第3章 电网的距离保护(1)
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。
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UB = z1 l k B 、 C 相 测 量 I B + K3I 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
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
电力系统继电保护原理习题
电力系统继电保护原理习题第一章绪论1、什么是主保护、后备保护？什么是近后备保护、远后备保护？在什么情况下依靠近后备保护切除故障？在什么情况下依靠远后备保护切除故障？答：主保护是一次保护，当发生故障时瞬时动作；后备保护是在主保护不动作时再动作，一般有延时来判断主保护动作与否，它包括近后备和远后备.远后备保护是当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护.近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护2 、说明对电力系统继电保护有那些基本要求。
答：可靠性（安全性和信赖幸），速动性，灵敏性和选择性。
3、简要说明继电保护装置的一般构成以及各部分的作用.4、针对下图系统，分别在D1、D2、D3点故障时说明按选择性的要求哪些保护应动作跳闸。
第二章电网的电流保护1、分析电流保护中各段如何保证选择性？各段的保护范围如何,与哪些因素有关?2、什么是继电器的返回系数，增量动作继电器、欠量动作继电器的返回系数有什么区别？3、在图示网络中，试分析断路器1DL、4DL和9DL保护的最大和最小运行方式。
4、在图所示网络中,线路AB电源端装有三段式电流保护，线路BC装有二段式电流保护,均采用不完全星形接线方式，系数参数如图所示,线路AB和BC的最大负荷电流分别为2。
3A和2A，线路BC的过电流保护动作时限为3S，负荷自起动系数为1。
试计算：（1)、线路AB和BC各段电流继电器的动作电流和时间继电器的动作时限。
（2)、求出无时限电流速断的保护范围和校验Ⅱ、Ⅲ段的灵敏度。
()5、如图所示，对保护1进行三段式相间电流保护的整定计算。
，,,，，线路阻抗为0.4Ω/km，阻抗角为700，AB线最大负荷电流为170A。
电源阻抗，， ,，电源相电势为,，。
6、如图（a）所示网络中，线路AB装有三段式电流保护，各段保护的接线方式如图（b）所示.已知AB线路末端三相短路时的最大短路电流为1320A，末端三相短路时的最小短路电流为980A；限时电流速断保护的灵敏度为1.32.（a）（b)（1)计算保护1电流速断和限时电流速断保护的定值()（2)说明各段的接线方式，除此之外还有哪些常见接线方式?说明不同接线方式的异同及其特点。
电力系统继电保护网上作业题参考答案
东北农业大学网络教育学院电力系统继电保护网上作业题参考答案第一章绪论一. 填空题1.速动性选择性灵敏性可靠性2.测量部分、逻辑部分、执行部分3.故障发出信号4.不拒动，不误动5.相间短路，接地短路6.正常状态不正常状态故障状态7.主保护后备保护近后备远后备8.主保护后备保护9.灵敏系数高10.过负荷单相接地故障11.过电流低电压差动12.瓦斯过负荷二.选择题1. B ,2. A三.问答题1.继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
2.电力系统继电保护的基本性能应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性、可靠性。
选择性：是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
速动性：短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。
灵敏性：是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
可靠性：是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。
3.基本任务：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行。
（2）对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。
4.所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。
考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护，称为后备保护。
5. 当电气元件的主保护拒动时，由本元件的另一套保护起后备作用，称为近后备。
当主保护或其断路器拒动时，由相邻上一元件的保护起后备作用称为远后备。
第二章电网的电流保护一. 填空题1.起动2.限时电流速断保护（二段保护）3.阶梯原则4.起动特性返回特性5.完全补偿、欠补偿、过补偿三过补偿6两相星型7.在被保护线路末端发生短路时通过保护装置的短路电流最大，系统的等值阻抗最小。
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；
继电保护距离
& & & = UK + Z1Im + ( Z0 − Z1 )I0m 在电流测量中， 在电流测量中，直接得 3I0m的形式 到 &
& & = UK + Z1Im +
( Z0 − Z1 )
3
& 3I0m
Z1 ( Z0 − Z1 ) & (为了提取Z ) & & 3I0m = UK + Z1Im + 1 3 Z1
& & & 为了组合出： & Z 为了组合出： 1 ( I1m + I2m + I0m ) = Z1Im & & & & & = UK + Z1 ( I1m + I2m + I0m ) + (− Z1 + Z0 )I0m & & & = UK + Z1Im + ( Z0 − Z1 )I0m
19/77 19/77
& Um Zm = 反映阻抗， —反映阻抗，称为阻抗保护； & Im Zm = z1lm —反映距离lm，称为距离保护。 称为距离保护。
二者几乎反映了同一个性质。 二者几乎反映了同一个性质。 细微的区别：一个侧重保护的范围； 细微的区别：一个侧重保护的范围； 另一个侧重具体的测量数值。 另一个侧重具体的测量数值。
18/77 lK
& UK
由此可以得到： 由此可以得到：
& & & & Um = U1m + U2m + U0m
& & & & & & = (U1K + U2K + U0K ) + ( Z1I1m + Z2 I2m + Z0 I0m )
电力系统继电保护原理习题_OK
2021/8/23
8
第八章
1、微机保护有哪些特点和优点？ 答：由微型计算机或单片机构成的保护称为微机保护。
微机保护的优点有：
(1) 程序具有自适应性，可按系统运行状态自动改变整定值和特性 (2) 有可存取的存储器。 (3) 在现场可灵活地改变继电器的特性。 (4) 可以使保护性能得到更大的改进。 (5) 有自检能力。 (6) 有利于事故后分析。 (7) 可与计算机交换信息。 (8) 可增加硬件的功能。 (9) 可在低功率传变机构内工作。 微机保护的缺点有：
2021/8/23
5
第六章 1.为什么要采用自动重合闸？对自动重合闸装置有哪些要求？ 答：电力系统架空线路故障大都是“瞬时性”故障，在线路被继电保护迅速动作断路
器断开后，故障点的绝缘水平可以自行恢复，故障随即消失。此时如果把断开的线 路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。对于这种“瞬时性”故障，在线路被 断开后，再进行一次合闸，就有可能恢复供电，从而大大提高供电的可靠性。自动 重合闸的基本要求（P105）。
动作选择性的要求，它不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。纵联差动保护是利 用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护，当在保护范 围内任一点发生故障时，能瞬时切除故障。 第五章 1.什么是高频通道的经常无高频电流方式和长期发信方式？ 答：经常无高频电流方式就是当故障时发出高频电流；长期发信方式就是故障时将高频电 流停止或改变其频率的方式。 2.高频通道是由哪几部分组成的？各部分各有什么作用？ 答：阻波器：并联谐振，阻抗最大，可达1000Ω以上，可以将高频限制在通道内，所以谐 振频率就是载波频率。对50工频，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗（0.04Ω），所以不影 响工频传输。
Ue / X smax
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
Zset
UP 240 arg 120 U jX
Zm Zset
Z0
Zm
O
R
Z0
R
U P Um
U P Um
U =Um I m Zset
U = I m Z0
10. 具有四边形特性的阻抗继电器
jX
A
B
折线A-O-C可以由动作 范围小于1800的功率方 向继电器来实现
直线A-B可由一个电抗 型继电器实现
电力系统继电保护原理
主讲教师：范春菊
3 电网的距离保护 3.1 距离保护的作用原理 3.2 各种单相式阻抗继电器的动作特性 3.3 阻抗继电器的接线方式
3.4 方向阻抗继电器的死区和特性分析
3.5 距离保护的整定计算和评价
3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法
3.7 距离保护装置框图举例
3.1 距离保护的作用原理
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
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R
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set
U m I m Z set 90 arg 270 U m I m Z set
41
2.方向阻抗继电器
jX
Z set
方向阻抗继电器的特 性是以 Zset为直径而通过 坐标原点的一个圆，圆内 为动作区。
UD
UC
U A UB
UC arg 90 UD
31
UA
UB
UD
UC
U A UB
UC arg 90 UD
32
UA
UB
UD
UC
U A UB
UC arg 90 UD
33
互换关系：
51
（1）比幅式
jX
Z set Zm Z0
Z0
Zm
0
- Z set
R
1 1 Z m (1 - ) Z set (1 ) Z set 2 2
1 r (1 α)Z set 52 2
（1）比幅式
jX
Z set Zm Z0
Z0
Zm
0
- Z set
R
1 I (1 - ) Z 1 I (1 ) Z Um m set m set 2 2
m m set
jX
方向阻抗继电器
Z set
1 Z m Z set 2
jX
Z set
Z m - Z set
Zm
Zm
0 比幅式
1 1 Z m Z set Z set 2 2
R
0
R
比相式
Zm 90 arg 270 Z m Z set Um 90 arg 270 62 U I Z
C
Z set
R
B
多边形特性
28
三、阻抗继电器的特性分析
29
两种原理的互换关系 幅值比较原理：
UA UB
UC 270 相位比较原理： 90 arg UD
UC U A U B
互换关系：
U D UB U A
30
UA
UB
17
一、 阻抗继电器的分类
按加入继电器的补偿电压分类
单相式、多相式
按继电器的动作特性分类
圆特性、非圆特性
按比较回路实现方法分类
比幅式、比相式
18
二、构成阻抗继电器的基本原则
A
QF1
B
TA
I1
Im
C
QF3
U1
QF2
Z
TV
Um
U1 U m nTV U 1 nTA nTA Zm Zk I1 Im I 1 nTV nTV nTA
Z m Z set 90 arg 或 270 Z m Z set
55
（2）比相式
jX
Z set Z m - Z set
Zm
0
- Z set
R Z m Z set
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set
56
（2）比相式
为 Zm 。
7
正常运行时
A
QF1
B
Z
QF2
IL
C
QF3
UN
jX
UN Zm ZL IL
B
ZL
L
R
8
线路上短路时
A
QF1
k3
B
Z
QF2
Ik
k1
k2
C
QF3
Uk
Z k1
jX
Z k2
Uk Zm z1lk Z k Ik
B
Z set
k
Z k3
Z k1
ZL
0
R
42
（1）比幅式
jX
Z set
1 Z m Z set 2
Zm
0
R
1 1 Z m Z set Z set 2 2
43
（1）比幅式
jX
Z set
1 Z m Z set 2
Zm
0
1 1 Z m Z set Z set 2 2
R
44
（1）比幅式
jX
1 Z m Z set 2 Zm
Z m - Z set
Zm
0
R
Zm 90 arg 或 270 Z m Z set
47
（2）比相式
jX
Z set
Zm
Z m - Z set
0
Zm 90 arg 270 Z m Z set
R
Um 90 arg 270 U m I m Z set
I 2 III 1 III t2 II t2
l
13
三、距离保护的构成
14
1.起动元件（ΔI2 + Δ3I0） 2.测量元件 3.时间元件 4.振荡闭锁回路 5.断线闭锁元件
6.跳闸出口元件
15
3.2 阻抗继电器
16
主要内容
一、阻抗继电器的分类
二、构成阻抗继电器的基本原则
三、阻抗继电器的特性分析
m m set
1I Z 1I Z Um m set m set 2 2
jX
偏移特性阻抗继电器 jX Z set
Z0
Zm Z0
Z set Z m - Z set
Zm
0
- Z set
Zm
0
R
- Z set
Z m Z set
R
比幅式
1 1 Z m (1 - ) Z set (1 ) Z set 2 2
Z m Z set
R
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set
39
（2）比相式
jX
Z set
Z m - Z set
Zm
Z m Z set
R
Z m Z set 90 arg 或 270 Z m Z set
40
（2）比相式
jX
Z m - Z set Z set Zm Z m Z set
21
Z set
R
B A
jX C
Z set
R
B A
全阻抗继电器的动作特性
22
jX
C
Z set
R
B
方向阻抗继电器的动作特性
23
jX
C
Z set
R
B
偏移特性阻抗继电器的动作特性
24
jX
C
Z set
R
B
苹果形动作特性
25
jX
C
Z set
R
B
橄榄形动作特性
26
jX
C
Z set
R
B
多边形特性
27
jX
48
3.偏移特性阻抗继电器
jX
Z set
正方向整定阻抗为Zset 反方向偏移 -αZset (0<α<1 ) 圆心：
Z0
0
- Z set
1 1 Z 0 ( Z set αZset ) (1 α ) Z set 2 2
R
半径：
1 r Z set Z 0 (1 α ) Z set 2
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set
64
比幅式
全阻 抗继 电器
比相式
U m I m Z set 90 arg 270 U m I m Z set
U m I m Z set
方向 1I Z 1I Z 阻抗 U m m set m set 2 2 继电器 偏移特 1 1 U m I m (1 - ) Z set I m (1 ) Z set 性阻抗 2 2 继电器
第三章 电网的距离保护
1
Loads
A
B
C
D
2
Loads
A
B
t
III A
t
矛盾
III D
C
D
Loads
A
B
t
III A
t
II成
4
主要内容
一、距离保护的概念 二、距离保护的时限特性 三、距离保护的构成
5
一、距离保护的概念
6
距离保护是反应被保护线路始端 电压和线路电流比值而工作的一种保 护，这个比值被称为测量阻抗，表示
1 I (1 - ) Z 1 I (1 ) Z Um m set m set 2 2
比相式
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set
U m I m Z set 90 arg 270 U m I m Z set 63
60
jX
全阻抗继电器
Z set
jX
Z set
Z m - Z set
Zm
Zm
R
Z m Z set
比相式
R
比幅式
Zm Zset
U m I m Z set
Z m Z set 90 arg 270 Z m Z set U m I m Z set 90 arg 270 61 U I Z