第三章距离保护

第三章：电网距离保护

1.距离保护的定义和基本原理：

距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的壁纸，反映故障点到保护安装处的距离而工作的保护。

基本原理：按照继电保选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在下路MN内部故障时，保护装置才应该立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。

与电流速断保护一样，为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。

当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若L

K大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。｝

通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接地测量和判断故障距离。

2.几种继电器的方式：

苹果特性：有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。电抗特性：动作情况至于测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很强的耐过渡电阻的能力。但是它本身不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。

电阻特性：通常也与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。

多边形特性：能同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。

3测量阻抗：Zm定义为保护安装处测量电压Um&与测量电流Im&之比，即Um&/Im&

动作阻抗：使阻抗原件处于临界动作状态对应的阻抗（Zop）。

Zset1的阻抗角称为最灵敏角。最灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角

短路阻抗：Zk=Z1Lk（单位长度线路的复阻抗与短路距离的乘积）

整定阻抗：Zset=Z1Lset

4.负荷阻抗与短路阻抗的区别：负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角，阻抗特性以电阻性为主。短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大，阻抗特性以电感性为主。

5.测量电压的选取和测量电流的选取:要取故障环路上的电压、电流。

为保护接地短路，取接地短路的故障环路为相-地故障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流，由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离，称为接地距离保护接线方式。

对于相间短路，故障环路为相-相故障环路，取测量电压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的电流差，由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离，称为相间距离保护接线方式。

6.距离保护的构成和各部分的作用：距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成。1启动部分用来判别系统是否发生故障2测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。3振荡闭锁部分在电力系统发生振荡时，因为不是短路，距离保护不应该动作。但是振荡时的电压、电流幅值周期性变化，有可能导致距离保护误动作。为防止保护误动作，要求该元件准确判别系统振荡，并将保护闭锁。4电压回路断线部分电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下要求该部分应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。5配合逻辑部分该部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时限配合。6出口部分包括跳闸出口和信号出口，在保护动作接通跳闸回路并发出相应的信号。

7.电力系统的振荡：指并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象。电力系统的失步振荡属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态。

8.振荡与短路的差异：

负序、零序分量：振荡时——三相完全对称，没有负序和零序分量出现；短路时——长时（不对称短路中）或瞬间（在三相短路开始时）出现零序或负序分量。

电气量变化速度：振荡时——电气量呈周期性变化，其变化速度和系统功角的变化速度一致，比较慢，当两侧功角摆开至180°时相当于在振荡中心发生三相短路；短路时——从短路前到短路后其值突然变化，速度很快，而短路后短路电流、各点的残余电压和测量阻抗不计衰减时是不变的。

保护误动作情况：振荡时——电气量呈现周期性变化，若阻抗测量元件误动作，在一个周期内动作和返回各一次；短路时——阻抗元件可能动作（区内短路），可能不动作（区外短路）。

9.振荡闭锁的措施：1）利用短路时的负序、零序分量或电流突然变化时短路开放保护实现振荡闭锁；2）利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁；3）利用动作的延时实现振荡闭锁。

10.过渡电阻的性质：（非线性）指当接地短路或相间短路时，短路点电流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流入另一相的途径中所通过物质的电阻，包括电弧电阻，中间物质的电阻，相导线与大地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。

过渡电阻对距离保护的影响：单电源——（Zm=Zk+Rg）Rg使继电器的测量阻抗值增大，阻抗角减小，使保护范围缩短（保护装置距短路点越近，受过渡电阻影响越大，同时，保护装置的整定阻抗越小，受过渡电阻的影响越大）；双电源——{Zm=(Zk+Rg)+（Ik“&/Ik’&）Rg}Rg 对测量阻抗的影响，取决于对侧电源提供的短路电流大小及Ik“&，Ik’&之间的相位关系。若故障前M端为送端，N侧为受端，Ik’& 相位超前Ik“&，则（Ik“&/Ik’&）Rg表现为容性的阻抗，则总的测量阻抗变小，严重时可使I段误动；若故障前M端为受端，N侧为送端，Ik’& 相位滞后Ik“&，则（Ik“&/Ik’&）Rg表现为感性的阻抗，则总的测量阻抗变大，严重时可使II段拒动，；。

克服过渡电阻的措施：采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。1）偏移动作特性在+R轴方向所占的面积比方向阻抗动作特性大，耐受过渡电阻能力强，若在+R方向上偏转一个角度，则~面积更大，~更强；2）四边形特性测量元件有较好的耐受过渡电阻的能力，上边适当的向下倾斜一个角度可有效的避免稳态超越问题；3）利用不同的动作特性进行复合，可以获得较好的抗过渡电阻动作特性。{4）

工频故障分量？}

11.线路串补电容对距离保护的影响：串联补偿电容后，短路阻抗与短路距离之间不再成线性正比关系，此线性关系的被破坏，将使距离保护无法正确测量故障距离，对其正确工作将产生比例的影响。以其安装与线路一侧为例加以说明，如右图，假设k点发生短路、各阻抗继电器采用方向特性。保护3感受到的测量阻抗就等于补偿电容的容抗，则测量阻抗将落在其动作区之外，保护3拒动；保护2的阻抗继电器感受到的测量阻抗为反向补偿电容的容抗值，呈正想纯电感性质，落在其动作区域之内，所以保护2可能误动作；保护1感受到的测量阻抗将是线路A-B的阻抗与电容容抗之和，总阻抗值减小，也可能会落入其动作区，导致保护1误动作；而保护4的测量阻抗不受串联补偿电容的影响，所以保护4的动作不会收到影响，但如果故障发生在串联补偿电容的左侧，保护4也可能误动。

减小其影响的措施：1）采用直线型动作特性克服反方向误动；2）用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护；3）选取故障前的记忆电压为参考电压来克服串联电容补偿的影响；4）通过整定计算来减小串联补偿电容的影响。

12.影响距离保护正常工作的因素：（1.接地点的过度电流——影响最大；2.系统震荡，电流互感器）系统振荡；3.短路点过渡电阻；4.线路串联补偿电容；5.短路电压、电流中的非工频分量；

13.工频故障分量的概念：

故障分量的特点：故障分量仅在故障后存在，非故障状态下不存在故障分量；故障点的故障分量电压最大、系统中性点的故障分量电压为零；保护安装处的故障分量电压、电流间相位关系由保护安装处到背侧系统中性点间的阻抗决定，且不受系统电动势和短路点过渡电阻的影响；故障分量独立于非故障状态，但仍受非故障状态运行方式的影响。

正方向故障动作特性：在正方向故障时，特性圆的直径很大，有很强的允许过渡电阻能力。此外，尽管过渡电阻仍影响保护的动作范围，但由于△I’&一般与△I&同相位，过渡电阻呈电阻性，与R轴平行，不存在由于对侧电流助增引起的稳态超越问题。

反方向故障动作特性：由于动作的区域在第一象限而测量阻抗-Zm位于第三象限，所以继电器不可能动作，具有明确的方向性。

14.工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护，是一种通过反映工频故障分量电压电流而工作的距离保护。

工频故障分量距离保护的特点：1）阻抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能基本上不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁；2）阻抗继电器仅反映故障分量中的工频稳态量，不反应其中的暂态分量，动作性能较为稳定；3）阻抗继电器的动作判据简单，因而实现方便，动作速度较快；4）阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，又可以作为方向元件使用；5）阻抗继电器本身具有较好的选相能力。

应用：鉴于上述特点，工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段，用来快速的切除I段范围内的故障。此外，它还可以与四边形特性的阻抗继电器复合组成复合距离继电器，作为纵联保护的方向元件。（它能用于后备保护吗？不能）