随着电力系统的不断扩大,电力系统运行方式及其网络结构越来越复杂。由于电流、电压保护的保护范围及灵敏系数等受电网接线方式及系统运行方式的影响较大,很难满足35kV及以上电压等级的复杂电网对保护在选择性、灵敏性等方面的要求。因而逐渐发展出性能更加完善的距离保护,并在高压及超高压输电线上获得了广泛的应用。
为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求,距离保护一般采用三段式配置原则,分别成为距离保护Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段,和三段式电流保护相对应。距离保护Ⅰ段是瞬时动作的,占保护线路全长的80%~85%。距离保护Ⅱ段能够保护线路全长,并延伸到相邻下一条线路距离Ⅰ段的保护范围,它的整定阻抗按相邻下一条线路距离Ⅰ段整定,为了保证选择性,动作时限需要增加一个延时。距离保护Ⅲ段一般按躲过最小负荷阻抗整定,它的保护范围较大,通常作为后备保护使用,为了保证选择性,动作时限按阶梯原则整定。
距离保护是反映故障点到保护安装处之间的距离(或阻抗),并根据故障距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。判断距离保护是否动作,需要首先测量故障点到保护之间的距离或阻抗,并与整定值比较。在距离保护中,这种测量距离的元件称为距离继电器。距离继电器应满足以下基本要求:
(1)在被保护线路上发生直接短路时,继电器的测量阻抗应正比于母线与短路点间的距离。
(2)在正方向区外短路时不应超越动作,超越有暂态超越和稳态超越两种。暂态超越是由短路的暂态分量引起的,继电器仅短时动作,一旦暂态分量衰减,继电器就返回。稳态超越是由短路的过渡电阻引起的。
(3)应有明确的方向性。正方向出口短路时无死区,反方向短路时不应误动作。
(4)在区内经过渡电阻短路时应能动作,但单相经高阻接地故障时接地距离继电器不必动作,由零序过电流保护切除故障,应当是允许的。
(5)在最大负荷(即最小负荷阻抗)下不动作。(www.xing528.com)
(6)不受系统振荡的影响。
其中,第(1)项要求由继电器的正确接线解决,第(2)项要求中的暂态超越问题主要靠滤波解决。其他几项要求都和故障处的过渡电阻有关。
距离继电器可以分为以下四类:
(1)单相式距离继电器(也称为Ⅰ类距离继电器)。这类继电器输入单一电压(相电压或线电压)和单一电流(带零序补偿的相电流或相间电流差),动作方程可以表示为单一变量—测量阻抗的函数,动作特性可以完全在阻抗平面上表示出来。它的动作原理是看测量阻抗是否落在动作特性的区域内。
(2)多相式距离继电器(也称为Ⅱ类距离继电器)。这类继电器的动作原理是按照短路点的电压边界条件建立动作判据,当故障发生在保护范围末端时,动作判据处于临界状态。输电线是三相系统,故障特征(故障边界条件)常与三相电气量有关,因此这类继电器的输入量不是单一电压或单一电流,其动作特性不能化为测量阻抗单个变量的函数。对这类继电器动作行为的分析必须结合系统参数、运行方式、故障点和故障相等进行。这类继电器的特性本质上是多个变量的函数。为了便于和Ⅰ类距离继电器作比较,在分析时常将其他变量固定,观察它作为测量阻抗一个变量函数时的动作特性。但需要注意被固定的其他变量不能因测量阻抗而变化。
(3)故障分量距离继电器。这类继电器的动作原理也是按照整定值末端电压边界条件建立其动作判据,但它只反应故障时的故障分量,不反应负荷状态及系统振荡,即它根据故障分量动作,因而只能作为瞬时快速保护,不能作为阶段式后备保护。
(4)测距式距离保护。由于微机保护有很强的运算能力,因此它不仅可以算出测量阻抗的值,还可以计算出故障点的距离。测距式继电器就是根据测距结果动作的。
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