输电线路距离保护

输电线路距离保护

1.引言

对长距离、重负荷线路，由于线路的最大负荷电流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微，采用电流电压保护，其灵敏性也常常不能满足要求。距离保护是广泛运用在110KV及以上电压输电线路中的一种保护装置。输电线路的长度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范围内任何一点故障，故障点至线路首端的距离都不一样，也就是阻抗不一样，都会小于总阻抗。距离保护就是反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。该装置的主要元件是测量保护安装地点至故障点之间距离的距离（阻抗）继电器．继电器实际上是测量保护安装地点至故障点之间线路的阻抗，即保护安装地点的电压和通过线路电流的比值。由起动元件、方向元件、测量元件、时间元件和执行部分组成。起动元件：发生短路故障时瞬时起动保护装置；方向元件：判断短路方向；测量元件：测量短路点至保护安装处距离；时间元件：根据预定的时限特性动作，保证保护动作的选择性；执行元件：作用于跳开断路器。

2.阻抗测量的原理

阻抗法建立在工频电气量的基础上，通过建立电压平衡方程，利用数值分析方法求解得到故障点和测量点之间的电抗，由此可以推出故障的大致位置。根据所使用电气量的不同，阻抗法分为单端法和双端法两种。

对于单端法，简单来说可以归结为迭代法和解二次方程法。迭代法可能出现伪根，也有可能不收敛。解二次方程法虽然在原理和实质上都比迭代法优越，但仍然有伪根问题。此外，在实际应用中单端阻抗法的精度不高，特别容易受到故障点过渡电阻、对侧系统阻抗、负荷电流的影响。同时由于在计算过程中，算法往往是建立在一个或者几个假设的基础之上，而这些假设常常与实际情况不一致，所以单端阻抗法存在无法消除的原理性误差。但单端法也有其显著优点：原理简单、易于实用、设备投入低、不需要额外的通讯设备。

双端法利用线路两端的电气信息量进行故障测距，以从原理上消除过渡电阻的影响。通常双端法可以利用线路两端电流或两端电流、一端电压进行测距，也可以利用两端电压和电流进行故障测距。理论上双端法不受故障类型和故障点过渡电阻的影响，有其优越性。特别是近年来GPS设备和光纤设备的使用，为双端阻抗法的发展提供了技术上的保障。双端法的缺点在于：计算量大、设备投资大、需要额外的同步和通讯设备。

正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗

Zfh

，即

?UZcl?cl?Zfh?Icl

在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗

Zd，即

距离保护的实质是用整定阻抗Zzd与被保护线路的测量阻抗Zcl比较。当短路点在

Z保护范围以外时，即Zcl>Zzd时继电器不动。当短路点在保护范围内，即cl

电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。

3.故障类型与相别判断原理

反应相间故障的阻抗继电器接线方式 1、0°接线方式

假定同一相的相电压与相电流同相位（即cosφ=1），则加在继电器端子上的电压与电流相位差为0°的接线方式。

继电器类别 A相阻抗元件 UAB B相阻抗元件 UBC C相阻抗元件 UCA

2、动作情况分析

A、三相短路时:三相对称，仅以A相为例。设短路点至保护安装处的距离为LK，线路每公里正序阻抗为Z1，则保护安装处的电压为：

IA-IB IB-IC IC-IA

Ur

Ir

此时阻抗继电器的测量阻抗为:

B、两相相间短路时 以BC相间短路为例

保护安装处电压为：

阻抗继电器的测量阻抗为：

C、中性点直接接地系统中两相接地短路时 以BC相接地短路为例

BC两相接地短路保护安装处母线电压为：

测量阻抗为：

由以上分析可知，对于0°接线方式，在电网同一点发生各种相间故障时，接于故障相间的阻抗继电器测得的阻抗相同，而且测得的阻抗只与故障点至保护安装处的距离成正比，故满足接线方式的要求。所以0°接线方式广泛运用于反应相间短路故障的距离保护中。

反应接地故障的阻抗继电器接线方式

在中性点直接接地电网中，当采用零序电流保护不满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，其接线方式如下：

继电器类别 A相阻抗元件 UA B相阻抗元件 UB C相阻抗元件 UC

IA+K3I0 IB+K3I0 IC+K3I0

Ur

Ir

4.线路距离保护的逻辑结构

M1N2TAP3TV?ImZm?Um

5.结论

与电流、电压保护相比较，距离保护具有以下优点：（1）灵敏度较高。阻抗继电器

反应了正常情况与短路故障时的电流、电压值的变化，短路故障时电流增大，电压降低，阻抗的变化量更加显著。所以，比反应单一物理量的电流、电压保护的灵敏度高。（2）保护范围与选择性不受系统运行方式的影响。当系统运行方式改变时，短路故障电流和母线剩余电压都繁盛变化。例如，在最小运行方式下，短路故障电流减小，电流速断保护要缩短保护范围，过电流保护要降低灵敏度。而距离保护由于短路点至保护安装处的阻抗取决于短路点至保护安装处的电距离，不受系统运行方式的影响，因此，距离保护的保护范围与选择性不受系统运行方式的影响。（3）迅速动作的范围较长。距离保护常采用阶梯型时限特性，这种时限特性比单一的电流保护的时限特性优越得多。与三段电流保护相比，由于距离保护的保护范围基本上不受系统运行方式的影响，所以距离保护第Ⅰ段的保护范围比电流速断保护范围长，距离保护第Ⅱ段的保护范围比时限电流速断保护范围长，因而距离保护迅速动作的范围较长。

6.参考文献

《电力系统继电保护原理》/贺家李、宋从距——中国电力出版社，2004

《电力系统继电保护》/张保会，尹项根——中国电力出版社，2005

《高压电网继电保护原理与技术》第3版/朱声石——中国电力出版社，2005 《电力系统继电保护基本原理》/王维俭——清华大学出版社，1991 《电力系统继电保护》/马永翔——重庆大学出版社，2004 《继电保护原理》/刘学军——中国电力出版社，2004

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q91t.html