距离保护的整定计算

距离保护第Ⅰ段

无延时速动段,只反应本线路故障。测量元件整定阻抗为

$$ Z_{set}^\text{I}=K_{rel}^\text{I}L_{A-B}z_1 $$

  • $Z_{set}^\text{I}$:距离Ⅰ段的整定阻抗
  • $L_{A-B}$:被保护线路的长度
  • $z_1$:被保护线路单位长度的正序阻抗
  • $K_{rel}^\text{I}$:可靠系数,一般取0.8~0.85

距离保护第Ⅱ段

整定阻抗

距离保护Ⅱ段应考虑分支电路对测量阻抗的影响,整定阻抗应按以下原则计算,取其中较小者

  1. 与相邻线路距离保护Ⅰ段配合。 若下级Ⅰ段保护整定阻抗为$Z_{set}^\text{I}$,则Ⅱ段整定阻抗为

    $$ Z_{\text{set.1}}^\text{II}=K_{\text{rel}}^\text{II}(Z_\text{A-B}+K_{\text{b.min}}Z_\text{set.2}^\text{II}) $$

    • $K_\text{rel}^\text{II}$:可靠系数,一般取0.8
    • $K_\text{b.min}$:分支系数,取各种情况下的最小值。
  2. 与相邻变压器的快速保护配合。 设变压器阻抗为$Z_t$,则Ⅱ段整定阻抗为

    $$ Z_\text{set.1}^\text{II}=K_\text{rel}^\text{II}(Z_\text{A-B}+K_\text{b.min}Z_t) $$

    可靠系数一般取0.7~0.75

灵敏度校验

要求灵敏系数满足

$$ K_\text{sen}=\frac{Z_\text{set}^\text{II}}{Z_\text{AB}}\ge1.25 $$

动作延时整定

$$ t_1^\text{II}=t_2^{(x)}+\Delta t $$

  • $t_2^{(x)}$:与本保护配合的相邻元件保护段最大的动作延时

距离保护第Ⅲ段

整定阻抗

按以下原则计算,取其中较小者

  1. 与相邻下级线路距离保护Ⅱ或Ⅲ段配合整定

    $$ Z_\text{set.1}^\text{III}=K_\text{rel}^\text{III}(Z_\text{AB}+K_\text{b.min}Z_\text{set.2}^\text{II}) $$

  2. 与相邻下级变压器电流、电压保护配合整定

    $$ Z_\text{set.1}^\text{III}=K_\text{rel}^\text{III}(Z_\text{AB}+K_\text{b.min}Z_\text{min}) $$

    $Z_\text{min}$:电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值

  3. 躲过正常运行时的最小负荷阻抗

    当线路上的负荷最大且母线电压最低时,负荷阻抗最小:

    $$ Z_\text{L.min}=\frac{\dot{U}_\text{L.min}}{\dot{I}_\text{L.max}}=\frac{(0.9\sim0.95)\dot{U}_\text{N}}{\dot{I}_\text{L.max}} $$

    • $\dot{U}_\text{L.min}$:正常运行母线电压的最低值
    • $\dot{I}_\text{L.max}$:被保护线路最大负荷电流
    • $\dot{U}_\text{N}$:母线额定相电压

    采用全阻抗特性,整定值为

    $$ Z_\text{set.1}^\text{III}=\frac{K_\text{rel}}{K_\text{ss}K_\text{re}}Z_\text{L.min} $$

    • $K_\text{rel}$:可靠系数,取0.8~0.85
    • $K_\text{ss}$:电动机自启动系数,取1.5~2.5
    • $K_\text{re}$:阻抗测量元件返回系数,取1.15~1.25

    采用方向圆特性,整定值为

    $$ Z_\text{set.1}^\text{III}=\frac{K_\text{rel}Z_\text{L.min}}{K_\text{ss}K_\text{re}\cos(\varphi_\text{set}-\varphi_\text{L})} $$

    • $\varphi_\text{set}$:整定阻抗的阻抗角
    • $\varphi_\text{L}$:负荷阻抗的阻抗角

采用偏移特性时,反向动作区的大小采用偏移率整定,一般取5%左右。

灵敏度校验

作为近后备时,按本线路末端短路校验:

$$ K_\text{sen(1)}=\frac{Z_\text{set}^\text{III}}{Z_\text{AB}}\ge1.5 $$

作为远后备时,按相邻设备末端短路校验:

$$ K_\text{sen(2)}=\frac{Z_\text{set}^\text{III}}{Z_\text{AB}+K_\text{b.min}Z_\text{next}}\ge1.2 $$

  • $Z_\text{next}$:相邻设备的阻抗
  • $K_\text{b.max}$:分支系数最大值,保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性。

动作延时整定

距离保护Ⅲ段的动作延时,应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差$\Delta t$,但考虑到Ⅲ段一般不经振荡闭锁,其动作延时不小于最大的振荡周期。

整定参数换算到二次侧

设电压互感器TV变比为$n_\text{TV}$,电流互感器TA的变比为$n_\text{TA}$,一、二次测量阻抗之间的关系是

$$ Z_\text{m(1)}=\frac{\dot{U}_\text{m(1)}}{\dot{I}_\text{m(1)}}=\frac{n_\text{TV}\dot{U}_\text{m(2)}}{n_\text{TA}\dot{I}_\text{m(2)}}=\frac{n_\text{TV}}{n_\text{TA}}Z_\text{m(2)} $$

整定阻抗可以用类似的方法换算到二次侧

$$ Z_\text{set(2)}=\frac{n_\text{TA}}{n_\text{TV}}Z_\text{set(1)} $$

对距离保护的评价

  1. 由于同时利用的短路时电压、电流的变化特征,通过测量故障阻抗来确定故障所处的范围,保护区稳定,灵敏度高,动作情况受电网运行方式变化影响小,能够在多测电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。
  2. 由于只利用了线路一侧短路时电压、电流的变化特征,距离保护Ⅰ段的整定范围为线路全长的80%\~85%,这样在双侧电源线路中,有30%\~40%的区域内故障时,只有一侧的保护能无延时地动作,另一侧保护需经0.5s的延时后跳闸;在220kV及以上电压等级的网络中,有时候不能满足电力系统稳定性对短路切除快速性的要求,因而,还应配备能够全线快速切除故障的纵联保护。
  3. 距离保护的阻抗测量原理,除可以应用于输电线路的保护外,还可以应用于发电机,变压器保护中,作为后备保护。
  4. 相对于电流、电压保护来说,距离保护的构成、接线和算法都比较复杂,装置自身的可靠性稍差。
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