距离保护课件

电力系统中应用比较广泛的电压电流保护虽然简单经济，在35kV及以下电压等级的电网中应用比较广泛，但是由于它们的定值选择、保护范围以及灵敏度等受系统运行方式变化影响较大，因此难以应用于更高电压等级的复杂网络中。距离保护(distance protection)利用短路时电压电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离，能够满足在较高电压等级电网中继电保护快速性和选择性的要求。

以下是大家在讨论会中讨论过的距离保护中的几个值得大家注意的地方： 1、 零序补偿系数：

以下图所示短路情况为例，

UA=UkA+I. =

...A1 z1Lk+

I.A2 z 2Lk+

I..A0 z 0Lk

UkA+[(I...A1+

I.A2+

I.A0)+3

IA0

z0?z1] z1Lk

3z1 =

UkA+(IA+K*3I0)z1Lk

....同理 UB =U..

.kB+(

IB+K*3I0)z1Lk

..UC =UkC+(IC +K*3I0)z1Lk

.kA

式中UUkB UkC 故障点k处的A、B、C三相电压 II..B

..II..A

IC 流过保护安装处的三相电流 I.A0 流过保护安装处的

.A1 A2

A相正序、负序、零序电流

z1 z2 z0 被保护线路单位长度的正序、负序、零序阻抗，在一

般情况下可以假设z1 =z2

在这里

K就是零序电流补偿系数，K=

z0?z1，在线路的零序和正序阻抗角不同时可以3z1....是复数，

故当系统发生单相接地故障的时候，有U据保护安装处测量的电流I.A 和零序电流

kA=0，故此时有

UA= (IA+K*3I0)z1Lk ，根

3I.0 ，就可以很容易算出故障的距离，

在SEL311C里面，现场提供的线路参数里面会有正序、零序的阻抗和阻抗角，根据上面我们推导出来的公式K=

k0M1，角度为k0A1

z0?z1，就可以算出零序补偿系数，它的幅值就是SEL311C里面的3z12、系统振荡问题

定义：并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象，称为电力系统振荡（Power Swing）,

特点：电力系统振荡的时候，系统两侧等效电动势的夹角可能在0-360度的范围内

做周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、功率大小和方向以及距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。

1、 系统分析等效图：

....

在系统发生振荡的时候，在两边的电动势EM? EN或者EM ?EN的情况下，可以测得保护安装处的测量阻抗的变化轨迹为：

由这个轨迹图我们可以看出：当系统发生振荡的时候，测量阻抗数值呈一个“无穷大-最低点-无穷大”这样钟摆式变化的过程。当两侧电压EM和EN的相角差从0度~360度变化一个周期，则测量阻抗就会完成一个“无穷大-最小值-无穷大”的循环，这个周期一般都比较长的。

..

系统振荡是一个严重的不正常运行态，但是不是故障，不应该跳闸，所以我们应该找方法在系统发生振荡时将系统的距离保护闭锁起来。真正线路发生故障时测量阻抗的变化趋势与上述规律是不一样的，我们举例说明。下图是距离保护的轨迹图，如图所示，当系统处于正常状态a的时候，系统阻抗较大，处于这个圆以外，此时保护装置不会动作，当线路发生故障，系统进入故障态b的时候，保护安装处的测量阻抗会瞬间变小，迅速进入动作区而使距离保护动作。

将上述两个例子做比较我们可以看出来，虽然系统振荡和线路故障两种状态下的测量阻抗都会变小，但是两种情况下测量阻抗变化的速度是不一样的。系统振荡下测量阻抗变化的速度比线路故障状态下测量阻抗变化的速度慢得多。

我们利用系统振荡时保护测量阻抗的这个特征，在SEL311C里面我们用与四边形阻抗相类似的曲线设置了第五段距离和第六段距离定值，专门用来做系统振荡的判据。在SEL311C中，当装置测得的正序阻抗停留在5段和6段整定值之间超过OOS闭锁延时OSBD或OOS跳闸延时OSTD，继电器将决定是否为系统振荡，此时是否要闭锁跳闸还是允许跳闸。这样防止距离保护装置在系统振荡时可能发生误动作的情况。

由于对系统振荡进行定量分析过于繁琐，以上关于系统振荡的论述只引用了一些结论性的东西和我们在应用中要知道的关键问题，描述了跟距离保护直接相关的保护测量阻抗的变化轨迹，分析了SEL311C中对线路故障和系统振荡两种状态的界定的方法。另外如果大家在现场用户要求做系统振荡保护实验，必须要有测试仪的支持，没有专门模拟系统振荡实验这一项目的测试仪的话，振荡闭锁实验基本上是无法仿真模拟出来的。

3、距离保护中的定值整定常识：

与常规的电流保护相似，电力系统中应用的距离保护装置一般也采用阶梯时限配合的三段式配置方式。一般要求距离保护的Ⅰ段和Ⅱ段测量元件都有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件，第Ⅲ段为后备段，包括对本线路Ⅰ、Ⅱ段距离保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备。

一般情况下，距离保护Ⅰ段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定，一般情况下取线路的0.8~0.85倍阻抗做为定值。

距离保护Ⅱ段保护需要考虑分支电路对测量阻抗的影响。当要求其定值大小与相邻线路

的距离保护Ⅰ段相配合的时候，要保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护Ⅱ段不至于越级跳闸，因此本段线路距离保护Ⅱ段动作范围不应该超出下一级线路距离Ⅰ段的保护范围。当距离保护需要与相邻变压器的快速保护相配合的时候，要求其动作范围不应该超出变压器快速保护的范围。一般情况下要求距离保护Ⅱ段定值大于本段线路全长的1.25倍。

距离保护Ⅲ段需要与相邻下级线路距离保护的Ⅱ段或Ⅲ段相配合，当作为近后备时，按线路末端短路校验，一般要求距离Ⅲ段定值大于1.5倍线路全长。距离保护Ⅲ段的动作时间，应该比与之相配合的相邻保护设备动作时间大一个时间级差，但考虑到距离Ⅲ段一般不经过振荡闭锁，其动作时间不应该小于最大的振荡周期（1.5秒~2秒）。

在SEL311C保护装置里面，距离保护Ⅰ段和Ⅱ段一般整定为正方向，即只有在功率方向为从母线流向线路的情况下，距离保护Ⅰ段和Ⅱ段才有可能动作，在母线反方向上的馈出线之类的回路里发生的故障不是在距离保护Ⅰ段和Ⅱ段的保护范围之内。距离保护Ⅲ段一般整定为反方向，作为馈出线的后备保护，同时距离Ⅲ段逻辑也为高频闭锁等逻辑提供判据。

4、输电线路纵联保护及高频保护在SEL311C中的应用：

电力系统中需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护。

纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可分为4种，分别为1）导引线纵联保护，2）电力线载波纵联保护，3）微波纵联保护，4）光纤纵联保护。其中导引线通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息，当线路较长（超过10km以上）时就不经济了。导引线越长，自身的运行安全性越低，在中性点接地系统中接地故障时会引起地电位升高，产生感应电压。电力线载波通道应用最为广泛，它利用输电线路构成通道，一般由输电线路和连接设备（阻波器、结合电容器和高频收发信机）等组成。它的缺点是在线路发生故障时通道可能遭到破坏。微波通道和光纤通道都适合于数字式保护，但是微波通道成本较高，而光纤通道成本越来越低且光信号本身稳定不受干扰，近年来光纤通道成为短线路纵联保护的主要通道形式。

利用不同的原理，纵联保护可以分为以下几种类型：

1、纵联电流差动，我们的SEL387L等光纤纵差保护装置用的就是此种原理构成保护； 2、方向比较式纵联保护：当系统发生故障时两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，称为闭锁式方向纵联保护，或者功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸，称为允许式方向纵联保护； 3、电流相位比较式纵联保护：利用两端电流相位的特征差异，比较两端电流的相位关系构成电流相位比较式纵联保护。两端保护各将本侧电流的正、负半波信息转换为表示电流相位并利于传送的信号，送往对端，同时接收对端送来的电流相位信号与本侧的相

位信号比较，当输电线路发生区内短路时两端电流相角差为0，保护动作；

4、距离纵联保护：它的构成原理与方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。

在SEL311C里面，通讯支持跳闸方案有六种：

???直接传输跳闸(DTT) ? 直接欠范围传输跳闸(DUTT) ? 允许式超范围传输跳闸(POTT) ? 允许式欠范围传输跳闸(PUTT) ? 方向比较解锁式(DCUB) ? 方向比较闭锁式(DCB)

前两种是直接跳闸方案，作为纵联保护，SEL311C能提供四种方案，

ECOMM = POTT [POTT或PUTT方案]

ECOMM = DCUB1 [DCUB方案用于两端线路通讯来自一个远端] ECOMM = DCUB2 [DCUB方案用于三端线路通讯来自两个远端]

ECOMM = DCB [DCB方案]

下图中我们以最基本的POTT为例进行说明：

在之前讨论SEL距离保护整定时已经提到过，在大多数情况下这些跳闸方案要求将3段元件整定为反方向(整定值DIR3 = R)

POTT PUTT DCUB和DCB跳闸方案使用SELOGIC控制方程跳闸整定值TRCOMM来监控通讯支持跳闸逻辑，整定值TRCOMM一般整定为2段超范围距离元件（固定为正方向）M2P 2段相间距离瞬时元件和Z2G 2段接地距离瞬时元件。

在上图中，在某些应用中所有电源都运行情况下某一端可能不能够有足够的故障电流来启动保护元件，SEL-311L 继电器可提供附加的逻辑，也就是 弱馈逻辑，以便当内部故障在弱电源端时允许快速两端跳闸切除故障强电源端可通过来自弱电源端的允许信号回音信号来允许跳闸。

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