的I段配合Zii=Kii(Z+KiKZZii=Kii(Z+KiKZ)op.1relABrelb-minBCK=孔=X,+Z遷+X?x(1+0.15)Z況b~TXABB*1fM+1]I30J于是：Zd1=0.8(12+1.19x0.85x24)=29.02QKb.min曰2Z1.15BC-=1.1921.15~2~O.S5Zec2)按躲開(kāi)相鄰變壓器低壓側(cè)出口點(diǎn)短路整定Z0P.1=VZX+K+Z-ZT)K=3=A.minAB+1=b-min/X20+1230+1=2.071B.maxZii=0.7(12+2.07x44.1)=72.3Qop.1取以上兩個(gè)計(jì)算值中較小者為II段定值，即取ZII=29.02Qop(2)動(dòng)作時(shí)間：打=ti+At=0.5s1（3）靈敏性校驗(yàn):3Zii

op1

zABsen29.02=2.42>1.5124.距離m段（1）動(dòng)作阻抗:zL?minKmKKcos(甲一平)

relresskL7U0.9x1100.9x110z=A，min=—==―=---=103.5UA?maxL?max163.5Zm

op.1Z0；.1_1.2X1.15X1xcos（70。—25.8。）一骸3。（2）動(dòng)作時(shí)間：tm=tm+3At或tm=tm+2At取其中較長(zhǎng)者tm=0.5+3x0.5=2.0⑶靈敏性校驗(yàn)：1Zm1）本線路末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)：K=-i=些3=13.78>1.52）相鄰元件末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)：sen?近Zb12①相鄰線路末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)為：ZiiK=op-1汕?遠(yuǎn)ZAB+（max?BC式中，Kbma為相鄰線路BC末端點(diǎn)短路時(shí)對(duì)保護(hù)1而言的最大分支系數(shù)，1XAmax+ZAB+XBmin=+號(hào)=2.48Kb'maX‘11653XB.minKsen?遠(yuǎn)=12+2.48X24=2,31>1,225