基本保护及原理概述资料

距离保护原理概述

距离保护是反映故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护。故障点距保护安装处越近，保护的动作时间就越短，反之就越长，从而保证动作的选择性。测量故障点至保护安装处的距离，实际上就是用阻抗继电器测量故障点至保护安装处的阻抗。因此，距离保护也叫阻抗保护。

1、距离保护的原理

保护安装处母线电压与线路电流之比称为测量阻抗。

故障时，反映了保护安装处至故障点的阻抗。将此测量阻抗与整定阻抗Z set进行比较，当Z mZ set时，说明故障点在保护范围外，保护不动作。

测量阻抗只与故障点到保护安装处的距离l成正比，基本不受运行方式的影响。所以距离保护的范围基本不随运行方式变化而变化。

目前广泛采用的是三段式阶梯型距离保护。距离保护I、II、III段的整定计算与上一期的零序保护类似。

为保证选择性，距离I段保护范围为被保护线路全场的

80%~85%，瞬时动作。距离II段的保护范围为被保护线路的全长及下一段线路的30%~40%，动作时限要与下一线路的距离I段动作时限配合，大一个时限级差0.5s。距离三段为后备保护，其保护范围较长，一般包括本线路及下一线路全长，动作时限比下一线路距离II 段相配合。

如图所示，当K点发生短路故障时，从保护2安装处到K点的距离为L2，保护2将以t2I的时限动作；从保护1安装处到K点的距离为L1，保护1将以t1II的时间动作，t1II>t2I，保护2将动作跳闸，切除故障。所以离故障点近的保护总是先动作，因此在复杂网络中保证了动作的选择性。

2、保护安装处电压计算公式

线路上K点发生短路时，保护安装处的某相的相电压应该是该相故障点电压与该相线路压降之和。如果假设线路的正序阻抗Z1等于负序阻抗Z2，则保护安装处相电压的计算公式为：

这里的k为零序补偿系数，k3I0的物理意义是三相零序电流在输电线路的相间互感阻抗上的压降。通过推到可以理解的更清楚，在此就不做详细讨论了。

保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的两个相电压之差。根据相电压的计算公式，保护安装处相间电压的计算公式为：

这两个公式都是适用于在任何短路故障类型下，对故障相或非故障相的相电压、相间电压的计算。

3、汲出电流和助增电流的影响

当保护安装处与故障点之间有分支电源时，如图所示，分支电源将向故障点K送短路电流I CB，使流过故障线路的电流I BK=I AB+I CB，大于实际流过保护1的电流I AB，所以I CB称作助增电流。

由于助增电流的存在，使保护1的距离II段测量到的电流偏小，测量阻抗增大，保护范围缩小。这就降低了保护灵敏性，但并不影响与下一线路距离I段配合的选择性。

为了减小助增电流对保护1距离II段的影响，在整定计算是，可以在II段引入一个大于1的分值系数，适当增大距离II段的动作阻抗，抵消助增电流带来的影响。

若保护安装处与短路点间链接的不是分支电压，而是负荷，那么在图中电网中，当K点发生短路，由A侧电压供给的短路电流I AB，在母线B处分为两路，其中I BK2直接送至短路点，I BK1经非故障线路送至短路点。这样，流过故障线路的电流I BK2=I AB-I BK1，小于流过保护1的电流I AB，故I BK1称作汲出电流。

与助增电流正相反，汲出电流使保护1的距离II段测量到的电流偏大，测量阻抗减小，保护范围扩大。这可能导致保护无选择性动作。

为了减小助增电流对保护1距离II段的影响，在整定计算是，可以在II段引入一个小于1的分支系数，抵消汲出电流带来的影响。

4、振荡的影响

并联运行的电力系统或发电厂之间因短路切除太慢或遭受较大冲击时出现功率角大范围周期变化的现象，称为电力系统振荡。

电力系统振荡时，在一段时间内，振荡电流很大，而保护安装处母线电压却很小，这样会造成测量阻抗落在动作范围内（持续大约半个振荡周期）。因此，通常对动作时限较短的距离I、II段装设振荡闭锁回路，以防止距离保护在系统振荡时误动作。而对距离III段因动作时限较长，可以不考虑振荡影响。

首先来看看电力系统振荡和短路的主要区别：

（1）振荡时，电流和各点电压幅值均呈现周期性变化；而短路后，短路电流和各点电压幅值不变。

（2）振荡时，电流和电压的变化速度较慢；而短路时，电流是突然增大，电压也是突然降低，变化速度很快；

（3）振荡时，三相完全对称，系统中无负序分量；而短路时，会长时间或瞬时出现负序分量。

（4）振荡时，电压、电流的相位关系是变化的；而短路后，电流和电压间的相位关系不变。

根据以上区别，振荡闭锁可以分为两种，一种是利用负序分量的出现与否来实现，另一种是利用电流、电压的变化速度不同来实现。

例如，当系统发生振荡时，由于测量阻抗逐渐减小，因此III段先启动，II段再启动，最后I段启动。而当保护范围内部故障时，测量阻抗突然减小，因此III、II、I段将同时启动。根据以上区别，可构成振荡闭锁回路，基本原理是：当I、II和III段同时启动时，允许I、II段动作与跳闸；而当III段先启动，经延时后，II、I段才启动时，则把I、II段闭锁，不允许它们动作于跳闸。

5、过渡电阻的影响

之前分析的，各种短路都是按金属性短路考虑的。实际上，在短路点往往存在着过渡电阻R cro。对于相见故障，过渡电阻是故障电流从一相至另一相的各部分电阻总和，其中主要是电弧电阻；对于接地短路，过渡电阻主要是杆塔接地电阻。过渡电阻的存在通常使得测量阻抗增大，保护范围缩小，使保护灵敏性降低。

6、电压回路断线的影响

二次电压回路断线，将使阻抗继电器是去测量电压，造成测量阻抗Z k=0的假象，使阻抗继电器误动作。为避免这种误动作，需考

虑二次电压回路断线闭锁的问题。当电压回路发生断线失压时，将距离保护闭锁不动作。

最后为阶段式距离保护的简易逻辑框图，便于大家理解。

零序保护原理概述

110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。统计表明，在中性点直接接地电网中，接地故障占总故障次数的90%左右。中性点直接接地电网发生接地短路时，将出现零序电流和零序电压。利用这些特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流保护。

带方向和不带方向的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式。它主要由零序电流滤过器、电流继电器、零序方向继电器及与收发信机、重合闸配合的逻辑电路组成。

1、3I0和3U0的取得

对于传统的模拟式保护，3I0、3U0一般都是外接的，发展到了数字式保护时，变为可以由接入保护装置的三相电流和三相电压自产。（1）3I0的取得

外接3I0是通过零序电流滤过器获得的。如图，将三相电流互感器极性相同的二次端子连接在一起，就组成了零序电流滤过器。流入继电器的电流为：3I0=I a+I b+I c。

自产3I0是在软件中得到的，微机保护将输入的三相电流在软件中相加就可以得到3I0。现在很多微机保护上述两种方法都采用，且利用两种方法得到的3I0进行自检。

但是无论使用哪种方法取得3I0，当电流回路断线，都有可能造成保护误动作。

（2）3U0的取得

自产3U0也是在软件中将输入的三相电压相加，即：

3U0=U a+U b+U c。

外接3U0是从PT开口三角处取得。如图，三角形开口输出电压就是三相电压之和，也即3U0。由于平时没有零序电压，取外接零序电压时，回路接线错误与断线不易发现。所以微机保护均采用了自产3U0方式，尽量避免接入PT开口三角电压。

2、中性点直接接地系统的零序保护

（1）零序电流与零序电压

由故障分析可知（详见历史记录13），在零序网络中，只在故障点存在零序分量电源。故障点零序电压最高，离故障点越远零序电压越低，零序电流由故障点流向中性点。

正方向发生接地故障，保护安装在M侧，K点为接地故障点。序网图如下图所示，可得：

U0 = - I0Z M0

可见，零序电压与零序电流间的角度只和保护安装处“背后”一侧的零序阻抗角（一般取70°）有关。所以零序电压滞后零序电流110°。

反方向发生接地故障，根据零序序网图，同理可得：

U0 = I0( Z MN0+

Z MN0)

可见，反方向故障时，零序电压超前零序电流70°，超前的角度是保护安装处正方向等值零序阻抗角。

由此可见，正、反方向接地故障时，零序电压与零序电流间的角度关系正好相反，相差180°。可以用以区分正反方向接地故障。零序功率方向继电器也就是基于这个原理，构成了零序方向电流保护。

如相量图所示，将I0固定在0°，那么当U0为-110°时，零序功率方向继电器将工作在最灵敏的区域，这个角度也称之为最大灵敏角。在最大灵敏角两边扩展不大于90°的范围内，都为反应正反向接地故障的零序功率继电器的动作区。

（2）零序电流保护

零序电流保护通常采用三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断（I段）、限时零序速断（II段）、零序过电流（III段）组成。

I.零序电流速断

零序I段的整定遵循如下原则：

（a）I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相短路接地时，可能出现的最大零序电流。

（b）躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。（c）对于220kV以上电压等级的线路，当采用单重和综重是，会出现非全相运行状态，可能产生较大零序电流。如果I段定值设的较低，单重时容易误动作，如果设的较高，则缩小了保护范围。

为此，通常设置两个零序I段保护定值。其中较大的称为“不灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障，按（a）（b）整定；较小的称为“灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障。正常运行时，投入“灵敏I段”定值，在线路第一次故障瞬时动作后，如果单相重合闸，则将其自动闭锁，并自动投入“不灵敏I段”定值，按躲开非全相震荡的零序电流运行，用来保护非全相运行状态下的接地故障。

II.限时零序电流速断

零序II段能保护本线路全长，以较短实现切除接地故障。其动作电流与下一段线路的零序I段配合，比其打一个时限级差0.5s。III.零序过电流

零序III段保护可作为相邻元件故障的后备保护，其一次电流定值不超过300A，应按照躲过最大不平衡电流来整定。

3、中性点不接地系统的零序保护

（1）零序电流与零序电压

在中性点不接地电网中，用集中电容表示电网三相对地电容，并设负荷电流为零，个相对低等值集中电容相等。正常运行时，电源和负载都是对称的，故无零序电压和零序电流。

当电网中发生了单相接地故障时，三相电压不对称，出现零序电压。当A相接地时，根据故障分析的知识，可知BC两相对地电压升高了√3倍，零序电压3U0是正常A相电压的3倍，方向相反。

下面分析零序电流，由于Ua=0，那么各条线路A相对地电容电流Ia(c)=0，B、C相的电容电流Ib(c)、Ic(c)则经大地、故障点、故障线路、电源构成回路，所以出现了零序电流。由图可见，各线路的电容电流从A相流入后，又分别从B相C相流出。

由此可得出一下结论，并以此为依据构成中性点不接地电网的零序保护：

非故障线路零序电容电流，数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，零序电流超前零序电压90°。

故障线路始端的零序电流，数值等于整个电网非故障元件的零序

电流之和，方向由线路流向母线，零序电流之后零序电压90°。