第一节 距离保护的基本原理

第一节距离保护的基本原理

大多电流电压保护，其保护范围要随系统运行方式的变化而变化。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。

一、距离保护的基本原理

4.1 距离保护的基本原理

前面介绍的各种电流电压保护，其保护范围要随系统运行方式的变化而变化。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。

一、距离保护的基本原理

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。距离保护的核心元件阻抗继电器。

程度更加显著，因此距离保护比电流保护或电压保护的灵敏度更高，其他性能也更完善。 距离保护的核心元件是阻抗继电器。阻抗继电器是通过输入电压值和电流值来获取阻抗的大小及相位角。

故障时阻抗继电器测量的阻抗ZK 与故障点到保护装置安装处的这段链路的阻抗值成正比，而此阻抗值又与这段路线的距离l 成正比，因此阻抗保护又称为距离保护。 阻抗继电器是带有方向性判断的元件，其测量阻抗ZK=R+jK ，可以在R 与jX 建立的复平面内进行矢量特性分析，以便于对故障时所测量的阻抗值进行大小和方向的判断。

当被保护线路上发生短路故障时，阻抗继电器的测量阻抗为Zm 设阻抗继电器的工作电压为U U I

=-

阻抗继电器的整定阻抗

Z

是指保护安装处至保护末端的阻抗。

由此可见：保护区内短路故障，工作电压小于0；而保护外或反方向短路故障，工

作电压大于0。

二、距离保护的时限特性

距离保护时限特性与三段式电流保护相似。

第二节 距离保护的特性及组成

由起动元件、方向元件、测量元件、时间元件和执行部分组成。

执行元件：作用于跳开断路器。

第三节 利用复数平面分析阻抗继电器

单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压

（可以是相电压或线电压）

和一个电流I

（可以是相电流或两相电流差）的阻抗继电器，加入继电器的电压与

电流比值称为继电器的测量阻抗Zm 。

测量阻抗可表示为：r

m I U Z

一、圆特性阻抗继电器

1、全阻抗继电器

如图所示，全阻抗继电器的特性圆是一个以坐标原点为圆心，以整定阻抗的绝对值为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区。不论故障发生在正方向短路故

障，还是反方向短路故障，只要测量阻抗落在圆内，继电器就动作，所以叫全阻抗继电器。不论加入继电器电压与电流的相位差如何，动作阻抗不变，即全阻抗继电器动作不具有方向性。

动作阻抗：使继电器动作的最大阻抗称为动作阻抗，以 表示。

动作表达式：

即：

上式表明：全阻抗继电器实质是比较两电压的幅值，一为动作分量，一

为制动分量。其物理意义是：正常运行时，保护安装处测量 到的电压是正常额定电压，电流是负荷电流，阻抗继电器不 起动；在保护区内发生短路故障时，保护测量到的电压为残

余电压，电流是短路电流，阻抗继电器起动。

二、方向阻抗继电器

方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标原点的圆 ，圆内为动作区，圆外为制动区。保护动作具有方向性。

特性圆：

一、基本要求

１、阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装地点之间的距离；

２、阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；

3、阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响

二、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

。

U

?

C

I ?

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：

MA K MB K MA B A AB

I

I L Z I L Z I U U U 11(?

??????-=-=-=

此时阻抗继电器的测量阻抗为：

MB

MA AB m L

Z I I U Z 1=-=

?

?

?

B 、两相相间短路时

以BC 相间短路为例

保护安装处电压为：

MC k MB C B BC L Z I L Z I U U U 1

)2(1)2( -=-=

阻抗继电器的测量阻抗为：

C

B C B m

L

Z I I U U Z 1=--=

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：

????+=+=k M MB k L MC C

k

M MC k L MB B L Z I L Z I U L Z I L Z I U )1.1()1.1()1.1()1.1(

测量阻抗为：

MC

MB k M L MC MB C

C L Z I I L Z Z I I I U 1)1.1()1.1()1.1()1.1())((=---=-- 二、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： r

U U

?

?+

I

A

U

?

?+

I

B

U

?

?

+

I C

反应接地短路时阻抗继电器原理接线示意图

第七节影响阻抗继电器正确测量的因素及防止方法

如前所述，阻抗元件能正确测量故障点至保护安装处的阻抗，当故

障发生在保护范围内时，阻抗继电器的测量阻抗小于其动作阻抗，继电

器动作。但实际使用时，有许多因素影响着阻抗继电器的测量阻抗。使

它增大或减小，导致保护的灵敏性降低甚至失去选择性。

主要有：

1、故障点的过渡电阻；

2、故障点与保护安装处之间的分支电流；

3、系统振荡；

4、电压回路断线；

5、电流互感器和电压互感器的误差；

6、串联电容补偿的影响等。

一、故障点过渡电阻的影响

前面分析时都是假定短路为金属性短路，实际故障点都存在过渡电

阻，主要是电弧电阻。一般来说，过渡电阻的存在将使阻抗继电器的测

量阻抗增大，使保护范围缩小、灵敏性降低。

方向阻抗继电器受过渡电阻的影响最重，偏移特性阻抗继电器次

之，全阻抗继电器受过渡电阻的影响相对最小。

由于过渡电阻主要是电弧电阻，故障后的电弧长度和电弧电流大

小都是随时间变化的。在短路的瞬间，过渡电阻最小，此后逐渐增大。

大约0.1～0.5S后，该值急剧增大。

降低影响的措施：

对于瞬时速断距离保护不考虑该影响，带有时限的距离保护应该

采用瞬时测定回路，即：通过启动元件把测量元件最初的动作状态固定

下来，电弧电阻增大时，即使测量元件返回，保护任能经预设的时限后

跳闸。

二、分支电流的影响

该影响只能通过整定值的修正来解决。

三、系统振荡的影响

为防止系统振荡时距离保护的误动作，在保护装置中一般都设有振荡闭锁

回路。工程实践证明，阻抗继电器误动的持续时间一般不会超过1.0S，所以如

果保护本身带有较长的动作时间延迟，就可以不考虑系统振荡的影响。

对振荡闭锁回路的要求是：系统没有发生故障而振荡时，应可靠闭锁；在

保护范围内发生故障时，不管系统有无振荡都应立即开放保护。

由于要正确判断是故障还是系统振荡，振荡闭锁回路一般都设有启动元

件，根据系统振荡时三相对称的特点，检测负序分量的出现或零序分量的出现

来判断。

四、电压回路断线的影响

运行中TV二次侧断线的原因很多，最常见的就是熔断器熔断。电压回路断

线可能造成阻抗继电器误动，因此应该设置电压回路断线闭锁装置——断线闭

锁继电器DBJ。

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。

第二节利用复数平面分析阻抗继电器

常用的钻孔那个继电器，其动作特性曲线在阻抗复数平面上分元特性和四边形特性两种，既以圆周或四边形作为阻抗继电器的动作边界，若继电器测量阻抗落入边界内，继电器就动作，否则不动作。圆特性阻抗继电器又分为全圆特性阻抗继电器，方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器，四边形阻抗继电器也有方向继电器和偏移阻抗继电器之分。

一、全阻抗继电器

全阻抗继电器的动作特性曲线是以坐标原点为圆心，以继电器的整定阻抗ZSCT为半径的圆。圆内为动作区，圆周为边界，圆外为非动作区。

当阻抗继电器测量阻抗ZK的绝对值小于整定阻抗ZSCT时，继电器就会动作，与测量阻抗的方向角无关，也就是说继电器动作无方向性。

若测量阻抗ZK正好落在圆周上，继电器正好动作，故圆周上的阻抗称为继电器的动作阻抗ZOP.K。阻抗继电器动作的条件可以通过幅值比较或相位比较两种办法进行判断。

二、方向阻抗继电器

由于全圆特性阻抗继电器的动作没有方向性，所以不能实现方向保护，若以其动作特性圆偏移到第一象限，这样就具有方向性，也就构成了方向阻抗继电器的特性曲线。

方向阻抗继电器的动作特性曲线是以整定阻抗ZSET为直径，动作特性曲线通过坐标圆点的圆，圆心位于第一象限，保护动作区主要集中在第一象限，保护动作有方向性。

在电源附近发生短路故障时，由于测量电压几乎为零，测量阻抗ZK在方向阻抗继电器

的动作边界上，继电器动作不可靠，所以方向阻抗继电器存在动作死区。

三、偏移阻抗继电器

为了克服方向阻抗继电器有动作死区的缺点，可以将方向阻抗继电器的动作特性曲线向第三象限偏移，坐标原点落入动作圆内，就可以很好的解决方向阻抗继电器的动作死区的问题。既是在电源附近发生短路故障时，继电器也能可靠动作，这样就构成了偏移阻抗继电器。

偏移阻抗继电器的动作特性曲线不经过原点，继电器没有死区，对应不同方向其动作阻抗不同，特别是在反方向有一定的动作区，可见偏移阻抗继电器没有完全的方向性。

第三节四边形阻抗继电器

常用的折线特性有两种：即两个边的折线阻抗特性和三个边的阻抗特性。

1.两个边的折线阻抗特性