3.距离保护
继电保护 第3章 电网的距离保护
图3－4 全阻抗继电器的动作特性
第3章 电网距离保护
比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路：
B
TA TX
.
TV
Im
& I m Zset = A
.
TM Um
&B
图3—5 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路
第3章 电网距离保护
（2）相位比较 相位比较的动作特性如图3-6 所示，继电器的动作与边界条件为 Z set − Z m与 Z set + Z m 的夹角小于等于 90o ，即 Z − Zm − 90o ≤ arg set = θ ≤ 90o Z set + Z m & & & 两边同乘以电流量得 U set − U m D o − 90 ≤ arg = arg = θ ≤ 90o & & & U set + U m C
第3章 电网距离保护
二、测量阻抗与故障距离
正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗，即
Z
m
U& m = = Z I& m
L
& 式中U m ——被保护线路母线的相电压，测量电压； & I m ——被保护线路的电流，测量电流； Z m ——测量电压与测量电流之比，测量阻抗。
在被保护线路任一点发生故障时，保护安装处的测量电压为 U m = U k ， & 测量电流为故障电流 I k ，这时的测量阻抗为保护安装处到短路点的 短路阻抗 Z k ， & & Um Uk Zm = = = Zk & & Im Ik
m
方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路，如图3-10所示。
3 距离保护及方向距离保护整定
实验八 距离保护及方向距离保护整定一、实验目的1．熟悉阶段式距离保护及方向距离保护的工作原理和基本特性。
2．掌握时限配合、保护动作阻抗（距离）和对DKB 、YB 的实际整定调试方法。
二、预习与思考1．什么是距离保护？距离保护的特点是什么？ 2．什么是距离保护的时限特性？3．什么是方向距离保护？方向距离保护的特点是什么？4．方向距离保护的Ⅰ段和Ⅱ段为什么在单电源或多电源任何形状的电网中都能够保证有选择性地切除故障线路？5．阶段式距离保护中各段保护是如何进行相关性配合的？ 6．在整定距离保护动作阻抗时，是否要考虑返回系数。
三、原理说明1．距离保护的作用和原理电力系统的迅速发展，使系统的运行方式变化增大，长距离重负荷线路增多，网络结构复杂化。
在这些情况下，电流、电压保护的灵敏度、快速性、选择性往往不能满足要求。
电流、电压保护是依据保护安装处测量电流、电压的大小及相应的动作时间来判断故障是否发生以及是否属于内部故障，因而受系统的运行方式及电网的接线形式影响较大。
针对被保护的输电线路或元件，在其一端装设的继电保护装置，如能测量出故障点至保护安装处的距离并与保护范围对应的距离比较，即可判断出故障点的位置从而决定其行为。
这种方式显然不受运行方式和接线的影响。
这样构成的保护就是距离保护。
以上设想，表示在图8-1中。
图中线路A 侧装设着距离保护，由故障点到保护安装处间的距离为l ，按该保护的保护范围整定的距离为zd l ，如上所述，距离保护的动作原理可用方程表示：ad l l ≤。
满足此方程时表示故障点在保护范围内，保护动作；反之，则不应动作。
图8-1 距离保护原理说明 Z —表示距离保护装置距离比较的方程两端同乘以一个不为零且大于零的z 1（输电线每千米的正序阻抗值）得到：11d zd Z z l z l =≤ ( 8-1 ) 式（8-1）称为动作方程或动作条件判别式。
表明距离保护是反应故障点到保护安装处间的距离（或阻抗）并与规定的保护范围（距离或阻抗）进行比较，从而决定是否动作的一种保护装置。
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。
各种电气专业术语
一、名词解释：1、主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。
2、高频闭锁距离保护：利用距离保护的启动元件和距离方向元件控制收发信机发出高频闭锁信号，闭锁两侧保护的原理构成的高频保护。
3、二次设备：是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。
4、重复接地：将零线上的一点或多点，与大地进行再一次的连接叫重复接地。
5、距离保护：是利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置。
因阻抗元件反应接入该元件的电压与电流的比值（U/I=Z），即反应短路故障点至保护安装处的阻抗值，而线路的阻抗与距离成正比，所以称这种保护为距离保护或阻抗保护。
6、零序保护：在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。
零序电流保护就是常用的一种。
7、后备保护：是指当某一元件的主保护或断路器拒绝动作时，能够以较长时限（相对于主保护）切除故障元件的保护元件。
8、高频保护：就是故障后将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后利用输电线路本身构成一高频电流通道，将此信号送至对端，以比较两端电流相位或功率方向的一种保护。
9、电力系统安全自动装置：是指防止电力系统失去稳定和避免电力系统发生大面积停电的自动保护装置。
10、电力系统事故：是指电力系统设备故障或人员工作失误，影响电能供应数量和质量并超过规定范围的事件。
11、谐振过电压：电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源下，会产生串联谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压。
12、断路器失灵保护：当系统发生故障，故障元件的保护动作而断路器操作失灵拒绝跳闸时，通过故障元件的保护作用于本变电站相邻断路器跳闸，有条件的还可以利用通道，使远端有关断路器同时跳闸的接线称为断路器失灵保护。
第5章 距离保护教案3
5.5距离保护的整定计算及对距离保护的评价（Setting Calculation of Distance Protection and Assessment to it ）5.5.1距离保护的整定计算原则（Setting Calculation Principle of Distance Protection ）距离保护装置一般也都采用三段式阶梯时限特性，在进行整定计算时，要计算各段的设定阻抗、动作时限和进行灵敏性校验。
当距离保护用于双侧电源的电力系统时，一般要求Ⅰ、Ⅱ段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。
第Ⅲ段作为本条线路的近后备、相邻下一级线路的远后备和反向母线保护的后备，所以第Ⅲ段通常采用采用带有偏移特性的测量元件。
下面以图5-27所示电网为例，来说明各段保护的具体整定原则。
设线路AB 、BC 均装有三段式距离保护，对保护1各段进行整定计算。
图5-27 距离保护整定计算网络图1、距离保护第Ⅰ段整定计算11z L K Z B A rel set -I I ⋅= (5-74)I r e lK ——可靠系数，一般取0.8~0.85。
2、距离保护第Ⅱ段整定计算（1）与相邻线路距离保护第Ⅰ段相配合。
为了保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护Ⅱ段不至于误动，保护1的Ⅱ段的动作范围不应该超出保护2的Ⅰ段的动作范围，再考虑到分支系数，保护1的Ⅱ段的整定阻抗可按照下式进行计算：)(2min 1I ⋅⋅II II ⋅+=set b AB rel set Z K Z K Z (5-75)式中，II rel K 为可靠系数，一般取0.8；分支系数的定义和电流保护中相似，即当线路BC上发生故障时，ABBC b I I K =。
为确保在各种运行方式下保护1的Ⅱ段的保护范围不超过保护2的Ⅰ段的保护范围，分支系数取各种情况下的最小值。
（2）躲开线路末端变压器低压侧出口处短路时的阻抗值。
当被保护线路的末端母线接有变压器时，距离Ⅱ段应与变压器的快速保护相配合，其保护范围不超过变压器快速保护的范围。
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）。
7继电保护-距离(3-45整定、振荡)
A B 1C234第3.4 节距离保护的整定计算及其评价与电流保护类似，距离保护一般也都采用相互配合的三段式配置方式，即分成距离Ι段、Ⅱ段和Ⅲ段。
距离Ι段和距离Ⅱ段作为本级线路的主保护，距离Ⅲ段作为本线路的近后备和相邻线路的远后备。
保护1的各段保护范围A B 1C234第3.4节距离保护的整定计算及其评价与电流保护类似，距离保护一般也都采用相互配合的三段式配置方式，即分成距离Ι段、Ⅱ段和Ⅲ段。
距离Ι段和距离Ⅱ段作为本级线路的主保护，距离Ⅲ段作为本线路的近后备和相邻线路的远后备。
保护2的各段保护范围一、距离保护的整定计算1、距离保护Ι段的整定距离保护Ι段为瞬时速动段，同电流Ι段一样，它只反应本线路的故障，为保证动作的选择性，在本线路末端或下级线路始端故障时，应可靠地不动作。
保护1保护2A B 1C234AB rel setZ K Z ⋅'='1.1、距离保护Ι段的整定为保证动作的选择性，在本线路末端或下级线路始端故障时，应可靠地不动作。
线路全长的正序阻抗--AB Z 0.850.8～可靠系数，一般取--rel K 可靠系数主要考虑的是：各种影响因素的相对误差。
如：继电器测量误差、互感器误差和参数测量误差等。
在线路较短时，还应当考虑绝对误差。
1Z l K AB rel ⋅⋅'=s t 01='%~%K Z Z K rel AB.set sen 85801001=⋅'='='动作时限：灵敏性校验：保护范围稳定，基本上不受运行方式的影响。
（固有的测量时间）灵敏度＝可靠系数，不必验算。
A B 1C2342、距离保护Ⅱ段的整定为弥补距离Ι段不能保护本线路全长的缺陷，增设距离Ⅱ段，要求它能够保护本线路的全长，保护范围需与下级线路的距离Ι段(或距离Ⅱ段)相配合。
保护3的I 段保护1的II 段正确的设计——>实现相互配合A B 1C234A B 1C234保护3的II 段保护1的错误II 段错误的设计——>保护1、3的II 段都动作保护1的正确II 段保护1属于误动！2、距离保护Ⅱ段的整定为弥补距离Ι段不能保护本级线路全长的缺陷，增设距离Ⅱ段保护，要求它能够保护本线路的全长，保护范围需与下级线路的距离Ι段或距离Ⅱ段相配合。
距离保护3(2)全
（2）振荡时，电气量呈周期性变化，其变化速度与系 统功角的变化速度一致，比较慢；从短路前到短路后 其值突然变化，速度很快，而短路后短路电流、各点 残压和测量阻抗不计及衰减时是不变的；
（3）振荡时，电气量呈现周期变化，若阻抗测量元件 误动作，则在一个振荡周期动作和返回各一次；而短 路时阻抗元件可能动作，可能不动作。
3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施
常用的故障判别元件：
ii. 反映电流突变量的故障判断元件 依据：
在系统正常或振荡时电流变化比较缓慢，而在系统 故障时电流会出现突变。
3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施
目前在微机保护中振荡闭锁的基本流程可以简单概括为： 当由突变量元件或稳态量启动元件判定为短路故障启动
ZM
测量阻抗的变化轨迹
3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响
当两侧电动势不相同时测量阻抗的变化轨迹
3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响
Zm
1 2
Z
ZM
j
1 2
Zctg
2
O
1 2
m
Z
j
1 2
Zctg
2
jX
N
N
保为护安 12装 处m MZ到。振荡中心的阻抗
1 2
Z
O
当ρm ＜1/2时，振荡中心位于保护
90, UM
=180,
UM ,
UM
EM
2 E Z ZM
270, UM =360, UM , UM EM
3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响
1、电力系统振荡时电流、电压的变化规律
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电力系统继电保护
3.3.1 绝对值比较原理的实现
U jU U U m R I m U I I jI I
m R I m I
（3.47）
（3.48）
（3.49）
U jU U I U I U U I IR U R II m R I R R I I Zm j Rm jX m 2 2 2 2 Im I R jI I IR II IR II U U Z m m m (U I ) Z m m Im I m
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
苹果形和橄榄形特性
Z set Z m arg Zm
β ≥90˚，苹果形 β < 90˚，橄榄形
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电抗特性
1.电抗特性－动作方程 Z m Z m j 2 X set Z m jX set 90 arg 90 jX set 2.准电抗特性－动作方程 Z m jX set 90 arg 90 jX set
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电抗特性
1.电抗特性－动作方程 Z m Z m j 2 X set Z m jX set 90 arg 90 jX set 2.准电抗特性－动作方程 Z m jX set 90 arg 90 jX set
– 3.7 距离保护特殊问题的分析
– 3.8 工频故障分量距离保护
电力系统继电保护
电 力 系 统 继 电 保 护
3.1 距离保护的基本原理与构成
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
3.1.1 距离保护的概念
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。
测量电流为带零序电流补偿的故障相电流 可正确反应：单相接地短路、两相接地短路、三相短路
– 为保护相间距离保护，采用相间距离保护接线方式：
取测量电压为两故障相的电压差 测量电流为两故障相的电流差 可正确反应：两相短路、两相接地短路、三相短路
电力系统继电保护
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
3.2 阻抗继电器及其动作特性
– 讨论题目：
请查阅资料了解课本上提到的几种特殊的动作特
性用于什么场合，为什么？（可以选其中一种了
解）
电力系统继电保护
电 力 系 统 继 电 保 护
3.3 阻抗继电器的实现方法
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
3.3 阻抗继电器的实现方法
– 3.3.1 绝对值比较原理的实现
– 动作区域的形状，称为动作特性。
动作区域为圆形，称为圆特性
动作区域为四边形，称为四边形特性
– 动作特性用复数的数学方程描述，称为动作方程。 – 圆特性阻抗继电器
偏移圆特性 方向圆特性 全阻抗圆特性 上抛圆特性
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
偏移圆特性 两个整定阻抗Zset1、Zset2 1 圆心 ( Z set1 Z set 2 ) 2 半径
（3.50）
电力系统继电保护
3.3.2 相位比较原理的实现
相位比较动作表达式：
90 arg
分子分母同乘测量电流
ZC 90 ZD
（3.38）
位比较动作条件可表示为：
Z U ,I Z U ，相 ，并令 I I m C C m D D m
电力系统继电保护
3.3.1 绝对值比较原理的实现
绝对值比较动作表达式：
ZB Z A
两侧同乘测量电流
（3.37）
I m
，并令 I m Z A U A , I m Z B U B ，绝对值
比较动作条件可表示为：
U U B A
称为电压形式的绝对值比较方程。
（3.43）
Zm Zk z1Lk (r1 jx1 )Lk
整定阻抗
Zset z1Lset
（3.4）
电力系统继电保护
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
电力系统继电保护
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
– 为保护接地短路，采用接地距离保护接线方式：
取测量电压为保护安装处故障相对地电压
一般用于主保护段
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
全阻抗圆特性
令Z set 2 Z set , Z set1 Z set， 动作方程 Z m Z set Z set Z m 90 arg 90 Z set＋Z m
– 可用于单侧电源系统中
– 用于多侧电源系统时，应与 方向元件相配合
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电阻特性
1.电阻特性－动作方程 Z m Z m 2R set 90 arg Z m Rset 90 Rset
2.准电阻特性－动作方程 Z Rset 90 arg m 90 Rset
1 ( Z set1 Z set 2 ) 2
动作区：圆内 非动作区：圆外 临界动作：圆周上 绝对值比较动作方程
1 1 Z m ( Z set1 Z set 2 ) ( Z set1 Z set 2 ) 2 2
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
相位比较动作方程
电力系统继电保护
3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系
测量阻抗
Um Zm Im
（3-1）
Z m Z m m Rm jX m（3-2）
电力系统正常运行时，Zm为负 荷阻抗ZL 电力系统发生金属性短路时， Zm变为短路点与保护安装处之间 的线路阻抗Zk 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相 位的差异，保护能够区分出系统出现 故障、故障发生在区内还是区外。
Zop＝Zset2 – 若Zset2＝-ρZset1，ρ：偏移率 – 常用于距离保护的后备段
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
方向圆特性
令Z set 2 0, Z set1 Z set， 动作方程 1 1 Z m Z set Z set 2 2 Z set Z m 90 arg 90 Zm
电 力 系 统 继 电 保 护
3 电网的距离保护
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
主要内容
– 3.1 距离保护的基本原理与构成
– 3.2 阻抗继电器及其动作特性
– 3.3 阻抗继电器的实现方法 – 3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的评价 – 3.5 距离保护的振荡闭锁 – 3.6 故障类型判别和故障选相
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－方向特性
Z m－Zset Z m +Zset 90 arg Zm 90 Z set
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
四边形特性
1.准电抗特性 2.准电阻特性 折线azb：
Z m Z set 2 1 arg 90 2 Rset
电力系统继电保护
3.1.4 距离保护的时限特性
三段式距离保护
阶梯时限特性 I段：无延时速动段
II段：带固定时限速 动段，0.3～0.6s
III段：与相邻下级线 路的II段或III段保护 配合
电力系统继电保护
3.1.5 距离保护的构成
– 启动部分：判别系统是否发生故障
– 测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确的测定出故障
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
准四边形特性
IV象限
Rm Rset
X m Rm tg 1
II象限
I象限
Rm X mtg 2 Rm Rset X mctg 3 X m X set Rmtg 4
X m X set
– 3.3.2 相位比较原理的实现
– 3.3.3 比较工作电压相位法
以正序电压作为参考电压 以记忆电压作为参考电压
– 3.3.4 精确工作电流与精确工作电压
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3.3 阻抗继电器的实现方法
– 继电保护装置的作用：判断故障处于区内还是区外
– 阻抗继电器的实现：
精确测量Zm，与事先确定的动作特性进行比较 无需精确测量Zm，只需间接地判断是处在动作边界之内还是动作边界 之外
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
上抛圆特性
Zset2和Zset1都在第一象限 – 通常用于发电机的失磁保护
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
特性圆的偏移
Z set Z m 90 arg 90 Z set＋Z m
电力系统继电保护
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
电力系统继电保护
3.2.3 绝对值比较与相位比较之间的相互转换
绝对值比较 ZB Z A 相位比较 ZC 90 arLeabharlann 90 ZD电力系统继电保护
Z A ZC Z D Z B ZC Z D 1 ZC (Z A Z B ) 2 1 Z D (Z A Z B ) 2
电力系统继电保护
3.3.1 绝对值比较原理的实现
模拟式距离保护绝对值比较电压的形成
– T：电压变换器