距离保护整定计算原则优化

在距离保护的整定计算中，假定保护装置具有阶段式的时限特性，并认为保护具有方向性，其原则如下所述。

（1）距离保护第Ⅰ段的整定

一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来确定，按式（2.1）和式（2.2）计算，在一般线路上，可靠系数取0.8。

（2）距离保护第Ⅱ段的整定

如图2.19所示，应按以下两点原则来确定：

①与相邻线距离保护第Ⅰ段相配合，参照式（2.3）的原则，并考虑分支系数Kb的影响，可采用下式进行计算：

式中，可靠系数Krel一般采用0.8；Kb应采用当保护1第Ⅰ段末端短路时，可能出现的最小数值。

例如，在图2.19所示具有助增电流的影响时，在K点短路时变电所A距离保护2的测量阻抗为：

此时，Kb＞1，由于助增电流的影响，与无分支的情况相比，将使保护2处的测量阻抗增大。

若分支电路为一并联线路，由于外汲电流的影响，Kb＜1，与无分支的情况相比，将使保护2处的测量阻抗减小。因此，为充分保证保护2与保护1之间的选择性，就应该按Kb为最小的运行方式来确定保护2距离Ⅱ段的整定值，使之不超出保护1距离Ⅰ段的范围。这样整定之后，再遇有Kb增大的其他运行方式时，距离保护Ⅱ段的保护范围只会缩小，而不可能失去选择性。

②躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处（图2.19中K1点）短路时的阻抗值，设变压器的阻抗为ZT，则启动阻抗应整定为：

式中，与变压器配合时的可靠系数，考虑到ZT的误差较大，一般采用Krel=0.7；Kb则应采用当K点短路时可能出现的最小数值。

图2.19　选择整定阻抗的网络接线

计算后，应取以上两式中数值较小的一个。此时，距离Ⅱ段的动作时限应与相邻线路的Ⅰ段相配合，一般取为0.5 s。

③校验距离Ⅱ段在本线路末端短路时的灵敏系数。由于是反应于数值下降而动作，其灵敏系数为：

对于距离Ⅱ段，在本线路末端短路时，其测量阻抗即为ZAB，因此，灵敏系数为：(www.xing528.com)

一般要求Ksen≥1.25。当校验灵敏系数不能满足要求时，应进一步延伸保护范围，使之与下一条线路的距离Ⅱ段配合，时限整定为1～1.2 s，考虑原则与限时电流速断保护相同。

（3）距离保护第Ⅲ段的整定

当第Ⅲ段采用阻抗继电器时，其启动阻抗一般按躲开最小负荷阻抗ZL·min来整定，它表示当线路上流过最大负荷电流且母线上电压最低时（用表示），在线路始端所测量到的阻抗，其值为：

参照过电流保护的整定原则，考虑到外部故障切除后，在电动机自启动的条件下，保护第Ⅲ段必须立即返回的要求，应采用：

式中，可靠系数Krel、自启动系数Kst和返回系数Kre均为大于1的数值。根据式（2.5）的关系，可求得继电器的启动阻抗为：

以输电线路的送电端为例，继电器感受到的负荷阻抗反映在复数阻抗平面上是一个位于第一象限的测量阻抗，如图2.20所示。它与R轴的夹角（即为负荷的功率因数角φL）一般较小。而当被保护线路短路时，继电器的测量阻抗为短路点到保护安装地点之间的短路阻抗ZK，它与R轴的夹角即为线路的阻抗角φK，在高压输电线上一般为60°～85°，如图2.20所示。

图2.20　线路始端测量阻抗的相量图

当距离保护第Ⅲ段采用全阻抗继电器时，由于它的启动阻抗与角度φr无关，因此，以式（2.41）的计算结果为半径作圆，此圆即为它的动作特性，如图2.21中的圆1所示。

如果保护第Ⅲ段采用方向阻抗继电器，在整定其动作特性圆时，尚需考虑其启动阻抗随角度φr的变化关系，以及正常运行时负荷潮流和功率因数的变化，以确定适当的数值。例如，选择继电器的φsen=φK，则圆的直径即Ⅲ段整定阻抗为：

图2.21　第Ⅲ段启动阻抗的整定

如图2.21中的圆2所示，采用方向阻抗继电器能有较好的躲负荷性能。因而在长距离重负荷的线路上，如采用方向阻抗继电器仍不能满足灵敏度要求时，可考虑采用透镜型阻抗继电器，四边形阻抗继电器或者圆和直线配合在一起的复合特性阻抗继电器，如图2.22所示，利用直线特性来可靠地躲开负荷的影响等，但是这些继电器特性复杂，制造比较困难。

图2.22　复合特性的阻抗继电器

距离Ⅲ段作为远后备保护时，其灵敏系数应按相邻元件末端短路的条件来校验，并考虑分支系数为最大的运行方式；当作为近后备保护时，则按本线路末端短路的条件来校验。

（4）阻抗继电器的精确工作电流的校验

在距离保护的整定计算中，应分别按各段保护范围末端短路电流校验各段阻抗继电器的精确工作电流，按照要求，此最小短路电流与继电器精确工作电流之比应为1.5以上。