第三章电网的距离保护 复习: 电流电压保护优点:简单,经济,工作可靠 缺点:受电接线方式及系统运行方式影响大。35KV及以上电压复杂网 络难于满足要求 m↑→l/msl 灵敏性↓ 第一节距离保护的作用原理 基本概念 电流保护的优点:简单、可靠、经济。缺点:选择性、灵敏性、快速性很难满足要求 (尤其35kv以上的系统) 作用:性能比电流保护史为完善 概念:反应故障点仝保护安装处之间的距离(或阻抗),并根据距离的远近而确定动 作时间的一种保护装置 距离护的基本原理: 测量元件:测量故障点全保护安装处的距离(线路阻抗) (测量元件感受阻抗)(故障点全休护安装处的线路阻抗) (假设) 动作原理:zm==<z,=反映故障点到保护安装处的距离一距离保 特点:不受运行方式的影响,只与故障点与保护安装处距离有关 距离保护的时限特性 距离保护分为三段式:I段:z=1(0.8~0.85)26,瞬时动作主保护 Ⅱ段:z1=Kk(ZA+z,),t0.5 Ⅲ段:躲最小负荷阻抗,阶梯时限特性 后备保护
第二节阻抗继电器 阻抗继电器按构成分为两种:单相式和多相式 单相式阻抗继电器:指加入继电器的只有一个电压U1(相电压或线电压)和一个电流 I(相电流或两相电流之差)的阻抗继电器 测量阻抗 ZR+jX可以在复半面上分析其动作特性 它只能反映一定相别的故障,故需多个继电器反映不同相别故障。 多相补偿式阻抗继电器:加入的是几个相的补偿后的电压。它能反映多相故障,但不能 利用测量阻抗的慨念来分析它的特性。 本节只讨论单相式阻抗继电器。 阻抗继电器的动作特 B + Ur Z BC线路距离I段内发生单相接地 故障,Z在图中阴影内。 山于1)线路参数是分布的 有差异 2)CT,PT有误差 3)故障点过渡电阻 1)分布电容等 因此为了尽量简化继电器接线,且 便于制造和调试,把继电器的动作特性 扩大为一个圆,见图
圆1:以od为半径——全阻抗继电器(反方向故障时,会误动,没有方向性) 圆2:以od为直径—方向阻抗继电器(本身具有方向性) 圆3:偏移特性继电器 另外,还有椭圆形,橄榄形,苹果形,四边形等 利用复数平面分析阻抗继电器 它的实现原理:幅值比较原理UA≥UB 相位比较原理-90°≤ar0(c590 D (一)全阻抗继电器 特性:以保护安装点为圆心(坐标原点),以 Znd为半径的圆。圆内为动作区 Z测量阻抗正好位于圆周上,继电器刚好 动作,这称为继电器的起动阻抗 无论v多大,|,=|Z,它没有方向性 1.幅值比较原理:|z|s|za 两变同乘l,且Z1=U,所以U川≤Zd,这也就是动作方程。 2.相位比较原理 90≤arg 分子分母同乘以I 1,z+U 90≤arg 90 Zr+zzd (二)方向阻抗继电器 以Zad为直径,通过坐标原点的圆圆内为动作区。 Zd随1改变而改变,当 屮等于Za的阻抗角时,Zd最大,即保护范围最 1/zEd 大,工作最灵敏 Vm最大灵敏角,它本身具有方向性
1.幅值比较原理: ZI<-Z ,Z≤1z 2.相位比较原理 ≤90 90 LIZ-U 三)偏移特性阻抗继电器 正方向:整理阻抗Z2a 反方向:偏移-aZA(a<1) 圆内动作。圆心 (1-a)Z 半径:(1+a)Z Zd随V变化而变化,但没有安全的方 1.幅值比较原理 2,-z|1,(0+a)z z-(1-a)Zs(1+a)Z 1(1+a)Z 2.相位比较原理 ar
90≤arg ≤90 总结三种阻抗的意义 1)测量阻抗Z:由加入继电器的电压U与电流l的比值确定。 l 2)整定阻抗Zs:一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗 全阻抗继电器:圆的半径 方向阻抗继电器:在最大灵敏角方向上圆的直径 偏移特性阻抗继电器:在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。 3)起动阻抗(动作阻抗)Z:它表示当继电器刚好动作时,加入继电器的电压U1和 电流J的比值 除全阻抗继电器以外:ZaJ随甲的不同而改变。当厂Vmn时,ZdZs,此时最 三、阻抗继电器的构成 主要由两大基木部分组成:电压形成路和幅值比较或相位比较回路 行 执行 (输山) 交流回路 交流回路 UA、UB、Uc、UD基木上是由U和lZd组合而成。而U可直接从PT二次侧取得,必 要时经YB变换。而Zd则经过DKB获得。 (一)方向阻抗继电器交流回路的原理接线 ⅠZ. Up=lsZ-Uj
其它的继电器的交流回路的组成,可参照此图白行作成 (二)幅值比较回路 将UA和Ug分別整流后进行幅值比较,有两种类型 1.均压式 2.环流式 UA整流后在R1上产生U2 UA整流后在R1回路产生I1 UB整流后在R2回路产牛I 继电器反应U2U2-U面动作。 继电器反应L-而动作 R1‖U,Ub|R2 相位比较回路 1直接比相式 0°≤ar 延时动作瞬时动作 它是以测定Uc和Ub同时为正的 瞬时返回延时返回 时间来判断它们的相位 (角度鉴別器)(脉冲鉴宽电路)
2.脉冲式比相电路 加移相器后移相将Uc移相90,即Uc=Uce-原比相动作方程变为 ≤0 U 微分儿件(产生脉冲输出的时间与Ue方波的 沿同时) UN(U1) UC(U2)
第三节阻抗继电器的接线方式 、基本要求 l要求测量阻抗Z正比于保护安装处到短路点的阻抗。 2要求测量阻抗的值仪与保护安装处全故障点的距离有关,而与故障类型无关。 常用接线方式 参见P,表3-2,其中0接线,+30接线和-30接线的阻抗继电器用于反映各种相间短 路。相电压和具有k3I补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。 分析 (一)母线残压计算公式 假设:Z1=Z2,不计负荷电流 在线路上D点发生单相接地故障时,母线电压的表达式 D UA=UAD+la Z,l+12Z,/+// =UA+n21+1A221+lA21+lA20-1021l4 =Um+1A21+A0(20-21) Uad+(1a+k3l0)21 (其中:k=(Z-Z1)3Z1,零序补偿系数。)
同理:UB=UB+(B+k30)21l Uc=Uc+(c+k3/0)21 (二)0°接线方式的分析(设n=n=1) 因为三相对称,继电器1,继电器2,继电器3工作情况完全相同,所以就以继电器1 为例分析 同理Z2=Z1=Zla 结论:在三相短路时,Z,Z2,Z3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗 2.两相短路 以BC两相短路为例。 A=03/=0 U=EA UB=UBd+IbZ,d Uc=Uc+Iczld 2-1 E Z Z,ld UC-U UC+lcZ1l-E=,I Azz, 结论:接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安裝处到故障点之间的线路: 厅阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大,不会动作。这也就是为什么要用三 个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因 中性点直接接地电网的两相接地短路 仍然以BC两相接地短路为例 3l0≠0 一Uc(-l)21+k31Z11-k3l21
z,=- Z, ld Z,,>Z 1 结论:同两相短路 (三)接地短路阻抗继电器的接线方式 以A相接地短路为例 (+k31012=z1 14+k31。1A+3k1 可见:它能正确测量以短路点到侏护安装处之间线路正序阻抗 E Z3>Z1 均不动 B+k31 k3l o 所以必须采用三个阻抗继电器。 该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。(自行分析) 第四节方向阻抗继电器的特性分析 山于方向阻抗继电器的应用最为广泛,故进一步分析之 方向阻抗继电器的死区和消除方法 )产生死区的原因 在保护正方向出口发生相间短路时,U=0,继电器不动作。发生这种情况的一定范围 就称为“死区”。因此时是动作的边界条件,同时阻抗继电器动作还需要一定的功率, 时继电器可能不动作 1.幅值比较式 p-乙1乙21乙1乙 而实际上,继电器的执行元件动作需要一定的功率,所以继电器不动。 2.相位比较式 因为U=0,无法比相,所以继电器不动。 (二)消除死区的方法 引入极化电压UP,要求如下: 1)与U同相位