《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护 第1234节
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第三章 电网的距离保护
一、距离保护基本原理 二、阻抗继电器动作特性 三、阻抗继电器实现方法 四、距离保护的整定计算及对距离保护的评价 五、距离保护的振荡闭锁 六、故障类型判别及故障选相 七、距离保护特殊问题的分析 八、工频故障分量距离保护
第一节
距离保护基本原理及构成
M
1
一、距离保护的基本概念
& Ik
Lset
2N
半径： 半径： R = Zset
jX
Zset1 = Zset , Zset 2 = −Zset
Zm ≤ Zset
Zset − Zm − 90 ≤ arg ≤ 90o Zm + Zset
o
Zset Zset − Zm
Zm
R
Zm + Zset
动作阻抗Zop：不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。 动作阻抗Z 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。 方向性：无方向性。 方向性：无方向性。
jX
Zset1
α = 0o α =15o α = 30o
R
偏转
Zset2
2. 苹果圆特性和橄榄形特性
Zset − Zm − β ≤ arg ≤β Zm
β > 90o β < 90o
jX
抗过渡电阻能力强， 苹果形 抗过渡电阻能力强，耐过负荷能力差 抗过渡电阻能力差， 橄榄形 抗过渡电阻能力差，耐过负荷能力强
Zset2
R
应用：发电机失磁保护。 应用：发电机失磁保护。
5）特性圆的偏转
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
Zset1 − Zm 动作方程： 动作方程： − 90 +α ≤ arg ≤ 90o +α Zm − Zset 2
o
动作范围：180° 动作范围：180°
α = −30o α = −15o
Zm
R
方向性：当保护反方向发生故障时不动作， 方向性：当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件 本身具有方向性。 本身具有方向性。 应用：距离保护的主保护段（ 、 段 应用：距离保护的主保护段（第I、II段）
3）全阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 0
动作方程： 动作方程：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & Um UA UKA = = z1lk + Zm = & & + K ⋅ 3I & & & Im I A I A + K ⋅ 3I0 0
∴ Zm ∝ lk
无接地阻抗元件动作
相间短路距离保护
K (3) K (1, 1)
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
=0
& & & Um UAB UKAB Zm = = = z1lk + & & & Im I AB I AB
Zm > z1lk
∴ Zm ∝ lk
无相间阻抗元件动作
接地距离保护接线方式： 接地距离保护接线方式：
& Um & U
A
& Im & & I A + K ⋅ 3I0 & & I + K ⋅ 3I
Zset − Zm − 90 ≤ arg ≤ 90o Zm
o
jX
Z0
Zset1 set Zset − Zm
Zm
R
Zset2
动作阻抗Zop： 动作阻抗Z 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
jX
最灵敏角： 最灵敏角： Φset－线路阻抗角 动作阻抗最大 保护范围最长
Z0
Zset
Zset − Zm
K3 M 1
K1
Lset K2
2
N
& Um Zm = = Zm ∠ϕm & Im
区内： 区内：
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
Zm < Zset 区外： 区外： Zm > Zset
o o
反方向： ϕ （ 90 反方向： m ∉ 0 ， ） Z k3
依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的 差异” 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差异”， 幅值 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。
相故障环路。 相间短路的故障环路为 相－相故障环路。
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
三、距离保护的构成
启动部分：判别系统是否发生故障 负序/零序 零序, 启动部分：判别系统是否发生故障, 负序 零序 电流突变量 测量部分：测量故障距离（阻抗） 由阻抗元件构成， 测量部分：测量故障距离（阻抗）, 由阻抗元件构成，三段 振荡闭锁：系统振荡时， 振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动 PT 断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动 断线：
B 0
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk
1) 三相短路
M 1
& UB & U
C
& & IC + K ⋅ 3I0
& Ik
K(3)
2N
& U
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
1 1 Zm − (Zset1 + Zset 2 ) ≤ Zset1 − Zset 2 2 2
（2）相位比较方式
Zset1 − Zm −90 ≤ arg ≤ 90o Zm − Zset 2
o
动作阻抗Zop：使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 动作阻抗Z 使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
圆形 四边形 苹果形 橄榄形等
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
动作区域
Z k3
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
一、阻抗继电器的动作特性和动作方程
动作特性：动作区域的形状（圆、四边形等）； 动作特性：动作区域的形状（ 四边形等）； 几何图形、动作方程 几何图形、
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
第二节 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器： 阻抗继电器：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
测量故障环路的测量阻抗Z 与整定阻抗Z 比较， 测量故障环路的测量阻抗 m，与整定阻抗 set比较， 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 由于互感器误差、故障点 由于互感器误差、 过渡电阻，Zm落在 Zset 附 过渡电阻， 近的一个区域中。 近的一个区域中。
=0
∴ Zm = z1lk ∝ lk
三个接地阻抗元件均动作
单相接地短路( ) 2) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
Z0
Zset2
Zset1
ZOP1 ZOP2
R
2）方向阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 1 Zset
2
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
1 半径： 半径： R = Zset 2
动作方程： 动作方程：
Zset1 = Zset , Zset 2 = 0
1 1 Zm − Zset ≤ Zset 2 2
jX
线路阻抗角） 最灵敏角： 最灵敏角： Φset1（线路阻抗角） 动作阻抗最大 保护范围最长 方向性：能够消除方向阻抗元件在正 方向性： 向出口处的保护死区， 向出口处的保护死区，但同时反方向 故障也存在误动的可能， 故障也存在误动的可能，所以没有完 全的方向性。 全的方向性。 应用：距离保护的后备段（第III段） 应用：距离保护的后备段（ 段
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
∴ Zm ∝ lk
两个接地阻抗元件动作
两相相间短路（AB） 4) 两相相间短路（AB）
M 1
& Ik
K(2)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
jX
圆心： 圆心： Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
2
Z0
Zset1
1 半径： 半径： R = Zset1 − Zset2 2
R
Zset2
jX
动作方程： 动作方程：
（1）幅值比较方式
Zm − Z0 ≤ R
Z0
Zset2
Zset1 Zset1 − Zm
Zm − Z0
Zm
R
Zm − Zset2
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
∴ Zm ∝ lk
一个接地阻抗元件动作
两相接地短路（ ） 3) 两相接地短路（AB）
M 1
& Ik
K(1,1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
k
2N
电流保护：简单、经济、工作可靠； 电流保护：简单、经济、工作可靠； 受运行方式、线路长短影响； 受运行方式、线路长短影响；
≤ 速动性不满足高压电网要求， 35KV 速动性不满足高压电网要求，
距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 反映故障点至保护安装点之间的距离， 反映故障点至保护安装点之间的距离， & Um Zm = = Z1lk & Im 根据距离的远近确定动作时间。 根据距离的远近确定动作时间。
二、距离保护的接线方式
M
1
wenku.baidu.com
K1
2
N
ZK=z1lk
& Um Zm = & Im
测量电压 测量电流
选取形式
对接线方式的基本要求： 对接线方式的基本要求：
1） Zm = z1lk ∝ lk
与故障类型无关, 2） Zm与故障类型无关,＝ZK
M
1
& Ik
K1
2
N
& U
& & & & Uφ =Uφ1 +Uφ 2 +Uφ 0
1. 圆特性阻抗继电器
偏移圆、 方向圆、全阻抗圆 偏移圆、 方向圆、 上抛圆、 偏转圆 上抛圆、 圆内为动作区
Z k3
1）偏移阻抗圆特性
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
正方向整定阻抗Z 反方向整定阻抗Z 正方向整定阻抗 set1, 反方向整定阻抗 set2 圆内为动作区; 圆内为动作区; 两矢量末端的连线作圆 圆外为非动作区。 圆外为非动作区。
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
=0
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
一个相间阻抗元件动作
单相接地短路( ) 3) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
K (1)
K (2)
接地短路距离保护
测量电压、测量电流取用了故障环路（ 故障环路 测量电压、测量电流取用了故障环路（故障电流 流通的回路）电压、电流量。 流通的回路）电压、电流量。 地故障环路； 接地短路的故障环路为 相－地故障环路；
& & & & Uφ =UKφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk
& & & & Uφ =UKφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk 接地短路
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
相间短路
相间距离保护接线方式： 相间距离保护接线方式：
& Um & U
AB
& Im & I
AB
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
1) 三相短路
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
jX
应用：单侧电源系统中。 应用：单侧电源系统中。
Zset
R
4）上抛圆特性
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
2 1 半径： 半径： Z0 = Zset1 − Zset2 2
圆心： 圆心：Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
jX
Zset1 Zm
动作方程： 动作方程：
−90o ≤ arg Zset1 − Zm ≤ 90o Zm − Zset 2
=0
& UBC & U
CA
& IBC & I
CA
M 1
& Ik
K(3)
2N
& U
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
三个相间阻抗元件均动作
2) 两相相间短路（AB, ABG） ）
M 1
& Ik
K(2) , K(1,1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
& & & = UK1 + I1z1lk） UK 2 + I2 z2lk） (UK 0 + I0 z0lk） （& + & （ + &
& & & & & & =UKφ + I1z1lk + I2 z1lk + I0 z1lk − I0 z1lk + I0 z0lk
& + I + 3I z0 − z1 z l & =UKφ &φ 0 1k 3z1
一、距离保护基本原理 二、阻抗继电器动作特性 三、阻抗继电器实现方法 四、距离保护的整定计算及对距离保护的评价 五、距离保护的振荡闭锁 六、故障类型判别及故障选相 七、距离保护特殊问题的分析 八、工频故障分量距离保护
第一节
距离保护基本原理及构成
M
1
一、距离保护的基本概念
& Ik
Lset
2N
半径： 半径： R = Zset
jX
Zset1 = Zset , Zset 2 = −Zset
Zm ≤ Zset
Zset − Zm − 90 ≤ arg ≤ 90o Zm + Zset
o
Zset Zset − Zm
Zm
R
Zm + Zset
动作阻抗Zop：不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。 动作阻抗Z 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。 方向性：无方向性。 方向性：无方向性。
jX
Zset1
α = 0o α =15o α = 30o
R
偏转
Zset2
2. 苹果圆特性和橄榄形特性
Zset − Zm − β ≤ arg ≤β Zm
β > 90o β < 90o
jX
抗过渡电阻能力强， 苹果形 抗过渡电阻能力强，耐过负荷能力差 抗过渡电阻能力差， 橄榄形 抗过渡电阻能力差，耐过负荷能力强
Zset2
R
应用：发电机失磁保护。 应用：发电机失磁保护。
5）特性圆的偏转
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
Zset1 − Zm 动作方程： 动作方程： − 90 +α ≤ arg ≤ 90o +α Zm − Zset 2
o
动作范围：180° 动作范围：180°
α = −30o α = −15o
Zm
R
方向性：当保护反方向发生故障时不动作， 方向性：当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件 本身具有方向性。 本身具有方向性。 应用：距离保护的主保护段（ 、 段 应用：距离保护的主保护段（第I、II段）
3）全阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 0
动作方程： 动作方程：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & Um UA UKA = = z1lk + Zm = & & + K ⋅ 3I & & & Im I A I A + K ⋅ 3I0 0
∴ Zm ∝ lk
无接地阻抗元件动作
相间短路距离保护
K (3) K (1, 1)
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
=0
& & & Um UAB UKAB Zm = = = z1lk + & & & Im I AB I AB
Zm > z1lk
∴ Zm ∝ lk
无相间阻抗元件动作
接地距离保护接线方式： 接地距离保护接线方式：
& Um & U
A
& Im & & I A + K ⋅ 3I0 & & I + K ⋅ 3I
Zset − Zm − 90 ≤ arg ≤ 90o Zm
o
jX
Z0
Zset1 set Zset − Zm
Zm
R
Zset2
动作阻抗Zop： 动作阻抗Z 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
jX
最灵敏角： 最灵敏角： Φset－线路阻抗角 动作阻抗最大 保护范围最长
Z0
Zset
Zset − Zm
K3 M 1
K1
Lset K2
2
N
& Um Zm = = Zm ∠ϕm & Im
区内： 区内：
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
Zm < Zset 区外： 区外： Zm > Zset
o o
反方向： ϕ （ 90 反方向： m ∉ 0 ， ） Z k3
依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的 差异” 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差异”， 幅值 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。
相故障环路。 相间短路的故障环路为 相－相故障环路。
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
三、距离保护的构成
启动部分：判别系统是否发生故障 负序/零序 零序, 启动部分：判别系统是否发生故障, 负序 零序 电流突变量 测量部分：测量故障距离（阻抗） 由阻抗元件构成， 测量部分：测量故障距离（阻抗）, 由阻抗元件构成，三段 振荡闭锁：系统振荡时， 振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动 PT 断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动 断线：
B 0
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk
1) 三相短路
M 1
& UB & U
C
& & IC + K ⋅ 3I0
& Ik
K(3)
2N
& U
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
1 1 Zm − (Zset1 + Zset 2 ) ≤ Zset1 − Zset 2 2 2
（2）相位比较方式
Zset1 − Zm −90 ≤ arg ≤ 90o Zm − Zset 2
o
动作阻抗Zop：使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 动作阻抗Z 使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
圆形 四边形 苹果形 橄榄形等
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
动作区域
Z k3
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
一、阻抗继电器的动作特性和动作方程
动作特性：动作区域的形状（圆、四边形等）； 动作特性：动作区域的形状（ 四边形等）； 几何图形、动作方程 几何图形、
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
第二节 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器： 阻抗继电器：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
测量故障环路的测量阻抗Z 与整定阻抗Z 比较， 测量故障环路的测量阻抗 m，与整定阻抗 set比较， 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 由于互感器误差、故障点 由于互感器误差、 过渡电阻，Zm落在 Zset 附 过渡电阻， 近的一个区域中。 近的一个区域中。
=0
∴ Zm = z1lk ∝ lk
三个接地阻抗元件均动作
单相接地短路( ) 2) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
Z0
Zset2
Zset1
ZOP1 ZOP2
R
2）方向阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 1 Zset
2
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
1 半径： 半径： R = Zset 2
动作方程： 动作方程：
Zset1 = Zset , Zset 2 = 0
1 1 Zm − Zset ≤ Zset 2 2
jX
线路阻抗角） 最灵敏角： 最灵敏角： Φset1（线路阻抗角） 动作阻抗最大 保护范围最长 方向性：能够消除方向阻抗元件在正 方向性： 向出口处的保护死区， 向出口处的保护死区，但同时反方向 故障也存在误动的可能， 故障也存在误动的可能，所以没有完 全的方向性。 全的方向性。 应用：距离保护的后备段（第III段） 应用：距离保护的后备段（ 段
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
∴ Zm ∝ lk
两个接地阻抗元件动作
两相相间短路（AB） 4) 两相相间短路（AB）
M 1
& Ik
K(2)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
jX
圆心： 圆心： Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
2
Z0
Zset1
1 半径： 半径： R = Zset1 − Zset2 2
R
Zset2
jX
动作方程： 动作方程：
（1）幅值比较方式
Zm − Z0 ≤ R
Z0
Zset2
Zset1 Zset1 − Zm
Zm − Z0
Zm
R
Zm − Zset2
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
∴ Zm ∝ lk
一个接地阻抗元件动作
两相接地短路（ ） 3) 两相接地短路（AB）
M 1
& Ik
K(1,1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
k
2N
电流保护：简单、经济、工作可靠； 电流保护：简单、经济、工作可靠； 受运行方式、线路长短影响； 受运行方式、线路长短影响；
≤ 速动性不满足高压电网要求， 35KV 速动性不满足高压电网要求，
距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 反映故障点至保护安装点之间的距离， 反映故障点至保护安装点之间的距离， & Um Zm = = Z1lk & Im 根据距离的远近确定动作时间。 根据距离的远近确定动作时间。
二、距离保护的接线方式
M
1
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K1
2
N
ZK=z1lk
& Um Zm = & Im
测量电压 测量电流
选取形式
对接线方式的基本要求： 对接线方式的基本要求：
1） Zm = z1lk ∝ lk
与故障类型无关, 2） Zm与故障类型无关,＝ZK
M
1
& Ik
K1
2
N
& U
& & & & Uφ =Uφ1 +Uφ 2 +Uφ 0
1. 圆特性阻抗继电器
偏移圆、 方向圆、全阻抗圆 偏移圆、 方向圆、 上抛圆、 偏转圆 上抛圆、 圆内为动作区
Z k3
1）偏移阻抗圆特性
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
正方向整定阻抗Z 反方向整定阻抗Z 正方向整定阻抗 set1, 反方向整定阻抗 set2 圆内为动作区; 圆内为动作区; 两矢量末端的连线作圆 圆外为非动作区。 圆外为非动作区。
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
=0
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
一个相间阻抗元件动作
单相接地短路( ) 3) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
K (1)
K (2)
接地短路距离保护
测量电压、测量电流取用了故障环路（ 故障环路 测量电压、测量电流取用了故障环路（故障电流 流通的回路）电压、电流量。 流通的回路）电压、电流量。 地故障环路； 接地短路的故障环路为 相－地故障环路；
& & & & Uφ =UKφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk
& & & & Uφ =UKφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk 接地短路
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
相间短路
相间距离保护接线方式： 相间距离保护接线方式：
& Um & U
AB
& Im & I
AB
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
1) 三相短路
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
jX
应用：单侧电源系统中。 应用：单侧电源系统中。
Zset
R
4）上抛圆特性
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
2 1 半径： 半径： Z0 = Zset1 − Zset2 2
圆心： 圆心：Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
jX
Zset1 Zm
动作方程： 动作方程：
−90o ≤ arg Zset1 − Zm ≤ 90o Zm − Zset 2
=0
& UBC & U
CA
& IBC & I
CA
M 1
& Ik
K(3)
2N
& U
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
三个相间阻抗元件均动作
2) 两相相间短路（AB, ABG） ）
M 1
& Ik
K(2) , K(1,1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
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