電網(wǎng)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)概括

一、距離保護(hù)的基本觀點(diǎn)

思慮：電流、電壓保護(hù)的主要長(zhǎng)處是簡(jiǎn)單、靠譜、經(jīng)濟(jì)，可是，關(guān)于容量大、電壓高

或構(gòu)造復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們難于知足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。電流、電壓保護(hù)一般只合用于35kV

及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。關(guān)于110kV及以上電壓等級(jí)的復(fù)雜網(wǎng)，線路保護(hù)采納何種保護(hù)方式？

解決方法：采納一種新的保護(hù)方式——距離保護(hù)。

距離保護(hù)是反響保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，并依據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確立動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)裝置。

丈量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，其實(shí)是丈量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小，故有時(shí)又稱(chēng)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，不然不動(dòng)作，這個(gè)

保護(hù)范圍往常只用給定阻抗Zzd的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保護(hù)安裝處丈量到的線路阻抗為負(fù)荷阻抗Zfh，即ZclUclZfhIcl

在被保護(hù)線路任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，丈量阻抗為保護(hù)安裝地址到短路點(diǎn)的短路阻抗Zd，即ZclUclU殘ZdIclId距離保護(hù)反響的信息量比反響單調(diào)物理量的電流保護(hù)敏捷度高。距離保護(hù)的實(shí)質(zhì)是用整定阻抗Zzd與被保護(hù)線路的丈量阻抗Zcl比較。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時(shí)，即Zcl>Zzd時(shí)繼電器不動(dòng)。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，即Zcl<Zzd時(shí)繼電器動(dòng)作。所以，距離保護(hù)又稱(chēng)為低阻抗保護(hù)。

動(dòng)作阻抗：使距離保護(hù)剛能動(dòng)作的最大丈量阻抗。

二、時(shí)限特征距離保護(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l的關(guān)系稱(chēng)為距離保護(hù)的時(shí)限

特征，當(dāng)前獲取寬泛應(yīng)用的是階梯型時(shí)限特征，如圖3—1所示。這類(lèi)時(shí)限特征與三段式電

流保護(hù)的時(shí)限特征相同，一般也作成三階梯式，即有與三個(gè)動(dòng)作范圍相應(yīng)的三個(gè)動(dòng)作時(shí)限：

t、t、t。

Z3Z2Z1

t

t3

t2

t3t2

t3t2t1保護(hù)3的Ⅰ段l保護(hù)3的Ⅱ段保護(hù)3的Ⅲ段

圖3-1距離保護(hù)的時(shí)限特征

圖3—1距離保護(hù)的時(shí)限特征

三、距離保護(hù)的構(gòu)成

三段式距離保護(hù)裝置一般由以下四種元件構(gòu)成，其邏輯關(guān)系如圖3—2所示。

1．起動(dòng)元件

起動(dòng)元件的主要作用是在發(fā)生故障的瞬時(shí)起動(dòng)整套保護(hù)。初期的距離保護(hù)，起動(dòng)元件采納的是過(guò)電流繼電器或許阻抗繼電器。

2．方向元件

方向元件的作用是保證保護(hù)動(dòng)作的方向性，防備反方向故障時(shí)，保護(hù)誤動(dòng)作。采納獨(dú)自的方向繼電器或方向元件和阻抗元件相聯(lián)合。

3．距離元件

距離元件（Z、Z、Z）的主要作用是丈量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（即丈量阻

抗），一般采納阻抗繼電器。

4．時(shí)間元件

時(shí)間元件（t、t）的主要作用是，依據(jù)預(yù)約的時(shí)限特征確立動(dòng)作的時(shí)限，以保證保

護(hù)動(dòng)作的選擇性，一般采納時(shí)間繼電器。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)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)。

當(dāng)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。

假如故障點(diǎn)位于第Ⅰ段保護(hù)范圍內(nèi)，

則Z

動(dòng)作直接起動(dòng)出口元件

8，剎時(shí)動(dòng)作于跳閘。

假如故障點(diǎn)位于距離Ⅰ段以外的距離Ⅱ段保護(hù)范圍內(nèi)，則

Z

不動(dòng)作，而

Z

動(dòng)作，起動(dòng)距

離Ⅱ段時(shí)間繼電器5，經(jīng)t時(shí)限，出口元件8動(dòng)作，使斷路器跳閘，切除故障。

假如故障點(diǎn)位于距離Ⅱ段以外的距離Ⅲ段保護(hù)范圍內(nèi)，則Z、Z不動(dòng)作，而Z動(dòng)作，

起動(dòng)距離Ⅲ段時(shí)間繼電器7，經(jīng)t時(shí)限，出口元件8動(dòng)作，使斷路器跳閘，切除故障。

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第二節(jié)阻抗繼電器

繼電器的丈量阻抗：指加入繼電器的電壓和電流的比值，即Zcl

Ucl

Icl

。

Zcl能夠?qū)懗?/p>

R

jX

的復(fù)數(shù)形式，所以能夠利用復(fù)數(shù)平面來(lái)剖析這類(lèi)繼電器的動(dòng)作特

A

B

Zzd

0.85Z

BC

C

TA

(a)

TVIcl

Z

jXUcl

ZBCCZzd

Bd(b)R

A

圖3-3用復(fù)數(shù)平面剖析阻抗繼電器的特征

a）系統(tǒng)圖；(b)阻抗特征圖

性，并用必定的幾何圖形把它表示出來(lái)，如圖3-3所示。

以圖3—3（a）中線路BC的距離保護(hù)第Ⅰ段為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)其整定阻抗Zzd

0.85ZBC

，并假定整定阻抗角與線路阻抗角相等。

當(dāng)正方向短路時(shí)丈量阻抗在第一象限，

正向丈量阻抗

Zcl與

R軸的夾角為線路的阻抗角

d。

反方向短路時(shí)，丈量阻抗Zcl在第三象限。假如丈量阻抗Zcl的相量，落在Zzd向量以?xún)?nèi)，則阻抗繼電器動(dòng)作；反之，阻抗繼電器不動(dòng)作。ZclUclUBnTVZdnTAIclIBCnTAnTV阻抗繼電器的動(dòng)作特征擴(kuò)大為一個(gè)圓。如圖3—3（b）所示的阻抗繼電器的動(dòng)作特征為方向特征圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。

一、擁有圓及直線動(dòng)作特征的阻抗繼電器

（一）特征剖析及電壓形成回路

jX

ZzdkZclj

0

R

圖3-4全阻抗繼電器的動(dòng)作特征

1．全阻抗繼電器

（1）幅值比較

全阻抗繼電器的動(dòng)作特征如圖3—4所示，它是以整定阻抗Zzd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)。它沒(méi)有方向性。全阻抗繼電器的動(dòng)作與界限條件為：

ZzdZcl

BTADKBTVIclIclZzdA

UclUyBYB圖3-5全阻抗繼電器幅值比較電壓形成回路構(gòu)成幅值比較的電壓形成回路如圖3—5所示。（2）相位比較相位比較的動(dòng)作特征如圖3—6所示，繼電器的動(dòng)作與界限條件為ZzdZcl與ZzdZcl的夾角小于等于90，即

90argZzdZcl90ZzdZcljXjXjXdZcZzdZcZzlZzlZzdZzddZzdZclZclZclZcl0R0R0RZzdZclZzdZclZzdZcl（）（b）（c）a圖3-6相位比較方式剖析全阻抗繼電器的動(dòng)作特征（a）丈量阻抗在圓上;（b）丈量阻抗在圓內(nèi);（c）丈量阻抗在圓外分子分母同乘以丈量電流得90argUkUyargD90UkUyC上式中，D量超前于C量時(shí)角為正，反之為負(fù)。構(gòu)成相位比較的電壓形成回路如圖3—7所示

DKBYBDUkUyIclUclUkUyC圖3-7全阻抗繼電器相位比較電壓形成回路

2．方向阻抗繼電器

（1）幅值比較

方向阻抗繼電器的動(dòng)作特征為一個(gè)圓，如圖3—8(a)所示，圓的直徑為整定阻抗Zzd，圓周經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。當(dāng)正方向短路時(shí)，若故障在保護(hù)范圍內(nèi)部，繼電器動(dòng)作。當(dāng)

反方向短路時(shí)，丈量阻抗在第Ⅲ象限，繼電器不動(dòng)。所以，這類(lèi)繼電器的動(dòng)作擁有方向性，

jXjXZzdZzd1Zzd1ZzZ2ZcZzdcld2Rl0ZcRlZc0（a）（b）圖3-8方向阻抗繼電器的動(dòng)作特征

a）幅值比較的剖析;（b）相位比較的剖析幅值比較的動(dòng)作與界限條件為

1ZzdZcl1Zzd22

分子分母同乘以丈量電流得

A1UkUy1UkB22

其電壓形成回路如圖3—9所示。

DKB1UkAIc2l1UkB2YBUclUy

圖3-9方向阻抗繼電器幅值比較電壓形成回路

（2）相位比較

jX1ZZzdZ1ZZ2ZcZzdzdcl2RlZR0Zc（a）相位比較的方向阻抗繼電器動(dòng)作特（性如b）圖上圖所示，其動(dòng)作與界限條件為

90argZzdZcl90（a）幅值比較的剖析;Zcl（b）相位比較的剖析分式上下同乘以電流90UkUyarg90UyYBUcUyClUyD

IclUk

DKB

圖3-10方向阻抗繼電器相位比較電壓形成回路

方向阻抗繼電器相位比較的電壓形成回路，如圖3—10所示。

3．偏移特征阻抗繼電器

jXZzd00ZclRZzd

圖3-11偏移特征阻抗繼電器動(dòng)作特征

（1）幅值比較

偏移特征阻抗繼電器的動(dòng)作特征，如圖3—11所示，圓的直徑為Zzd與Zzd之差。

此中=（-0.1～-0.2），圓心坐標(biāo)Zoo'1(ZzdZzd),2圓的半徑為1(ZzdZzd)2，其動(dòng)作與界限條件為1(ZzdZzd)ZclZoo'2即1(ZzdZzd)Zcl1Zzd)2(Zzd2兩邊同乘以電流得A1(1)UkUy1(1)Uk22（2）相位比較偏移特征阻抗繼電器相位比較剖析，如圖3-12所示，其相位比較的動(dòng)作與界限條件為90argZzdZcl90ZclZzdjX

Zzd

0ZclR

Zzd

圖3-12偏移特征阻抗繼電器相位比較剖析

兩邊同乘以電流得

UkUyargD9090argUkUyC(二)阻抗繼電器的比較回路擁有圓或直線特征阻抗繼電器能夠用比較兩個(gè)電肚量幅值的方法來(lái)構(gòu)成，也能夠用比

較兩個(gè)電肚量相位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，全部繼電器都能夠以為是由圖3-15所示的兩個(gè)基本部分

構(gòu)成，即由電壓形成回路和幅值比較或相位比較回路構(gòu)成。

UclIcl

電壓A比幅履行Ucl電壓C比相履行形成B回路Icl形成D回路（輸出）（輸出）（a）AB（b）D90arg90C

圖3-15阻抗繼電器的構(gòu)成原理方框圖

a）幅值比較式；（b）相位比較式

二極管環(huán)形相位比較回路

二極管環(huán)形相位比較回路鑒于把兩個(gè)進(jìn)行比較的電肚量的相位變化關(guān)系變換為直流輸出脈動(dòng)電壓的極性變化。原理圖和其等效電路圖以以下圖所示。

D1+mY2BU2D4D3m+R1CumnD1I1R1I2D3U22+--+D2R-nE1E2D4RU1I12I2D2Y1B-nD（b）（a）圖3-16二極管環(huán)行整流比相電路（）原理接線圖;（b）等效電路圖a假定U1U2，二者相位角arg(U1U2)arg(DC)，R1R2。E1U1U2,E2U1U2，當(dāng)相位角變化時(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，現(xiàn)剖析以下。（1）當(dāng)0時(shí)，輸出電壓Umn等于在一周期內(nèi)電阻R1、R2上電壓降的代數(shù)和，即DmYBDDu+m+Ui1Ri1RE1i1R1i1R2ERuD1URI2D3Ut1I10UU20R+--i2Ri2R2Ei+2RDi2R1-nE1E202D2E4I1R2uUUm.npJDIYBUmn180020t0Um.n000n-2U（a）（a）（）（b）Umn(i1(i1i2)R1bi2)R2圖3-16二極管環(huán)行整流比相電路E1E2EEiRiRiRb）所示。，這時(shí)輸(2)當(dāng)12（）原理U接線圖;（b）等效電路圖出電壓的均勻值為負(fù)極性最大值。EUE0234i2Ri2Ri2Ri2Ru

02340

Um.npJ

（C）

Ei1Ri1REi1Ri1RUU00Ui2Ri2REi2Ri2REu0UUm.n218000000Um.n0UmnUmn2時(shí)，U,為正、負(fù)脈沖，其脈沖寬度均為90。顯（a）（b）ui1R1i1R2i1R1iRU2U212tE2U1E02341i2R2i2R1i2R2i2R1umn0234t0Um.npJ0然，這時(shí)輸出電壓的均勻值是零（。C）當(dāng)為其余隨意角度時(shí)，相同可獲取相應(yīng)的輸出電壓Umn的正、負(fù)脈沖的寬度及其幅（a）0，E1E；（b）180，E1E；（c）90，E1E值，進(jìn)而可繪出如圖3-18所示的Umn.pjf()關(guān)系曲線。由圖可知，僅當(dāng)相位角的變化在9090范圍的條件下，輸出電壓均勻值為正當(dāng)，這就保證了阻抗繼電器動(dòng)作條件。Um.pnj

圖3-18環(huán)形整流比相電路輸出電壓均勻值Um.與比相角nθ的關(guān)系曲線三.方向阻抗繼電器的死區(qū)及死區(qū)的除去方法思慮：關(guān)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)？為何？對(duì)幅值比較的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作條件為1UKUy1UK,22當(dāng)Uy0時(shí)，繼電器也不動(dòng)作。關(guān)于相位比較的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作條件為90UKUyarg90Uy，當(dāng)Uy0時(shí)，沒(méi)法進(jìn)行比相，因此繼電器也不動(dòng)作。思慮：關(guān)于方向阻抗繼電器，當(dāng)保護(hù)出口短路時(shí)，采納什么舉措除去死區(qū)？1．記憶回路

對(duì)剎時(shí)動(dòng)作的距離I段方向阻抗繼電器，在電壓Uy的回路中寬泛采納“記憶回路”的接線，馬上電壓回路作成是一個(gè)對(duì)50HZ工頻溝通的串連諧振回路。圖3-23所示是常用的接線之一。DKBAJYBA1UkUj2URRjIcl1UkUjCjIjUcl2LjUyUcBlBYB圖3-23擁有記憶的幅值比較的方向阻抗繼電器電壓形成回路

1jLc，則諧振回路中的電流Ij與外加丈量電壓Ucl同相位。j結(jié)論：在電阻Rj上的壓降UR也與外加電壓Ucl同相位，記憶電壓Uj經(jīng)過(guò)記憶變壓器JYB與Uy同相位。引入記憶電壓此后，幅值比較的動(dòng)邊條件為：1UKUjUy1UKUj22在出口短路時(shí)，Uy=0，因?yàn)橹C振回路的儲(chǔ)能作用，極化電壓Uj在衰減到零以前存在，且與Uy同相位。因?yàn)槔^電器記錄了故障前的電壓，故方向阻抗繼電器除去了死區(qū)。

2．引入第三相電壓

思慮：記憶回路只好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。

JYBABUjAJYBRjUUjRLCjUclUCILjIRBIRCEC以以下圖所示為在方向阻抗繼電器中引入第三相電壓，并將第三相電壓和記憶回路并用的方ab案。()圖3-24引入第三相電壓產(chǎn)生極化電壓的工作原理正常時(shí)，第三相電壓UC基本上不起作用。b（c）向量剖析當(dāng)系統(tǒng)中AB相發(fā)生忽然短路時(shí),IcjIRjxLjIRjxLjRjjxcjjxLjRjURIcjRjjIRXLj

IUACU

UjIcRj

UBUE

(c)

JYBJYBJYBAABBUjUAARjRUUjIIUAUCAUCURRjLLjUjUUUIRIRCjCUcUlljjcjcjUUjIIcCCjIILjLjLjRRBBIIRRRUBUBUUEECCEECCaabbcc()()IcjR圖圖引入R引第入三第相三電相壓電產(chǎn)j壓生產(chǎn)極生化極電化壓電的壓工的作工原作理原理結(jié)論：超前I上電壓降U超前90，即極化電壓與故障前電近90，電阻bbcc壓UAB同相位。所以，當(dāng)出口兩相短路時(shí)，第三相電壓能夠在繼電器中產(chǎn)生和故障前電壓UAB（即Uy）同相的并且不衰減的極化電壓Uj，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

實(shí)質(zhì)上方向阻抗繼電器的臨界動(dòng)作方程為

Uk2UyUkU0式中U0為動(dòng)作量戰(zhàn)勝二極管正向壓降及極化繼電器動(dòng)作反力所需的節(jié)余電壓，假定上式中各向量均為同相位，則上列方程可寫(xiě)為Uk2UyUkU0UyUkU02ZdzZzdU02Icl考慮U0的影響后，給出Zdzf(Icl)的關(guān)系曲線如圖3—30所示ZdzZzd

0.9Zzd

IgIcl圖3-30方向阻抗繼電器ZdzfIcl的曲線

所謂精工電流，就是當(dāng)IclIg時(shí)，繼電器的動(dòng)作阻抗Zdz0.9Zzd，即比整定阻抗縮小了10%。所以，當(dāng)IclIg時(shí)，就能夠保證起動(dòng)阻抗的偏差在10%之內(nèi)，而這個(gè)偏差在選擇靠譜系數(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

ZdzZzdU02Ig依據(jù)同意條件ZzdZdz0.1Zzd得

結(jié)論：精工電流與反響元件的敏捷性（U0）及電抗變壓器的整定阻抗相關(guān)。為了便于權(quán)衡阻抗繼電器的敏捷度，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，用Ug表示，則UgIgZzdU00.2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)。在整定阻抗必定的狀況下，U0越小，Ig越小，即Ug越小，繼電器性能越好。

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第三節(jié)阻抗繼電器的接線方式

一、對(duì)距離保護(hù)接線方式的要求及接線種類(lèi)

加入繼電器的電壓和電流應(yīng)知足以下要求：

1．繼電器的丈量阻抗應(yīng)能正確判斷故障點(diǎn)，即與故障點(diǎn)至故障安裝處的距離成正比。

2．繼電器的丈量阻抗應(yīng)與故障種類(lèi)沒(méi)關(guān)，即保護(hù)范圍不隨故障種類(lèi)而變化。

阻抗繼電器常用的接線方式有四類(lèi)，如表3-1中所示。表中“”表示按相間電壓或相

表3-1阻抗繼電器的常用接線方式

接線方式U00U300U300IYUY繼電器IIYIYK3I0UJIJUJIJUJIJUJIJJ1UAIAIBUABIBUABIAUAIAK3I0BJ2UBIICUBCICUBCIBUBIBK3I0CBJ3UCIACIAUCAIAUCAICUCICK3I0電流差，“Y”表示按相電壓或相電流。

二、反響相間短路阻抗繼電器的0接線

E

Z

d3

L

圖3-31三相短路丈量阻抗剖析

1、三相短路

以J1為例剖析之。設(shè)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝地址之間的距離為L(zhǎng)千米，線路每千米的正序阻抗

為Z1，則保護(hù)安裝地址的電壓UAB應(yīng)為

UABUAUBIAZ1LIBZ1L(IAIB)Z1L

此時(shí)，阻抗繼電器的丈量阻抗為

ZJ31UABZ1LIAIB

結(jié)論：在三相短路時(shí)，三個(gè)繼電器的丈量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地址之間的正序阻抗，三個(gè)繼電器均能正確動(dòng)作。

2．兩相短路

如圖3-32所示，設(shè)以AB兩相短路為例，剖析此時(shí)三個(gè)阻抗繼電器的丈量阻抗。對(duì)J1而

言

UABIAZ1LIBZ1L(IAIB)Z1LEZdA2B

L

圖3-32兩相短路丈量阻抗剖析

則

ZJ(12)UABZ1LIAIB結(jié)論：與三相短路時(shí)的丈量阻抗相同。所以，J1能正確動(dòng)作，J2和J3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J2和J3能正確丈量出Z1L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

ABCZIAdA1.1B

IBIC0L圖3-33dA1.1B丈量阻抗的剖析如圖3—33所示，設(shè)故障發(fā)生在AB相，它與兩相短路不一樣之處是地中有電流流回，所以IAIB。我們能夠把A相和B相當(dāng)作兩個(gè)“導(dǎo)線——地”的送電線路并有互感耦合在一同，設(shè)ZL表示每千米的自感阻抗，ZM表示每千米的互感阻抗，則保護(hù)安裝地址的故障相電壓應(yīng)為UAIAZLLIBZMLUBIBZLLIAZML

繼電器J1的丈量阻抗為

ZJ(11.1)UAB(IAIB)(ZLZM)LIAIBIAIB(ZLZM)LZ1L其值與三相短路時(shí)相同，保護(hù)能夠正確的動(dòng)作。

三、反響相間短路阻抗繼電器的30接線

這類(lèi)接線方式有兩種，以繼電器J1為例，在三相和AB兩相短路時(shí)，其丈量阻抗為ZJ(30)UAB(IAIB)Z1L(1ej)Z1LIAIAZJ(30)UAB(IAIB)Z1L(1ej)Z1LIBIB將以上兩式歸并寫(xiě)成ZJ(1ej)Z1L1．正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況ZJ(1ej120)Zfh3Zfhej30丈量阻抗的數(shù)值為每相負(fù)荷阻抗的3倍，阻抗角則較負(fù)荷阻抗的角度偏移30，當(dāng)采

用30接線時(shí)，丈量阻抗的阻抗角向超前于每相負(fù)荷阻抗的方向挪動(dòng)30，而當(dāng)采納30

接線時(shí)，則向滯后方向挪動(dòng)30。

2.三相短路

三相短路與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相像，不過(guò)Z1L為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地址之間每相的正序阻抗，因

此

ZJ3Z1Lej30

即丈量阻抗的數(shù)值為每相線路阻抗的3倍，相位則比線路阻抗角偏離30。

3.兩相短路以AB兩相短路為例，IA超前于IB的角度180，所以ZJ(1ej180)Z1L2Z1L即丈量阻抗的數(shù)值為每相短路阻抗的2倍，相位則等于線路的阻抗角。采納30接線方式的阻抗繼電器在不一樣故障種類(lèi)時(shí)，其丈量阻抗的數(shù)值與相位均不相同，這類(lèi)接線方式可應(yīng)用于圓特征方向阻抗繼電器。如圖3-34所示，三相短路與兩相短路時(shí)jX3Z1l2Z1l303Z1l

30d

R

0

圖3-34方向阻抗繼電器用于3接線時(shí)的動(dòng)作特征0的保護(hù)范圍相同。

這類(lèi)接線方式較簡(jiǎn)單，電流互感器的負(fù)擔(dān)也較輕，所以，除了用于圓特征的方向阻抗繼

電器外，還可用于作為起動(dòng)元件的全阻抗繼電器。別的在輸電線路的送電端，當(dāng)采納30

接線時(shí)，在正常狀況下其丈量阻抗一般位于第四象限，它將擁有更好的避越長(zhǎng)距離重?fù)?dān)荷線

路負(fù)荷阻抗的能力，而在輸電線路的受電端采納30接線時(shí)，也擁有相同的成效。

四、反響接地短路阻抗繼電器的接線

單相接地故障時(shí)，只有故障相電壓降低，電流增大，而任何相間電壓都是很高的。因

此應(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

UAUd1Ud2Ud0I1Z1LI2Z2LI0Z0L

I1Z1LI2Z2LI0Z0L

(I1I2I0)Z1LI0Z1LI0Z0L

IAZ1LZ0LZ1LI0Z1LZ1L(IA3KI0)Z1LK1Z0Z1式中KI0——稱(chēng)為零序賠償電流，此中3Z1，為常數(shù)；接入繼電器的電流IjIA3KI0，則故障相阻抗繼電器的丈量阻抗為ZJA(1)UAZ1LIA3KI0它能正確地丈量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地址間的阻抗。為了反響任一相的單相接地短路，

接地距離保護(hù)也一定采納三個(gè)阻抗繼電器。這類(lèi)接線方式相同能夠正確反響兩相接地短路和

三相短路，此時(shí)接于故障相的阻抗繼電器的丈量阻抗均為Z1L。

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第四節(jié)影響距離保護(hù)正確工作的要素及采納的防備舉措

一、短路點(diǎn)過(guò)渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響

保護(hù)1的丈量阻抗為Rg，保護(hù)2的丈量阻抗為ZABRg。由圖(b)可見(jiàn)，當(dāng)Rg較大時(shí)，可能出現(xiàn)ZJ.1已高出保護(hù)1第Ⅰ段整定的特征圓范圍，而ZJ.2仍位于保護(hù)2第Ⅱ段整定的特征圓范圍之內(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，因此失掉了選擇性。jXA2B1CjXZ1CL1L2RgZj.1Z2RgZ2RZj.2R0(a)(b)圖3-35過(guò)渡電阻對(duì)不一樣安裝地址距離保護(hù)的影響

a）電網(wǎng)接線圖；（b）保護(hù)范圍圖

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。

對(duì)圖3—36（a）所示的兩側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)，短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻可能使量阻抗增大，也可能使丈量阻抗減小。

AId!BId221

CjXIdRgejId1BRg

RgId

AR

0

(a)(b)

圖3-36兩側(cè)電源經(jīng)過(guò)Rg短路的接線圖及阻抗電流向量圖

(a)系統(tǒng)圖；(b)向量圖

保護(hù)1和保護(hù)2的丈量阻抗分別為

ZJ1UBIdRgIdRgejId1Id1Id1ZJ2UAZABIdRgejId1Id1式中—Id超前Id1的角度。當(dāng)為正時(shí)，丈量阻抗增大，當(dāng)為負(fù)時(shí)，丈量阻抗的電抗部分將減小。在后一種情況下，可能致使保護(hù)無(wú)選擇性的動(dòng)作。過(guò)渡電阻主假如純電阻性的電弧電阻Rg，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)始瞬時(shí)電弧電流很大，電弧的長(zhǎng)度很短，Rg很小。跟著電弧電流的衰減和電弧長(zhǎng)度的增加，Rg跟著增大，大概經(jīng)0.1～0.15秒后，Rg劇烈增大。

減小過(guò)渡電阻對(duì)距離保護(hù)影響的舉措

（1）采納剎時(shí)測(cè)定裝置

它往常應(yīng)用于距離保護(hù)第Ⅱ段。原理接線如圖3—37所示。

2）采納帶偏移特征的阻抗繼電器保護(hù)2的丈量阻抗Zcl2=Zd+Rg

當(dāng)過(guò)渡電阻達(dá)Rg1時(shí)，擁有橢圓特征的阻抗繼電器開(kāi)始拒動(dòng)。

當(dāng)過(guò)渡電阻達(dá)Rg2時(shí)，方向阻抗繼電器開(kāi)始拒動(dòng)。

當(dāng)過(guò)渡電阻達(dá)Rg3時(shí)，全阻抗繼電器開(kāi)始拒動(dòng)。

結(jié)論：阻抗繼電器的動(dòng)作特征在+R軸方向所占的面積越大則受過(guò)渡電阻的影響越小。

采納能允許較大的過(guò)渡電阻而不致拒動(dòng)的阻抗繼電器，如偏移特征阻抗繼電器等。

二、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖回路（一）電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的散布

EMMZIzhNENZMZLZN圖3-38系統(tǒng)振蕩的等值圖圖3-38為簡(jiǎn)化系統(tǒng)等值電路圖,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，設(shè)EM超前于EN的相位角為,EMENE，且系統(tǒng)中各元件的阻抗角相等，則振蕩電流為IEMENEMENE(1ej)zhZMZLZNZ=Z

振蕩電流滯后于電勢(shì)差EMEN的角度為系統(tǒng)振蕩阻抗角為XMXLXNargtgRLRNRMIzhMZNENEM

圖3-39系統(tǒng)振蕩時(shí)電壓、電流向量圖

系統(tǒng)M、N、Z點(diǎn)的電壓分別為：

UMEMIzhZMUNENIzhZNUZEMIzh1Z2

(二)電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響

母線上阻抗繼電器的丈量阻抗為

UMEMIzhZMEMZMZMclIzhIzhIzhEMEN)Z1(EMZM1ejZZM應(yīng)用尤拉公式及三角公式，有

ejcosjsin1ej21jctg2于是ZMcl(1ZZM)j1Zctg222將此繼電器丈量阻抗隨變化的關(guān)系，畫(huà)在以保護(hù)安裝地址M為原點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗平面上，當(dāng)系統(tǒng)全部元件的阻抗角都相同時(shí)，阻抗繼電OjXENNZM11RZZM221K2ZcOlEM圖3-41系統(tǒng)振蕩時(shí)，丈量阻抗的變化器的丈量阻抗將在Z的垂直均分線oo上挪動(dòng)，如圖3-41所示。

系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響

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，在圖

3-42

中以長(zhǎng)度

MA

表示，由此可繪出各樣繼電器的動(dòng)作特征曲線。

jXONA321dRMO

圖3-42系統(tǒng)振蕩時(shí)變電站M處丈量阻抗的變化圖

結(jié)論：在相同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。

繼電器的動(dòng)作特征在阻抗平面沿oo′方向所占的面積越大，受振蕩的影響就越大。

保護(hù)安裝地址越湊近于振蕩中心，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)，系統(tǒng)振蕩，距離保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

（3）當(dāng)保護(hù)的動(dòng)作帶有較大的延不時(shí)，如距離Ⅲ段，可利用延時(shí)躲開(kāi)振蕩的影響。（三）振蕩閉鎖回路

、電力系統(tǒng)振蕩和短路時(shí)的主要差別。

1）、振蕩時(shí)電流和各電壓幅值的變化速度較慢,而短路時(shí)電流是忽然增大,電流也忽然降

低。

2）、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。

3）振蕩時(shí)三相完整對(duì)稱(chēng),電力系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序重量；而短路時(shí),總要長(zhǎng)久(在不對(duì)稱(chēng)短經(jīng)過(guò)程中)或瞬時(shí)(在三相短路開(kāi)始時(shí))出現(xiàn)負(fù)序重量。

、對(duì)振蕩閉鎖回路的要求

1）、系統(tǒng)振蕩而沒(méi)故障時(shí),應(yīng)靠譜將保護(hù)閉鎖。

2）、系統(tǒng)發(fā)生各樣種類(lèi)故障,保護(hù)不該被閉鎖。

3）、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。

4）先故障,且故障發(fā)生在保護(hù)范圍以外,爾后振蕩,保護(hù)不可以無(wú)選擇性動(dòng)作。

、振蕩閉鎖回路的工作原理

1）、利用負(fù)序(和零序)重量或其增量起動(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(chēng)電壓中拿出其負(fù)序重量的回路。

當(dāng)前寬泛應(yīng)用的是阻容雙臂式負(fù)序電壓濾過(guò)器，其接線以以下圖所示。

其參數(shù)關(guān)系為：

R13X1,X23R2

當(dāng)輸入端加入電壓時(shí),在mn端的空載輸出電壓為UmnUR1UX2I1R1jI2X2UabR1jUbcX2jX1jX23Uab3UbcR1R23j3j3Uab1ej303Ubc1ej3022當(dāng)輸入端只有正序電壓加入時(shí),在mn端的空載輸出電壓為

UmnUR1UX23Uab1ej303Ubc1ej30022當(dāng)輸入端有負(fù)序電壓加入時(shí),在mn端的空載輸出電壓為Ux1Ua1bUR1UX1Ua2UR1Umbn30Ia302bIa1Ib1cUx2b060300UR206Uc1aUx2Ub1cUb2Ib2cUc2aUR2c（a）（b）（a）加入正序電壓；（b）加入負(fù)序電壓圖3-44負(fù)序電壓濾過(guò)器向量圖Umn2UR1UX23Uab2ej303Ubc2ej303Uab2ej601.53Ua2ej30222②負(fù)序電流濾過(guò)器負(fù)序電流濾過(guò)器：從三相不對(duì)稱(chēng)電流中拿出其負(fù)序重量的回路稱(chēng)為負(fù)序電流濾過(guò)器。目前常用的一種由電抗變壓器TX和電流變換器TA構(gòu)成，其原理接線如圖3-45所示。IbDKB

W

UK

m

IcWLBUmnIaW1RUR3I01W2W1n3圖3-45負(fù)序電流濾過(guò)器原理接線圖

此中電抗變壓輸出:

UkjzK(IbIc)，

電流變換器的變比為:

nW2W1，

在電阻R上的壓降為:

1(IaI0)Rn。

在m-n端子上的輸出電壓為:

Umn1(IaI0)RjZk(bIc)n當(dāng)輸入端加入正序電流時(shí)，其相量如圖3-46(a)所示，輸出電壓為：

Umn11Ia1RjZk(Ib1Ic1)Ia1(R3Zk)nn入選用參數(shù)為Rn3zk,則Umn10。當(dāng)只有零序電流輸入時(shí)在TX和TA原邊的安匝相互抵消，Umn00。當(dāng)只輸入負(fù)序電流時(shí)，如圖3-46(b)所示，負(fù)序電流濾過(guò)器的輸出電壓為Umn1Ia2Rjzk(Ib2Ic2)Ia2(R3zk)2RIa2nnn思慮：除了利用負(fù)序重量構(gòu)成振蕩閉鎖回路外，還能夠利用哪些原理構(gòu)成振蕩閉鎖回路？

答案:1、利用負(fù)序增量

2、利用電肚量變化速度

三、分支電流的影響

使故障線路電流增大的現(xiàn)象，稱(chēng)為助增。如圖3—47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的丈量阻抗為Zcl.1UAIABZABIBCZdZABIBCZdIABIABIABZABKfzZd

ZZA1IABB2AIAB

IDC

BC

Zd

圖3-47有助增電流的網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)論：助增電流，使丈量阻抗增大，保護(hù)范圍縮短。

使故障線路中電流減小的現(xiàn)象稱(chēng)為外汲。如圖3—48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的丈量阻抗Zcl.1UAIABZABIBCZdZABIBCZdZABKfzZdIABIABIABZZA1IABB2

IDCBC

Zd

IBC

圖3-48有外汲電流的網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)論：外汲電流時(shí)使丈量阻抗減小，保護(hù)范圍增大，可能惹起無(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)將失掉電壓，這時(shí)阻抗元件失掉電壓而電流回路仍有負(fù)荷電流經(jīng)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)生各樣可能致使保護(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)生各樣故障，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)靠譜動(dòng)作。劃分以上兩種狀況的電壓變化的方法：解決方法:看電流回路能否也同時(shí)發(fā)生變化。斷線信號(hào)裝置多數(shù)是反響于斷線后所出現(xiàn)的零序電壓來(lái)構(gòu)成的，其原理接線如圖3—49所示。C3U0UAC1C0RUB0C2UCDXJCW1W23UN

圖3-49電壓回路斷線信號(hào)裝置原理接線圖

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)。思慮：這類(lèi)反響于零序電壓的斷線信號(hào)裝置，在系統(tǒng)中發(fā)出接地故障時(shí)也會(huì)動(dòng)作。怎么辦？

C3U0UAC0R0CUB1C2UCDXJC3W2UNW1圖3-49電壓回路斷線信號(hào)裝置原理接線圖解決方法:將KS的另一組線圈W2經(jīng)C0和R0接于電壓互感器二次側(cè)張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。

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第五節(jié)距離保護(hù)的整定計(jì)算

一、距離保護(hù)第一段

1.動(dòng)作阻抗

(１)對(duì)輸電線路，按躲過(guò)本線路尾端短路來(lái)整定，即取

Zdz1kKZAB

ZZZZZZ00.5t00.5tCZAA1ZABB2ZBCAZA3B

圖3-50電力系統(tǒng)接線圖2．動(dòng)作時(shí)限

0秒。

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)丈量阻抗的影響，即

Zdz1KkZABKfzKkZBC

式中Kfz為分支系數(shù)

Kfz

IBC

IABmin

（2）與相鄰變壓器的迅速保護(hù)相當(dāng)合

Zdz1KkZABKfzZB?。?）、（2）計(jì)算結(jié)果中的小者作為Zdz1。ZZZZZZ00.5tB00.5tCZAA1ZAB2ZBCAZA3B

圖3-50電力系統(tǒng)接線圖

動(dòng)作時(shí)限

保護(hù)第Ⅱ段的動(dòng)作時(shí)限，應(yīng)比下一線路保護(hù)第Ⅰ段的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限階段，即

t1t2tt3.敏捷度校驗(yàn)KlmZdz1.5ZAB如敏捷度不可以知足要求，可依據(jù)與下一線路保護(hù)第Ⅱ段相當(dāng)合的原則選擇動(dòng)作阻抗，即ZdzKkZABKfzZdz.2這時(shí)，第Ⅱ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，即

t1t2t

三、距離保護(hù)的第三段

1．動(dòng)作阻抗

按躲開(kāi)最小負(fù)荷阻抗來(lái)選擇，若第Ⅲ段采納全阻抗繼電器，其動(dòng)作阻抗為

Zdz.11Zfh.minKkKhKzq式中

2．動(dòng)作時(shí)限

保護(hù)第Ⅲ段的動(dòng)作時(shí)限較相鄰與之配合的元件保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限階段，即

tt2t

3．敏捷度校驗(yàn)

作近后備保護(hù)時(shí)

Klm近Zdz.11.5ZAB

作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)

Klm遠(yuǎn)Zdz1.2KfzZBCZAB式中，Kfz為分支系數(shù)，取最大可能值。

思慮：敏捷度不可以知足要求時(shí)，怎么辦？

解決方法：采納方向阻抗繼電器，以提升敏捷度

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?？紤]到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)荷

阻抗的阻抗角fh較小，（約為25），而短路時(shí)，架空線路短路阻抗角d較大（一般約為65~85）。假如選用方向阻抗繼電器的最大敏捷角lmd，則方向阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗為Zdz.1Zfh.minKkKhKzqcosdfhjXZzdZfhdR

h

圖3-51全阻抗繼電器和方向阻抗繼電器敏捷度比較

結(jié)論：采納方向阻抗繼電器時(shí)，保護(hù)的敏捷度比采納全阻抗繼電器時(shí)可提升

1cos