继电保护课件.ppt

,电力系统继电保护电子课件,1,1,绪论,教学要求,(1),通过本章学习理解电力系统继电保护含义、任务；,(2),了解继电保护装置基本原理及组成；熟悉对继电保护的基本要求；,(3),熟悉继电器的图形符号表示方法、文字表示方法以及型号的表示方法；,(4),理解对运行方式、主保护、后备保护、辅助保护等几个重要名词定义,。,2,1,绪论,1.1,电力系统的工作状态,电力系统故障和异常运行电力系统的三种运行状 态：正常、故障和异常运行状态。,短路的特点：电流增大、电压降低。短路将影响用户的正常工作，影响产品质量，可能导致系统运行稳定性被破坏。最常见的异常运行状态过负荷。,3,1.2.1,继电保护的基本原理,利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量,.,(1),利用基本电气参数量的区别,过电流保护,:,反映电流增大而动作的保护,;,低电压保护,:,反映电压降低而动作的保护,;,距离保护,:,反映保护安装处到短路点之间的阻抗,.,1.2,继电保护的基本原理和保护装置的组成,4,(2),利用比较两侧的电流相位,如图所示,线路正常运行或外部短路时,被保护线路两侧电流相位相反,而保护区内部短路时,被保护线路两侧电流相位相同,.,5,(3),反映序分量或突变量是否出现,反映负序分量可构成不对称短路保护,;,反映零序分量可构成接地短路保护,;,根据正序分量是否突变可构成对称、不对称短路保护。,(4),反映非电量保护,反映瓦斯气体构成瓦斯保护；反映绕组温度升高可构成过负荷保护,.,6,1.2.2,继电保护装置的组成,（,1,）测量部分,:,对输入量与整定值进行比较,根据比较结果，给出“是”、“非”性质的逻辑信号，判断保护是否应该起动。,（,2,）逻辑部分：根据测量部分逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作。,（,3,）执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置搜承担的任务。,7,1.3,对继电保护的基本要求,主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。,后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。,辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。,(1),可靠性：保护装置在规定的保护区内发生故障不拒动，区外故障不误动。,8,（,2,）选择性：仅将故障元件从电力系统中切除，保证停电范围小。,9,在图所示的网络中，当线路,4,上,2,点发生短路时，保护,6,动作跳开断路器,QF6,，将,4,切除，继电保护的这种动作是有选择性的。,2,点故障，若保护,5,动作于将,QF5,断开，继电保护的这种动作是无选择性的。,如果,2,点故障，而保护或断路器,QF6,拒动，保护动将断路器,QF5,断开，故障切除，这种情况虽然是越级跳闸，但却是尽量缩小了停电范围，限制了故障的发展，因而也认为是有选择性动作。,10,（,3,）灵敏性：保护装置对其保护区内发生故障或异常运行状态的反应能力。,一般用灵敏度表示。,过量保护：,欠量保护：,（,4,）速动性：快速地切除故障。,11,1.4,继电保护的发展简史,熔断器保护：是最早出现的简单过电流保护，在低压线路和用电设备中还被应用。,机电型保护：,20,世纪初，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。,晶体管保护：上世纪,50,年代，晶体管式继电器（静态继电器）出现。,集成电路出现，标志着静态继电器向第二代的过渡。,微机保护：上世纪,80,年代，微机保护开始广泛被应用。,微机保护特点：具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，可以实现各种复杂的保护功能，用同一个硬件实现不同的保护原理。,12,小结,1),继电保护：由测量继电器与辅助继电器通过合理组合而成的保护装置，并对保护装置进行合理整定。,2,）基本要求：快速性、选择性、灵敏性和可靠性。,3,）运行方式：最大运行方式；最小运行方式；正常运行方式。,4,）主保护：反应整个被保护元件、线路上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。,后备保护：主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。,辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较简单的保护称为辅助保护。,13,第,2,章 电网的电流保护,教学要求,：,掌握三段式电流保护的基本原理，整定计算及原理接线图；掌握电流保护的接线方式及各自的特点；掌握方向电流保护的原理，理解功率方向继电器的工作原理，掌握功率方向继电器的接线，影响其正确动作的因素及采取的措施，掌握其整定计算的特点；掌握中性点非直接接地系统单相接地的特点及绝缘监察装置的原理及接线；掌握中性点直接接地系统接地短路的特点，掌握零序电流保护、方向电流保护的原理及整定计算。,14,2.1,单侧电源输电线路相间短路的电流保护,利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置,称为电流保护。,15,2.1.1,瞬时电流速断保护,瞬时电流速断保护，它是反映电流升高，不带时限动作的一种保护，也称,段保护。,图形符号,16,动作电流：,保护动作电流按保护区末端短路条件整定：,17,最大短路电流的确定 ：,（,1,）系统运行方式；,（,2,）短路点位置；,（,3,）短路类型；,（,4,）电网联接方式；,18,相间短路电流计算：,三相短路：,两相短路：,19,20,保护的灵敏度按保护区长度来衡量。,最小保护区不应小于被保护线路全长的 。最大保护区不应小于被保护线路全长的 。,保护区确定：,21,最大保护区确定：,最小保护区确定：,22,（,3,）线路变压器组电流速断保护,动作电流为：,配合系数,23,灵敏度按被保护线路末端短路有足够灵敏度。,要求要大于等于,1.21.5,。,(2),原理接线,24,25,2.1.2,限时电流速断保护,要求：应能保护线路全长。,必然保护区要延伸到相邻线路、或相邻元件的一部分。,为满足选择性要求，保护动作带有一定的时限。,图形符号,26,27,保护动作电流为：,28,动作时间：,29,保护动作时间：,灵敏度：,要求：大于等于,1.31.5,。,30,当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路的限时电流速断保护配合。,31,原理接线：,32,小结：,（,1,）瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，动作的选择性依靠动作值来保证。对于线路变压器组，可使全线处于速动保护范围之内。,（,2,）瞬时电流速断保护的灵敏度以保护区的长度来确定。,33,（,3,）限时电流速断保护作为线路的主保护，要求应能保护被保护线路全长。为了缩短保护的动作时间，动作值与相邻线路、元件速断保护配合。,（,4,）限时电流速断保护的选择性是依靠动作值、动作时间来保证。,34,（,5,）当灵敏度不满足要求时，可与相邻线路限时电流速断保护配合。,35,2.1.3,定时限过电流保护,作用：一般作为主保护的后备保护。,（,1,）工作原理,要求：应能保护被保护线路的全长，也能保护相邻线路全长及相邻元件的全部。,即应能起到近后备与远后备保护的作用。,36,如图在线路,L3,上发生短路：,一般短路电流大于保护装置,1,、,2,、,3,的动作电流，保护,1,、,2,、,3,将起动。,按选择性要求，断开,QF3,后，保护,1,、,2,应立即返回。,37,为满足选择性的要求，必须依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。,即保护动作时间应满足：,38,从上式可见，保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。,39,特点：形状象一个阶梯，故称为梯形时限特性。,由于保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关，称定时限过电流保护。,40,（,2,）整定计算,1,）在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作，即,2,）相邻线路短路故障切除后，保护应可靠返回,41,根据可靠返回条件，过电流保护动作值为,42,（,3,）灵敏度校验,要求：作为近后备保护时，灵敏度要达到,1.31.5,；远后备保护要达到,1.2,。,43,最小短路电流的确定：,1,）系统运行方式；,2,）短路点位置；,3,）短路类型；,4,）电网联接方式。,44,（,4,）保护动作时间,为了保证选择性，过电流保护的动作时间按阶梯原则整定，即从用户到电源的各保护的动作时间逐级增加一个时限级差。,其表达式为：,45,既要与相邻线路配合，也要与相邻元件配合。,46,（,5,）单相式原理接线,47,2,、电流保护接线,为了能反映各种类型的相间短路故障，应合理选择保护的接线方式。,电流保护接线是指电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。,作为相间短路电流保护有三种基本接线方式。,48,（,1,）三相三继完全星形接线,特点,:,三相电流互感器二次绕组与三个电流继电器分别按相连接，三个继电器触点并联。,49,(2),两相两继电器接线,特点,:,只有两相装设电流互感器，按相连接继电器。,50,应用范围：中性点不接地系统。,原因：中性点不接地系统，单相接地属于不正常运行，允许继续运行一段时间。,作用：可提高供电可靠性。,要求：所有线路的电流互感器必须安装在同名相上。,51,只切除一回路示意图,52,切除两回路示意图,1,K,53,保护拒动示意图,54,扩大停电范围示意图,55,结论,:,在两回路上不同地点、不同相别发生两点接地短路时，若保护具有相同的动作时间，采用两相式接线有,2/3,的机会只切除一条回路，这是两相式接线的优点。,若在串联线路上发生两点接地短路，有,1/3,机会误切除近电源的故障点，扩大了停电范围，这是两相式接线的缺点。,56,（,3,）两相三继电器接线,特点：中性上的电流继电器测量到,B,相电流。,57,采用此接线的目的：为了提高,Y,，,d,变压器后发生两相短路的灵敏度。,因为变压器后两相短路，电源侧三相短路电流大小不相等，最大相是最小相的,2,倍。,若采用两相两继电器接线，有可能无法测量到最大相的电流，保护的灵敏度将受到影响。,58,假设变压器线电压比为,1.,用作图法分析变压器短路电流分布,59,相量法分析,60,结论：,采用两相三继电器接线，可测量到三相短路电流，所以灵敏度得到提高，广泛应用于,Y,，,d,接线变压器的远后备保护。,小结：定时限过电流保护动作电流按最大负荷电流条件整定，动作时间按阶梯原则确定。,电流保护三种接线方式应用条件不同，中性点直接接地系统应采用三相三继电器接线；,61,中性点不接地系统只能采用两相式接线；,作为,Y,，,d,变压器远后备保护，应采用两相三继接线。,62,2.2,双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护,1,、过电流保护的方向性,2,、工作原理,3,、功率方向继电器工作原理,4,、功率方向继电器接线,5,、非故障相电流的影响与按相起动,63,教学要求,：,通过学习要求掌握方向过电流保护的基本工作原理；功率方向继电器工作原理及动作区。功率方向继电器采用 接线的目的，消除出口三相短路死区的方法。,采用双电源及单电源环形网络供电，是为了提高输电线路供电可靠性。,64,当,K1,点短路,保护,1,、,2,动作，断开,QF1,和,QF2,，接在,A,、,B,、,C,、,D,母线上的用户，仍然由,A,侧电源和,D,侧电源分别供电，提高了对用户供电可靠性。,1,、过电流保护方向性,65,阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。,以瞬时电流速断保护,1,为例，保护的动作电流为：,66,对过电流保护，当在,K1,点短路时，要求,。,当,K2,点短路时，要求,显然，这两个要求是相互矛盾。,67,对于过电流保护而言，利用动作时间是无法满足要求的。,68,结论：短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。,69,2,、方向过电流保护工作原理,规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。,K1,点短路时，保护,1,、,2,、,4,、,6,为正方向；保护,3,和,5,反方向，不应起动。,70,为了满足选择性要求，保护,1,、,3,、,5,动作时间需进行配合；保护,2,、,4,、,6,动作时间需进行配合。,结论：相同动作方向保护的动作时间仍按阶梯原则进行配合。,71,单相式方向过电流保护原理接线：,由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。,72,3,、功率方向继电器工作原理,73,K1,点发生短路故障时，加入保护,3,的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。,通过保护,3,的短路功率为：,0,当反方向短路时，通过保护,3,的短路功率为,0,74,功率方向继电器动作条件：,0,动作；,0,时不动作。,（,1,）相位比较式原理,实质是判断母线电压与电流之间相位角是否在,范围内。,75,动作方程表达式,事实上是间接比较保护安装处母线电压与流过保护安装处电流的相位。,当加入继电器电压为零时，无法进行比相。,76,其中：,简化后的表达式为：,77,（,2,）幅值与相位比较间关系,当,，,则,当,时，,A,B,当,时,A,B,A,称为动作量，,B,称为制动量。,78,由上面分析可见，相位比较与幅值比较相互间是可以转换的。,比幅关系,比相关系,79,比幅式动作方程：,从上式可见，当加入继电器电压为零时，动作量等于制动量，继电器存在动作死区。,80,整流型功率方向继电器接线：,81,4,、功率方向继电器接线,要求：应能正确反应故障的方向；正向短路故障时，应使方向元件工作在较灵敏的状态。,时，加入继电器的电流超前电压 。,82,83,消除死区方法：,（,1,）引进记忆电路的目的是消除正向出口三相短路的死区；,（,2,）采用 接线的目的是消除两相短路的死区。,84,动作区：,动作区：,85,（,1,）三相短路,86,（,2,）近处两相短路,87,（,3,）远处两相短路,88,三相短路和近处两相短路灵敏角变化范围为：,两相远处短路，,B,相灵敏角变化范围：,C,相灵敏角变化范围：,为了使各种相间短路保护都能动作，最大灵敏角范围：,89,5,、非故障相电流的影响与按相起动,90,小结：,1,、方向电流保护是为了满足双电源线路、单电源环形网络选择性与灵敏性，在电流保护的基础上增加方向元件。,2,、方向元件引入记忆电路的目的是消除正向出口处三相短路时的动作死区。,91,3,、采用 接线是为了消除正向出口两相短路的动作死区。,4,、比幅与比相间的转换关系是四边形边与对角线的关系。,92,2.3,中性点直接接地系统线路接地故障保护,1,、接地时零序分量的特点,1,）故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，变压器中性接点的零序电压为零。,2,）零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。,3),在电力系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，将间接影响零序分量的大小。,93,4),对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功率方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。,零序电流、电压分布图,94,2.3.2,零序电流保护,三段式零序电流保护原理接线图,95,（,1,）零序电流速断保护,零序电流速断保护工作原理与反应相间短路故障的电流保护相似，零序电流保护只反应电流中的零序分量。,保护动作电流计算说明图,：,96,保护动作电流整定原则：,1,）躲过被保护线路末端接地短路时，保护安装处测量到的最大零序电流整定,2,）三相断路器触头不同时闭合条件整定,97,3,）非全相运行且伴随振荡条件整定,按非全相且振荡条件整定定值可能过高，灵敏度将不满足要求。,措施：通常设置两个速断保护，灵敏,段 按条件,1,）和,2,）整定；不灵敏,段 按条件,3,）整定。在出现非全相运行时闭锁灵敏,段。,98,(2),限时零序电流速断保护,限时零序电流速断保护其基本原理与相间短路保护相似。,动作电流：,动作电流计算值示意图：,99,动作时间：,保护灵敏度：,求最小零序电流计算值应计及系统运行方式、接地类型、接地点位置和电网连接方式。,当灵敏度不满足要求时：可采用与相邻线路的零序,段配合，其动作电流、动作时间均要配合。,100,（,3,）零序过电流保护,动作电流整定条件：,1,）躲过下级线路相间短路时最大不平衡电流,2,）零序,段保护之间在灵敏度上要逐级配合,101,3,、零序方向电流保护,在双电源网络中，零序过电流保护必须加装方向元件才能保证保护动作的选择性,102,三段式零序方向电流保护原理接线,103,104,2.4,中性点非直接接地系统单相接地故障的保护,2.4.1,中性点非直接接地系统单相接地的特点,105,特点是：,）全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。,）非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压,90,。,）故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电流滞后零序电压,90,。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流愈大。,4,）故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相间电压。,5,）故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。,106,2.4.2,中性点不接地系统单相接地保护,1,）无选择性绝缘监视装置,107,2,）零序电流保护,利用故障线路与非故障线路零序电流数值不同，区别出故障线路。动作电流：灵敏度：,108,3,）零序功率方向保护,109,2.4.3,中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点,补偿的方式有完全补偿、欠补偿和过补偿三种方式。,1),完全补偿就是电感电流等于电容电流，此时接地故障点的电流为零。在这种情况下的感抗等于电网的容抗，会发生串联谐振，使系统产生过电压，实际中不能采用这种方式。,110,2,）欠补偿就是补偿后的接地点电流是容性的。当系统运行方式变化时，如某个元件被切除，电容电流减小，又会出现完全补偿引起过电压。因此，实际中也不能采用欠补偿方式。,3,）过补偿就是补偿后接地点电流是感性的。它不会发生串联谐振产生过电压的问题，在实际中得到广泛应用。,单相接地时电流分布：,111,根据电力系统发生接地故障时，以零序电压和零序电流的特点构成无选择性绝缘监察保护；利用故障线路与非故障线路零序电流大小或功率方向的差别构成有选择性的零序电流保护、零序功率方向保护。中性点接地系统的零序电流保护，与相间短路的阶段式电流保护类似也构成阶段式保护，所不同的是计算时需要用零序电流。阶段式零序电流保护接线简单，保护范围受运行方式的影响较小，灵敏度高。,小结,112,第,3,章,输电线路距离保护,3.1,距离保护的基本原理与构成,教学要求：通过学习要求理解距离保护的作用、距离基本工作原理、距离保护的时限特性及距离保护的构成。,113,1,、距离保护的作用,原因：电流、电压保护其保护范围随系统运行方式的变化影响很大，很难满足长距离、重负荷线路灵敏性常常不能满足要求。,在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护，距离保护就是其中的一种。,114,2,、距离保护的基本原理,距离保护是反应保护安装处至短路点之间的距离，并根据短路点至保护安装处的距离确定动作时限的一种保护。,故障点离保护安装处越近，保护动作时间越短；反之越长。,故障点总是由离故障点近的保护首先动作切除故障，从而保证了保护动作的选择性。,115,距离保护的核心元件：阻抗继电器。,要求：测量元件应能正确测量故障点至保护安装处的距离。方向阻抗继电器还应具有测量故障点方向。,测量故障点至保护安装处的阻抗，实际上也测量故障点至保护安装处的距离。,116,测量阻抗为：,（设变比为,1,）,设阻抗继电器工作电压为：,117,当在保护区末端短路时，测量阻抗为,工作电压为,118,保护区外,K1,点短路，有,0,保护区内,K2,点短路，有,0,119,方向,K3,点短路时，有,0,120,工作电压 表示工作电压与测量电压同相位。,0,由分析可知，正向保护区外短路、方向短路，工作电压具有相同的相位。,保护区内短路工作电压为：,0,121,122,3.2,阻抗继电器及其动作特性,教学要求：掌握各种阻抗继电器特点及应用范围，整定阻抗、测量阻抗及动作阻抗意义；比幅与比相间的转换。,123,1.,阻抗继电器,阻抗继电器是距离保护的核心,其主要作用是测量短路点到保护安装处的距离。,加入阻抗继电器的电压与电流的比值称为测量阻抗。,124,为了方便比较，通常将测量阻抗与整定阻抗画在同一阻抗复数平面上。,125,所表示的直线段为继电器动作区，直线以外的区域为非动作区。,实际上由于互感器的误差，直线形动作特性不能采用的，必须扩大保护区。,3.2.1,圆特性阻抗继电器,126,1,、全阻抗继电器,动作方程：,127,全阻抗继电器的特点：,（,1,）圆的半径为整定阻抗；,（,2,）圆内为动作区；,（,3,）动作不具有方向性。,动作方程两边同乘以测量电流,则方程为,若令整定阻抗为：,128,圆的动作方程也可用下式表示：,方程的物理意义为：正常运行时，由于电压为额定电压、电流是负荷电流，方程不满足条件，即继电器不动作；当在保护区内发生短路故障时，电压降低，电流增大，方程满足条件，保护起动。,129,2,、方向阻抗继电器,动作方程：,130,方向阻抗继电器以电压形式表示的动作方程为：,方向阻抗继电器特点：,（,1,）动作具有方向性；,（,2,）圆的直径为整定阻抗；,（,3,）圆内为动作区,;,131,(4),当加入继电器的电压等于零时，保护存在动作死区。,由于在保护安装出口处发生三相短路时，加入继电器的电压为零，存在动作死区。实用的方向阻抗继电器必须解决保护动作死区问题。,132,比幅特性与比相特性间的转换：,动作方程为：,133,当动作方程用电压形式表示时，其方程为：,同理，当加入继电器电压为零时，也无法比相。即存在动作死区。,134,动作阻抗概念：,定义：使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。,135,由定义可知：当加入继电器电压与电流之间的相位差为不同数值时，动作阻抗也随之而变。,当测量阻抗角等于整定阻抗角时，此时动作阻抗具有最大值，工作最灵敏。因此将此角度称为灵敏角。,136,3,、偏移特性阻抗继电器,动作方程：,137,圆的半径为：,其中,动作方程可表示为：,138,，方程为；,，方程为：,139,偏移特性阻抗继电器比相形式动作方程：,140,以电压形式表示动作方程为：,141,小结：,1,）测量阻抗：由测量电压与测量电流的比值，大小与短路点到保护安装处远近有关；,2,）整定阻抗：一般取保护安装点到保护范围末端线路的阻抗；,3,）动作阻抗：使阻抗继电器动作的最大测量阻抗。,142,3.2.2,多边形阻抗继电器,多边型阻抗继电器反应故障点过渡电阻能力强、躲过负荷能力好，因此在微机保护中应用的相对广泛。,1,、四边形,阻抗继电器,143,动作方程：,特点：测量阻抗落入四边形区域内，保护动作。但保护不具方向性。,144,2,、方向性多边形阻抗继电器,为了减小过渡电阻对阻抗保护的影响，各边都采用了倾斜角，特性如图所示。,145,动作方程：,方向判别的动作方程为：,146,3,、零序电抗继电器,为克服单相接地短路时过渡电阻对保护区的影响，应使阻抗继电器动作特性适应附加测量阻抗的变化，使保护区稳定不变，零序电抗继电器是广泛采用的一种阻抗继电器。,其动作特性是过整定阻抗端点有一个倾角的直线。,147,送电侧 受电侧,若附加测量阻抗角等于倾斜角，则动作特性与附加阻抗平行。保护区不受过渡电阻的影响。,148,动作方程为：,149,小结：,（,1,）多边形特性阻抗继电器与直线形零序电抗继电器在微机保护中被广泛应用；,（,2,）其最大优点是躲过过渡电阻能力比较强；,（,3,）同时可以采用带方向性。,150,3.3,阻抗继电器的实现方法,1.,加入继电器的电压和电流应满足以下要求：,（）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；,（）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；,151,（,3,）阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响。,2,、反映相间短路故障接线,：,当,时，加在继电器端,子上电压与电流的相位差为零。,152,三相短路时，故障点相对地电压为零。,加入相电压与同相电流时：,测量阻抗为：,153,故障相电压为：,测量阻抗为：,154,保护安装处电压为：,测量阻抗为：,155,为了正确反映保护安装处到短路点之间的距离，必须加入相间电压于同名相的两相电流差。,继电器,1,继电器,2,继电器,3,156,各种相间短路故障时的测量阻抗,:,1,、三相短路,保护安装处母线电压为：,157,阻抗继电器,1,测量阻抗为：,上式说明在被保护线路发生三相金属性短路故障时，三个阻抗继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装处的阻抗。,158,2,、两相短路（,BC,）,故障相间电压为：,159,阻抗继电器,2,的测量阻抗为：,保护区内,BC,两相短路时，阻抗继电器,2,能正确地测量保护安装处至短路点间的阻抗。,阻抗继电器,1,、,3,所加电压有一相非故障相电压，电流只有一相故障电流，其测量阻抗较大。,160,3,、两相接地短路,保护安装处故障相电压,161,阻抗继电器,2,测量阻抗为：,上式可见，,BC,两相接地短路故障时，阻抗继器,2,能正确测量短路点至保护安装处的距离。,162,3,、反映接地短路故障的阻抗继电器接线,作用：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，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。,163,以,A,相为例，故障点对地电压为零。,164,将故障点电压和电流分解为序分量，则,保护安装处三序分量电压为,165,保护安装处,A,相电压为：,166,若加入继电器电压、电流为,则测量阻抗为,167,为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：,其中：,测量阻抗,168,显然，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间距离。,继电器,1,继电器,2,继电器,3,169,3.4,距离保护整定计算,相间距离保护多采用阶段式保护,三段式保护整定计算原则与三段式电流保护基本相同,.,1,、相间距离,段的整定,170,1,、相间距离保护,段的整定,相间距离保护第,段动作阻抗为：,若被保护对象为线路变压器组，则动作阻抗为：,如果整定阻抗角与线路阻抗角相等，则保护区为被保护线路全长的,80%85%,。,171,2,、相间距离保护第,段的整定,相间距离,段应与相邻线路相间距离第,段 或与相邻元件速动保护配合。,1,）与相邻线路第,段 配合,动作阻抗为：,2,）与相邻变压器速动保护配合,172,灵敏度校验：,若灵敏系数不满足要求，可与相邻,段配合，动作阻抗为,动作时间：,173,3,、相间距离保护第,段的整定,1,、按躲过最小负荷阻抗整定,1,）按躲过最小负荷阻抗整定,当采用全阻抗继电器作为测量元件时，整定阻抗为,当采用方向阻抗继电器作为测量元件时，整定阻抗为,174,2,）与相邻第,段配合,保护动作时间,与相邻,段配合动作时间,当距离保护第,段的动作范围伸出相邻变压器的另一侧时 动作时间：,灵敏度：,作为近后备保护时 ,作为远后备保护时：,175,当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路相间距离保护,第,段配合,若相邻元件为变压器，应与变压器相间短路后备保护配合，其动作阻抗为,变压器相间短路后备保护遵最小保护范围所对应的阻抗值。,176,3.5,断线闭锁距离保护振荡闭锁,在运行中，可能发生电压互感器二次侧短路故障、二次熔断器熔断、二次侧快速自动开关跳闸、断线等引起失压现象。这些都将使保护装置电压下降或消失，或相位变化，导致阻抗继电器失压误动。,（,1,）断线阻抗继电器动作行为,177,a,相断线,178,179,断线相电压下降，相位变化近,，,、,幅值降低，相位,也发生了变化。,将可能导致阻抗继电器误动。,180,1,、断线闭锁元件,闭锁元件可根据零序电压、负序电压、电压幅值下降、相位变化等特征构成。,对断线失压闭锁元件要求：二次断线时，闭锁元件灵敏度要满足要求；一次系统短路，不应将保护闭锁；有一定动作速度，动作后可靠将保护闭锁，解除闭锁由运行人员进行。,181,1,）三相电压求和闭锁元件,电压互感器二次回路无故障时，三相电压对称，则,当一相或两相断线时，出现零序电压。一相断线时零序电压为,182,当三相断线时,三相电压数值和为,一相或两相断线时,有,判别三相电压相量和大小可识别一相或两相断；三相电压数值和大小可识别三相断线。,183,中性点直接接地系统,当一次系统存在零序电压 ：,开口三角形侧零序电压为,中性点非直接接地系统,184,差电压为,K,系数，中性点直接接地，,，中性点不接地,。,电压互感器二次回路完好或一次系统发生接地短路故障时，差电压 ；,185,二次侧一相或两相断线，差电压有一定的数值。,当三相电压有效值均很低时，可以识别出三相断线；当正序电压很小时，也可以反应三相断线。,186,2,）断线判据,一相或两相断线判据为：,微机保护起动元件不动作，同时满足,8,（,V,）,或,8,（,V,）,187,若电压互感器接在线路侧，三相断线的判据是：,微机保护起动元件未起动，断路器在合闸位置，或有一相电流大于无电流门槛值 。同时满足,0.5U,2N,188,或采用,8,（,V,）,8,（,V,）。,8,（,V,）、,也可采用,检出三相断线后，闭锁保护，发出断线信号。,189,2,、检测零序电压或电流的断线闭锁元件,若只采用,8,（,V,）,判别断线失压，一次系统接地短路故障时，闭锁元件将出现误动。采取的措施可采用开口三角形电压进行平衡，也可以采用检测零序电流进行闭锁。,190,断线失压判据满足,8,（,V,）,外，还要满足,在中性点不接地系统采用检测负序电压、电流也可判别断线失压。因单相接地不存在负序分量。,191,结论：,（,1,）采用三相电压相量求和，与检测零序电压或零序电流，可检测一相或两相断线；,（,2,）检测三相电压数值和，可检测三相断线；,（,3,）当采用线路侧电压互感器时，须增加断路器合闸位置信号和线路有电流信号。,192,3.5.2,距离保护的振荡闭锁,系统振荡时电气量变化特点,定义：并列运行的系统或发电厂失去同步的现象称为振荡,。,特点：电力系统振荡时两侧等效电动势的夹角 在 作周期性变化。,原因：切除短路故障时间过长、误操作、发电厂失磁或故障跳闸、断开某一线路或设备等造成系统振荡。,193,产生的影响：电力系统振荡时，将引起电压、电流大幅度变化，对用户产生严重影响。,要求：在振荡过程中不允许保护发生误动作。,振荡时电气量变化的特点：,194,（,1,）电流作大幅度变化,若,，正常运行时,夹角为 ，负荷电流为：,195,系统振荡时，设 超前 的相位为 ，两侧电势相等，系统中各元件阻抗角相等，振荡电流为：,振荡电流滞后电势差角为：,196,系统,M,、,N,点的电压为：,Z,点位于,处。,当,最大。,197,特点：正常运行时负荷电流幅值保持不变，振荡电流幅值作周期变化。,198,设,，则,，短路电流幅小于振荡电流幅值。,199,（,2,）全相振荡时，系统保持对称性，系统中不含负序、零序分量，只有正序分量。短路时，一般将出现负序分量或零序分量。,（,3,）系统电压作大幅度变化,令,，则,200,其中,，,M,母线电压最高。,201,当,时，,当,m=0.5,时，,M,母线电压为零。,M,越趋近,0.5,。变化幅度越大。,202,若认为系统总阻抗角与被保护线路阻抗角相等，则可在保护安装处侧得振荡中心电压。,203,（,4,）振荡时电气量变化速度与短路故障时不同，短路故障时电气量变化是突变的。,（,5,）短路与振荡流过被保护线路两侧电流方向、大小是不相同的。,204,2,、系统振荡时测量阻抗特性分析,（,1,）测量阻抗变化轨迹,205,图中,P,、,M,、,N,、,Q,四定点由阻抗,、,、,值确定相对位置。,M,侧测量阻抗为：,206,当 时，测量阻抗变化轨迹为一直线。,当,1,时，测量阻抗轨迹包含,Q,点,的一个圆。,1,时，测量阻抗轨迹包含,当,P,点的一个圆。,207,208,（,2,）测量阻抗变化率,其中：,209,计及,时，阻抗变化率最小，即,210,因,，据统计，振荡周,期最大值为,3s,，于是,测量阻抗变化率为,只要适当选择保护开放条件，可保证保护不误动。,211,3,、短路与振荡的区分,要求：短路时应开放保护；振荡时可靠闭锁保护；振荡过程中发生短路，保护能正确动作；振荡平息后自动复归。,（,1,）利用电气量变化速度不同区分短路故障和振荡,212,短路时,Z,2,、,Z,1,几乎同时动作；,振荡时,Z,2,、,Z,1,先后动作。动作时间差在 以上。,213,(2),判别测量阻抗变化率检测振荡,系统振荡测量阻抗变化率必大于,，正常运行时测量阻抗,变化率为零（负荷阻抗为定值）。,阻抗变化率,若满足,，则系统振荡。,214,4,、振荡过程中对称短路故障的识别,1,）利用检测振荡中心电压来识别,215,振荡中心电压表达式,电弧电压表达式,若发生三相短路，电弧电压不超过额定电压的,6%,，振荡中心电压始终小于额定电压,6%,不变。,216,若,是变化的，,判定系统振荡。,若,一直在,6%,U,N,以下，可判定三相短路故障。,217,为安全 值应比计算大。,218,2,）利用测量阻抗变化率识别,振荡过程中测量阻抗为负荷阻抗，具有较大值；振荡过程中发生三相短路故障时，电阻分量为线路电阻，具有较小值。变化率不满足要求，可判定发生了三相短路故障。,219,小结,：,1,、电力系统振荡将引起电压、电流大幅度的变化；,2,、振荡中心的电压变化最为显著；,3,、振荡时电气量变化速度与短路故障时不同；,220,4,、振荡中心电压为零值是短时间的，而三相短路故障，故障未被切除前短路点电压一直为零；,5,、振荡过程中对称短路故障的识别可利用检测振荡中心电压、测量阻抗变化率进行识别。,221,3.6,故障类型判别和故障选相,微机是串行工作的，如果采用一个,CPU,反映各种故障和故障相别，则有十种故障类型和相别需要判断，即要作十次故障判别计算，耗时很长。为了充分发挥,CPU,的功能，减少设备费用和硬件的复杂性，一般希望尽量用一个,CPU,反映各种故障。这就要求在故障处理之前，预先进行故障类型和相别的判断。在识别出故障相别后，将相应的电压、电流量取出，送至故障判别处理程序，这样可以节约大量的计算时间，但是对预先进行故障类型和相别判断准确性的要求就要提高。如果选相错误，则不可避免地使后面的计算完全出错，后果是很严重的。,222,对选相元件的要求：,1,）在保护区内发生任何形式的短路故障时，能判别故障相别，或判别出是单相故障还是多相故障。,2,）单相接地故障时，非故障相选相元件可靠不动作。,3,）在正常运行时，选相元件应该不动作。,4,）动作速度要快。,在微机保护中，要完成选相任务，不需要增加任何硬件。,223,选相流程步骤：,1,）判断是接地短路还是相间短路；,2,）如果是接地短路，先判断是否单相接地；,3,）如果不是单相接地，则判断哪两相接地；,4,）如果不是接地短路，则先判断是否三相短路；,5,）如果不是三相短路，则判断是哪两相短路。,224,3.6.1,相电流差工频变化量选相,相电流差工频变化量选相元件是在系统发生故障时利用两相电流差的变化量的幅值特征来区分各种类型故障。,（,1,）单相接地短路故障,单相接地短路故障的幅值是两相非故障相电流电流差等于零。,225,（,2,）两相短路,两相短路的幅值特征是两相故障相电流差值最大。,226,（,3,）三相短路,三相短路的幅值特征是三个两相电流差故障分量相等。,（,4,）两相接地短路,两相接地短路的幅值,特征与两相短路相同。,227,2,余弦电压 选相,当在图,K,点发生相间短路故障时，对于回路方程有,228,由图可得,229,测量阻抗,230,动作判据：,只要 能覆盖 的动作区，余弦电压元件就处于动作状态，并且灵敏度很高。,231,3.7,距离保护特殊问题的分析,1,、助增、汲出的影响,2,、过渡电阻的影响,232,3.7.1,保护安装处