1、华中科技大学文华学院机电学部2009.10 电力系统继电保护电力系统继电保护 电气工程及其自动化专业课程电气工程及其自动化专业课程4.3 4.3 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式及精工电流及精工电流,精工电压精工电压4.3.14.3.1、对距离保护接线方式的要求及接线种类、对距离保护接线方式的要求及接线种类 根据距离保护的工作原理，加入继电器的电根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足如下要求：压和电流应满足如下要求：1 1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障安装处的距离成正比。即与故障点至保障安装处的距离成正比。
2、2 2、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。范围不随故障类型而变化。Chapter4 输电线路的距离保护 常用的接线方式有常用的接线方式有0接线，接线，30接线，接线，30接线接线及及相电压和具有相电压和具有 补偿的相电流接线补偿的相电流接线。3oK I设负荷的功率因数设负荷的功率因数(cos)为为1时，时，若若 与与 同相位，称同相位，称 0接线；接线；KUKI若若 超前超前 30时，称时，称 30接线接线，以此类推。，以此类推。KUKI4.3 4.3 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式 4.3.14.3.1、对距离
3、保护接线方式的要求及接线种类、对距离保护接线方式的要求及接线种类 阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中表中“”表示按相间电压或相电流差，表示按相间电压或相电流差，“Y”表示表示按相电压或相电流。按相电压或相电流。4.3.14.3.1、对距离保护接线方式的要求及接线种类、对距离保护接线方式的要求及接线种类 4.3 阻抗元件的接线方式及精工电流、精工电压相间短路单相式阻抗元件的0接线方式相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线假设：电压互感器和电流互感器的变比为假设：电压互感器和电流互感器的变比为1 三相短路lk设：线路每千米的正序阻抗
4、为设：线路每千米的正序阻抗为 Z1，图图422 三相短路时测量阻抗分析三相短路时测量阻抗分析结论：在三相短路时，Zm1，Zm2，Zm3的测量阻抗均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗，三继电器均能动作。K(3)以以K1为例进行分析：为例进行分析：kBAABmkBAdCdBdAdBkBdAkABAABACmCAmmCBmBCmmBAmABmmlZIIUZlZIIUUUUlZIUlZIUUUIIIUUZIIIUUZIIIUUZ131111321)()0(;,:,:,:ZA B CAIBICI 两相短路K AB(2)图图423 A、B 两相短路时相短路时 测量阻抗分析测量阻抗分析l结论：接于故障环
5、路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。因此要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间。kBAABmlZIIUZ1)2(1kmlZZ1)2(2kmlZZ1)2(3ZA B CAIBI0CIkBAdBdAdBkBdAkABAABlZIIUUUlZIUlZIUUU111)()(;中性点直接接地网中的两相接地短路ZL-输电线路每千米自感阻抗输电线路每千米自感阻抗ZM-输电线路每千米互感阻抗输电线路每千米互感阻抗则：保护安装处故障相电压分别为：ABALMBABLMUI Z l I Z lUI Z l I Z l结论：接于故障环路的阻抗继电器
6、可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。因此要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间。BAMLBABAABmIILZZIIIIUZ)()1.1(1LZLZZML1)(4.3 阻抗元件的接线方式及精工电流、精工电压相间短路单相式阻抗元件的0接线方式反应相间短路阻抗继电器的反应相间短路阻抗继电器的3030接线接线 这种接线方式有两种，以继电器为例，在三相和AB两相短路时，其测量阻抗为LZeILZIIIUZjABAAABm11)30()1()(LZeILZIIIUZjBBABABm11)30()1()(将以上两式合并写成将以上两式合并写成LZeZjm
7、1)1(1 1 正常运行情况正常运行情况 301203)1(jfhfhjmeZZeZ 测量阻抗的数值为每相负荷阻抗的测量阻抗的数值为每相负荷阻抗的 倍，阻抗角则较倍，阻抗角则较负荷阻抗的角度偏移负荷阻抗的角度偏移 30 ，当采用，当采用+30+30 接线时，测量阻接线时，测量阻抗的阻抗角向超前于每相负荷阻抗的方向移动抗的阻抗角向超前于每相负荷阻抗的方向移动3030，而当采，而当采用用-30-30 接线时，则向滞后方向移动接线时，则向滞后方向移动3030。3反应相间短路阻抗继电器的反应相间短路阻抗继电器的 3030接线接线 -30 接线用于长线重负荷的原因可作如下简单分接线用于长线重负荷的原因可
8、作如下简单分析析 mZBkBkBBABIlZIlZIaIU113013jkelZ三相短路三相短路 三相短路与正常运行时相似，只是三相短路与正常运行时相似，只是Z Z1 1L L为短路点到为短路点到保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此 3013jmLeZZ即测量阻抗的数值为每相线路阻抗的即测量阻抗的数值为每相线路阻抗的 倍，相倍，相位则比线路阻抗角偏离位则比线路阻抗角偏离 30 。3反应相间短路阻抗继电器的反应相间短路阻抗继电器的 3030接线接线 两相短路两相短路 以以AB两相短路为例，两相短路为例，超前于超前于 的角度的角度180180，因此，因此 LZL
9、ZeZjJ111802)1(即测量阻抗的数值为每相短路阻抗的即测量阻抗的数值为每相短路阻抗的2倍，相位则倍，相位则等于线路的阻抗角。等于线路的阻抗角。AIBI 采用采用3030 接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测量阻抗的数值与相位均不相同，这种接线方式可应用于圆特性量阻抗的数值与相位均不相同，这种接线方式可应用于圆特性方向阻抗继电器。如下图所示，实际上三相短路与两相短路时方向阻抗继电器。如下图所示，实际上三相短路与两相短路时的保护范围一样。的保护范围一样。这种接线方式还可用于全阻抗这种接线方式还可用于全阻抗继电器。继电器。在输电线路的送电端，采
10、用在输电线路的送电端，采用-30接线。接线。在输电线路的受电端采用在输电线路的受电端采用+30接线时。接线时。两相短路两相短路 接地短路阻抗继电器的接线方式 在大电流接地系统中，零序电流保护不能满足要求时，在大电流接地系统中，零序电流保护不能满足要求时，一般采用接地距离保护。一般采用接地距离保护。我们以我们以单相接地故障单相接地故障为例进行分析为例进行分析,其特征为其特征为故障相电故障相电压压降低降低，电流电流增大增大，而，而任何相间电压任何相间电压都都很高很高。因此。因此将故障将故障相的电压和电流加入到继电器相的电压和电流加入到继电器中。中。120120120120()()()dddAU U
11、 UZIZUUIZIUU 120120I ZlI Z lI Z l12000110()III ZlI ZlI Z l010111AZ lZlI ZlI ZlZl01(3)AIKI Zl对A相阻抗继电器，接入继电器的电压为 ：AU接地短路阻抗继电器的接线方式结论：这种接线方式能正确发应单相接地短路，为了反 应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须 接入三个阻抗继电器。同时，这种接线方式也能 反应于两相接地短路和三相短路而动作。三三、阻抗继电器的精工电流和精工电压、阻抗继电器的精工电流和精工电压 (Accurate Working Current and Accurate Working Vol
12、tage of Impedance Relay)mumUKIK1setummopZKKIUZ1 阻抗继电器器利用测量阻抗阻抗继电器器利用测量阻抗Z Zm m来反映故障点的位置，来反映故障点的位置，即用即用Um与与 Im 的比值，其动作特性的比值，其动作特性Zop在理想情况下为在理想情况下为常数，与测量电流常数，与测量电流Im无关。无关。例：全阻抗继电器（整流型）其动作特性为：例：全阻抗继电器（整流型）其动作特性为：理想临界动作条件为：理想临界动作条件为：01mumUKIK 而实际上执行元件需要动作功率的，即实际临界而实际上执行元件需要动作功率的，即实际临界动作条件为：动作条件为：01UUKIK
13、mum图图415 方向阻抗继电器的方向阻抗继电器的Zop=f(Ir)的曲线的曲线musetmuuopIKUZIKUKKZ001考虑考虑U U0 0的影响后，给出的影响后，给出Z Zopop=f(I=f(Ir r)的关系曲线如下图所示。的关系曲线如下图所示。K actZZset0.9ZsetIacminIKK actZZset0.9ZsetIacminIK 由此可见，加入继电器的电流由此可见，加入继电器的电流较小时，继电器的起动阻抗将下降，较小时，继电器的起动阻抗将下降，即：即：实际保护范围缩短实际保护范围缩短。这将影响。这将影响到它与相邻线路的配合，甚至引起到它与相邻线路的配合，甚至引起非选择
14、性动作非选择性动作。每个阻抗继电器都有其每个阻抗继电器都有其Zop=f(Ir)动作曲线，为了将动作阻抗和整定阻动作曲线，为了将动作阻抗和整定阻抗的差距限制在一定的范围内规定了抗的差距限制在一定的范围内规定了精工电流精工电流Iacmin的概念。的概念。精确工作电流精确工作电流即：阻抗继电器的动作阻抗与整定阻抗的差距即：阻抗继电器的动作阻抗与整定阻抗的差距在在10时，加入阻抗继电器的电流。记做时，加入阻抗继电器的电流。记做Iacmin图图415 方向阻抗继电器的方向阻抗继电器的Zop=f(Ir)的曲线的曲线 因此，当因此，当 时，就可以保证起动阻抗时，就可以保证起动阻抗的误差在的误差在10%以内，
15、而这个误差在选择可靠系数以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。时，已经被考虑进去了。minacmII 为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应用精工电压作为继电器的质量指标。用精工电压作为继电器的质量指标。精工电压：精工电压：就是精工电流和整定阻抗的乘积，即就是精工电流和整定阻抗的乘积，即setacacZIUmin结论：结论：它不随继电器的整定阻抗而变，对某指定的它不随继电器的整定阻抗而变，对某指定的继电器而言，它是常数。继电器而言，它是常数。三、阻抗继电器的精工电流和精工电压三、阻抗继电器的精工电流和精工电压 4.5 4.5 方向阻抗继电器的
16、构成方法及方向阻抗继电器的构成方法及方向阻抗元件举例方向阻抗元件举例阻抗元件整定值的模拟和调整阻抗元件整定值的模拟和调整P166 P166：图：图4-244-24比较绝对值的全阻抗继电器 setmZZsetmUUuIITATTVsetKZZnnnZM1、绝对值比较的方向阻抗继电器原理电路、绝对值比较的方向阻抗继电器原理电路 将将 代入代入 setsetmZZZ2121ImImmuZI21ZI21UKuIITATTVsetKZZnnnZImmuBZI21UKU ImAZI21U2、比较相位的方向阻抗继电器原理电路、比较相位的方向阻抗继电器原理电路90arg90mmsetZZZ muImCuUKZ
17、IUK muDuUKUK4.5 4.5 方向阻抗继电器的构成方法及方方向阻抗继电器的构成方法及方向阻抗元件举例向阻抗元件举例举例举例 方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时,故故障环路的故障电压将降低为零障环路的故障电压将降低为零,此时任何具有方向性此时任何具有方向性的阻抗继电器将因加入的电压为零而不动作的阻抗继电器将因加入的电压为零而不动作,从而出从而出现现保护装置的死区保护装置的死区。为减少和消除死区，可采用以下方法：为减少和消除死区，可采用以下方法：记忆回路记忆回路 引入
18、非故障相电压引入非故障相电压1、整流型方向阻抗元件、整流型方向阻抗元件方向阻抗继电器都有方向阻抗继电器都有“死区死区”问题问题 PmIAUIZU，mIPmuBIUUKUZ 方向阻抗元件举例方向阻抗元件举例1、整流型方向阻抗元件、整流型方向阻抗元件 第一种方法，用电阻、电感和电容组成的第一种方法，用电阻、电感和电容组成的50HZ工频串联谐振回路即记忆回路或极化回路，工频串联谐振回路即记忆回路或极化回路，以获取极化电压。以获取极化电压。因为L=1/c，电路呈纯阻性，所以当出口短路时，Um=0。借助谐振，Up在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原先的相位不变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆
19、回路”。jXLj-jXCjRj(1K)R(30K82K)AUBUCUABUPURI 正常运行时，正常运行时，较大，较大，R又很大。使作用在又很大。使作用在Rj上的上的电流主要由电流主要由 产生，第三产生，第三相电压基本上不起作用。相电压基本上不起作用。当当AB相间短路时，相间短路时，=0，记忆回路发挥作用，记忆回路发挥作用。但。但 将逐渐衰减到零，将逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将此时第三相电压的作用将表现出来。表现出来。ABUABUABUPU图图427（a）引入非故障相电压引入非故障相电压 消除死区电压消除死区电压1、整流型方向阻抗元件、整流型方向阻抗元件 方向阻抗元件举例方向阻抗元件举
20、例因为R为高电阻，其值比电路中的阻抗值大得多，所以 与 同相位。ACU结论：所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的 可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。PU图图428（b）引入非故障相电压引入非故障相电压 消除死区电压消除死区电压AEBECCEUACUAUBUPUIR微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。jLjRLjcjjLjRcjRjxIjxjxRjxIILjRjcjpXI jRIUACURIjXLj-jXCjRjRIR PUcjI1、整流型方向阻抗元件、整流型方向阻抗元件 第二种获取极化电压的办法，需要电压零线第二种获取极化电压的办
21、法，需要电压零线 方向阻抗元件举例方向阻抗元件举例2.比较相位原理的集成电路方向阻抗元件的原理电比较相位原理的集成电路方向阻抗元件的原理电路框图路框图方向阻抗元件举例方向阻抗元件举例频率变化使极化电压与测量电压不同相 极化电压对相位比较方向阻抗元件的影响极化电压对相位比较方向阻抗元件的影响msetsetopmCosCosZZZ极化电压对相位比较方向阻抗元件的影响极化电压对相位比较方向阻抗元件的影响00时时阻抗元件的圆特性阻抗元件的圆特性的变的变化特征化特征 1、阻抗特性圆发生偏移、阻抗特性圆发生偏移2、阻抗特性圆变大、阻抗特性圆变大 3、不同的系列阻抗特性不同的系列阻抗特性圆均以整定阻抗为公共
22、弦圆均以整定阻抗为公共弦 4、可能导致阻抗原件不、可能导致阻抗原件不正确动作正确动作极化电压对相位比较方向阻抗元件的影响4.64.6影响阻抗元件测量阻抗精度的因素影响阻抗元件测量阻抗精度的因素短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点过渡电阻对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响分支电流的影响分支电流的影响 TV断线 线路串联电容 输电线非全相运行 系统频率发生变化 极化电压的相位 电压互感器和电流互感器的稳态误差短路中的暂态分量及互感器的过渡过程等 短路点过渡电阻对距离保护的影响（短路点过渡电阻对距离保护的影响（Effect of Fault Path Trans
23、ition Resistance to Distance Protection）、）、电力系统中的短路一般不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻，从而使测量阻抗发生变化，保护范围可能缩短，可能超范围或反方向误动。1、短路点过渡电阻、短路点过渡电阻Rgd的性质的性质 短路点的过渡电阻短路点的过渡电阻:当相间短路或接地短路时，当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入地的途径短路电流从一相流到另一相或从一相流入地的途径中所通过的物质的电阻。中所通过的物质的电阻。短路点过渡电阻对距离保护的影响（短路点过渡电阻对距离保护的影响（Effect of Fault Path Transit
24、ion Resistance to Distance Protection）、）、(3)(2)(11)(1)dddd，、过渡电阻主要是电弧电阻过渡电阻主要是电弧电阻过渡电阻主要是电弧电阻、过渡电阻主要是电弧电阻、杆塔电阻、大地电阻杆塔电阻、大地电阻 分类分类:电弧电阻、中间物质电阻、相导线与地之电弧电阻、中间物质电阻、相导线与地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。过渡电阻性质过渡电阻性质:阻抗继电器感受到的过渡阻抗继电器感受到的过渡电阻可电阻可能不是纯电阻性的能不是纯电阻性的式中：式中：Iarc-电弧电流的有效值，电弧电流的有效值，A;larc-电弧长度，
25、电弧长度，m m对于电弧电阻我们可采用以下经验公式进行计算：对于电弧电阻我们可采用以下经验公式进行计算：目前，我国对目前，我国对500kV线路接地电阻的最大过渡线路接地电阻的最大过渡电阻按电阻按300估计，对估计，对220kV线路，则按线路，则按100 估计。估计。电弧电阻的特点电弧电阻的特点：其数值在短路的瞬间最小，大约：其数值在短路的瞬间最小，大约经过经过0.10.15秒后秒后,就迅速增大。就迅速增大。1050arcarcarclRI 单侧电源线路和双侧电源线路上过渡电阻是不单侧电源线路和双侧电源线路上过渡电阻是不一样的，故分别一样的，故分别分析分析。2、单侧电源线路上过渡电阻的影响、单侧
26、电源线路上过渡电阻的影响 图图4 43131 单侧电源线路经过渡电阻单侧电源线路经过渡电阻 R Rgdgd短路的等效图短路的等效图保护出口处经保护出口处经Rgd短路：短路：（Zcl1）Zm1=Rgd+ZAB（Zcl2）Zm2=Rgd若若Rgd较大时，较大时，ZIIset 1 Zm1ZIset 1ZIIset 2 Zm2ZIset 2保护保护1、2都将同时以第都将同时以第段保护的动作时限动作，段保护的动作时限动作，保护失去选择性保护失去选择性。Rgd1 12 2ABCME 图图4 43232 过渡电阻对不同安装地点过渡电阻对不同安装地点 距离保护影响的分析距离保护影响的分析BCARZI1ZII1
27、ZI2Zm1Rgd=Zm2jXjXR2、单侧电源线路上过渡电阻的影响、单侧电源线路上过渡电阻的影响 图图4 43131 单侧电源线路经过渡电阻单侧电源线路经过渡电阻 R Rgdgd短路的等效图短路的等效图结论：结论：（1）保护装置距短路点越）保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响近时，受过渡电阻的影响 越大；越大；（2）被保护线路越短，）被保护线路越短，保护装置整定值越小，受保护装置整定值越小，受过渡电阻的影响越大；过渡电阻的影响越大；图图4 43232 过渡电阻对不同安装地点过渡电阻对不同安装地点 距离保护影响的分析距离保护影响的分析BCARZI1ZII1ZI2Zm1Rgd=Zm2jXjX
28、RRgd1 12 2ABCME2、双侧电源线路上过渡电阻的影响、双侧电源线路上过渡电阻的影响BC段出口处三相短路时：段出口处三相短路时：保护保护1、2的测量阻抗为：的测量阻抗为：其中：为 超前 的相量角kIKIjgdkkABkAmeRIIZIUZ1 图图4 43333 双侧电源线路经过渡电阻双侧电源线路经过渡电阻 RgdRgd短路的等效图短路的等效图 R2 21 1ABCkIkIkIMENE3 3 jgdkkkBmeRIIIUZ3 kkkIII 对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使测量阻抗测量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。增大，也可能使测量阻抗
29、减小。结论：一般而言，阻抗继电器一般而言，阻抗继电器动作特性在动作特性在R轴方向上轴方向上所占面积越大，受过渡所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小。电阻的影响就越小。图图4 43333 双侧电源线路经过渡电阻双侧电源线路经过渡电阻 RgdRgd短路的等效图短路的等效图 R2 21 1ABCkIkIkIMENE3 3 0若若0,则：则：保护保护3 3：正方向出口短路：正方向出口短路，落在第四象限，拒动；落在第四象限，拒动；保护保护2 2：反方向出口短路，：反方向出口短路，落在第二象限，误动落在第二象限，误动保护保护1 1：区外短路，落：区外短路，落入动作特性圆，入动作特性圆，IIII段误动段误动
30、测量阻抗增大，测量阻抗增大，测量阻抗的电抗部分测量阻抗的电抗部分将减小将减小,电阻部分增加电阻部分增加 减小过渡电阻的影响的措施减小过渡电阻的影响的措施1、采用保护范围不变的情况下，能允许较大的过、采用保护范围不变的情况下，能允许较大的过渡电阻而不致于据动的阻抗继电器；渡电阻而不致于据动的阻抗继电器；图图4 43434 可减小过渡电阻影响的动作特性可减小过渡电阻影响的动作特性 RjX（a）RjX（b）RjX（c）（a）多边形动作特性；）多边形动作特性；（b）既允许有较大过渡电阻又能防止负荷阻抗较小时误动）既允许有较大过渡电阻又能防止负荷阻抗较小时误动 的动作特性；的动作特性；（c）圆与四边形组
31、合的动作特性）圆与四边形组合的动作特性2、采用瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作；、采用瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作；所谓所谓瞬时测量法瞬时测量法就是把距离元件的最初动作状态通过起就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来，距离元件不会因电弧电阻的增大而动元件的动作固定下来，距离元件不会因电弧电阻的增大而返回，仍以固定的动作时限跳闸。返回，仍以固定的动作时限跳闸。仅适应于反应相间短路的仅适应于反应相间短路的阻抗继电器阻抗继电器（相间短路时短路电阻主要是电弧电阻）（相间短路时短路电阻主要是电弧电阻）。电弧电阻的特点电弧电阻的特点：其数值在短路的瞬间最小，大约经过：其数值在短路的
32、瞬间最小，大约经过 0.10.15秒后秒后,就迅速增大。就迅速增大。距离距离段：段：t t小于小于40ms40ms，R R很小，可以忽略不计；很小，可以忽略不计；5.0距离距离段：段：t t为为 或更长，应采取保护措施；或更长，应采取保护措施；距离距离段：因为特性圆较大，影响较小。段：因为特性圆较大，影响较小。因此，通常因此，通常距离保护的第距离保护的第段段可采用可采用瞬时测量回路瞬时测量回路，以，以便将短路瞬间的测量阻抗值固定下来，使便将短路瞬间的测量阻抗值固定下来，使R R的影响达到最小的影响达到最小.图图4 43535 瞬时测量回路的原理接线图瞬时测量回路的原理接线图 1保护装置的起动元
33、件2第阻抗元件3瞬时测量用中间继电器4第时间元件t跳闸跳闸IZIkUk1234短路的瞬间:起动元件1和距离段阻抗元件2动作,从而起动中间继电器3;中间继电器3启动后:中间继电器3通过1的触点自保持,而于2的触点位置无关;段的整定时限达到后:时间继电器4动作,即通过3的常开触点去跳闸。电力系统振荡对距离保护测量元件的影响（电力系统振荡对距离保护测量元件的影响（Effect of Power Swing to Measuring Unit of Distance Protection）电力系统正常运行时，所有接入系统的发电机都处于同电力系统正常运行时，所有接入系统的发电机都处于同步运行状态。步运行
34、状态。系统因短路切除太慢或因遭受较大冲击时，并列运行系统因短路切除太慢或因遭受较大冲击时，并列运行的发电机失去同步，系统发生振荡，此时：的发电机失去同步，系统发生振荡，此时：各发电机电势的各发电机电势的相位角相位角发生变化；发生变化；系统中各点电压、线路电流，以及距离保护的各系统中各点电压、线路电流，以及距离保护的各测量阻抗也发生测量阻抗也发生周期性周期性变化；变化；可能导致保护误动作；可能导致保护误动作；但但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能恢复正常运通常系统振荡若干周期后，多数情况下能恢复正常运行行,若此时保护误动，势必造成不良效果，因而必须杜绝。若此时保护误动，势必造成不良效果，因而必
35、须杜绝。电力系统振荡时电压、电流的分布与变化电力系统振荡时电压、电流的分布与变化假设：假设：（1）全相振荡时，系统三相对称，故可只取其中）全相振荡时，系统三相对称，故可只取其中 一相进行分析；一相进行分析；（2）两侧电源）两侧电源 与与 电势相等，相位相差电势相等，相位相差 角角 （）；）；MENE3600（3）系统中各元件阻抗角相等，以）系统中各元件阻抗角相等，以 表示表示 ；d（4）不考虑负荷电流的影响；）不考虑负荷电流的影响；（5）不考虑系统振荡的同时发生短路；）不考虑系统振荡的同时发生短路；MNNEMEXM,RMXN,RNXl,RlMIMIMENE()MNEEdMUNU(a)(b)图图
36、4 43636 两侧电源系统中的振荡两侧电源系统中的振荡 (a)系统接线(b)系统阻抗角与线路阻抗角相等时相量图(1)sin22MNMMlNjMMEEIZZZEeZEZ 图图3 33737 振荡电流有效值随振荡电流有效值随 变变 化的包络线化的包络线 iM180360720MNNEMEXM,RMXN,RNXl,RlMIMENE()MNEEMIdMUNU(a)(b)(a)系统接线(b)系统阻抗角与线路阻抗角相等时矢量图 图图4 43636 两侧电源系统中的振荡两侧电源系统中的振荡 MMMMUEIZ()MMNMlNMNUEIZZEI ZZ若线路阻抗角=系统阻抗角则:MUNUMNEE 和 的端点必然
37、落在直线 上。o系统中总有一点的电压为最低，其值为由o点向相量 所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以z表示。MNEEZIEUM.MZ21.iM180360720u180360uMuNE图4-38 电力系统振荡时电流电压的变化（a）（b）由以上分析得出：由以上分析得出：当当=180=180时，时，UZ=0，iM达到最大，相当于在达到最大，相当于在Z Z点发生了三相短路。点发生了三相短路。但但系统振荡属于不正常运行状态而非故障系统振荡属于不正常运行状态而非故障，因此，因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证系统振荡下的正
38、确工作。才能保证系统振荡下的正确工作。电力系统振荡时测量阻抗的变化规律电力系统振荡时测量阻抗的变化规律MNNEMEXM,RMXN,RNXl,RlMIMNMNMMlNEEEEIZZZZMMMMUEIZ安装于M处的阻抗继电器的测量阻抗为：11()1222MMMKMMMjMMZUEZZZZ Zj ZctgeII10,()221180,0,()221360,0,()22MMMKMKMKMctgZZZjctgZZZctgZZZj 11()1222MMMKMMMjMMZUEZZZZZjZ ctgeII可见，随的变化，测量阻抗的幅值和阻抗角也发生相应的变化。电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护
39、的影响KMNOO”当测量阻抗位于特性圆以内时,阻抗继电器误动。从右图分析，得知：.在相同定值下，全阻抗继电器所受（振荡）影响大；.当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大。561234.延长保护装置的动作时间（如距离段）；因此，为了避免电力系统振荡对距离保护的影响一般采取以下措施：.把定值压低，使振荡中心位于特性圆外；.增设振荡闭锁回路；振荡闭锁回路振荡闭锁回路1、基本要求（1）当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护；（2）区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护；（3）区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护。2、电力系统发生振荡和短路时的主要区别：（1）振荡时，电流和各点电压的幅值均做
40、周期性变化，只在=180时才出现最严重的情况；而短路电流和各点电压值，当不计其衰减时，是不变的；（2）振荡时，电流和各点电压的幅值变化率较慢，而短路时电流是突然增大，电压也突然降低，变化率很快；（3）振荡时，任一点的电流和电压之间的相位关系都随的变化而变化；而短路时，电流和电压之间的相位是不变的；（4）振荡时，三相完全对称，电力系统中没有负序分量；而当短路时，总要长期（在不对称短路中）或瞬间（在三相短路的开始）出现负序分量。因此，振荡闭锁回路从原理上可分为两种：（1）利用负序分量的出现与否来实现；（2）利用电流、电压或测量阻抗变化速度的不同来实现；（3）、利用负序（和零序）分量起动的振荡闭锁回
41、路三、分支电流的影响三、分支电流的影响 使故障线路电流增大的现象，称为助增。如下图所示电使故障线路电流增大的现象，称为助增。如下图所示电路，当在路，当在BC线路上的线路上的D点发生短路时，在变电所点发生短路时，在变电所A距离保护距离保护1的测量阻抗为的测量阻抗为BKABBCABABBKBCABABABAmZIIZIZIZIIUZ1.BKbABZKZ结论：结论：助增电流，使助增电流，使测量阻抗增大，保测量阻抗增大，保护范围缩短。护范围缩短。1、助增电流的影响助增电流的影响使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下图所示电路，当在平行线路上的图所示电路，当在平
42、行线路上的D点发生短路时，点发生短路时，在在变电所变电所A A距离保护距离保护1 1的测量阻抗的测量阻抗 BKbABBKABBCABABBKBCABABABAmZKZZIIZIZIZIIUZ1.结论：结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可能引起无选择性动作。能引起无选择性动作。三、分支电流的影响三、分支电流的影响 1、外汲电流的影响外汲电流的影响 四、电压回路断线对距离保护的影响四、电压回路断线对距离保护的影响 当电压互感器二次回路断线时，距离保护将失去电压，当电压互感器二次回路断线时，距离保护将失去电压，这时阻抗元件失去电压而电流回路仍有负
43、荷电流通过，可能这时阻抗元件失去电压而电流回路仍有负荷电流通过，可能造成误动作。对此，在距离保护中应装设断线闭锁装置。造成误动作。对此，在距离保护中应装设断线闭锁装置。对断线闭锁装置的主要要求是：对断线闭锁装置的主要要求是：(1)(1)当电压互感器发生各种可能导致保护误动作的故障时，断当电压互感器发生各种可能导致保护误动作的故障时，断线闭锁装置均应动作，将保护闭锁并发出相应的信号。线闭锁装置均应动作，将保护闭锁并发出相应的信号。(2)(2)当被保护线路发生各种故障当被保护线路发生各种故障，不因故障电压的畸变错误，不因故障电压的畸变错误地将保护闭锁，以保证保护可靠动作。地将保护闭锁，以保证保护可
44、靠动作。区分以上两种情况的电压变化的办法：区分以上两种情况的电压变化的办法：看电流回路是否也同时发生变化。看电流回路是否也同时发生变化。断线信号装置大都是反应于断线后所出现的零断线信号装置大都是反应于断线后所出现的零序电压来构成的，其原理接线如下图所示。序电压来构成的，其原理接线如下图所示。这种反应于零序电压的断这种反应于零序电压的断线信号装置，在系统中发线信号装置，在系统中发出接地故障时也会动作。出接地故障时也会动作。怎么办？怎么办？当电压回路断线时，断线信号继电器动作，一方当电压回路断线时，断线信号继电器动作，一方面将保护闭锁，一方面发出断线信号。面将保护闭锁，一方面发出断线信号。四、电压
45、回路断线对距离保护的影响四、电压回路断线对距离保护的影响 将将KS的另一组线圈的另一组线圈W2经经C0和和R0接于电压互感器接于电压互感器二次侧开口三角形的输出电压上，当系统中出现零序二次侧开口三角形的输出电压上，当系统中出现零序电压时，两组线圈电压时，两组线圈W1和和W2所产生的零序电压大小相等，所产生的零序电压大小相等，方向相反，合成磁通为零，方向相反，合成磁通为零，KS不动作。不动作。四、电压回路断线对距离保护的影响四、电压回路断线对距离保护的影响 距离保护的整定计算原则距离保护的整定计算原则距离保护距离保护段段 我们以下图所示电力系统接线图来说明距离我们以下图所示电力系统接线图来说明距
46、离保护的整定计算。保护的整定计算。2 21 13 3BACABZAZABZBC 原则：按躲过线路末端故障整定原则：按躲过线路末端故障整定 4.5 4.5 距离保护的整定计算距离保护的整定计算(Setting Calculation of Distance Protection)距离保护的整定计算原则距离保护的整定计算原则距离保护距离保护段段 1、原则：按躲过线路末端故障整定、原则：按躲过线路末端故障整定 KIrel可靠系数，取可靠系数，取0.80.852、整定阻抗：、整定阻抗：3、动作时限：、动作时限：ABIrelIsetZkZ 1stI02 21 13 3BACATZAZABZBC4 4距离
47、保护距离保护段段1、整定原则：、整定原则：KIIrel_可靠系数，取 0.8-0.85Kbmin分支系数，选取相邻线路距离保护段保护范围内末端短路时，流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流的实际可能的最小比值，即：（1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即 31setbIIrelABIIrelIIsetZKKZKZKIIrel 0.8minminABBCbIIK2QF2QF1QF1QF3QF3QFBACTZAZABZBC4QF4QF（2）与相邻变压器的纵差
48、保护相配合）与相邻变压器的纵差保护相配合 2QF2QF1QF1QF3QF3QFBACTZAZABZBC4QF4QFTbIIrelABIIrelIIsetZKKZKZmin1KIIrel0.7ZT变压器短路阻抗变压器短路阻抗距离距离段保护的动作阻抗取按原则（段保护的动作阻抗取按原则（1）、（）、（2）计算的）计算的最小值最小值。KIIrel_可靠系数，取可靠系数，取 0.8-0.85距离保护距离保护段段1、整定原则：、整定原则：2.动作时限 3.灵敏度校验 IIsetbIIrelABIIrelIIsetZKKZKZ11ttttIopIIop315.13.11ABIIsetIIsenZZK如灵敏度
49、不能满足要求，可按照与下一线路保护第如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护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个时限阶段，即限大一个时限阶段，即 距离保护距离保护段段tttIIopIIop312QF2QF1QF1QF3QF3QFBACTZAZABZBC4QF4QF距离保护距离保护段段1、整定原则：、整定原则：（1）按躲过最小负荷阻抗）按躲过最小负荷阻抗ZL.min进行整定，其中：进行整定，其中：其中其中（0.90.95）Ue母线上负荷电压的最低值母线上负荷电压的最低值 IL.max线
50、路中流过的最大负荷电流线路中流过的最大负荷电流2QF2QF1QF1QF3QF3QFBACTZAZABZBC4QF4QFmax.min.3)95.09.0(LeLIUZ 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，若第段采用全阻段采用全阻抗继电器，其整定阻抗为抗继电器，其整定阻抗为min.1.)cos(LlrelsetZKZ 距离保护距离保护段段1、整定原则：、整定原则：2QF2QF1QF1QF3QF3QFBACTZAZABZBC4QF4QFmin.1.LrelsetZKZ 若第若第段采用方向阻抗继电器，其整定阻抗为段采用方向阻抗继电器，其整定阻抗为其中：其中：l l 架空线路的线路
