单侧电源辐射网络相间短路的距离保护课件.ppt

1、 单侧电源辐射网络相间短路的距离保护单侧电源辐射网络相间短路的距离保护 距离保护：距离保护：反映故障点至保护安装点之间的反映故障点至保护安装点之间的距离距离（或阻抗），并根据（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间距离远近而确定动作时间的一种的一种保护装置。保护装置。测量阻抗：测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的由施加于继电器的电压和电流测得的保护安装处至短路点的阻抗值。保护安装处至短路点的阻抗值。当短路点距保护安装处当短路点距保护安装处近近时，其测量阻抗时，其测量阻抗小小，动，动作时间作时间短短；当短路点距保护安装处；当短路点距保护安装处远远时，其测量阻抗时，其测量阻抗增加增加，动作时

2、，动作时间间增长增长；保证有选择性地切除故障线路；保证有选择性地切除故障线路。第一节第一节 距离保护的作用原理距离保护的作用原理一、基本原理一、基本原理 使距离保护装置刚能动作的使距离保护装置刚能动作的最大测量阻抗最大测量阻抗。三个重要的基本概念三个重要的基本概念整定阻抗整定阻抗Zset：测量阻抗测量阻抗Zk：加入继电器的电压加入继电器的电压Uk、电流、电流Ik的比值。的比值。起动阻抗起动阻抗Zact：指编制整定方案时，根据保护范围给出的指编制整定方案时，根据保护范围给出的阻抗。发生短路时，当测量阻抗等于或小阻抗。发生短路时，当测量阻抗等于或小于整定阻抗时继电器动作。于整定阻抗时继电器动作。距

3、离保护的工作原理距离保护的工作原理kIkUABCZ正常情况下：正常情况下：测量阻抗测量阻抗 d故障时：故障时：测量阻抗测量阻抗 1234lllkkkZIUIUZddreskkkZIUIUZ距离保护的实质是用距离保护的实质是用测量阻抗测量阻抗 与被保护线路的与被保护线路的整定阻抗整定阻抗 比较。比较。当短路点在保护范围以外时，即当短路点在保护范围以外时，即 时，时，继电器继电器不动作不动作；当短路点在保护范围以内时，即当短路点在保护范围以内时，即 时，时，继电器继电器动作动作。ksetZZsetZkZksetZZ 当当d d点短路时，保护点短路时，保护1 1测量的阻抗是测量的阻抗是 dZ，保，保

4、 护护2 2测量的阻抗是测量的阻抗是 。dABZZ 由于保护由于保护1 1距短路点距短路点较近，保护较近，保护2 2距短路点距短路点较远，所以保护较远，所以保护1 1的动的动作时间可以做得比保作时间可以做得比保护护2 2的动作时间短。这的动作时间短。这样故障由保护样故障由保护1 1切除，切除，而保护而保护2 2不动作。不动作。这种这种选择性的配合，是靠选择性的配合，是靠适当地选择各个保护适当地选择各个保护的整定值和动作时限的整定值和动作时限来完成的。来完成的。)(Lft BCdzZZ)85.08.0(1.定义定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系离关

5、系 三段阶梯型时限特性，称距离保护三段阶梯型时限特性，称距离保护的的、段。段。)(Lft 距离距离段段 希希 望望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求：保护被保护范围全长，但满足选择性要求 动作值动作值：ABABrelsetZZKZ)85.08.0(2.动作时间动作时间：1t=保护本身固有动作时间保护本身固有动作时间 BCsetZZ)85.08.0(1.二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性AB21ZZZC 距离距离段段 动作值动作值：当保护：当保护1 1第第段末端短路时，保护段末端短路时，保护2 2的测量阻的测量阻抗为抗为 1.2setABZZZ)85.08.0(8.0)(1.2.B

6、CABopABrelsetZZZZKZ 动作时间动作时间：ttt 12 距离保护距离保护段和段和段联合构成本线路的段联合构成本线路的主保护主保护。希希 望望：保护范围不超出下一条线路距离：保护范围不超出下一条线路距离段的保段的保护范围，同时带有高出一个护范围，同时带有高出一个 的时限。的时限。tAB21ZZZC 距离距离段段 2.setZ =按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定 不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别。不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别。tttnextself 动作时间：动作时间：希希 望：望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝作为相临线路保护装置

7、和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离动作的后备保护，同时也作为距离、段的段的后备保护。后备保护。动作值：动作值：距离保护的动作时间距离保护的动作时间t t与保护安装处到故障点之间的距与保护安装处到故障点之间的距离离 的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。的是三阶梯型时限特性。=t2t=t”2tAB321ZZZCt3t”3t”3t2t”2t1t”2保护保护3 3的的段段保护保护3 3的的段段保护保护3 3的的段段ltl三、三、距离保护的组成距离保护的组成起动元件起动元件距离元件距离元件时间元件时间元件起动 Z Z

8、Ztt1&出口跳闸起动元件故障瞬间起动整套保护装置,根据被保护线路 的不同，可选用过电流继电器、低阻抗继电 器或反映负序和零序电流的继电器。距离元件测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗 ），一般采用阻抗继电器。时间元件时间元件按照故障点到保护安装处的远近，根据预定的按照故障点到保护安装处的远近，根据预定的 时间特性确定动作的时限，以保证动作的选择时间特性确定动作的时限，以保证动作的选择 性，一般采用时间继电器。性，一般采用时间继电器。阻抗继电器是距离保护装置的阻抗继电器是距离保护装置的核心核心元件，主要元件，主要作用作用：测：测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比量短路点到

9、保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。较，以确定保护是否应该动作。kkkIUZkZ可以写成可以写成 jXR的复数形式，利用复数平面来分析的复数形式，利用复数平面来分析 这种继电器的动作特性这种继电器的动作特性。第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 单相式阻抗继电器单相式阻抗继电器：加入继电器的只有一个电压：加入继电器的只有一个电压 kU（可（可 以是相电压或线电压）和一个电流以是相电压或线电压）和一个电流 kI（可以是相电流或两相（可以是相电流或两相 电流之差）的阻抗继电器，电流之差）的阻抗继电器，和和 的比值称为继电器的测量的比值称为继电器的测量 阻抗阻抗 ，即

10、，即 kZkUkI 以以线路线路B-CB-C的保护的保护1 1为为例，线路的例，线路的始端始端B B位于坐位于坐标原点标原点，正方向线路的测，正方向线路的测量阻抗在第一象限，反方量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗在第三向线路的测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻象限，正方向线路测量阻抗与抗与R R轴之间角度为线路轴之间角度为线路B-CB-C的阻抗角的阻抗角 。对保护对保护1 1的的距离距离段，起动阻抗段，起动阻抗应整定为应整定为 dBCsetZZ85.01.一、构成阻抗继电器的基本原则一、构成阻抗继电器的基本原则BCsetZZ85.01.CBAd 为了减少为了减少过渡电阻过渡电阻以及以及互

11、感器误差互感器误差的影的影响，尽量简化继电器响，尽量简化继电器的接线，并便于的接线，并便于制造制造和调试和调试，通常把阻抗，通常把阻抗继电器的继电器的。如图所。如图所示，其中示，其中1 1为为全阻抗继全阻抗继电器电器的动作特性，的动作特性，2 2为为方向阻抗继电器方向阻抗继电器的动的动作特性，作特性，3 3为为偏移特性偏移特性的阻抗继电器的阻抗继电器的动作的动作特性特性。CBAdBCsetZZ85.01.正方向短路时正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗抗Zk与与R轴的夹角为线路的阻抗角轴的夹角为线路的阻抗角 d；反方向短路时反方向短路时：测量阻抗在第三

12、象限。如果测量阻：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。反之，阻抗继电器不动作。setZ 阻抗继电器都接于电流互感器和电压互感器的阻抗继电器都接于电流互感器和电压互感器的二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系：二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系：yldlBCyBkkknnZnInUIUZ/)(1.1.全阻抗继电器全阻抗继电器 特性特性：以：以B B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗 为为半径所作的一个圆。当测量阻抗半径所作的一个圆。当测量阻抗

13、 位于圆内时继电器动作，位于圆内时继电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗setZkZactZjXRsetZkZactZ二、阻抗继电器的特性分析二、阻抗继电器的特性分析 该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的 电压和电流之间的角度电压和电流之间的角度k为多大，继电器起动阻抗在数值为多大，继电器起动阻抗在数值上等于整定阻抗，即上等于整定阻抗，即|setactZZ，全阻抗继电器，全阻抗继

14、电器没有方向性没有方向性。（1 1）幅值比较）幅值比较KsetZZ动作与边界条件：动作与边界条件：kKsetUI Z|setkZZjXRsetZkZactZ（2）相位比较）相位比较 90arg90ksetksetZZZZjXRsetZkZjXRsetZkZ动作与边界条件动作与边界条件:ksetZZksetZZksetZZksetZZ测量阻抗在圆上测量阻抗在圆上 测量阻抗在圆内测量阻抗在圆内 jXRsetZrZ动作边界条件动作边界条件:90arg90ksetksetZZZZ90arg90kkksetkkksetIZIZIZIZjXRsetZrZksetZZksetZZksetZZksetZZ测量

15、阻抗在圆外测量阻抗在圆外 特性特性：以整定阻抗：以整定阻抗 为直径而通过坐标原点的一个圆。为直径而通过坐标原点的一个圆。当加入继电器的电压当加入继电器的电压和电流之间的相位差和电流之间的相位差 为不同数值时，继电器的起动阻抗也为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。将随之改变。当当 等于的阻抗角等于的阻抗角 时，继电器的起动阻抗达到最大，时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。灵敏。setZkkset2.2.方向阻抗继电器方向阻抗继电器kZkZ|21|21|setsetkZZZ起动（即测量阻

16、抗起动（即测量阻抗 位于圆内）条件为位于圆内）条件为 当反方向发生短路时，测量阻抗当反方向发生短路时，测量阻抗 位于第三象限，继电器位于第三象限，继电器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。kZ（1）幅值比较）幅值比较jXRsetZsetZ21setkZZ21kZ（2）相位比较）相位比较动作边界条件动作边界条件:90arg90kksetZZZkZsetZksetZZsetZksetZZjXRjXRkZ90arg90kksetZZZkZjXRjXRsetZksetZZsetZksetZZ 特性特性：当正方向的整定阻抗为：当正方向的整定阻抗为

17、时，同时向反方向偏移一时，同时向反方向偏移一个个 ，其中，其中 。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为的直径为 ，圆心坐标，圆心坐标 setZsetZ10setsetZZ)(210setsetZZZ3.偏移特性的阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器|00ZZZZsetkjXR（1）幅值比较）幅值比较 动作边界条件动作边界条件:setZ0ZsetZkZ0ZZk|)1(5.0|)1(5.0|setsetkZZZ（2）相位比较）相位比较 90arg9021ksetksetZZZZjXRjXR动作边界条件动作边界条件:1setZ2setZkZksetZZ1ksetZZ2

18、0Z0Z1setZ2setZksetZZ2ksetZZ1kZjXRjXR90arg9021ksetksetZZZZ90arg9021kksetkksetUIZUIZ0Z1setZ2setZksetZZ2ksetZZ1kZ0Z1setZ2setZksetZZ2ksetZZ1kZ第三节第三节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式(1)阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处之间的距离。安装处之间的距离。(2)阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。就是保护范围不随故障类型而变化

19、。1.对阻抗继电器接线要求对阻抗继电器接线要求（1）接线定义接线定义02.反映相间短路故障接线反映相间短路故障接线1cos当当 时，加在继电器端子上电压与电流时，加在继电器端子上电压与电流的相位差为零。的相位差为零。BAUUBAIICBUUCBIIACUUACII KZ1：111111)(KBABAABKI lZIIlZlZIlZIUU)3(2)3(2111)3(1KKKKKZZlZIUZ（2）三相短路）三相短路测量阻抗：测量阻抗：KZ1、KZ2、KZ3都能正确反应故障位置，若都能正确反应故障位置，若故障点落在保护范围，故障点落在保护范围，3个继电器都起动。个继电器都起动。111111)(KB

20、ABAABKI lZIIlZlZIlZIUU)3(1111)2(1KKKKZlZIUZ（3）二相短路）二相短路KZ1：KZ2：测量阻抗落在区外，不能起动。：测量阻抗落在区外，不能起动。（正常）残压）CBCBBCKUlZIUUUU(1212KKABBCUUUUBBAKBCBKIIIIIIII201212KKII12KKZZ同理，同理，B-C短路，短路，K2起动；起动；C-A短路，短路，K3起动。起动。因此，要接因此，要接3个阻抗继电器分别反应不同的相间个阻抗继电器分别反应不同的相间故障。故障。3.反映接地短路故障的阻抗继电器接线反映接地短路故障的阻抗继电器接线作用作用：作为接地短路故障测量元件。

21、：作为接地短路故障测量元件。当发生单相金属性接地短路故障时，只有当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。以以A相为例，故障点对地电压为零。相为例，故障点对地电压为零。kAU)1(kAI将将电压和电流分解为序分量，则电压和电流分解为序分量，则)1(0)1(2)1(1)1(021KAKAKAKAKAKAKAKAIIIIUUUU三序分量电压为三序分量电压为kKKAAkKKAAkKKAALZIUULZIUULZIUU000012221111021AAAAUUUUkKKKKAKAKALZIZIZIUUU)()(001211021

22、)(100211ZZIIILZKKKk)(11001ZZZIILZKAk0021021kkkkAAUUUUIIII短路点边界条件：若加入继电器电压、电流为若加入继电器电压、电流为AkUUAkII则测量阻抗为则测量阻抗为kAKkmLZZIILZZ)(1001为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：为：03IKIIUUAkAk1103ZZZK其中其中：测量阻抗测量阻抗:kAkAkLZIKILZIKIZ10103)3(加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点抗继电器就能正确测量保护安

23、装处至短路点间距离。间距离。继电器继电器1继电器继电器2继电器继电器3AUBUCU03 IKIA03 IKIB03 IKIC第四节第四节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算1.距离保护距离保护 段段（1）动作阻抗）动作阻抗 （2）动作时限）动作时限 ABrelset.1ZKZ01t2.距离保护距离保护段段 （1）动作阻抗）动作阻抗 1）与下一线路的第一段保护配合）与下一线路的第一段保护配合Kb为分支系数，为分支系数，2）与相邻变压器的快速保护相配合）与相邻变压器的快速保护相配合 取取1）、）、2）计算结果中的小者作为）计算结果中的小者作为 。BCABZKKZKZrelbrel1.setmin

24、bABBCIIKTABZKZKZbrel1set.1.setZ含义：变压器一般采用瞬时动作的差动保护（可以含义：变压器一般采用瞬时动作的差动保护（可以理解为理解为I I段），其保护范围为元件全长，即变压器段），其保护范围为元件全长，即变压器出口，折合成距离保护的出口，折合成距离保护的I I段定值即是段定值即是 。TZ(2)动作时限动作时限 (3)灵敏度校验灵敏度校验 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第第段相配合的原则选择动作阻抗，即段相配合的原则选择动作阻抗，即第第段的动作时限应比下一线路第段的动作时限应比下一线路第段的动作时段的动作时限大一

25、个时限阶段，限大一个时限阶段，tttt215.1set.1ABsenZZK2.setbrel1.setZKZKZABttt213.距离保护距离保护段段(1)动作阻抗动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第按躲开最小负荷阻抗来选择，若第段采用全段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为阻抗继电器，其动作阻抗为min.Lssrerel1.set1ZKKKZmax.LNmin.L39.0IUZ式中式中 最小负荷阻抗，最小负荷阻抗，min.LZ(2)动作时限动作时限(3)灵敏度校验灵敏度校验 作近后备保护时作近后备保护时 作远后备保护时作远后备保护时 Kb为分支系数，取最大可能值。为分支系数，取最大可能值。tt

26、t215.11.setsenABZZK近2.1b1.setsenBCABZKZZK远 根据距离保护的工作原理，可在多电源的复杂网根据距离保护的工作原理，可在多电源的复杂网络中保证动作的络中保证动作的选择性选择性。距离距离段，保护全长段，保护全长80%80%85%85%，两端合成起来有，两端合成起来有30%30%40%40%长度不能长度不能瞬时瞬时切除，切除，0.5s0.5s延时。延时。较电流保护的较电流保护的灵敏度灵敏度高。高。距离保护中，采用了复杂的阻抗继电器和大量辅距离保护中，采用了复杂的阻抗继电器和大量辅助继电器，助继电器，可靠性可靠性低低（指传统阻抗继电器）（指传统阻抗继电器）。4.对

27、距离保护的评价对距离保护的评价 线路：线路：变压器：变压器：电源：电源：线路线路AB、BC 整定整定A各段距离保护，各段距离保护，okBCABZZkmZ65,1.17,5.13;/45.0135.42TZ30,10,3/115min.max.BBABAXXXkVEE9.0cos,2,400max.ssLKAI15.1,25.1 rerelKK距离三段保护整定计算例题距离三段保护整定计算例题解解：（1）保护）保护2、1距离距离I段段（2）保护）保护2距离距离II段段 与线路与线路BC的的I段配合段配合 当当C短路时，短路时，电源电源B是助增电流，因此是助增电流，因此BC线路和线路和AB线路的最小

28、分支系数应出现在电源线路的最小分支系数应出现在电源B ，即电源即电源B断开，这时断开，这时（当（当C短路时，变压器支路对短路电流没有影响）短路时，变压器支路对短路电流没有影响）48.115.1385.02.ABrelsetZKZ54.141.1785.01.BCrelsetZKZmax.BX 83.23)54.145.13(85.0)(1.2.setbABrelsetZKZKZ1bK 与变压器差动保护配合与变压器差动保护配合 取以上较小者作为取以上较小者作为II段定值段定值 II段灵敏度段灵敏度.2()0.7(13.542.35)39.09setrelABbTZKZK Z 83.232.set

29、Z5.177.15.1383.232.2.ABsetsenZZK（3）距离）距离III段（按方向继电器整定）段（按方向继电器整定）距离距离III段灵敏度校验段灵敏度校验近后备：近后备：远后备：远后备：1.min.min.max0.9 110/3149.4,cos0.9260.4oLLLLUZI.2.min163.96cos()setLrelssrekLZZKK K.2.263.964.731.513.5setsenABZKZ.2.2.max63.961.461.213.5 1.78 17.1setsenABbBCZKZKZ取额定电压按方向阻抗继电器的整定阻抗按方向阻抗继电器的整定阻抗)()cos()()cos(.一次值；二次值LkactLkactKsetZZZ 分支系数：分支系数：.max.max.min1113.5 1011.7830BBABEEBCAABbABABABBIIIIZZKIIIZ actKZ.KZsetZ