电力系统继电保护原理(第四版)-5(最详细版)

没有方向性
–实现的方法
不动
• 两个电压幅值比较式 作区
jX
C
0.85Z BC
动
• 两个电压相位比较式
作 区B
ϕK
0
R
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全阻抗继电器的实现 –动作条件：当测量阻抗 Z K 位于圆内时， 阻抗继
电器能够启动
电压幅值比较方式
–当测量阻抗位于圆内时，测量阻抗到圆心的距离一 定小于或等于半径，动作条件用阻抗幅值表示为：
U KA = U K1 + U K 2 + U K 0 = 0
–则按照各序的等效网络，在保护安 U1 = U K1 + I1Z1l
装点母线上各对称分量的电压与短 路点的对称分量电压之间，具有如 下关系：
U 2 = U K 2 + I2Z1l U 0 = U K 0 + I0Z0l
和故障条件（过渡电阻、系统振荡等），只要故障发生
保护区内，测量阻抗应落在“面”内；而故障发生在区
外时，测量阻抗应落在“面”外。
• 全阻抗继电器的动作特性
• 方向阻抗继电器的动作特性
• 偏移阻抗继电器的动作特性
jX C
• 四边形的动作特性等
0.85Z BC
B
ϕK
0
R
A
二、距离继电器的接线方式
1. 对接线方式的基本要求 根压据U距k 和离保Ik 护应的满工足作以原下理要，求加入继电器的电
距离保护的基本任务是短路时准确测量出短 路点到保护安装点的距离，按照预定的保护 动作范围和动作特性判断短路点是否在其动 作范围内，决定是否应该跳闸和确定跳闸时 间。
模拟式距离保护将测量和判断是否在动作范 围结合在一起完成——距离（阻抗）继电器
微机保护则将上述两项任务分布独立完成
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–乘上电流 Ik 可得 Z K ≤ Zset
电流在某一恒定 阻抗上的压降
IK Z K ≤ IKZ set
U K ≤ IK Z set
不
jX
Z set
动
–可以看成两个电压幅值的比较 作 区
动 作
区
ZK
R
0
电压相位比较方式
–
比较矢量 ZK＋Zset 和Z K
−
Z
的角度
set
• Z K 位于圆周上：θ＝90
¾ 距离继电器
距离（阻抗）继电器是距离保护装置的核心元 件，其主要作用是直接或间接测量短路点到保 护安装地点之间的阻抗，并与整定值进行比较， 以确定保护是否应该动作——本质是距离
阻抗继电器按其构成方式可分为单相补偿式和
多相补偿式
单相补偿式阻抗继电器
–抗加继入电继器电，器的Uk只和有I一k 的个比电值压称U为k 和继一电个器电的流测I量k 阻的抗阻
1.全阻抗继电器
全阻抗继电器的特性是以继电器安装点为圆心，以整定
阻抗值为半径所作的一个圆。
–以保护1为例，则为以B点为圆心，0.85ZBC为半径的圆 –当测量阻抗 Zk 位于圆内时继电器动作
• 圆内为动作区；圆外为不动作区
–其特点是：无论加入继电器的电压与电流之间的角
度为多大，继电器的起动阻抗都等于整定阻抗——
• K2的测量阻抗值必然大于K1 ZK 2 > ZK1 • K2、K3不能正确测量保护安装点到短路点的阻抗。
• 是否会对保护的性能产生影响？拒动？误动？
中性点直接接地电网的两相接地短路
– 同样以AB相接地短路为例
• 可看成两个“导线——地”的送电线路并有互感 耦合在一起，则保护安装点的故障相电压为：
–动作时间：高出一个时限 t2 = t1 + Δt
距离I、II段的联合工作已经能够实现线路全长的
保护——构成本线路的主保护
距离III段——作为后备保护
–起动阻抗整定：与过电流保护相似，起动阻抗躲开正常 运行时的最小负荷阻抗
–动作时限：比其保护范围内的其它各保护的最大动作 时限高出一个 Δ t
• K2、K3 ?
• 同样不能正确测量保护安装点到短路点的阻抗。
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3. 单相接地阻抗继电器的接线方式 在中性点直接接地电网中，当零序电流保护不能 满足要求时，一般考虑采用接地距离保护。 单相接地故障时的特点
–只有故障相的电压降低，电流增大 –任何相间电压都是很高的 –不能采用前面的接线方式相间距离保护的接线方式
动作特性
–短路点离保护安装点近，测量阻抗小，动作时间短 –短路点离保护安装点远，测量阻抗大，动作时间长
图例——k点短路时
–保护1：距离近，测量阻抗为 Zk –保护2：距离远，测量阻抗为 Z AB + Z k –动作时间上：保护1<保护2，保证故障由保护1切除
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二、距离保护的时限特性
• K2所加电压为非故障相间电压，比K1的高 U K 2 = U B −UC = (IBZ1l + U f )(残压）−U（C 正常）→ U K 2 > U K1
• 所加电II流KK12 =只= II有AB −−一IIBC个==故−I2B障I−B相0 电→流I，K 2比<KI1K的1 小
Zk
=
U k Ik
=R+
jX
一、构成距离继电器的基本原理
由于 Zk 可以写成 R + jX 的复数形式，所以可用复 数平面来分析阻抗继电器的动作特性。
– 以线路BC的保护1为例，将测量阻抗画在复平面上
• 线路始端B位于坐标原点
jX C
• 正方向线路BC的测量阻抗在第一象限
0.85Z BC
• 反方向线路BA的测量阻抗在第三象限
不动
• Z K 位于圆外： θ < 90
作区
动 作
jX Z set Z K − Z set
ZK
• ZK 位于圆内：θ > 90
区
– 起动条件：2700 ≥ arg ZK + Zset ≥ 900
2700
≥
arg
U U
K K
+ IK Zset − IK Zset
≥ 900
U P
Z K − Z set
–
对于K1，U
• 其电压为
K
1
= =
UIAAZB1l=−UIAB
− U Z1l
B
•
= Z1l( IA − IB ) 继电器K1的测量阻抗为
= Z
KZ( 211)lI=KU1IKK11
=
Z1l
=
Z(3) K1
• AB相短路时，K1能正确反应故障位置，能正确动作。
– 对于K2、K3（不妨以K2为例）
– 只能保护本线路全长的80％～85％
需要设距离II段
距离II段
–起动阻抗整定：与限时电流速断相似，起动阻抗不超出 下一线路距离I段的保护范围 • 保护2的II段定值：不超过保护1的距离I段范围
Z
′′
act
.2
=
Krel (Z AB
+
Z
′
act
.1
)
=
0.8[Z AB
+
(0.8
~
0.85)ZBC ]
2.反应相间短路的阻抗继电器 0° 接线方式
这是距离保护中广泛采用的一种接线方式。
三相短路
– 三相对称，K1、K2，K3相同
– 对于继电器K1，其测量电压为
U K1 = U AB = U A −U B = IAZ1l − IBZ1l = Z1l( IA − IB ) = Z1lIK1
响，应该加入如下的电压和电流

U K = U A
IK
=
IA + I0
Z0 − Z1 Z1
=
继电器测量阻抗为
IA + K 3I0
ZK
=
U K IK
=
零序补 偿系数
K
=
Z0 − Z1 3Z1
Z1l(IA + K 3I0 (IA + K 3I0 )
)
=
Z1l
三、阻抗继电器的动作特性
距离保护就是适应这种要求的一种保护原 理。
距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离， 并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。
该装置的主要元件——距离（阻抗）继电器
–可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短 路点的阻抗值——称为测量阻抗
–由测量阻抗间接确定距离（线路单位长度阻抗不变）
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距离保护的主要组成元件
–起动元件 • 在发生故障的瞬间起动整套保护，并和距离元件 动作后组成与门，起动出口回路动作于跳闸—— 提高保护装置的可靠性。
–距离元件 • 阻抗继电器——测量短路点到保护安装点的距离
–时间元件 • 确定动作时限
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第二节 单相补偿式阻抗 继电器
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第五章 电网的距离保护
第一节 距离保护的作用 原理
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一、距离保护的基本概念
电流、电压保护
–优点：简单、经济及工作可靠 –缺点：整定值的选择、保护范围以及灵敏系
数等方面直接受电网接线方式及系统运行方 式的影响 –在35kV以上电压等级的复杂网络中，难以满 足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求
⎨ ⎩
t
k
>
< Zact tsetting
I、II、III段对应不同的 阻抗定值和时间定值
– 不能保护全长。以保护2为例，当线路BC出口处短路时，