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1、第三章 電網(wǎng)距離保護1.距離保護的定義和基本原理【距離保護：是利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反映故障點與保護安裝處的距離而工作的保護?！俊净驹恚喊凑諑c保護選擇性的要求，安裝在線路兩端的距離保護僅在線路MN內(nèi)部故障時，保護裝置才應(yīng)立即動作，將相應(yīng)的斷路器跳開，而在保護區(qū)的反方向或本線路之外的正方向短路時，保護裝置不應(yīng)動作?！俊九c電流速斷保護一樣，為了保證在下級線路出口處短路時保護不誤動作，在保護區(qū)的正方向（對于線路MN的M側(cè)保護來說，正方向就是由M指向N的方向）上設(shè)定一個小于線路全長的保護范圍，用整定距離Lset表示?！俊井斚到y(tǒng)發(fā)生故障時，首先判斷故障的方向，若

2、故障位于保護區(qū)的正方向上，則設(shè)法測出故障點到保護安裝處的距離Lk，并將Lk與Lset比較，若Lk小于Lset，說明故障發(fā)生在保護范圍以內(nèi)，這時保護應(yīng)立即動作，跳開相應(yīng)的斷路器；若Lk大于Lset，說明故障發(fā)生在保護范圍之外，保護不應(yīng)動作，對應(yīng)的斷路器不會跳開。若故障位于保護區(qū)的反方向上，則無需進行比較和測量，直接判斷為區(qū)外故障而不動作。】（3.8為什么阻抗繼電器動作特性是區(qū)域。常用區(qū)域）由于互感器誤差、過渡電阻等影響，繼電器實際測量的Zm不能嚴格落在Zset同向直線上，而是該直線附近的區(qū)域，為保證區(qū)內(nèi)故障情況下阻抗繼電器可靠動作，在復平面上，其動作范圍是包括Zset對應(yīng)線段在內(nèi)，在Zset方向

3、上不超過Zset的區(qū)域?！綼:偏移圓 無死區(qū)，不具有完全方向性，反方向出口短路動作，只能作為后備段】【b：方向圓 有方向性，只在正向區(qū)內(nèi)故障動作，但動作特性經(jīng)過原點，在正向/反向出口短路時Zm很小，處在臨界動作區(qū)域，可能拒動/誤動，必須采取專門措施防止出口故障時拒動或誤動】【c：上拋圓 】【d：全阻抗圓 無電壓死區(qū)，不具有方向性】【e蘋果特性與橄欖特性：蘋果特性有較高的耐受過渡電阻的能力，耐受過負荷的能力比較差；橄欖特性正好相反?！俊緁電抗特性：動作情況只與測量阻抗中的阻抗分量有關(guān)，因而它有很強的耐受過渡電阻的能力。但是它本身不具方向性，且在負荷阻抗下也可能動作，所以通常它不能獨立應(yīng)用，而是與

4、其它特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件?！俊緂電阻特性：通常也與其它特性復合，形成具有復合特性的阻抗元件。】【h多邊形特性：能同時兼顧耐受電阻的能力和躲負荷的能力?！浚?.9測量阻抗、動作阻抗、整定阻抗的含義）a測量阻抗：Zm=Um/Im定義為保護安裝處 測量電壓與測量電流的比值。復平面上任意矢量。b動作阻抗：Zop是阻抗元件處于臨界動作狀態(tài)對應(yīng)的阻抗。從原點到阻抗動作特性邊界上的矢量表示動作阻抗。c整定阻抗：Zset=Z1*Lset是根據(jù)被保護電力系統(tǒng)具體情況設(shè)定的常數(shù)。一般取保護安裝點到保護范圍末端的阻抗（3.10最靈敏角）Zset的阻抗角稱為最靈敏角。最靈敏角一般取為被保護線路的阻抗角

5、。（3.1如何區(qū)分正常運行與短路）（3.2負荷阻抗與短路阻抗區(qū)別）電力系統(tǒng)正常運行時Um=UN，Im=IN，Zm為負荷阻抗。負荷阻抗的量值較大，其阻抗角為較小的功率因數(shù)角，阻抗特性以電阻特性為主。短路時，Um=母線殘壓，Im=Ik，Zm為短路阻抗。短路阻抗量值較小。阻抗角較大，就等于輸電線路的阻抗角，阻抗特性以電感特性為主。（3.6為什么測量阻抗能反映故障距離）忽略影響較小的分布電容與電導，Zk與短路距離Lk成線性正比關(guān)系，Zm=Zk=Z1*Lk，能反映故障距離。（3.3什么是故障環(huán)路，相間短路與接地短路的故障環(huán)路差別）：一、電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電流流通的通路稱為故障環(huán)路。測量電壓的選取和

6、測量電流的選?。阂」收檄h(huán)路上的電壓、電流。/二、接地短路：為保護接地短路，取接地短路的故障環(huán)路為相地故障環(huán)路，測量電壓為保護安裝處故障相對地電壓，測量電流為帶有零序電流補償?shù)墓收舷嚯娏?，由它們算出的測量阻抗能準確反映單相接地故障、兩相接地故障和三相接地短路情況下的故障距離，稱為接地距離保護接線方式。相間短路：對于相間短路，故障環(huán)路為相相故障環(huán)路，取測量電壓為保護安裝處兩故障相的電壓差，測量電流為兩故障相的電流差，有它們算出的測量阻抗能夠準確地反映兩相短路、三相短路和兩相短路接地情況下的故障距離，稱為相見距離保護接線方式。（3.7距離保護的構(gòu)成和各部分的作用）：距離保護一般有啟動、測量、振蕩閉

7、鎖、電壓回路短線閉鎖、配合邏輯和出口等幾部分組成（*6）。啟動部分：用來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障測量部分：是距離保護的核心，對它的要求是在系統(tǒng)故障的情況下，快速準確地測量出故障的方向和距離，并與預先設(shè)定的保護范圍相比較，在區(qū)內(nèi)故障時給出動作信號，區(qū)外故障時不動作。振蕩閉鎖部分：在電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，因為不是短路，距離保護不應(yīng)動作。但是振蕩時的電壓、電流幅值周期性的變化，有可能導致距離保護誤動作。為防止保護誤動作，要求該元件準確判別系統(tǒng)振蕩，并將保護閉鎖。電壓回路斷線部分：電壓回路斷線時，將會造成保護測量的電壓消失，從而可能使距離保護的測量部分出現(xiàn)誤判斷，這種情況下應(yīng)該要求各部分將保護閉鎖，以防止出

8、現(xiàn)不必要的誤動作。配合邏輯部分：該部分用來時限距離保護各個部分之間的邏輯配合以及三段式距離保護中各段之間的時限配合。出口部分：包括跳閘出口和信號出口，在保護動作接通跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)的信號。3.14參考電壓：用作相位比較的電壓3.15以記憶電壓為參考電壓：可以消除死區(qū)，但是動作特性不能保持。模擬式回路中，LC振蕩電路記憶的參考電壓衰減。數(shù)字式保護中參考電壓不衰減，但故障發(fā)生一段時間后，電源電動勢變化，不等于記憶電壓。3.17最小精確工作電流，最小精確工作電壓：通常情況下，在阻抗繼電器的最靈敏角方向上，動作阻抗等于整定阻抗，即Zop=Zset,但是當測量電流較小的時候，由于測量阻抗等影響，使動作

9、阻抗變小，使動作阻抗降為0.9Zset對應(yīng)的測量電流稱為最小精確工作電流。當測量電流很大時，由于互感器飽和等因素影響，動作阻抗也減小，使動作阻抗降為0.9Zset對應(yīng)的測量電流，稱為最大精確工作電流。（3.21.電力系統(tǒng)的振蕩）：指并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間即發(fā)電機之間失去同步，出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴重的不正常運行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)。8.振蕩與短路的差異：【負序、零序分量：振蕩時三相完全對稱，沒有負序和零序分量出現(xiàn)；短路時長時（不對稱短路）或瞬間（在三相短路開始時）出現(xiàn)零序或負序分量?！俊倦姎饬孔兓俣龋赫袷帟r電氣量呈周期性變化，其變化速度和功角的變化

10、速度一致，比較慢，當兩側(cè)功角擺開180時相當于在振蕩中心發(fā)生三相短路；短路時從短路前到短路后其值突然變化，速度很快，而短路后短路電流、各點的殘余電壓和測量阻抗不計衰減時事不變的?！俊颈Ｗo誤動作情況：振蕩時電氣量呈現(xiàn)周期性變化，若阻抗測量元件誤動作，在一個周期內(nèi)誤動和返回各一次；短路時阻抗元件可能動作（區(qū)內(nèi)短路），可能不動作（區(qū)外短路）?！?.振蕩閉鎖的措施：【1) 利用短路時的負序、零序分量或電流突然變化時短時開放保護實現(xiàn)振蕩閉鎖。選取能夠反映系統(tǒng)中負序、零序、突變的元件作為啟動元件，啟動元件不動作時，閉鎖阻抗繼電器，啟動元件動作后，短時開放阻抗繼電器，如果開放后阻抗繼電器動作，說明故障在區(qū)內(nèi)

11、，則維持開放直到故障切除。若在開放時間內(nèi)阻抗繼電器不動作，說明故障在區(qū)外則進入閉鎖。即使阻抗繼電器后來再動作，也不會開放】2) 利用阻抗變化率的不同來實現(xiàn)振蕩閉鎖3) 利用動作的延時來實現(xiàn)振蕩比說（3.24故障選相，相電流差突變量選相）【目的：實現(xiàn)分相跳閘。】【原理：IAB=(IA-IB)-(IA0-IB0)=(IA-IA0)-(IB-IB0)=IA-IB】【單相接地短路中A相接地，IBC接近0其他二者較大；AB相短路，三者皆較大，IAB最大；三相短路，IXX都較大，接近相等】10.過渡電阻的性質(zhì)：當接地短路或相間短路時，短路點電流由經(jīng)相導線流入大地流回中性點或由一相流入另一相的途徑中所通過物

12、質(zhì)的電阻，包括電弧電阻，中間物質(zhì)的電阻，相導線與大地之間的接觸電阻，金屬桿塔的接地電阻等。（3.25、3.26單，雙側(cè)電源過渡電阻的影響）【單電源（Zm=Zk+Rg）Rg 使繼電器的阻抗值增大，阻抗角減小，是保護距離范圍縮短（保護裝置距離短路點越近，受到過渡電阻影響越大，同時，保護裝置的整定阻抗越小，受到過渡電阻的影響越大）】【雙電源（Zm=（Zk+Rg）+（Ik/Ik）Rg）Rg對測量阻抗的影響，取決于對策電源提供的短路電流大小及（Ik/Ik）Rg之間的相位關(guān)系。若故障前，M端為送端，N側(cè)為受端，Ik的相位超前Ik，則（Ik/Ik）Rg表現(xiàn)為容性電抗，則總的測量阻抗變小，嚴重時可使I段誤動；

13、若故障前M端為受端，N側(cè)為送端，Ik相位滯后于Ik，則（Ik/Ik）Rg表現(xiàn)為感性的阻抗，則總的測量阻抗變大，嚴重時可使II段拒動?！靠朔^渡電阻的措施：采用能容許較大的過渡電阻而不至于拒動的測量元件動作特性，是克服過渡電阻的主要措施。1) 偏移動作特性在+R軸方向上所占的面積比方向阻抗動作特性大，耐受過渡電阻能力強，若在+R方向上偏移一個角度，則面積更大，耐受過渡電阻能力更強。2) 四邊形特性測量元件有較好的耐受過渡電阻能力，上邊適當?shù)南蛳聝A斜一個角度可有效避免穩(wěn)態(tài)超越問題。3) 利用不同動作特性進行復合，可以獲得較好的抗過渡電阻動作特性。4) 工頻故障分量。（3.30.線路串補電容對距離保

14、護的影響）：串聯(lián)補償電容后，短路阻抗與短路距離之間不再成線性正比關(guān)系，此線性關(guān)系被破壞，將使距離保護無法正常測量故障距離，對其正常工作產(chǎn)生不利影響?！緶p小其影響的措施：采用直線型動作特性克服反方向誤動；用負序功率方向元件閉鎖誤動的距離保護；選取故障前的記憶電壓作為參考電壓克服串聯(lián)補償電容的影響；通過整定計算來減小串聯(lián)補償電容的影響。】12.影響距離保護正常工作的因素：（接地點的過渡電流影響最大；系統(tǒng)震蕩，電流互感器）系統(tǒng)震蕩；短路點過渡電阻；線路串聯(lián)補償電容；短路電壓、電流的非工頻分量。3.28穩(wěn)態(tài)超越：區(qū)外故障期間測量阻抗穩(wěn)定地落入動作去的現(xiàn)象，原因是過度電阻存在導致保護測量阻抗變小，會引起

15、保護誤動作?？朔椒椴捎媚瓦^度電阻不至于拒動的測量元件3.29暫態(tài)超越：線路故障時，由于暫態(tài)分量存在而造成的保護超越現(xiàn)象。克服措施：，采用算法消除衰減直流分量與諧波分量影響14.工頻故障分量距離保護又稱為工頻變化量距離保護，是一種通過反映工頻故障分量電壓電流而工作的距離保護。（3.32.工頻故障分量的概念）系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路時，可以分解為非故障狀態(tài)和附加故障狀態(tài)，系統(tǒng)在非故障狀態(tài)下運行電壓電流中沒有故障分量，系統(tǒng)故障時，相當于系統(tǒng)故障附加狀態(tài)突然接入，出現(xiàn)電壓、電流故障分量U、I，二者既包含系統(tǒng)短路引起的工頻電壓電流的變化量，還包含短路引起的故障暫態(tài)分量，稱其中工頻電壓、電流的變化量為工頻故

16、障分量。I=Ek/（Zs+Zk）,U=-I*Zk（3.31工頻故障分量距離保護的優(yōu)點）：阻抗繼電器以電力系統(tǒng)故障引起的故障電壓、電流為測量信號，不反應(yīng)故障前的負荷量和系統(tǒng)震蕩，動作特性基本上不受非故障狀態(tài)的影響，無需加振蕩閉鎖；阻抗繼電器僅反映故障中的工頻穩(wěn)態(tài)量，不反應(yīng)其中的暫態(tài)分量，動作性能較穩(wěn)定；阻抗繼電器的動作判據(jù)簡單，因為實現(xiàn)方便，動作速度較快；阻抗繼電器具有明確的方向性，因為既可以作為距離保護又可以作為方向元件使用；阻抗繼電器本身具有較好的選相能力?！緫?yīng)用：鑒于以上特點，工頻故障分量距離保護可以作為快速距離保護的I段，用來快速地切除I段范圍內(nèi)的故障。此外，它還可以與四邊形特性阻抗繼電器復合組成復合繼電器，作為縱聯(lián)保護的方向元件。（它不能用于后備保護）】（3.33工頻故障分量繼電器工作原理