继电保护培训第三章 电网距离保护
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国家电网继电保护第三章电网的距离保护
4.Ⅲ段：①定值：按躲开正常运行时的负荷阻抗进行选择； ②时限：使其比距离Ⅲ段保护范围内其它各保护的最大动作时 限高出一个△t。 注：定值取小，时限取长。
三.距离保护的主要组成元件： 1.起动元件： 过电流继电器 低阻抗继电器 负（零）序电流继电器 2.距离元件（ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ）：测量短路点到保护安装地点间的阻抗 （距离）。 3.时间元件：（tⅡ、tⅢ）
.
J
2 Z zd Z J
. .
U
J
2 I J Z zd U J
2）相位比较： 270°≥θ≥90° θ：向量 Zzd 超前于（ZJ－Zzd）的角度 极化电压－－－－ Up＝IJZzd 补偿电压－－－－ U’＝UJ－IJZzd 若取Zzd＝jXzd，则为电抗型继电器，线下为动作区，与ZJ的电阻部分 无关。 6.动作角度范围变化对继电器特性的影响：
Ⅰ.继电器的测量阻抗：ZJ 由加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值确定，ZJ的阻抗角就是UJ、IJ之 间的相位差ΦJ。 Ⅱ.继电器的整定阻抗：Zzd 一般取继电器安装地点到保护范围末端的线路阻抗作为～。 全阻抗继电器：圆的半径； 方向阻抗继电器：最大灵敏角方向上圆的直径； 偏移特性的阻抗继电器：最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。 Ⅲ.继电器的起动阻抗： Zdz.J 表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值。除 全阻抗继电器， Zdz.J随ΦJ的改变而改变。 当ΦJ ＝Φlm时，Zdz.Jmax ＝Zzd
4.功率方向继电器： 1）从阻抗继电器的观点了理解功率方向继电器： 当整定阻抗Zzd ∞时，特性圆 和直径垂直的一条圆的切线。 同：必须是正方向时动作； 异：阻抗继电器，测量阻抗小于一定值时动作。 2）幅值比较：
Z
电力系统继电保护-3 电网距离保护
3.1.1 距离保护的概念
测量阻抗和故障距离的关系 测量阻抗的定义（以单相系统为例）
Zm
U
m
zl
z为线路单位长度的阻抗
Im
试图找到与系统运行方式、短路类型无关，只与短路点到 保护安装处有关的测量参量
3.1.1 距离保护的概念
距离保护-利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与 电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。 整定距离Lset-与距离保护的范围相对应的距离。 工作原理大致如下：
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系：
CASE3：两相短路接地故障 ABG故障边界条件 (I K 3I )z L 0 U U A A 0 1 k kA K 3I )z L U kB 0 U B ( I B 0 1 k I z L 0 U U I kAB A B 1 k kAB
3 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
电流保护的缺陷 缺点 灵敏度不足 运行方式对保护影响大 配合困难 问题 无法满足更高电压等级电网对保护的速动性、选择性、灵 敏性的要求
3.1 距离保护的基本原理与构成
故障特征分析 特征 故障时电流增大 故障时电压降低 思路 综合利用电流、电压可以提高灵敏度，所以就有了阻抗保 护，利用电流电压比值作为故障特征量
总结
只有采用与故障回路相关的电流、电压才能实现距离的测量。继电器接 入不同电压、电流仪，称为不同的接线方式。 存在相间故障回路时，采用保护安装处的故障相间电压和故障相间电流 差可以反应故障距离，称为相间距离保护。 存在接地故障回路时，采用保护安装处的相电压和经零序补偿的相电流 可以反应故障距离，称为接地距离保护。 为了保护接地故障和相间故障，需要配备接地距离保护和相间距离保 护，短路形成几个故障回路。就有几个阻抗继电器可以实现阻抗测量。
第三章 距离保护继电保护
2．两相短路 设AB两相短路，对K1而言
I Z LI Z L (I I )Z L U AB A 1 B 1 A B 1
则
Z
( 2) m1
U AB Z1 L I A IB
结论：与三相短路时的测量 阻抗相同。因此，K1能正确 动作。 K2、K3不会动作。 同理，在BC或CA两相短路时，相应地分别有K2和K3能准确 测量出而正确动作。
Z m 2Z set Z m
两边同乘以测量电流得
K U U A U m 2 K I I m KU U m U B
4．直线特性阻抗继电器
相位比较的动作与边界条件为
Z m Z set 90 arg 90 Z set
上式中分子分母同乘以测量得
0 , 继电器不动作。 U m
对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 I K U K I m U m 90 arg 90 KUU m
0 U m
，无法进行比相，因而继电器也不动作。
1．记忆回路 思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，采用什 么措施消除死区？ 对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，采用记忆回路， 引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：
Z set Z m
或
Z I Z set I m m m
一、具有圆动作特性的阻抗继电器
（一）特性分析及电压形成回路 比较两电压量幅值的全 阻抗继电器的电压形成回路 如右图所示。全阻抗继电器 动作方程为 I K I m KU U m
动作量 制动量 K I U A I m K U U
ZⅠ
1 起动 元件 2 4 方向 元件 ZⅡ 6 ZⅢ tⅢ tⅡ 7 5 出口 元件 8 跳闸
电力系统继电保护电网距离保护原理
9
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
10
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出Zm ，只需间接地判断 它是处在动作边界之内还是处在动作边界之外，即 可确定继电器动作或不动作。
18
偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
19
偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
20
方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
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故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出Zm ，只需间接地判断 它是处在动作边界之内还是处在动作边界之外，即 可确定继电器动作或不动作。
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偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
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偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
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方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
继电保护技术培训(距离保护)
距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式
2.3 距离Ⅲ段：
III Z set .1
Z ld . min Ⅲ K rel K re K ss
Z ld . min
0.9U e. x I fh. max
可靠系数Krel取1.2～1.3；返回系数Kre取1.15～1.25；自启动系数Kss取1.1～1.7。
A、助增分支（保护安装处至故障点sN Kb Z sN
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距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式 分支系数的计算：
B、汲出分支(保护安装处至故障点有负荷引出，保护测量阻抗将减小)
汲出系数是小于1的数值
Kb
1 Z dz Z fhmin K h K zq cos( d fh ) Kk U fhmin I fhmax 0.9 110 3 I fhmax 0.9 110 3 0.35 163.5
带方向闭锁的距离保护
Z fh. min
系数取值： 1.2, K h Kk
II II I Z op .1 K rel Z AB K rel Kb. min Z op.2
Z A 1 I f .m n 2 M 3 k0 m 1 / E1 1 3k 5 V N
6 k0 m
6 k0 m
0.5s t8
6
7 10
8
9
t1 0.5s V A0
总分支系数
Kb.min Kb助Kb汲 2.52 0.575 1.35
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距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式
2.2 距离Ⅱ段：
② 与相邻元件的速动保护配合：
电力系统继电保护第3章 距离保护
由UA和UB转换为UC和UD可得相位阻抗继电器动作条件为
cos 0 并将式（3-12）代入式（3-11）可得
90 arg U A U B 90 UA UB
(3-13)
2、比较两个电气量相位原理的阻抗 继电器的构成
90 arg U A U B 90 UA UB
Ur
Ir
图3-1距离保护的作用原理
a)网络接线；b)时限特性
3.1.2距离保护的时限特性
1、距离保护1第I段：瞬时动作， t1 是保护本身固有的动作时间， 其保护范围最好能保护线路AB全长，即整定阻抗为ZAB ，实际上 当线路末端短路和 BC线路出口短路时，电流相差不多，距离保
护1的II段会误动。为此，距离保护1的I段的动作阻抗 ZOP.1＜
I
（可以是相电流
r
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。
3.2 单相式阻抗继电器 3.2.1阻抗继电器分类
测量电压 U r
测量电流 I r
U
Zr
U r Ir
K TV I
K TV K TA
ZK
K TA
作用是测量故障点到保护安装处之间的阻抗（距离），并与
区，特性圆半径为 1
2
Z set1 Z set2
圆心坐标为
。 1
Z0 2 Zset1 Zset2
图3-10a
2、偏移特性阻抗继电器
幅值比较形式的动作阻 抗方程为 ：
1
2
Z set1 Z set2
Zr
1 2
Z set1 Z set2
（3-29 ）
【继电保护】第3章-电网的距离保护4节
A BC
Z
I 0 A
I B
I C
K (1,1) BC
ll K
对于非故障A相的 阻抗继电器
两相接地故障时，接在故障相上的 两个阻抗继电器能正确测量短路点 到保护安装点之间的阻抗，接在非 故障相上的阻抗继电器测量阻抗较 大，不会误动作。
结论: 带零序电流补偿的接线方式在发生接地故障时，至 少有一个阻抗继电器能正确反应短路点到保护安装 点之间的距离。
KR3:
器并分别接于不同相间的原因。
3、两相接地短路
A BC
Z
I 0 A
I B
I C
K (1,1) BC
ll K
KR2 :
Zm
U BC IB IC
(IB IB
IC )Z1lK IC
Z1lK
3、两相接地短路
A BC
Z
I 0 A
I B
I C
K (1,1) BC
ll K
KR1:
KR3:
两相接地短路时只有接在故障环路的阻抗继电器的测量阻抗正比 于短路点到保护安装点之间的阻抗，其余两只阻抗继电器的测量 阻抗较大，不会误动作。
（1）测量阻抗应正比于短路点到保护安装点之间的 距离，与系统的运行方式无关； （2）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护 范围应不随故障类型而变化。
2、几种常用的距离保护的接线方式
二、相间短路用阻抗继电器的接线方式-----阻抗 继电器的00接线
继电器
KR1
KR2
KR3
U m
U AB
U BC
接地距离保护必须采用三个阻抗继电器。
故障环路：故障电流可以流通的路径。
本节内容结束
Z m
I
继电保护之距离保护
范围，或反向。
距离保护的保护范围和灵敏度受运行方式的影响较小， 尤其是距离保护Ⅰ段的保护范围比较稳定，同时，还具备 判别短路点方向的功能。
5/59
Um 测量阻抗Z m 通常为复数，还可以表示为： Im
Um Zm Z m m Rm jX m Im Z m — 测量阻抗的幅值；
18/59
通用式 : Um UK Z1 Im K 3 I 0 m
U K U K 0 3 I0 0
U UK Z1 I K 3 I 0 Z1 I
因此，接地测量阻抗为： U Zm Z1 I K 3 I 0
3/59
3.1.1
距离保护基本原理
利用保护安装处测量电压和测量电流(适当选择接
线方式)的比值 U m / I m 所构成的继电保护方式-----称为阻抗保护。
对于输电线路，由于
U m / I m z1lm
，
U m / I m 能反映短路点到保护安装处的距离 l m ，
因此，通常也称为距离保护。其中，
U m U 1m U 2 m U 0 m
U 1 K U 2 K U 0 K Z1 I1m Z 2 I 2m Z 0 I 0m
Z1 Z 2时
U K Z1 I1 m Z1 I 2 m Z 0 I 0 m
接地距离接线方式 A相 B相 C相
UC UA UB I A k 3I 0 I B k 3I 0 I C k 3I 0
相间距离接线方式 AB相 BC相 CA相
U AB I A IB
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2.动作方程 幅值比较：
2 方向圆特性
Z
－
m
1 2
Z
se t
1 2 Z set
相位比较：
－900 arg Z set－Z m 900 Zm
3 全阻抗圆特性
二、阻抗继电器动作特性及构成方式 （一）全阻抗继电器
3 全阻抗圆特性
1 动作特性 是以坐标原点为圆心，以整定阻抗 绝对值为半径的圆。当测量阻抗Zm落在圆内时， 继电器动作；当测量阻抗Zm落在圆外时，继电 器不动作；当测量阻抗Zm落在圆周时，是继电 器动作边界；
~
1
2
3
t1II t1I
t1III t2I
t2III t2II
3.1.5 距离保护的构成
距离保护由启动回路、测量回路及逻辑回路、出口等组成。 1.启动回路 启动元件采用负序电流继电器。正常运行时，闭锁保护；故 障时，启动整套保护。 2.测量回路 由阻抗继电器KR1、KR2和KR3组成，用以判断故障范围和 方向。 3.逻辑回路 由禁止门Y1、与门Y2和Y3、或门H组成，用以判断保护是 否应该跳闸。KS1KS2KS3为各段保护的信号。
m
1（Zset1 2
Zset
2)
1 (Zset1 Zset 2) 2
3.22 阻抗继电器的动作特性和动作方程
用相位比较法实现的偏移圆 特性
相位比较动作方程
－900 arg Zset1－Zm 90 0 Zm Zset2
2 方向圆特性
方向阻抗继电器
1.动作特性：以整定阻抗为直径，圆周经过坐标原点的圆， 圆内为动作区，圆外为非动作区，圆周是动作边界。Zm 在第三象限，继电器不动作。
系统中性点直接接地系统中各类故障电流路径介绍。 故障电流可以流通的通路称为故障环路。 用故障环路上的电压和电流能正确反应保护安装处到故障 点的距离。 接地距离 相间距离
接地距离保护在不同类型短路时的动作情况
相间距离保护在不同类型短路时的动作情况
3.1.4 距离保护的时限特性
距离保护分为三段式： I段：，瞬时动作 II段：，t=0.5’’ 主保护 III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。后备保护
3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系
3.1.3三相系统中测量电压和测量电流的选取
在这种单相系统中，测量电压和电流就是被保护安装出 的电压电流，系统金属性短路时两者之间的关系为
此式是距离保护能够用来测量阻抗来正确表示故障距离的 前提和基础，只有测量电压、电流满足上式，测量阻抗才 能正确反应故障的距离
第3章 电网距离保护
3.1距离保护的基本原理与构成
3.1.1距离保护的概念
电流保护的优点：简单﹑可靠﹑经济。 缺点：选择性﹑灵敏性﹑快速性很难满足要 求（尤其35kv以上的系统）。 距离保护的性能比电流保护更加完善。
距离保护的特点
距离保护
距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值， 反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。
3.1.5 距离保护的构成框图
3.2 阻抗继电器及其动作特性
3.2.1阻抗继电器动作区域的概念
3.22 阻抗继电器的动作特性和动作方程
偏移圆特性
阻抗继电器动作区域的形状， 称为动作特性
半径为 |1/2(Zset1+Zset2) |
圆心位于 1/2（Zset1+Zset2)
绝对值比较动作方程
Z
－
三相系统时，电气量的分析
各类故障的特点
1.单相接地短路故障 故障相对地电压为零，非故障正常。
2.两相接地短路故障。故障点处两接地相的电压都为零。
3.两相不接地短路故障。故障点处两故障相对地电压相等， 各相电压都不为零。
4.三相对称短路。故障点处各相电压相等，且在三相系统对 称时都为零。
5 故障环路的概念及测量电压电流的选取
被保护线路发生相间短路时，短路电流与继电器安装处电压 间的夹角等于线路的阻抗角，即阻抗继电器测量阻抗的阻 抗角等于线路的阻抗角。对于圆特性方向阻抗继电器，在 线路发生短路故障时应使其工作于最灵敏状态下，故要求 的最大灵敏角等于被保护线路的阻抗角。
2.动作方程
幅值ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ较：
Z m Z set
相位比较：
－900
arg
Z Z
set－Z set＋Z
m m
900
总结三种阻抗的意义
整定阻抗：指编制整定方案时根据要求的保护范围所给出的阻抗值。阻 抗继电器根据该值对应一个动作阻抗区域，系统发生短路时，当测量 阻抗落入整定阻抗所对应的动作阻抗区时，阻抗继电器动作。
测量阻抗：指阻抗继电器所测量（感受）到的阻抗，即加入到继电器的 电压、电流的比值。在正常运行时，它的测量阻抗就是通过被保护线 路负荷的阻抗。
动作阻抗：指阻抗继电器临界动作时的测量阻抗。
什么是圆特性方向阻抗继电器的最大灵敏角？ 圆特性方向阻抗继电器的最大动作阻抗时的阻抗角称为最大
灵敏角。
为什么要调整圆特性方向阻抗继电器的最大灵敏角等于被保 护线路的阻抗角？