电网距离保护

1、第三章第三章 电网距离保护电网距离保护3 . 1 距离保护的基本原理与构成距离保护的基本原理与构成3 . 1 . 1 距离保护的概念距离保护的概念 距离保护（距离保护（ distance protection ）是利用短路发生时电压、电流）是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，该比值反应故障点到保护安同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。整定距离整定距离故障距离故障距离故障距离故障距离故障距离故障距离3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系测量阻抗

2、及其与故障距离的关系在距离保护中，测量阻抗在距离保护中，测量阻抗Zm 来表示，它定义为来表示，它定义为保护安装处保护安装处测量电压测量电压 与与测量电流测量电流 之比，即之比，即在电力系统正常运行时，在电力系统正常运行时，Um近似为额定电压，近似为额定电压，Im 为负荷电流，为负荷电流，Zm为负荷阻抗。为负荷阻抗。电力系统发生金属性短路时，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变为短路点与保护安装处之间的线路阻抗Zk。与短路距离与短路距离 Lk 成线性正比关系，即成线性正比关系，即 短路阻抗的阻抗角短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大（对于就等于输电线

3、路的阻抗角，数值较大（对于 220kv 及以上电压等级的线路，阻抗角一般不低于及以上电压等级的线路，阻抗角一般不低于 75 ) ，阻抗性质以，阻抗性质以电感性为主。电感性为主。正常运行时阻抗角为数值较小的功率因数角正常运行时阻抗角为数值较小的功率因数角短路阻抗的阻抗角短路阻抗的阻抗角整定阻抗整定阻抗保护区内保护区内保护区外保护区外保护区外保护区外3 . 1 . 3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取+IA0Z1LK - IA0Z1LK故障环路的概念故障环路的概念在系统中性点直接接地系统中故障电流流通的通路称为在系统中性点直接接地系统中故障电流流通的通路称为故障

4、环路故障环路单相接地短路：故障电流在故障相与大地之间流通；单相接地短路：故障电流在故障相与大地之间流通； （相一地）（相一地）两相接地短路两相接地短路:故障电流在两个故障相与大地之间、以及两个故障相之故障电流在两个故障相与大地之间、以及两个故障相之间流通；间流通； （相一地）（相一地） （相一相）（相一相）两相短路时两相短路时:故障电流在两个故障相之间流通；故障电流在两个故障相之间流通； （相一相）（相一相）三相短路时三相短路时:故障电流在三相之间流通。故障电流在三相之间流通。 （相一地）（相一地） （相一相）（相一相）u为保护接地短路，取接地短路的故障环路为相一地故障环路，测量电压为为保护接

5、地短路，取接地短路的故障环路为相一地故障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流。保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流。称为接地距离保护接线方式。称为接地距离保护接线方式。u对于相间短路，故障环路为相一相故障环路，取测量电压为保护安装处两对于相间短路，故障环路为相一相故障环路，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，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称为相间距离保护接线方式。式。常用接线方式常用接线方式各种短路故障只有符合：各种短路故障只有符合：才能得到正确的故障阻抗

6、才能得到正确的故障阻抗在三相短路时，在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点的三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。三个继电器均能正确动作。线路正序阻抗。三个继电器均能正确动作。在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相

7、间的原因因在两相接地短路时，在两相接地短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。相间距离保护：相间距离保护：0接线方式可以正确反应三相短路、两相接线方式可以正确反应三相短路、两相短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。1 单相接地短路单相接地短路以以 A 相单相接地短路故障为例相单相接地短路故障为例A相测量阻抗能够正确反应故障的距离

8、相测量阻抗能够正确反应故障的距离非故障相非故障相 B， C的的UKB与与UKC不为不为0.测量阻抗接近负荷阻抗，测量阻抗接近负荷阻抗，测量距离大于整定距离，不会动作。测量距离大于整定距离，不会动作。具有零序电流补偿的具有零序电流补偿的0接线方式的分析接线方式的分析2 两相接地短路两相接地短路以以 B C两相接地故障为例两相接地故障为例B、C能够正确地反应故障距离能够正确地反应故障距离非故障相非故障相 A 相由于相由于UKA不能够正确地反应故障距离不能够正确地反应故障距离3 两相不接地短路两相不接地短路以以 BC 两相故障为例两相故障为例接地距离保护：带零序电流补偿的接线方式不能正确反应两接地距

9、离保护：带零序电流补偿的接线方式不能正确反应两相短路。相短路。4 三相对称短路三相对称短路任何一相的电压、电流或任何两相的相间电压、两相电流任何一相的电压、电流或任何两相的相间电压、两相电流差作为距离保护的测量电压和电流，都可以用来进行故障差作为距离保护的测量电压和电流，都可以用来进行故障判断。判断。两种接线方式的阻抗继电器在各种不同类型的短路时动作情两种接线方式的阻抗继电器在各种不同类型的短路时动作情况，见表况，见表 3 . 1思考：若要反映各种故障，实际接线中要采用多少个继电器？思考：若要反映各种故障，实际接线中要采用多少个继电器？为什么？为什么？3 .1 . 4距离保护的延时特性距离保护

10、的延时特性 ：时限整定同三段式保护：时限整定同三段式保护3 . 1 . 5 距离保护的构成距离保护的构成1 启动部分：来判别电力系统是否发生故障启动部分：来判别电力系统是否发生故障2 测量部分：测定出故障方向和距离并与预先设定的保护范围相比较。测量部分：测定出故障方向和距离并与预先设定的保护范围相比较。3 振荡闭锁部分：防止出现保护误动振荡闭锁部分：防止出现保护误动4 电压回路断线部分：防止出现保护误动电压回路断线部分：防止出现保护误动5 配合逻辑部分：配合逻辑部分：6 出口部分出口部分3 . 2 阻抗继电器及其动作特性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阻抗继电器动作区

11、域的概念 阻抗继电器的作用通过测量故障环路上的测量阻抗阻抗继电器的作用通过测量故障环路上的测量阻抗Zm，并将它与整定阻抗并将它与整定阻抗 Zset 相比较，以确定故障所处的区段，相比较，以确定故障所处的区段，在保护范围内部故障时，给出动作信号。在保护范围内部故障时，给出动作信号。 Zm 一般并不能严格地落在与一般并不能严格地落在与 Zset 相同的直线上，而相同的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。是落在该直线附近的一个区域中。在阻抗复平面上，其动作在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括的范围应该是一个包括Zset对应线段在内，但对应线段在内，但在在 Zset 的方的方向上不超过向上不

12、超过 Zset 的区域的区域. 区域以内时，判断为区内故障区域以内时，判断为区内故障区域以外时，判断为区外故障，区域以外时，判断为区外故障，区域的边界就是阻抗继电器的区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界临界动作边界。3 . 2 . 2 阻抗继电器的动作特性和动作方程阻抗继电器的动作特性和动作方程阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状，称为动作特性阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状，称为动作特性.1 圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性偏移圆特性偏移圆特性:圆内为动作区，圆外为非动作区圆内为动作区，圆外

13、为非动作区.绝对值比较原理绝对值比较原理正方向整定阻抗正方向整定阻抗反方向整定阻抗反方向整定阻抗圆心圆心测量点到圆心的距离测量点到圆心的距离半径半径相位比较动作方程相位比较动作方程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，有当测量阻抗落在左上部分圆周的任一点上时，有当测量阻抗落在圆内任一点时，有当测量阻抗落在圆内任一点时，有当测量阻抗当测量阻抗 Zm 的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角与正向整定阻抗 Zset1 的的阻抗角相等时，此时继电器最为灵敏，所以阻抗角相等时，此时继电器最为灵敏，所以Zset1的阻抗角也称为的

14、阻抗角也称为最灵敏角最灵敏角。一般取为被保护线路的。一般取为被保护线路的阻抗角。阻抗角。偏移圆特性的阻抗继电器特点：偏移圆特性的阻抗继电器特点：在反向故障时有一在反向故障时有一定的动作区定的动作区。偏移特性的阻抗元件通常用在距离保。偏移特性的阻抗元件通常用在距离保护的后备段（如第护的后备段（如第 3 段）中。段）中。（2）方向圆特性）方向圆特性令令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性则动作特性变化成方向圆特性绝对值比较动作方程为相位比较动作方程为方向圆特点：方向圆特点：在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗在整定阻抗的方向上，动作阻

15、抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作，反向故障时不会动作，阻抗元件本身具有方向性。阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段（1段和段和 2段）中。段）中。（3）全阻抗圆特性）全阻抗圆特性令令Zset2 = - Zset1 ，Zset1=Zset 则动作特性变化成方向圆特性则动作特性变化成方向圆特性绝对值比较动作方程为相位比较动作方程为全阻抗圆特点：各个方向上的动作阻抗都相同，全阻抗圆特点：各

16、个方向上的动作阻抗都相同，它在正向或反向故障的情况下具有它在正向或反向故障的情况下具有相同的保护区，即阻抗元件本身不具方向性。相同的保护区，即阻抗元件本身不具方向性。全阻抗圆特性的阻抗元件可以应用于全阻抗圆特性的阻抗元件可以应用于单侧电源的系统中；当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。单侧电源的系统中；当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。(4)上抛圆与下抛圆特性上抛圆与下抛圆特性-与偏移圆特性的动作方程式完全相同与偏移圆特性的动作方程式完全相同上抛圆特性与另一方向圆特性组合成上抛圆特性与另一方向圆特性组合成 8 字形特性，可作为距字形特性，可作为距离保护的启动元件离保护的启动元件

17、（5）特性圆的偏转）特性圆的偏转圆的直径变大，测量元件在整定方向上的保护区不变，但其他方向的保护区圆的直径变大，测量元件在整定方向上的保护区不变，但其他方向的保护区有可能会伸长，应采取必要的措施，防止区外故障时测量元件误动作。有可能会伸长，应采取必要的措施，防止区外故障时测量元件误动作。2 .苹果形特性和橄榄形特性阻抗元件苹果形特性和橄榄形特性阻抗元件苹果形特性的阻抗元件苹果形特性的阻抗元件有较高的耐受过渡电阻的能力。耐受过负荷的能力比有较高的耐受过渡电阻的能力。耐受过负荷的能力比较差。较差。橄榄特性的阻抗元件橄榄特性的阻抗元件耐受过负荷能力较强，但耐过渡电阻能力较差。耐受过负荷能力较强，但耐

18、过渡电阻能力较差。3 直线特性的阻抗元件直线特性的阻抗元件是圆特性阻抗元件的特例：圆心在无穷远处，而直径趋向于无穷大是圆特性阻抗元件的特例：圆心在无穷远处，而直径趋向于无穷大.直线特性可分为电抗特性、电阻特性和方向特性几种。直线特性可分为电抗特性、电阻特性和方向特性几种。(1)电抗特性电抗特性Zm 处于临界时：处于临界时：左侧左侧右侧右侧Zm在动作特性直线下方（动作区）在动作特性直线下方（动作区）不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作(2)电阻特性。电阻特性。电阻特性阻抗形式的绝对值比较动作方程和电阻特性阻抗形式的绝对值比较动作方程和相位比较动作方

19、程分别为相位比较动作方程分别为准电阻特性准电阻特性( 3 )方向特性。方向特性。绝对值比较动作方程和相位比较动作方程分别为绝对值比较动作方程和相位比较动作方程分别为4 多边形特性的阻抗元件多边形特性的阻抗元件圆特性的阻抗元件的不足：圆特性的阻抗元件的不足：l在整定值较小时，动作特性圆也就比较小，区内经过渡电阻短路时，在整定值较小时，动作特性圆也就比较小，区内经过渡电阻短路时，测量阻抗容易落在区外，导致测量元件拒动作；测量阻抗容易落在区外，导致测量元件拒动作；l而当整定值较大时，动作特性圆也较大，负荷阻抗有可能落在圆内，而当整定值较大时，动作特性圆也较大，负荷阻抗有可能落在圆内，从而导致测量元件

20、误动作。从而导致测量元件误动作。具有多边形特性的阻抗元件可以克服这些缺点，能够具有多边形特性的阻抗元件可以克服这些缺点，能够同时兼顾耐受过渡同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力电阻的能力和躲负荷的能力Zm-Zset2Zm-Zset2方向四边形特性：设测量阻抗方向四边形特性：设测量阻抗 Zm 的实部为的实部为 Rm ，虚部为，虚部为 Xm第第 4象限部分象限部分第第 2象限部分象限部分第第 1象限部分象限部分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与相位比较之间的相互转换设绝对值比较动作方程中设绝对值比较动作方程中左侧的阻抗记为左侧的阻抗记为ZB，右侧的阻抗记为，右侧

21、的阻抗记为ZA，则，则绝对值比较动作条件的一般表达式为绝对值比较动作条件的一般表达式为设相位比较动作方程中分子、分母的阻抗分别用设相位比较动作方程中分子、分母的阻抗分别用 Zc 和和ZD表示，则相位表示，则相位比较动作条件的一般表达式为比较动作条件的一般表达式为4 个量之间关系为个量之间关系为3 . 3 阻抗继电器的实现方法阻抗继电器的实现方法阻抗继电器一般根据已经导出的绝对值比较动作方程和相位比较动作方阻抗继电器一般根据已经导出的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程来实现程来实现.3 . 3 . 1 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现电压形式的绝对值比较方程电压形式的绝对值比较方程绝对

22、值比较阻抗继电器的实现绝对值比较阻抗继电器的实现电压变换器电压变换器输出电压与输人电压同相位幅值为输出电压与输人电压同相位幅值为电抗变换器电抗变换器:电电流变换为电压流变换为电压,成导数关系。故成导数关系。故可滤除直流分量可滤除直流分量KI :阻抗量纲阻抗量纲改变匝数可以改变变换系改变匝数可以改变变换系数的值，改变调节绕组中数的值，改变调节绕组中的调节电阻，可以改变其的调节电阻，可以改变其阻抗角。阻抗角。同除以同除以令令方向圆特性阻抗继电器3 . 3 . 2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现电压形式相位比较方程电压形式相位比较方程分子、分母同除以分子、分母同除以令令方向圆阻抗特性3 . 3

23、 . 3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断1 比较工作电压相位法的基本原理比较工作电压相位法的基本原理工作电压又称为补偿电压：工作电压又称为补偿电压：保护安装处测量电压保护安装处测量电压Um与测量电流与测量电流 Im 的线的线性组合。性组合。即即正方向区外正方向区外 k2点短路时点短路时K1K2母线母线 M 处的残余电压处的残余电压整定点整定点 z 点的残余电压点的残余电压相位相同相位相同正方向区内正方向区内 k1 点短路时点短路时K1K2母线母线 M 处的残余电压处的残余电压整定点整定点 z 点的残余电压点的残余电压相位相反相位相反反方向反方向 k3

24、点短路时点短路时K1K2N侧电源在母线侧电源在母线 M 处的残余电压处的残余电压N侧电源侧电源整定点整定点 z 点的残余电压点的残余电压相位相同相位相同在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在 180左右左右的一个范围内，测量元件就应该动作的一个范围内，测量元件就应该动作方向圆特性方向圆特性多个负号，两边减多个负号，两边减180阻抗继电器的死区阻抗继电器的死区在在中中Um称为参考电压或极化电压作为判断口称为参考电压或极化电压作为判断口 Uop 相位的参考相位的参考当在保护安装处当在保护安装处正方向出口正方向出口

25、发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很小，加到继电器的电压（小，加到继电器的电压（Um）为零或者小于继电器动作所需的最小电压）为零或者小于继电器动作所需的最小电压时，方向继电器会出现时，方向继电器会出现死区死区。测量阻抗测量阻抗 Zm 的阻抗值都很小的阻抗值都很小，正好处于阻，正好处于阻抗元件临界动作的边沿上，抗元件临界动作的边沿上，有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短路时误动的情况。路时误动的情况。应选择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为应选择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的的

26、电压量作为比相的参考电压参考电压参考电压用参考电压用Uref表示表示动作的条件动作的条件2 以正序电压为参考电压的测量元件以正序电压为参考电压的测量元件正序电压正序电压是由三相电压组合而成的，用它是由三相电压组合而成的，用它来作为参考电压就来作为参考电压就相当于在参考电压中引相当于在参考电压中引入了非故障相电压。入了非故障相电压。接地距离接线方式参考电压取接地距离接线方式参考电压取相电压相电压如：如：Uref=UA1相间距离接线方式参考电压取相间距离接线方式参考电压取线电压线电压如：如：Uref=UAB1不同故障情况下正序参考电压的变化分析不同故障情况下正序参考电压的变化分析l ) A 相单相

27、接地短路。相单相接地短路。正序电压与故障前相电压正序电压与故障前相电压相位相同，幅值等于该相相位相同，幅值等于该相故障前电压的故障前电压的2/3U0AU0BU0CUCUB2 ) AB 两相接地短路。两相接地短路。出口两相接地故障时，出口两相接地故障时，两故障相正序电压两故障相正序电压的相位都与对应相故障前电压的的相位都与对应相故障前电压的相位相相位相同。幅值等于故障前电压的同。幅值等于故障前电压的1/3。故障相间正序电压故障相间正序电压的相位与故障前相间电压的的相位与故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前电压的相位相同，幅值等于故障前电压的1/3.3 ) AB 两相短路。两相短路。两故障相正

28、序电压两故障相正序电压的相位都与对应相故障前电压的相位相同，幅值等于的相位都与对应相故障前电压的相位相同，幅值等于故障前电压的故障前电压的1/21/2。故障相间正序电压故障相间正序电压的相位与该故障前相间电压的相位相同，幅值等于的相位与该故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前相间电压的故障前相间电压的1/21/2。U0AU0BU0CUCUAUB604 ）三相对称短路。）三相对称短路。出口三相短路时，各相正序电压都为出口三相短路时，各相正序电压都为0 ，正序参考电，正序参考电压将无法应用。压将无法应用。以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性。以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性。参考电压

29、等于相应相参考电压等于相应相或相间的正序电压或相间的正序电压参考电压等于正序电压负值参考电压等于正序电压负值动作特性完全相同动作特性完全相同以正序电压负值做参考电压以正序电压负值做参考电压为例分析动作特性为例分析动作特性M侧保护处侧保护处正序电压正序电压由复合序网得到由复合序网得到M侧系统电源电动势侧系统电源电动势短路点的等值电动势，假设短路点的等值电动势，假设短路点看入的等值正序、零序阻抗短路点看入的等值正序、零序阻抗M 侧系统的正序阻抗侧系统的正序阻抗正序电流正序电流 M 侧分流系数侧分流系数Kc 为大于为大于 0 的实常数不会对比相有任何影响的实常数不会对比相有任何影响对照偏移圆阻抗特性

30、得到：对照偏移圆阻抗特性得到：u 方向圆变为偏移圆，正向出方向圆变为偏移圆，正向出口短路时口短路时，测量阻抗明确地落在，测量阻抗明确地落在动作区内，不再处于临界动作的动作区内，不再处于临界动作的边沿，边沿，能够可靠地动作能够可靠地动作。u 与整定阻抗相同的方向圆特与整定阻抗相同的方向圆特性相比，该偏移圆的直径要大得性相比，该偏移圆的直径要大得多因而多因而其耐受过渡电阻的能力要其耐受过渡电阻的能力要比方向圆特性强比方向圆特性强。u 该偏移特性是在正向故障该偏移特性是在正向故障的前提下导出的，所以动作区域的前提下导出的，所以动作区域包括原点包括原点并不会失去方向性并不会失去方向性。设发生区内设发生

31、区内K3点单相接地故障时：保护安装处实际电流的方向与规定的正点单相接地故障时：保护安装处实际电流的方向与规定的正方向相反。方向相反。对比两式得：对比两式得：方向圆变为上抛圆。方向圆变为上抛圆。反向出口短路时，测量阻抗在原点附近，远离动作区域，可靠不动。反向出口短路时，测量阻抗在原点附近，远离动作区域，可靠不动。反向远处短路时，反向远处短路时， Zm 位于第三象限，不可能落人动作圆内，所以也不位于第三象限，不可能落人动作圆内，所以也不会动作。会动作。以正序电压为参考电压的测量元件具有明确的方向性。以正序电压为参考电压的测量元件具有明确的方向性。不会对比相有任何影响不会对比相有任何影响3 以记忆电

32、压为参考电压的测量元件以记忆电压为参考电压的测量元件 出口三相对称性短路时三相电压都降为出口三相对称性短路时三相电压都降为0，为克服这个缺点，可以利，为克服这个缺点，可以利用故障前的电压，作为测量元件的参考电压。用故障前的电压，作为测量元件的参考电压。以相间接线方式的以相间接线方式的AB相继电器为例：相继电器为例：以记忆电压为参考电压的测量元件的动作条件为：以记忆电压为参考电压的测量元件的动作条件为：正向故障时正向故障时正向出口三相短路时，测量正向出口三相短路时，测量阻抗明确地落在动作区内，阻抗明确地落在动作区内，能够可靠地动作，能够可靠地动作，耐受过渡电阻的能力比方向耐受过渡电阻的能力比方向

33、圆特性强。圆特性强。反方向三相短路时反方向三相短路时以记忆电压为参考电压的测量元件也具有明确的方向性。以记忆电压为参考电压的测量元件也具有明确的方向性。l 传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过 LC 谐振记谐振记忆回路获得的，由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，忆回路获得的，由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，故障一定时间后，记忆电压将衰减至故障后的测量电压，动故障一定时间后，记忆电压将衰减至故障后的测量电压，动作特性将变成经过原点的方向圆特性。作特性将变成经过原点的方向圆特性。 正向故障时为偏移圆特性、反向故障时为上抛圆特性，仅正向故障时为偏移

34、圆特性、反向故障时为上抛圆特性，仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，所以称之为在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，所以称之为初初态特性态特性。l 数字式保护中，记忆电压就是存放在存储器中的故障数字式保护中，记忆电压就是存放在存储器中的故障前电压的采样值，不存在衰减问题，所以特性不会随时间的前电压的采样值，不存在衰减问题，所以特性不会随时间的变化而变化。但故障发生一定时间后，电源的电动势变化，变化而变化。但故障发生一定时间后，电源的电动势变化，将不再等于故障前的记忆电压，所以将不再等于故障前的记忆电压，所以记忆电压仅能在故障后记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用。的一定时间内使用。3

35、. 3 . 4 阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压 阻抗继电器的整定阻抗由电抗互感器阻抗继电器的整定阻抗由电抗互感器 UR 的变换系数的变换系数 KI，和电压变，和电压变换器换器 T 的变比系数的变比系数 Ku 决定决定.在输入电流较小或较大时，相当于继电器的在输入电流较小或较大时，相当于继电器的整定阻抗变小，从而使其动作阻抗也将变小。整定阻抗变小，从而使其动作阻抗也将变小。为保证动作的可靠性，实现绝对值比较原理的比较电路有一定的动作门为保证动作的可靠性，实现绝对值比较原理的比较电路有一定的动作门槛。槛。两侧同除以两侧同除以在保护区的末端附近金属性短路

36、时在保护区的末端附近金属性短路时,Zm 的阻抗值大于整定值的的阻抗值大于整定值的1/2。理论上理论上ZOP=Zset等于动作阻抗，实际等于动作阻抗，实际ZOP=0.9Zset最小精确工作电压最小精确工作电压最小精确工作电流最小精确工作电流最大精确工作电流最大精确工作电流 测量元件精确工作电流的校验，一般是指对最小精确工作电测量元件精确工作电流的校验，一般是指对最小精确工作电流的校验。要求在保护区内发生短路时，通入继电器的最小流的校验。要求在保护区内发生短路时，通入继电器的最小电流不小于最小精确工作电流，并留有一定的裕度，裕度系电流不小于最小精确工作电流，并留有一定的裕度，裕度系数不小于数不小于

37、 1 . 5 2 ，即，即在阻抗继电器应用于较短线路情况下，由于线路末端短路时在阻抗继电器应用于较短线路情况下，由于线路末端短路时测量电压可能较低，需对最小精确工作电压进行校验。线路测量电压可能较低，需对最小精确工作电压进行校验。线路较长时，一般不用校验精确工作电压。较长时，一般不用校验精确工作电压。3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的评价距离保护的整定计算与对距离保护的评价3 . 4 . 1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算要求要求，段有明确的方向性，即段有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。采用具有方向性的测量元件。第第 段为后备段：近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母

38、线段为后备段：近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第保护的后备，所以第 段通常段通常采用带有偏移特性的测量元件采用带有偏移特性的测量元件。1 距离保护第距离保护第 l 段的整定段的整定距离保护距离保护 l 段为无延时的段为无延时的速动段速动段一般取一般取 0 . 8 0 . 852 距离保护第距离保护第 段的整定段的整定（1）分支电路对测量阻抗的影响）分支电路对测量阻抗的影响k 点发生三相短路时，保护点发生三相短路时，保护 1 处的测量阻抗为处的测量阻抗为一般取一般取 0 . 8变压器阻抗变压器阻抗取较小者作为整定阻抗取较小者作为整定阻抗（3）灵敏度校验。）灵敏度校验。

39、如果如果 K sen不满足要求，则距离保护不满足要求，则距离保护 1 的的段应改为与相邻元段应改为与相邻元件的保护件的保护 段相配合段相配合（4 ）动作延时的整定）动作延时的整定3 距离保护第距离保护第 段的整定段的整定按以下几个原则计算：按以下几个原则计算：1 ）按与相邻下级线路距离保护）按与相邻下级线路距离保护 或或 段配合整定。段配合整定。一般取一般取 0 . 82 ）按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定。）按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定。一般取一般取 0 . 83 ）按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。）按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。最小负荷阻抗最小负荷阻抗考虑

40、电动机自启动的情况，若采用全阻抗特性考虑电动机自启动的情况，若采用全阻抗特性Kss=Issmax/ILmax=ZLmin/ZssminZre=KrelZssmin=KrelZLmin/KssZreZssmin可靠返回可靠返回Kre=Zre/ZsetKrel一般取一般取0. 8 0.85Kss取取 1. 5 2.5Kre取取 1.15 1.25若采用方向圆特性阻抗继电器若采用方向圆特性阻抗继电器L Lsetsetsetset- - L按上述三个原则进行计算，取其中的较小者作为距离按上述三个原则进行计算，取其中的较小者作为距离 段的整定阻抗段的整定阻抗（2）灵敏度校验。）灵敏度校验。作为近后备时，

41、作为近后备时，作为远后备时，作为远后备时，（3）动作延时的整定。）动作延时的整定。应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差 t，距离，距离 段一段一般不经振荡闭锁，其动作延时不应小于最大的振荡周期（般不经振荡闭锁，其动作延时不应小于最大的振荡周期（ 1.5 2.5 S）4 将整定参数换算到二次测将整定参数换算到二次测5 整定计算举例整定计算举例XS1XS2Z12I10.85Z340.15Z34Z56I4I22141212SSSXIIXXZ5634243456340.150.850.15ZZIIZZZ为了得出最小的分支系数为了得出最小的分支

42、系数 ，应取电源，应取电源 G1 的最大运行方式下的等值阻抗的最大运行方式下的等值阻抗 ，取，取电源电源 G2 的最小运行方式下的最大等值阻抗的最小运行方式下的最大等值阻抗2 ）按躲开相邻变压器低压侧出口）按躲开相邻变压器低压侧出口k2 点短路整定点短路整定XS1XS2Z12I1ZrI32131212SSSXIIXXZ3 . 4 . 2 110kV 线路保护配置线路保护配置 110kV 系统一般是大电流接地系统，需要接地保护功能。接地保系统一般是大电流接地系统，需要接地保护功能。接地保护可采用接地距离保护，也可采用零序电流保护。护可采用接地距离保护，也可采用零序电流保护。3 . 4 . 3 对

43、距离保护的评价对距离保护的评价优点：优点：保护区稳定，灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的保护区稳定，灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响小影响小.可以应用于发电机、变压器保护中，作为后备保护。可以应用于发电机、变压器保护中，作为后备保护。缺点：缺点：有有 30 40 的区域内故障时，只有一侧的保护能无延的区域内故障时，只有一侧的保护能无延时地动作，另一侧保护需经时地动作，另一侧保护需经0. 5S 的延时后跳闸；在的延时后跳闸；在 220kv 及以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性及以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性对短路切除快速性的要求，因而，还应配备能

44、够全线快速切对短路切除快速性的要求，因而，还应配备能够全线快速切除故障的纵联保护。除故障的纵联保护。距离保护的构成、接线和算法都比较复杂，装置自身的可距离保护的构成、接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性稍差。靠性稍差。3 . 5 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁3 . 5 . 1 振荡闭锁的概念振荡闭锁的概念电力系统振荡电力系统振荡:并联运行的电力系统或发电厂并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象之间出现功率角大范围周期性变化的现象. 属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态.振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施。振荡闭锁

45、：防止系统振荡时保护误动的措施。3 . 5 . 2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响线路中的电流和母线线路中的电流和母线 M 、 N 上的电压分别为：上的电压分别为：功角功角电动势差的有效值为：电动势差的有效值为：线路电流的有效值为线路电流的有效值为电流随电流随变化的轨迹，变化的轨迹， =180时达到最大值。时达到最大值。=180时时Uos=0电压最低的这一点称为振荡中心电压最低的这一点称为振荡中心若系统各部分的阻抗角都相等若系统各部分的阻抗角都相等,振荡振荡中心的位置就位于阻抗中心中心的位置就位于阻抗中心1/2Z。相当于三相短路。相当于三相短路。1 电

46、力系统振荡时电流、电压的变化规律电力系统振荡时电流、电压的变化规律2 电力系统振荡时测量阻抗的变化规律电力系统振荡时测量阻抗的变化规律保护安装处保护安装处 M 到振荡中心点到振荡中心点OS的线路阻抗，与功角无关。的线路阻抗，与功角无关。Zm 末端随末端随变化的轨迹变化的轨迹 =0=0时，时，Zm 位于复平位于复平面的右侧，面的右侧，其值为无穷大；其值为无穷大；当当 =180时，测量阻抗最小。时，测量阻抗最小。u当当M1/2时时,即保护安装在送电端且振荡中心位于即保护安装在送电端且振荡中心位于保护的正方向时，振荡时测量阻抗末端轨迹的直线保护的正方向时，振荡时测量阻抗末端轨迹的直线OO在第一象限内

47、与在第一象限内与Z 相交测量阻抗可能穿越动作区相交测量阻抗可能穿越动作区;u M = 1/2时时,保护安装处保护安装处 M 正好就是振荡中心，该正好就是振荡中心，该阻抗等于阻抗等于 0 ，测量阻抗末端轨迹直线在坐标原点处，测量阻抗末端轨迹直线在坐标原点处Z 与相交，肯定穿越保护动作区；与相交，肯定穿越保护动作区；u当当M1/2时，即振荡中心在保护的反方向上，振时，即振荡中心在保护的反方向上，振荡时测量阻抗末端轨迹的直线在第三象限内与荡时测量阻抗末端轨迹的直线在第三象限内与Z 相相交，是否会引起保护误动，视保护的动作特性而异。交，是否会引起保护误动，视保护的动作特性而异。面积越大，受震荡影响越大

48、。面积越大，受震荡影响越大。措施：措施：1、延长保护装置动作时间，主要用于第三段。、延长保护装置动作时间，主要用于第三段。2、压低整定值。、压低整定值。3、对阻抗继电器要求配备振荡闭锁。、对阻抗继电器要求配备振荡闭锁。如用方向圆特性时，如用方向圆特性时， 同时满足同时满足M1/2则是否误动取决于则是否误动取决于的变化。的变化。电力系统振荡与短路时电气量的差异电力系统振荡与短路时电气量的差异目的：目的：用以构成振荡闭锁元件，实现振荡时闭锁距离保护。用以构成振荡闭锁元件，实现振荡时闭锁距离保护。3 . 5 . 3 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施1 利用电流的负序、零序分量或突变量，实

49、现振荡闭锁利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁系统没有故障时：系统没有故障时：距离保护一直处于闭锁状态。距离保护一直处于闭锁状态。当系统发生故障时：当系统发生故障时：短时开放距离保护允许保护出口跳闸，若短时开放距离保护允许保护出口跳闸，若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于阻抗继电在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗继电器未动作，则说明故障不在保护区内，重新闭锁。继电器未动作，则说明故障不在保护区内，重新闭锁。自保持自保持故障判断元件，主要有故障判断

50、元件，主要有反映电压、电流中负序分量或零序分量反映电压、电流中负序分量或零序分量的判断元件和的判断元件和反映电流突变量反映电流突变量的判断元件两种。的判断元件两种。几种情况的讨论几种情况的讨论1、区内故障。、区内故障。 启动元件启动，短时开放启动元件启动，短时开放Tdw时间内一段或二段有足够时间动作。若时间内一段或二段有足够时间动作。若故障在一段内，则故障在一段内，则Tdw应大于保护固有时间。若故障在二段内，则应大于保护固有时间。若故障在二段内，则Tdw应大于保护完成自举得时间。应大于保护完成自举得时间。 综合考虑，综合考虑，Tdw不小于不小于0.1s。2、区外故障引起的振荡、区外故障引起的振

51、荡 启动元件会启动。启动元件会启动。 Tdw的时间不应大于振荡导致的测量阻抗进入动的时间不应大于振荡导致的测量阻抗进入动作区的时间，一般作区的时间，一般Tdw取取0.15S3、区外故障引起的振荡中再次发生故障、区外故障引起的振荡中再次发生故障 由于再一次故障处理中只开放一次，再次故障无法识别。由于再一次故障处理中只开放一次，再次故障无法识别。2 利用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁利用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁短路故障时短路故障时：测量阻抗：测量阻抗 Zm 由负荷阻抗由负荷阻抗 ZL 突变为短路阻抗突变为短路阻抗ZK；系统振荡时系统振荡时：测量阻抗由负荷阻抗缓慢变为保护安装处到振荡：测量阻抗

52、由负荷阻抗缓慢变为保护安装处到振荡中心点的线路阻抗。中心点的线路阻抗。原理原理：在：在 KZI 动作后先开放一个动作后先开放一个 t 的时间，如果在这段时间的时间，如果在这段时间内内 KZ2 动作，去开放保护，直到动作，去开放保护，直到 KZ2 返回；如果在返回；如果在 t 的时的时间内间内 KZ2 不动作，保护就不会被开放。不动作，保护就不会被开放。整定值较高整定值较高整定值较低整定值较低 初始状态：闭锁初始状态：闭锁0短时开放短时开放 t 3 利用动作的延时实现振荡闭锁利用动作的延时实现振荡闭锁电力系统振荡时，距离保护的测量阻抗是随电力系统振荡时，距离保护的测量阻抗是随角的角的变化而不断变

53、化的，当变化而不断变化的，当 角变化到某个角度时，测角变化到某个角度时，测量阻抗进入到阻抗继电器的动作区，而当量阻抗进入到阻抗继电器的动作区，而当 角继续角继续变化到另一个角度时，测量阻抗又从动作区移出，变化到另一个角度时，测量阻抗又从动作区移出，测量元件返回。实践经验表明，对于按躲过最大负测量元件返回。实践经验表明，对于按躲过最大负荷整定的距离保护荷整定的距离保护段阻抗元件，测量阻抗落入其段阻抗元件，测量阻抗落入其动作区的时间小于动作区的时间小于 1 1 . 5s ，只要距离保护，只要距离保护 段段动作的延时时间大于动作的延时时间大于 1 1 . 5s ，系统振荡时保护，系统振荡时保护 段就

54、不会误动作。段就不会误动作。3 . 5 . 4 振荡过程中再故障的判断振荡过程中再故障的判断当振荡过程中又发生当振荡过程中又发生不对称短路不对称短路时，重新开放保护的条件：时，重新开放保护的条件：振荡过程中又发生振荡过程中又发生三相对称性故障三相对称性故障时动作判据为：时动作判据为：振荡过程中又发生三相故障时，上式会一直被满足，而在仅有系统振荡时，仅在较振荡过程中又发生三相故障时，上式会一直被满足，而在仅有系统振荡时，仅在较短的时间内满足，其余时间都不满足。配合一个延时时间就能够区分出三相故障和短的时间内满足，其余时间都不满足。配合一个延时时间就能够区分出三相故障和振荡。振荡。3 . 6 故障

55、类型判别和故障选相故障类型判别和故障选相在在 220kV 及以上电压等级的超高压线路中，由于系统稳定的要求，需要及以上电压等级的超高压线路中，由于系统稳定的要求，需要实现分相跳闸，即单相故障只跳故障相，多相故障才跳三相，要求保护实现分相跳闸，即单相故障只跳故障相，多相故障才跳三相，要求保护装置除能够测量出故障距离外，还应能选出故障的相别。装置除能够测量出故障距离外，还应能选出故障的相别。数字式保护常用数字式保护常用相电流差突变量相电流差突变量选相。选相。首先根据测量电流中是否含有零序分量，判定是接地短路还是不接地短路首先根据测量电流中是否含有零序分量，判定是接地短路还是不接地短路。如果是接地如

56、果是接地若满足若满足为为 A 相单相接地短路故障相单相接地短路故障若满足若满足为为 B 相单相接地短路故障相单相接地短路故障为为 C相单相接地短路故障相单相接地短路故障若满足若满足当上述条件都不满足时，判定为当上述条件都不满足时，判定为两相接地故障两相接地故障。求三个相电流差突变量的。求三个相电流差突变量的最大值，与之对应的两相就是故障相。最大值，与之对应的两相就是故障相。若无零序电流，则判定故障为非接地故障若无零序电流，则判定故障为非接地故障若满足若满足为为 AB 相短路故障相短路故障若满足若满足为为 B C相短路故障相短路故障为为 CA相短路故障相短路故障若满足若满足当上述条件都不满足时，

57、判定为三相短路故障。当上述条件都不满足时，判定为三相短路故障。3 . 7 距离保护特殊问题的分析距离保护特殊问题的分析3 . 7 . 1 短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点过渡电阻对距离保护的影响1 过渡电阻的性质过渡电阻的性质短路点的过渡电阻：短路点的过渡电阻短路点的过渡电阻：短路点的过渡电阻 Rg 是指当接地短路或相间短路是指当接地短路或相间短路时，短路点电流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流到另一相的时，短路点电流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流到另一相的路径中所通过物质的电阻。路径中所通过物质的电阻。电弧电阻电弧电阻相导线与大地之间的接触电阻相导线与大地之间的接触电阻金属杆

58、塔的接地电阻金属杆塔的接地电阻中间物质如：树木或其他物体中间物质如：树木或其他物体2 单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响保护安装处测量电压和测量电流的关系：保护安装处测量电压和测量电流的关系：测量阻抗值增大测量阻抗值增大阻抗角变小阻抗角变小当当 BC 线路始端线路始端 B 经过渡经过渡电阻电阻 Rg短路时，短路时， 失去选失去选择性择性3 双侧电源线路上过渡电阻的影响双侧电源线路上过渡电阻的影响保护安装处测量电压和测量电流的关系：保护安装处测量电压和测量电流的关系：Rg对测量阻抗的影响，取决于对侧电源提供的短路电流大小及对测量阻抗的影响，取决于对侧电源

59、提供的短路电流大小及 相位关系。相位关系。 若在故障前若在故障前 M 端为送端，端为送端，N 侧为受端，则侧为受端，则 M 侧电源电动势的相位侧电源电动势的相位超前超前 N 侧。侧。Ik的相位将超前的相位将超前 I”k，表现为，表现为容性的阻抗容性的阻抗，它的存在有可能，它的存在有可能使总的使总的测量阻抗变小测量阻抗变小。反之则表现为。反之则表现为感性的阻抗感性的阻抗，它的存在使，它的存在使测量阻抗测量阻抗变大。变大。 在系统振荡加故障的情况下，在系统振荡加故障的情况下， Ik的与的与 I”k之间的相位差在之间的相位差在 0 -360 的的范围内变化，此时范围内变化，此时 A 处的测量阻抗变化

60、轨迹是个圆。处的测量阻抗变化轨迹是个圆。造成距离保护造成距离保护 1 段误动作段误动作因过渡电阻的存在而导致保护测量阻因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现抗变小，进一步引起保护误动作的现象，称为象，称为距离保护的稳态超越距离保护的稳态超越。克服过渡电阻影响的措施：克服过渡电阻影响的措施：1、面积扩大，如、面积扩大，如2段按下级线路段按下级线路3段整定。段整定。2、向、向R轴倾斜。轴倾斜。3 . 7 . 2 线路串联补偿电容对距离保护的影响线路串联补偿电容对距离保护的影响串接补偿电容后，短路阻抗与短路距离之间不再成线性正比关系，将使距离串接补偿电容后，短路阻抗与短路距