电网的距离保护
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电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性
Z m Z set
Zm
O
m
R
Z m Z set
R
(a)
(b)
| Zm | Zset
| U m | I m Z set
幅值比较方式
Z m Z set 270 arg 90o Z m Z set
o
相位比较方式
2. 全阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z m Z set
Z0 Zm Z0
jX
A
Z0
k
O
Zm
k
R
O
Zm Z0
Z0
(a)
Zm
A
R
A
Z0
(b)
| Zm Z0 | Zm Z0
Um 270 Arg 90 I m Z set
U P Um
U = I m Z0
6. 具有直线特性的继电器-电抗继电器
jX
jX set
o
相位比较方式
3. 方向阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z set
Zm
1 Z set 2
Z
m
1 2 Zset
Z set
Zm
O
Zm
O
R
(a)
(b)
Um 270 Arg 90 U m I m Z set
动作方程
U P Um
U =Um I m Zset
3. 方向阻抗继电器-几个概念的说明 起动阻抗随着测量阻抗 相角的变化而改变；
Zk (nTA / nTV )
动作特性扩大为一个圆
(a)
～
第三章距离保护
第三章距离保护第三章：电网距离保护1.距离保护的定义和基本原理：距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的壁纸，反映故障点到保护安装处的距离而工作的保护。
基本原理：按照继电保选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在下路MN内部故障时，保护装置才应该立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。
与电流速断保护一样，为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。
当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若LK大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。
｝通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接地测量和判断故障距离。
2.几种继电器的方式：苹果特性：有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。
电抗特性：动作情况至于测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很强的耐过渡电阻的能力。
但是它本身不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
电阻特性：通常也与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
多边形特性：能同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。
3测量阻抗：Zm定义为保护安装处测量电压Um&与测量电流Im&之比，即Um&/Im& 动作阻抗：使阻抗原件处于临界动作状态对应的阻抗（Zop）。
继电保护(距离保护)
对于相间短路，故障环路为相—相故障环路，取测量电 压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的 电流差，称为相间距离保护接线方式，能够准确反应两相短 路、三相短路和两相接地短路情况下的故障距离。
LINYI UNIVERSITY
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UB = z1 l k B 、 C 相 测 量 I B + K3I 0
LINYI UNIVERSITY
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
增大，短路阻抗比正常时测量到的阻抗大大降低。
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二、测量阻抗及其与故障距离的关系
Um Zm = = z1 l k Im Z set = z1 l set
♣ 距离保护反应的信息量测量阻抗在故障前后变化比电流变 化大，因而比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。 ♣ 距离保护的实质是用整定阻抗 Zset 与被保护线路的测量阻 抗 Zm 比较： 当短路点在保护范围以内时，Zm<Zset，保护动作； 当短路点在保护范围以外时，Zm>Zset时，保护不动作。 因此，距离保护又称低阻抗保护。
U kA = 0
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
电网的距离保护
阻抗继电器
阻抗继电器是距离保护的核心元件，它的作
用是用来测量保护安装处到故障点的阻抗 （距离），并与整定值进行比较，以确定是 保护区内部故障还是保护区外故障。
阻抗继电器分类
（1）阻抗继电器分类根据阻抗继电器的比较原理， 阻抗继电器可以分为幅值比较式和相位比较式。 （2）根据阻抗继电器的输入量不同，阻抗继电器 可以分为单相式（第I型）和多相补偿式（第II型） 两种。 （3）根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的 形状不同，阻抗继电器可以分为圆特性阻抗继电器 和多边形特性阻抗继电器（包括直线特性阻抗继电 器）两种。
动作不具有方向性。
动作方程两边同乘以测量电流,则方程为
U m I m Z set
若令整定阻抗为：
Z set K ur / K uv
圆的动作方程也可用下式表示：
K uvU m K ur I m
Z m Z set
方程的物理意义为：正常运行时，由于电压为 额定电压、电流是负荷电流，方程不满足条件， 即继电器不动作；当在保护区内发生短路故障 时，电压降低，电流增大，方程满足条件，保 护起动。
动作阻抗概念：
jX
Z set
set
Zm
Z op
R
m
定义
使阻抗继电器起动的 最大测量阻抗。
动作 阻抗 特点
当加入继电器电压与电流之间 的相位差为不同数值时，动作 阻抗也随之而变。 动作阻抗具有最大值， 保护区最长。
灵 敏 角
当测量阻抗角等于整定阻抗 角时，此时动作阻抗具有最大 值，将此角度称为灵敏角。
Z m 0.5(1 ) Z set 0.5(1 ) Z set
当 1时 ，方程为；
电网的距离保护 距离保护过渡电阻振荡整定计算 PPT精品课件
Ig
接地短路：杆塔等电阻，可达数十欧姆。
220kV系统中一般考虑最大100Ω； 500kV系统中一般考虑最大300Ω。
4.4过渡电阻对距离保护的影响
二、单侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
M
N
P
QF1
Zm2 Rg
QF2 Rg k(3)
Zm1 ZMN Rg
各测量阻抗均增大， 保护范围缩小；
两个保护可能同时以 第Ⅱ段的时间动作，将会 失去选择性。
k2
二、距离Ⅰ段
1.定值： 躲过相邻元件出口短路时的测量阻抗
ZI set1
KI rel
Z
MN
KI rel
0.8
~
0.85
2.时间： t1 0
3.保护范围：
线路全长的80~85%，不受运行方式、故障 类型的影响。
4.3距离保护整定计算★★★
I1
I2 k
三、距离Ⅱ段
1.定值: 与相邻元件保护配合。
相邻元件保护范围末端故障时本保护的测量阻抗：
Z L min
K III rel
Kss
Kre
cos(set
L )
Z III set1
sZetopL
L
ZL min
4.3距离保护整定计算★★★
k1
Hale Waihona Puke k2四、距离Ⅲ段2.灵敏度校验
(1)近后备：故障点取本线路末端k1
III
Z
set1
K sen近
ZMN
要求
K sen近
1.5
(2)远后备：故障点取相邻线路末端k2
五、多边形特性的整定★
jX X set
P
N
Rset
接地短路：杆塔等电阻，可达数十欧姆。
220kV系统中一般考虑最大100Ω； 500kV系统中一般考虑最大300Ω。
4.4过渡电阻对距离保护的影响
二、单侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
M
N
P
QF1
Zm2 Rg
QF2 Rg k(3)
Zm1 ZMN Rg
各测量阻抗均增大， 保护范围缩小；
两个保护可能同时以 第Ⅱ段的时间动作，将会 失去选择性。
k2
二、距离Ⅰ段
1.定值： 躲过相邻元件出口短路时的测量阻抗
ZI set1
KI rel
Z
MN
KI rel
0.8
~
0.85
2.时间： t1 0
3.保护范围：
线路全长的80~85%，不受运行方式、故障 类型的影响。
4.3距离保护整定计算★★★
I1
I2 k
三、距离Ⅱ段
1.定值: 与相邻元件保护配合。
相邻元件保护范围末端故障时本保护的测量阻抗：
Z L min
K III rel
Kss
Kre
cos(set
L )
Z III set1
sZetopL
L
ZL min
4.3距离保护整定计算★★★
k1
Hale Waihona Puke k2四、距离Ⅲ段2.灵敏度校验
(1)近后备：故障点取本线路末端k1
III
Z
set1
K sen近
ZMN
要求
K sen近
1.5
(2)远后备：故障点取相邻线路末端k2
五、多边形特性的整定★
jX X set
P
N
Rset
电力系统继电保护第六章 距离保护
中国电力出版社
第二节 阻抗继电器
一、阻抗继电器的动作特性 可以是相电压或线电压) 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 可以是相电流或两相电流差) 的阻抗继电器， Um和一个电流 Im（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。 电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。 & U
Z
U&
m
m
中国电力出版社
当线路正方向0.85 Z NP 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 当线路正方向
UN U n U n n Z m = m = TV = N TA = 0.85Z NP TA I NP I NP nTV Im nTV nTA
I段阻抗继电器的整定值为 Z 段阻抗继电器的整定值为
中国电力出版社
第六章学习主要内容及学习要点
1、要求了解距离保护的工作原理，主要组成元件及动作时限特性 2、重点掌握下述内容： （1）常用阻抗继电器名称、特点及动作参数（动作阻抗、返回阻 抗、测量阻抗和整定阻抗）的基本概念。 （2）熟练掌握用幅值比较原理和相位比较原理，在复平面上分析 单相阻抗继电器的动态特性。以及用这两种原理构成常用单相 式阻抗继电器的方法。 （3）掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；用于接地保 护的基本接线方式。 （4）掌握方向阻抗继电器产生死区原因及消除死区的措施，并了 解由于引入极化电压对阻抗继电器暂态特性的影响。 （5）了解过渡电阻、电力系统振荡、电压回路断线，分支电流对 距离保护工作的影响及其防止措施。 （6）熟练掌握三段式距离保护的整定计算。
TA
• •
动作量： U 1 = I m Z set 制动量： U = U 2 m
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
第三章距离保护-1解析
B
C
1
2
ZT
D
1. 距离保护I段： 按躲过线路末端短路整定
ZsIet1 KIrel ZAB
其中 KIrel 0.8 ~ 0.85
一、距离保护的整定计算
2. 距离保护II段：
A
B
C
1
2
ZT
D
(1)定值计算： ① 与相邻线路的距离I段配合
ZsIeIt1 KIreI l(ZAB Kb.minZsIet2)
EA A Z K3 1
Ik K1
K2
B EB
2
Zk1
Zset
jX
Zk2
Zset
Zk1
k
ZL
A
L
R
Zk3
3.1 距离保护的基本原理与构成
由三段构成
Ⅰ段 主保护
Ⅱ段
Ⅲ段 后备保护
二、距离保护的时限特性
指距离保护的动作时间 t与保护安装点至短
路点之间的距离 的l关k 系。
3.1 距离保护的基本原理与构成
jX
B A
C
Zset
Zm Zset
Zm
R
3.2 阻抗继电器及其动作特性
二、利用复数平面分析圆特性阻抗继电器
2、方向阻抗继电器
jX
Zset C
B R
Zm A
方向阻抗继电器的特点：
（1）有死区 （2） Zo随p 变m化而不同 （3）有明确的方向性
3.3 阻抗继电器的接线方式
一、基本要求和接线方式
基本要求： (1) 测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间
的距离； (2) 继电器的测量阻抗与故障类型无关;
3.3 阻抗继电器的接线方式
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• 区分振荡与短路，从而构成 闭锁措施
• 过渡电阻特点及对继电保护
过渡电阻对距离保护的影响 的影响
与消除措施
第2章 电网的距离保护
2 2021/3/14
学习方法
掌握距离保护与阻抗继电 • 要在对比中巩固三段式原理并
器原理
熟练比幅与比相的相互转化方
理解方向阻抗继电器接线 法
掌握实用阻抗继电器分析 • 方法
电网的距离保护
内容与要求
距离保护的基本原理与适用 • 电压与电流的比值，110kV
场合
• 比幅与比相动作方程分析
单相式方向阻抗继电器的分 • 工频变化量、正序电压极化、
析方法
电抗、四边形等方向阻抗继
微机常用方向阻抗继电器的 原理
•
电器的构成原理 相间接线与接地接线
阻抗继电器的接线方式 振荡闭锁的原理
5 2021/3/14
三段式距离保护基本原理
PD1
M
tI
act
0
注意与三段式电流保护的区别。t IIIactt IIactN
P
Ⅰ段保护区
Ⅱ段保护区 Ⅲ段保护区
I段保护区不能伸出本线路，即测量阻抗小于本线路阻抗时动作。
可靠系数，
ZI 1.act
KrIelZMN
0.8 ～0.85
II段保护区不能伸出相邻线路I段保护区，即测量阻抗小于本线路阻
起动元件
系统发生故障时 起动保护装置
判断是 否跳闸
1KR
测
量
2KR
元
件
3KR
＆
t1 0
＆
t2 0
＆
t3 0
逻辑回路
跳 1 闸
第2章 电网的距离保护
由I、II、III段的阻抗继电器1KR、 2KR、3KR来判断故障区域
7 2021/3/14
2.2 阻抗继电器分类与特性
距离保护的核心元件，测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距 离），与整定值进行比较，小于整定值为内部故障。
特点：无死区，无方向性
应用：手动合闸、自动重
合闸时采用。
11 2021/3/14
比幅动作方程
|
ZK
Zset 2
||
Zset 2
|
比相动作方程
jX
Zset
90 argZset ZK90
ZK
电压比幅动作方程
ZK
UK IK
|UKIKZset ||IKZset |
2
2
0
R
方向阻抗继电器
以整定阻抗Zset为直径的圆。
电压比相动作方程
90 argIKZset UK 90 UK
第2章 电网的距离保护
特点：有电压死区，有方向 性（正方向故障时动作）
应用：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段测量元件 12 2021/3/14
2.2.5阻抗继电器的精确工作电流 以圆特性全阻抗继电器为例
比幅动作方程
| ZK || Zset |
可见，只要阻抗满足要求 ，继电器就应该动作。
抗与相邻线路I段动作阻抗之和。 靠可延靠系时数保，证选择性
Z 1 I.IactK rIe Il(Z M NK rIelZ N P) 0.8
III段在系统正常时不起动，故障时起动，即测量阻抗小于最小的负
荷阻抗时保护动作。依靠时间的阶梯性来保证选择性
第2章 电网的距离保护
6 2021/3/14
2.1.3距离保护组成
是不是真的如此？
电压比幅动作方程
|U K || I K Zset |
即 | IKZset ||UK|0
比较元件都有最小的动作电压U0（比较电路）或最小的分辨率U0（ 微机保护的字长决定）。则上式变为
90argZKZset2 90
Zset1ZK
电压比幅动作方程
ZK
UK IK
|U K IKZ set1Z set2| |IKZ set1Z set2|
2
2
电压比相动作方程
90 argUKIKZset2 90 IK Zset1 UK
第2章 电网的距离保护
jX
Zset1
0
Zset2
偏移阻抗继电器
以Zset1－Zset2为直径的圆。
电压比幅动作方程
ZK
UK IK
|U K || I K Zset |
电压比相动作方程
jX
Zset
0
R
全阻抗继电器 以整定阻抗为半径的圆。
90 argIKZset UK 90 IKZset UK
第2章 电网的距离保护
特点：无死区，无方向性
应用：一般用作起动元件 10 2021/3/14
比幅动作方程
|ZKZset1 2Zset2||Zset1 2Zset2| 比相动作方程
2.2.1阻抗继电器基本原理与分类
（1）阻抗继电器分类
比较原理 输入量
比幅：幅值比较式 比相：相位比较式 第I型：单相式
| ZK || Zset | |arg ZKZset |90
ZK Zset U A ,IA
第II型：多相补偿式 U AB , I A
圆特性——容易实现
动作特性 多边形特性
第2章 电网的距离保护
ZMN 圆内为动作区
sen
M
R
注意：正方向故障
时，ZK在第Ⅰ象限 ；反方向故障时ZK 在第Ⅲ象限。
第2章 电网的距离保护
最灵敏角
9 2021/3/14
2.2.2单相式圆特性阻抗继电器 ——由于构成方便，应用多。
比幅动作方程
| ZK || Zset |
比相动作方程
90 argZset ZK90
Zset ZK
Ik
阻抗继电器
延时
Uk
阻抗继电器测量阻抗 Z K U K
IK
负
jX
短 路
荷 阻
阻
抗
抗
O
R
距离保护利用阻抗 继电器来判断故障 所在区域。
出口
正常运行时 为负荷阻抗
故障时为保 护安装处到 故障点的线 路阻抗
ZK U N IL
ZK zlk
整定阻抗
阻抗继电器动作方程 | ZK || Zset |
第2章 电网的距离保护
8 2021/3/14
（2）阻抗继电器的基本概念
A
M TA
N
B
阻抗继电器KR电压UK来自 TV，电流IK来自TA。有
一次值
IK KR
TV U K
ZK
UK IK
Um/nTV Im/nTA
nTA nTV
Zm
测量阻抗
继电器的动作方程
ZK Zset
整定阻抗
继电器的 动作特性
动作边 界为动 作特性
N
jX
ZI set
第2章 电网的距离保护
z lk
I 最大保护区 act Ikmax(Zsmin)
Ikmin(Zsmax)
相间电流保护 灵敏度低不适 于高压网
lmax
Nl
可见，距离保护电压电流的比值与故障
点距离成正比，与系统的运行方式无关
，即不受系统运行方式的影响，可以获
得较为稳定的灵敏度。
4 2021/3/14
2.1.2距离保护原理
•
联系应用范围掌握方向阻抗继 电器的特殊问题
要联系电力系统故障分析的一
些方法与结论
第2章 电网的距离保护
3 2021/3/14
2.1 距离保护的基本原理
2.1.1距离保护的引入
M
E
ZS
Ik
1QF
N
k 2QF 3QF
距离保护就是利用 电压电流比值判断 故障的一种保护。
Uk
Ik
最小保护区
M lmin
而 Z U k zlk Ik