电力系统继电保护原理-电网距离保护

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电力系统继电保护-距离保护概述

在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护，距离保护就是其中的一种。
2、距离保护的基本原理
距离保护是反应保护安装处至短路点之间的距离，并根据短路点至保护安装处的距离确定动作时限的一种保护。
故障点离保护安装处越近，保护动作时间越短；反之越长。
故障点总是由离故障点近的保护首先动作切除故障，从而保证了保护动作的选择性。
Im
K
ZUmຫໍສະໝຸດ Z set当在保护区末端短路时，测量阻抗为 Um Im Zset
工作电压为
Uop ImZm ImZset 0
Im
K2 Z
K1
Um
Zm
保护区外K1点短路，有
Zm ＞ Zset
Uop Im (Zm Zset ) ＞0 保护区内K2点短路，有
Zm ＜ Zset
Uop Im (Zm Zset ) ＜0
教学内容：输电线路距离保护
4.1 距离保护概述 1、距离保护的作用 2、距离保护的基本原理 3、距离保护时限特性 4、距离保护的构成
教学要求：通过学习要求理解距离保护的作用、距离基本工作原理、距离保护的时限特性及距离保护的构成。
1、距离保护的作用
原因：电流、电压保护其保护范围随系统运行方式的变化影响很大，很难满足长距离、重负荷线路灵敏性常常不能满足要求。
距离保护的核心元件：阻抗继电器。
要求：测量元件应能正确测量故障点至保护安装处的距离。方向阻抗继电器还应具有测量故障点方向。
测量故障点至保护安装处的阻抗，实际上也测量故障点至保护安装处的距离。
Im
K1
Um
测量阻抗为：Zm
Um Im
（设变比为1）
设阻抗继电器工作电压为：

电力系统继电保护--距离保护的基本原理、阻抗继电器及其动作特性 ppt课件

PPT课件
8
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
K：零序电流补偿系数 PPT课件
9
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
单相接地短路（以A相接地为例）
PPT课件
10
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相接地短路1（以B，C两相接地为例）
PPT课件
11
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相短路、三相短路和两相短路接地：两故障相的电压差
和电流差。
PPT课件
15
四、距离保护的延时特性
距离保护的动作延时t与故障点到保护安装处的距离Lk 之间的关系称为距离保护的延时特性
PPT课件
16
五、距离保护的构成
1.启动部分：模拟式距离保护中，由硬件电路元
件实现，大多反应负序电流、零序电流或负序与零序复合电流的判断原理；数字式保护中，由实时逐点检测电流突变量或零序电流的变化的软件来实现。
PPT课件
7
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A UkA I A1z1Lk I A2 z2Lk I A0 z0Lk
UkA

(I A1

I A2

I A0 ) 3I A0
z0 z1 3z1

z1Lk
UkA (I A K 3I0 )z1Lk
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
PPT课件
1
距离保护的基本原理与构成
一、距离保护的概念二、测量阻抗及其与故障距离的关系三、三相系统中测量电压和测量电流的选取四、距离保护的延时特性五、距离保护的构成PPTຫໍສະໝຸດ 件2一、距离保护的概念

继电保护距离保护特性原理说明

三电网距离保护1距离保护基本原理与构成1.距离保护的概念短路时，电压电流同时变化，测量到电压与电流的比值就反映了故障点到保护安装处的距离，短路时：电流增大、电压变小、阻抗与电流的关系：故障点与保护安装处越近，阻抗越小，短路电流越大。

阻抗与距离的关系：阻抗与距离成正比，阻抗的单位是欧姆/公里。

距离保护与电流保护的关系:电流保护的范围与距离保护的范围大致相同，电流保护的范围就是用距离来衡量的,电流的保护范围实际反映的是距离的范围。

距离与电流是统一的。

但是，电流保护只用电流值来判断是否故障,距离保护使用电压、电流2个物理量来判断，因此,距离保护更准确.2.测量阻抗、负荷阻抗、短路阻抗、整定阻抗、动作阻抗概念辨析？负荷阻抗:正常运行条件下,额定电压与负荷电流的比值;短路阻抗：短路发生后，保护安装处的残压与流过保护的短路电流的比值（线路的阻抗值）;短路阻抗总小于负荷阻抗。

测量阻抗：继电器测量到的电压除以电流，得到的阻抗值；正常运行时，测量阻抗就是负荷阻抗,短路时，测量阻抗就是短路阻抗。

测量阻抗能反应出运行状态。

整定阻抗:能使继电器动作的最大阻抗,是一个定值。

测量阻抗小于整定阻抗，继电器就动作。

阻抗继电器是一个欠量继电器，电流继电器是过量继电器，测量电流大于整定电流时动作。

这是一对对偶关系.动作阻抗：阻抗继电器动作时，测量到的阻抗值。

比如：人为设置整定阻抗是20Ω，只要测量到的阻抗值小于20就可以动作，今天动作了一次，一查故障记录，动作阻抗是10Ω，说明动作准确无误.3.一次阻抗、二次阻抗区别?这里要对比一次电流和二次电流的概念,道理是一样的。

一次阻抗：一次电压与一次电流的比值，二次阻抗：二次电压与二次电流的比值，4.测量阻抗角、负荷阻抗角、短路阻抗角、整定阻抗角、动作阻抗角概念辨析测量阻抗角：测量电压与测量电流的夹角负荷阻抗角：负荷电压与负荷电流的夹角短路阻抗角：短路电压与短路电流的夹角动作阻抗角：继电器动作时，加入继电器的电压与电流的夹角.整定阻抗角：能够使保护动作的最大灵敏角，这是人为设置的,其余都是测量到的。

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——3.6-3.7电网的距离保护-影响阻抗继电器正确动作的因素

t
'' '
360
*T
通过延时可以躲开振荡对距离保护的影响
2.6 避免系统振荡距离保护误动作的措施采用在OO’方向上面积小的阻抗继电器保护安装处远离振荡中心
适当延长保护的动作时间，躲开震荡的影响，缺点会影响保护的动作速度。
2.7 振荡闭锁回路--振荡和短路的主要区别振荡时，电流和各点电压的幅值周期性变化；而短路后，在不计衰减时是不变的振荡时电流和各点电压幅值的变化速度较慢；而短路时幅值是突然改变的，变化速度很快振荡时，各点电流和电压之间的相位关系随振荡角的变化而改变；而短路时是不变的
护不应该动作；
正常运行时，系统两侧的功角一般小于70度。
2.2 系统振荡研究的假设条件
EM
X M , RM
M N
I
EN
X N , RN
X L , RL
研究电力系统振荡，要做如下的假设：
将所研究的系统，按其电气连接的特点，简化为一个具有双侧电源的开式网络；系统振荡时，三相处于对称状态，可只取一相来研究；振荡时，两侧系统的电势 EM 和EN 幅值相等，相角差用来表示，在0~360度之间变化；系统中各元件的阻抗角相等，用Z k 来表示； Z Z M Z L Z N Zk 震荡过程中，不考虑负荷电流的影响。
故障判断元件和整组复归元件在系统正常运行或振荡时都不会动作（无负序分量），保护装置的I 段和II段被闭锁，无论阻抗继电器本身是否动作，保护都不可能动作跳闸，即不会发生误动。
电力系统发生故障时，故障判断元件立即动作，动作信号经双稳态触发器SW记忆下来，直至整组复归。SW输出的信号，又经单稳态触发器DW ，固定输出时间宽度为的短脉冲，在时间内若阻抗判别元件的I段或II段动作，则允许保护无延时或有延时动作(距离保护III段被自保持)。

电力系统继电保护原理-距离保护的振荡闭锁

M侧：
Zm
U
M
IM
EM IM
IM
ZM
EM
IM
ZM
1
Z e
j
ZM
∵
1- e jδ
= 1-
2 jctgδ
2
∴
Z
=
m
Z∑ (12
jctgδ2
)
-
ZM
=
(
Z∑ 2
- ZM)-
j
Z∑ 2
ctgδ2
7
Z
=
m
Z∑ (12
jctgδ2
)
-ZMΒιβλιοθήκη =(Z∑ 2
- ZM)-
j
Z∑ 2
ctgδ2
jX O’
Zm
N
Z∑ 2
17
3.5.4 振荡过程中再故障的判断
振荡过程中又发生不对称短路，判据：
I2 I0 m I1
振荡过程中又发生三相短路，判据：
U cos：近似为电弧电压，其值一般不会超过6%额
定电压，且与故障距离无关，基本不随时间变化，振荡时，短时满足；短路时，一直满足。
0.03p.u. U cos 0.08p.u.
响，但Ⅱ、 Ⅲ段定值较大，振荡时的测量阻抗比较
容易进入其动作区。
10
系统振荡时，阻抗继电器是否误动、误动的时间长短与：
•
保护安装位置
•
保护动作范围
•
动作特性的形状
•
振荡周期长短等有关
11
4. 振荡与短路的区别：
①从电流和各点电压的幅值的变化上看：
振荡：作周期性变化短路： di du 大
dt dt
3.5 距离保护的振荡闭锁

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

电力系统继电保护课件第四章距离保护

距离保护的发展趋势
数字化技术应用
随着数字化技术的发展，未来距离保护装置将更加智能化和数字化，能够实现更快速、准确的故障定位和切除。
集成化和模块化设计
为了提高保护装置的可靠性和稳定性，未来距离保护装置将采用集成化和模块化设计，减少外部元件数量，降低故障率。
自适应和智能决策
随着人工智能技术的发展，未来距离保护装置将具备自适应和智能决策功能，能够根据系统运行状态自动调整保护参数和策略，提高保护的可靠性和稳定性。
障或恢复供电。
03
距离保护的整定计算
距离保护的定值计算
阻抗继电器定值
根据系统最大运行方式和最小运行方式下的阻抗值，计算出继电器的启动、速断和过流定值，以确保在故障发生时能够正确动作。
动作时间整定
根据系统稳定运行的要求和保护装置的特性，确定保护装置的动作时间，以保证在故障发生时能够快速切除故障。
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距离保护的原理
距离保护的原理是利用被保护线路的阻抗值随距离的变化而变化，当线路发生故障时，阻抗值会发生变化，保护装置通过比较线路两端电压和电流的大小，计算出阻抗值的变化，从而确定故障点的位置。
当故障点距离保护装置越近时，阻抗值越小，反之则越大。因此，当故障点在保护装置的整定范围内时，保护装置会迅速动输电线路故障：某日，500kV输电线路A相发生接地故障，距离保护装置正确动作，快速切除了故障线路，避免了事故的扩大。
案例二
某220kV变压器内部故障：某变压器在运行过程中发生内部匝间短路故障，由于配置了距离保护，装置正确动作，及时切断了电源，避免了变压器的进一步损坏。
02 03
变压器保护

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Um Im

Z m m
R m jX m
ZL
IUmm
：是测量电流：是测量电压
Z m ：是测量阻抗
R
R m ：是测量电阻
X m ：是测量电抗
依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差异”，保护就能够区分出系统是否发生故障以及故障发生的范围。
三相系统中测量电压和测量电流的选取（距离保护的接线方式）
Uk
[(I A1

I A2

I A0 ) 3I A0
Z
0 Z1 3Z1
]Z1l
U k

(I

K
3I0 ) Z1 l

U A U kA (I A K 3I0 ) Z1l

Zm
Um Im

UA

I A K 3I0
Z1l
U kA

UA

I A K 3I0
Z1l
U kA

I A K 3I0

U kA 0
Zm Z1l l
4) 两相相间短路
M 1 Ik
k
2N
假设AB 相间短路:
U
U Uk (I K 3I0 ) Z1 l

U A U kA (I A K 3I0 ) Z1l

Zm
Um Im

UA

I A K 3I0
Z1l
U kA

I A K 3I0

U kA 0

Zm

Z1l
IA
U kA K3I0

l
（2）相间距离保护的接线方式 Um
U AB
U U k I Z1 l
U BC
1) 三相短路
U CA
M 1 Ik
k
2N
U
U U k I Z1 l

U AB U kAB I AB Z1l

Zm
Um Im

U

AB
I AB

Z1l

U

kAB
I AB

U kAB U kA U kB 0

Zm
Z1l
U kAB I AB
l
相间距离保护接线方式
K (1)
K (3) K (1,1)
K (2)
接地距离保护接线方式
为保证距离保护的正确工作，测量电压、测量电流应取用故障环路（故障电流流通的回路）上电压、电流量。
接地短路的故障环路为相－地故障环路；相间短路的故障环路为相－相故障环路。
Zm

Um Im
测量电压、测量电流的选取形式，称为接线方式。
若使距离保护正确工作，测量阻抗在不同故障类型情
况下均能正确反应故障距离，必须选取适当的接线方
式。对接线方式的基本要求：
1）测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离；
Zm l
l 是故障距离。
Z m z1 l
2）测量阻抗应该与故障类型无关，即在故障位置确定
第三章
电网距离保护
一、距离保护基本原理与构成二、阻抗继电器及动作特性三、阻抗继电器的实现方法四、距离保护的整定计算与对距离保护的评价五、距离保护的振荡闭锁六、故障类型判别和故障选相七、距离保护特殊问题的分析八、工频故障分量距离保护
一、距离保护的概念
电流保护：反映故障电流大小。简单、经济、工作可靠，适用于35kV及以下电网；受系统运行方式变化的影响较大，难以满足高压和超高压电网快速、有选择性地切除故障的要求。
距离保护：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，反应故障点至保护安装点之间的距离，并根
据距离的远近而确定动作时间。
Zm

Um Im
通过选取适当的接线方式，使得测量阻抗与故障距离 L 成正比。
K3 M 1
K1 Lset K2
2N
jX Z k2
Z Set Z k1
Z k3
Zm
情况下，测量阻抗不随故障类型的变化而变化。
三相系统中测量电压和测量电流的选取（距离保护的接线方式）
阻抗继电器的接线方式主要有两种： 1、相间距离继电器接线（ 0° 接线方式），反应相间故障； 2、接地距离继电器接线方式（相电压和具有K3I0补偿的相电流接线），反应接地短路故障。
(1) 接地距离保护的接线方式
U Uk (I K 3I0 ) Z1 l
其中 K Z0 Z1 3Z1
1) 三相短路
M1

U A U kA (I A K 3I0 ) Z1l
U

Zm
Um Im

UA

I A K 3I0
Z1l
U kA

I A K 3I0

U kA 0
Zm Z1l l
U m U A U B U C
Ik
Im IA K 3I0 IB K 3I0 IC K 3I0
K
2N
2) 单相接地短路
M 1 Ik
K
2N
假设A 接地短路:
U
U Uk I A1Z1 l I A2Z2 l I A0Z0 l

I A K 3I0

U kA 0
Zm Z1l l
3) 两相接地短路
M 1 Ik
k
2N
假设AB 接地短路:
U
U Uk (I K 3I0 ) Z1 l

U A U kA (I A K 3I0 ) Z1l

Zm
Um Im
假设AB 接地短路:
M 1 Ik
k
2N
U
U U k I Z1 l

U AB U kAB I AB Z1l

Zm
Um Im

U

AB
I AB

Z1l

U

kAB
I AB

U kAB 0
Zm Z1l l
4) 单相接地短路
假设A 接地短路:
2N
2) 两相相间短路
假设AB 相间短路:
M 1 Ik
K
2N
U
U U K I Z1 l

U AB U kAB I AB Z1l

Zm
Um Im

U

AB
I AB

Z1l

U

kAB
I AB

U kAB 0
Zm Z1l l
3) 两相接地短路
M 1 Ik
kБайду номын сангаас
U AB U kAB I AB Z1l
U
(U A U B ) (UkA UkB ) (I A IB )Z1l

Zm
Um Im

U

AB
I AB

Z1l

U

kAB
I AB

U kAB 0
Zm Z1l l
Im IAB IBC ICA