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1、电力系统继电保护,华中科技大学文华学院机电学部2009.9,电气工程及其自动化专业课程,课程内容,第一章 电力系统继电保护概述第二章 继电保护的基础知识 第三章 输电线路的电流电压保护第四章 输电线路的距离保护第五章 输电线路的纵联保护 第六章 输电线路的自动重合闸第七章 电力变压器的继电保护,本章基本要求,了解距离保护的工作原理、主要组成元件及动作时限特性。,熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析阻抗继电器的动作特性，以及运用这两种原理构成各种常用继电器的方法。,掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；了解阻抗继电器用于接地保护的基本接线方式。,Chapter 4 输电线路
2、的距离保护,掌握影响距离保护正确工作的因素，主要要求：,掌握过渡电阻对距离保护工作的影响及其防止措施；掌握电力系统振荡的影响及其防止措施；掌握分支电流的影响及其防止措施；了解电压回路断线的影响及其防止措施；,熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原则和整定计算方法。,本章基本要求,4.1 距离保护作用原理和构成,4.2 阻抗元件的动作特性和动作方程,4.3 阻抗元件的接线方式,4.4 影响阻抗元件测量阻抗精度的因素,4.5 相间距离保护的整定计算,Chapter4 输电线路的距离保护,、距离保护的概念(Concept of Distance Protection),思考：电流、电压保护的主要优点是
3、简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电压等级的配电网。对于110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？,解决方法：,采用一种新的保护方式距离保护。,返回,4.1 距离保护的原理与构成(Fundamental Principle and Structure of Distance Protection),、距离保护的概念,距离保护：是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。,测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故
4、有时又称之为阻抗保护。,返回,4.1 距离保护的原理与构成,4.1.2 距离保护的作用原理,A,B,C,Z,正常情况下：测量阻抗,k,故障时：测量阻抗,1,2,3,4,图4-1 距离保护接线原理图,距离保护的实质是用测量阻抗 与被保护线路的整定阻抗 比较。当短路点在保护范围以外时，即 时，继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即 时，继电器动作。距离保护又称为低阻抗保护.,图4-1 距离保护接线原理图,Z,1,2,3,4,k,使距离保护装置刚能动作的最大测量阻抗。,三个重要的基本概念,整定阻抗Zset：,测量阻抗Zm：,加入继电器的电压、电流的比值。,起动阻抗Zop,指编制整定方案时，根据保
5、护范围给出的阻抗。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。,距离保护的构成,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。,距离元件（阻抗元件）测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗)。,时间元件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，以保证动作的选择性，一般采用时间继电器。,返回,阻抗继电器,阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否动作。,阻抗继电器按其构成方式的不同可分为单相式和多相式两种。,何谓单相式阻抗继电器和多相补偿式阻抗继电
6、器？,返回,阻抗继电器,阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否动作。,阻抗继电器按其构成方式的不同可分为单相式和多相式两种。,单相式阻抗继电器中加入继电器的只有一个电压(可以是相电压或线电压)和一个电流（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器，和 的比值称为继电器的测量阻抗，即：,Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。,多相补偿式阻抗继电器则是一种多相式继电器，加入继电器的是几个相的补偿后电压，它的主要优点是可反映不同相别组合的相间或接地短路，但
7、由于加入继电器的不是单一的电压和电流，因此就不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性，而必须结合给定的系统、给定的短路点和给定的故障类型对其动作特性进行具体的分析。,下面我们将主要讨论单相式阻抗继电器。,距离保护分为三段式：,段：ZIset.3=(0.80.85)ZAB 瞬时动作,段：ZIIset.3=Krel(ZAB+KrelZIset.2),段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性 后备保护,主保护,三段式距离保护的时限特性,图4-3 单侧电源网络接线,返回,距离保护的时限特性,距离保护的动作时间 t 与保护安装处到故障点的距离 l 之间的关系称为距离保护的时限特性。,=tI2t,=tIII2t,返回
8、,4.2 阻抗元件的动作特性和动作方程,4.2.1 继电器的动作特性和动作方程的概念4.2.2 圆特性阻抗继电器的动作方程4.2.3 直线阻抗继电器的动作方程4.2.4 四边形特性的阻抗元件,返回,阻抗继电器的动作特性是用阻抗元件动作范围的图形表示的，而动作方程是阻抗元件动作范围的数学表达式。,4.2.1 继电器的动作特性和动作方程的概念,返回,1、构成阻抗继电器的基本原则,K,ZBC,其中：k 线路阻抗角 整定阻抗角 ZK 测量阻抗,反方向发生短路时：Zk在第三象限,正方向发生短路时：Zk在第一象限,d,阻抗继电器的动作特性部分不 不是一条直线，而应是包含该 线段在内的某些简单图形。,1）线
9、路参数是分 布，差异;2)TA,TV有误差;3）故障点过渡电阻;4）分布电容等;所以Zk会超越阴影 区。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 为一个圆或四边 形等。,由于：,圆特性阻抗继电器的动作方程,单相式阻抗继电器的构成方式有两种：对电气量的幅值进行比较（比幅式阻抗继电器）和对电气量的相位进行比较（比相式阻抗继电器）。,圆特性阻抗继电器主要有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器等。,下面我们来讨论这些圆特性阻抗继电器的动作特性和动作方程。,返回,动作特性及动作方程的分析,1）、全阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,令,比幅式继电器的动
10、作与边界条件为：,返回,（2）相位比较,动作与边界条件:,返回,2）、方向阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,（2）相位比较,动作与边界条件：,动作特性,返回,3）、偏移特性阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,Zset,Zm,图49(a）偏移特性阻抗继电器的动作特性,o,ZmZo,Zo,，此方程即为全阻抗继电器动作方程。,，此方程即为方向阻抗继电器动作方程；,返回,（2）相位比较,动作与边界条件：,ZsetZm,Zm+Zset,返回,4）、圆特性阻抗继电器的通用动作方程,若,令,全阻抗继电器绝对值比较动作方程,返回,，,若,令,方向阻抗继电器绝对值比较动作方程,返回,可知合
11、理地选择系数K1、K3、K2、K4，并经过适当的变换，可得到各种阻抗圆特性的动作方程。,，,若,圆的半径矢量,圆心矢量,圆的表达式,返回,、直线特性阻抗继电器,（1）幅值比较,（2）相位比较,1、电抗特性,图示阴影区为该阻抗元件的动作区，直线1为jx的垂直平分线。,电抗特性,称为纯电抗特性，直线1以下所示半平面,动作方程：,动作方程：,当,返回,2、电阻特性,（1）幅值比较,称为纯电阻特性，直线1以左所示半平面,（2）相位比较,电阻特性,动作方程：,动作方程：,当,返回,3、功率方向特性,功率方向特性,（1）幅值比较,（2）相位比较,小结：直线特性一般不单独应用，而是与其他特性复合，形成具有复
12、合特性的阻抗元件。,动作方程：,动作方程：,返回,、四边形特性的阻抗元件,由于圆特性阻抗继电器存在以下两个缺点：,受短路点过渡电阻的影响较大；长距离重负荷线路时,躲负荷阻抗的能力差。,为此，很多距离保护中的阻抗测量元件均采用了四边形阻抗特性。,四边形阻抗继电器的动作特性在复平面上是各种形状的四边形，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为非动作区。,返回,在此我们主要讨论图4-12（b）中的四边形阻抗的动作方程，图中Xset和Rset为电抗整定值和电阻整定值。其动作特性的数学表示为如下方程组：,图4-12（a）和（b）所示即为微机型成套线路保护中两种常见的四边形阻抗特性。,返回,课堂习题,有一方向阻抗继电器，若正常运行时的测量阻抗是3.530，要使该方向阻抗继电器在正常运行时不动作，则整定阻抗最大不能超过多少？（设sen=75）,返回,课后思考题,1、距离保护的基本原理是什么？2、某线路装三段式相间距离保护，当在被保护线路末端发生AB两相短路时各段距离保护中的各个元件在故障后作何反应？为什么？3、阻抗元件的整定阻抗与保护的灵敏度有什么关系？4、说明测量阻抗、动作阻抗、整定阻抗、负荷阻抗、短路阻抗的含义及它们相互之间的关系？5、应如何构成一个阻抗元件的基本原理电路图？,下次课我们学习第四章第三节 阻抗元件的接线方式,返回,
