第三章 距离保护

1、q第五节距离保护的振荡闭锁第五节距离保护的振荡闭锁q第一节距离保护的基本原理与构成第一节距离保护的基本原理与构成q第二节阻抗继电器及其动作特性第二节阻抗继电器及其动作特性q第三节阻抗继电器的实现方法第三节阻抗继电器的实现方法q第四节距离保护的整定计算原则及评价第四节距离保护的整定计算原则及评价q第六节故障类别判别和故障选相第六节故障类别判别和故障选相电流保护的主要优点：电流保护的主要优点： 简单、经济、工作可靠。简单、经济、工作可靠。电流保护的主要缺点：电流保护的主要缺点： 受电网接线方式及系统运行方式的影受电网接线方式及系统运行方式的影响，整定值、保护范围、灵敏系数等不好响，整定值、保护范围

2、、灵敏系数等不好选择。选择。主要用于主要用于3535kVkV以下的辐射型电网中，在以下的辐射型电网中，在3535kVkV以上复杂网络（特别是环网）中难以满以上复杂网络（特别是环网）中难以满足选择性、灵敏性以及速动性的要求。足选择性、灵敏性以及速动性的要求。 随着电力系统规模日益扩大，电力水平随着电力系统规模日益扩大，电力水平越来越高，提高继电保护的灵敏性，并使其越来越高，提高继电保护的灵敏性，并使其保护范围不受或少受系统运行方式的影响，保护范围不受或少受系统运行方式的影响，对保护提出更高的要求，能够满足这一要求对保护提出更高的要求，能够满足这一要求距离保护。距离保护。mmmUZI.mU.mI在

3、电力系统正常运行时，在电力系统正常运行时， 近似为额定电压，近似为额定电压， 为为负荷电流，负荷电流， Z m为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大，为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角（一般不大于其阻抗角为数值较小的功率因数角（一般不大于25.80），阻抗性质以阻性为主。），阻抗性质以阻性为主。 .mU.mI 电力系统发生短路时，电力系统发生短路时，Um降低，降低，Im增大，增大，Zm变为变为短路点与保护安装处之间的短路阻抗。对于具有均匀短路点与保护安装处之间的短路阻抗。对于具有均匀分布参数的输电线路来说，分布参数的输电线路来说， Zm与短路距离与短路距离Lk成线性成线性正

4、比关系，即：正比关系，即： 111()mkkkZZzLrjx L式中式中 z z1 1=r=r1 1+jx+jx1 1单位长度线路的复阻抗。单位长度线路的复阻抗。r r1 1、x x1 1分别为单位长度线路的正序电阻和电抗。分别为单位长度线路的正序电阻和电抗。它们的单位都是它们的单位都是/km/km。 短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大，阻抗性质以感性为主数值较大，阻抗性质以感性为主 Z Lset Lk1Lk2Lk3k2k1k3.mI.mURjXZLZk2 负荷阻抗与短路阻抗负荷阻抗与短路阻抗Zk1ZsetZk3依据测量阻抗依据测量阻抗在上

5、述不同情在上述不同情况下的况下的“差差异异”，保护就，保护就能够能够“区分区分”出系统是否出出系统是否出现故障，在发现故障，在发现有故障的情现有故障的情况下，可以进况下，可以进一步地一步地“区分区分”出是区内故障出是区内故障还是区外故障。还是区外故障。 与整定长度与整定长度L Lsetset相对相对应的阻抗为：应的阻抗为： 1setsetZzLZ Zsetset称为整定阻抗称为整定阻抗 Z Zm m小于小于Z Zsetset时，说明时，说明L Lk k小于小于L Lsetset，故障在保护区内，故障在保护区内Z Zm m大于大于Z Zsetset时，说明时，说明L Lk k大于大于L Lset

6、set，故障在保护区之外。，故障在保护区之外。 整定阻抗位于线整定阻抗位于线路阻抗角方向路阻抗角方向在单相系统中，测量电压在单相系统中，测量电压 就是保护安装处的电压，就是保护安装处的电压，测量电流测量电流 就是线路中的电流，系统故障时两者之就是线路中的电流，系统故障时两者之间的关系为：间的关系为： .mU.mI1mmmmkmkUIZIZIzL只有测量电压、测量电流之间满足上述关系时，测量元件才能只有测量电压、测量电流之间满足上述关系时，测量元件才能正确反应故障距离。正确反应故障距离。 但在实际的三相系统情况下，由于存在多种不同的短但在实际的三相系统情况下，由于存在多种不同的短路类型，而在各种

7、不对称短路时，各相的电压电流都路类型，而在各种不对称短路时，各相的电压电流都不再简单地满足上述关系，所以无法直接用各相的电不再简单地满足上述关系，所以无法直接用各相的电压、电流构成测量元件的测量电压和电流。压、电流构成测量元件的测量电压和电流。 NM12.kI.mUk当线路中当线路中k点发生短路故障时点发生短路故障时,按照对称分量法，可以求按照对称分量法，可以求出母线出母线M上各相的电压：上各相的电压： 1 12200AkAAkAkAkUUI z LIz LIz L01120011()33kAAAAAkzzUIIIIz Lz01(3)kAAkUIK Iz L 同理：同理：01(3)BkBBkU

8、UIK Iz L 01(3)CkCCkUUIK Iz L .kU1 1单相接地故障单相接地故障k k(1)(1)以以A A相单相接地故障为例进行分析。在相单相接地故障为例进行分析。在A A相金属性短路的相金属性短路的情况下，有：情况下，有： 0kAU01(3)AAkUIK Iz L因此因此若令若令 、 分别作为保护的测量电压和测量电流分别作为保护的测量电压和测量电流 mAAUU03mAAIIK I1mAmAkUIz L则有：则有：这时，测量元件ZmA能够正确反应故障距离 .1.mAmAkmAUZz LI这种以保护安装处相电压为测量电压，以带零序电流补偿的相这种以保护安装处相电压为测量电压，以带

9、零序电流补偿的相电流为测量电流的接线方式称为接地距离保护接线方式。电流为测量电流的接线方式称为接地距离保护接线方式。 由于由于 、 均接近正常电压，而均接近正常电压，而 、 均接近均接近正常负荷电流，正常负荷电流，B B、C C两相测量元件的工作状态与正两相测量元件的工作状态与正常负荷状态相差不大，所以常负荷状态相差不大，所以A A相故障时它们一般都相故障时它们一般都不会动作。不会动作。 kBUkCUBICI同理分析表明同理分析表明: :在在B B相发生单相接地故障时相发生单相接地故障时: :用用 、 构成的测量元件能够正确反构成的测量元件能够正确反应故障距离应故障距离而而 、 或或 、 构成

10、的测量元件不会动作；构成的测量元件不会动作； mBBUU03mBBIIK ImAU.mAImCUmCI在在C C相发生单相接地故障时相发生单相接地故障时: :用用 、 构成的测量元件能够正确反构成的测量元件能够正确反应故障距离应故障距离而而 、 或或 、 构成的测量元件不会动作；构成的测量元件不会动作； mCCUU03mCCIIK I mAU.mAImBUmBI系统发生两相接地故障时，故障点处两接地相的电压都为系统发生两相接地故障时，故障点处两接地相的电压都为0 0。以以BCBC两相接地故障为例。两相接地故障为例。则：则： 0kBkCUU令令 ：mBBUU03mBBIIK I.1.mBmBkm

11、BUZz LI或或 ：mCCUU03mCCIIK I .1.mCmCkmCUZz LIZmB、 ZmC均能够正确的反应故障距离均能够正确的反应故障距离 对非故障相对非故障相A A相：故障点处电压相：故障点处电压 ，故：，故： 0kAU.1.mAmAkmAUZz LI所以，所以，Z ZmAmA不能正确的反应故障距离不能正确的反应故障距离 若令若令： mBCBCUUUmBCBCIII则有：则有：.11.()CmBCBCkBmBCkmBCBCBCIIz LUUUZz LIIIII所以，所以，Z ZmBCmBC也能正确反映故障距离。也能正确反映故障距离。 对于对于Z ZmABmAB、 Z ZmCAmC

12、A，由于在测量电压、电流中含有非故障相，由于在测量电压、电流中含有非故障相的电压电流量，的电压电流量，其值远大于短路阻抗，一般都不会动作。其值远大于短路阻抗，一般都不会动作。 01(3)BkBBkUUIK Iz L01(3)CkCCkUUIK Iz L 且且同理可以分析出同理可以分析出ABAB两相或两相或CACA两相接地故障时各测量两相接地故障时各测量元件的动作情况元件的动作情况 。这种以保护安装处两相相间电压为测量电压，以两相电流差这种以保护安装处两相相间电压为测量电压，以两相电流差为测量电流的接线方式称为相间距离保护接线方式。为测量电流的接线方式称为相间距离保护接线方式。在故障点在故障点k

13、 k处：处：各相电压都不为各相电压都不为0 0，但两故障相的对地电压相等，但两故障相的对地电压相等 设设A A、B B两相故障两相故障 :kAkBUU同样可得：同样可得：1()ABABkUUIIz L若令若令： mABABUUUmABABIII同样有：同样有：.11.()BmABABkAmABkmABABABIIz LUUUZz LIIIII由于非故障相由于非故障相C C相故障点处的电压与故障相电压不相故障点处的电压与故障相电压不等，作相减运算时不能被消掉，所以等，作相减运算时不能被消掉，所以ZmBC、 ZmCA不能正确反应故障距离。不能正确反应故障距离。三相对称性故障时，故障点处的各相电压相

14、等且均三相对称性故障时，故障点处的各相电压相等且均都为都为0 0。这种情况下，应用任何一相的电压电流按接地距离这种情况下，应用任何一相的电压电流按接地距离保护接线方式或任何两相的电压电流按相间距离保保护接线方式或任何两相的电压电流按相间距离保护接线方式，均能够正确反应故障距离。护接线方式，均能够正确反应故障距离。 0kAkBkCUUU一般情况下，保护安装处的非故障相电压接近于正常电压，一般情况下，保护安装处的非故障相电压接近于正常电压，电流接近于负荷电流，所以当测量电压、电流中含有非故障电流接近于负荷电流，所以当测量电压、电流中含有非故障相电压、电流时，两者之比对应的阻抗要比短路阻抗大的多，相

15、电压、电流时，两者之比对应的阻抗要比短路阻抗大的多，阻抗角也与短路阻抗不同，由它们判出的距离一般都在动作阻抗角也与短路阻抗不同，由它们判出的距离一般都在动作区之外，不会动作于跳闸。区之外，不会动作于跳闸。 接线方式接线方式接地距离保护接线方式接地距离保护接线方式相间距离保护接线方式相间距离保护接线方式A相相B相相C相相AB相相BC相相CA相相单单 相相接接地地+ 两两相相接接地地AB+BC+CA 两两相相不不接接地地AB+BC+CA 三三相相ABC“+”“+”表示能正确反应故障距离；表示能正确反应故障距离；“”表示不能正确反应故障距表示不能正确反应故障距离离 故障类型故障类型.AU.03AIK

16、 I.ABU.ABII.BU.03BIK I.03CIK I.CU.BCU.BCII.CAII.CAU 距离保护的动作时间距离保护的动作时间t与保护安装处至短路点之与保护安装处至短路点之间的距离的关系，称为间的距离的关系，称为距离保护的时限特性距离保护的时限特性。 为满足速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛为满足速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并分别称为距离分别称为距离、段保护。段保护。kL距离距离I I段为无延时的速动段段为无延时的速动段. .IIII段为带固定时限的速动段段为带固定时限的速动段: :延时的时限一般

17、为延时的时限一般为0.3-0.60.3-0.6秒秒IIIIII段时限需与相邻线路段时限需与相邻线路IIIIII段配合段配合: :一般不小于一般不小于1-31-3秒。秒。 距离保护距离保护段是瞬时动作的，段是瞬时动作的，t是保护是保护本身的固有动作时间（几十本身的固有动作时间（几十ms）以保护以保护2为例：为例：段本应保护线路段本应保护线路AB的全长，即保护范围的全长，即保护范围为全长的为全长的100%，然而实际上不可能，因为当，然而实际上不可能，因为当线路线路BC出口处短路时，出口处短路时，22mABkABZZZZACB21k2.1setZ这时这时保护保护2段不应动作而应由段不应动作而应由保护

18、保护1段动段动作切除，因此，作切除，因此，保护保护2其起动阻抗的整定值必其起动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所能测量到的阻抗须躲开这一点短路时所能测量到的阻抗ABZ.2setrelABZK Z.1setrelBCZKZ同理同理因此，距离因此，距离段只能保护本线路全长的段只能保护本线路全长的8085%，为切除本线路末端为切除本线路末端1520%范围内的故障，需要设范围内的故障，需要设置距离保护置距离保护段。段。即即 考虑到阻抗继电器和电压、电流考虑到阻抗继电器和电压、电流互感器的误差，需引入可靠系数互感器的误差，需引入可靠系数.2setABZZrelK一般取一般取0.80.85relK距离距离

19、段整定值的选择类似于限时电流速断，段整定值的选择类似于限时电流速断，即应使其不超出相邻下一条线路距离即应使其不超出相邻下一条线路距离段的保护范段的保护范围，同时动作时间上带有比相邻下一条线路距离围，同时动作时间上带有比相邻下一条线路距离段高出一个的时限，以满足选择性。段高出一个的时限，以满足选择性。t当当保护保护1的的段保护末端短路时，段保护末端短路时，保护保护2的测的测量阻抗为：量阻抗为：2.1mABsetZZZACB21保护保护1 1距离距离段的保护范围末端段的保护范围末端保护保护2 2距离距离段的保护范围段的保护范围.1setZ同样引入可靠系数，则保护同样引入可靠系数，则保护2段的起动段

20、的起动阻抗为：阻抗为：relK.2.1setrelABsetZKZZ()relABrelBCKZKZ0.8relK21ttt其中其中同样，距离同样，距离、段的联合工作，构成本线路的段的联合工作，构成本线路的主保护。主保护。为了做好相邻线路保护装置和断路器拒绝动为了做好相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为本线路距离作的后备保护，同时也作为本线路距离、段段的后备保护，还需装设保护的后备保护，还需装设保护段，距离段，距离段的整段的整定值与过电流保护类似，其起动阻抗要按躲开正定值与过电流保护类似，其起动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应常运行时的最小负荷阻抗来选

21、择，而动作时限应比距离比距离段保护范围内其它各保护的最大动作时段保护范围内其它各保护的最大动作时限高出一个限高出一个ttZ 3Z 2Z 1tL保护保护3 3的的I I段段保护保护3 3的的IIII段段保护保护3 3的的IIIIII段段 距离保护的时限特性距离保护的时限特性3t3t2t2t1t2t3t距离保护一般由起动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、距离保护一般由起动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成。配合逻辑和出口等几部分组成。 1 1起动部分起动部分 起动部分用来判别系统是否处于故障状态。系统正常运行时，起动部分用来判别系统是否处于故障状态。系统正常运行时，该

22、部分不动作，距离保护装置的测量、逻辑等部分不投入工作；该部分不动作，距离保护装置的测量、逻辑等部分不投入工作； 当系统发生故障时，它立即动作，使整套保护迅速投入工作当系统发生故障时，它立即动作，使整套保护迅速投入工作 2 2测量部分测量部分 测量部分是距离保护中的核心，其作用是依据上述的测量阻测量部分是距离保护中的核心，其作用是依据上述的测量阻抗法或比较补偿电压法，测量故障距离和判断故障方向，并与预抗法或比较补偿电压法，测量故障距离和判断故障方向，并与预先设定的距离和方向相比较，以确定出故障所处的区段。先设定的距离和方向相比较，以确定出故障所处的区段。3 3振荡闭锁部分振荡闭锁部分 为区内故障

23、，从而有可能导致距离保护误动作。为防止保护为区内故障，从而有可能导致距离保护误动作。为防止保护误动，应在系统振荡时将保护闭锁。误动，应在系统振荡时将保护闭锁。 4 4电压回路断线部分电压回路断线部分 电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，也可能使电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，也可能使距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下也应该将保护闭锁，距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下也应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。以防止出现不必要的误动。 5 5配合逻辑部分配合逻辑部分 用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式

24、保护中各段之间的时限配合。护中各段之间的时限配合。6 6出口部分出口部分 包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。发出相应的信号。阻抗继电器主要作用就是在系统发生短路故阻抗继电器主要作用就是在系统发生短路故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗障时，通过测量故障环路上的测量阻抗Zm，并，并将它与整定阻抗将它与整定阻抗Zset进行比较，以确定故障所处进行比较，以确定故障所处的区段，从而决定保护是否动作。的区段，从而决定保护是否动作。将阻抗继电器的测将阻抗继电器的测量阻抗画在复平面量阻抗画在复平面上上,线路的始端线路的始端B位

25、于坐位于坐标的原点，正方向的测标的原点，正方向的测量阻抗在第一象限量阻抗在第一象限,反方反方mZ向测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻抗向测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻抗与与R轴之间的角度为线路轴之间的角度为线路BC的阻抗角，对的阻抗角，对保护保护的距离的距离段段 距离距离段阻抗段阻抗继电器的起动特性就应包括以内的阻继电器的起动特性就应包括以内的阻抗线段在内抗线段在内,可用阴影线来表示。可用阴影线来表示。ksetrelBCZKZrelBCKZRjxBCZBCkZmAsetZ实际上，阻抗继电器的保护范围不能是一实际上，阻抗继电器的保护范围不能是一条直线，即具有直线形动作特性的继电器是不条直

26、线，即具有直线形动作特性的继电器是不能用的，考虑到故障点过渡电阻的影响及互感能用的，考虑到故障点过渡电阻的影响及互感器角度误差的影响，测量阻抗将不会落在器角度误差的影响，测量阻抗将不会落在整定阻抗的直线上。整定阻抗的直线上。mZRjxBCZBCkZkRgZm为保证区内故障情况下测量元件可靠动作，在为保证区内故障情况下测量元件可靠动作，在复复阻抗平面上，动作范围应该是一个包括阻抗平面上，动作范围应该是一个包括Z Zsetset对对应线段的区域。应线段的区域。如圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄如圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。形区域等。当测量阻抗当测量阻抗Z Zm m落在这样

27、的动作区域以内时，落在这样的动作区域以内时，阻阻抗抗测量元件就动作；测量元件就动作；当测量阻抗当测量阻抗Z Zm m落在动作区域以外时，落在动作区域以外时，阻抗阻抗测量测量元件不动作。元件不动作。这个区域的边界就是测量元件的临界动作边界。这个区域的边界就是测量元件的临界动作边界。阻抗元件动作区域的形状，称为动作特性。阻抗元件动作区域的形状，称为动作特性。如动作区域为圆形时，称为圆特性；如动作区域为圆形时，称为圆特性；动作区域为四边形时，称为四边形特性。动作区域为四边形时，称为四边形特性。阻抗元件的动作特性可以用阻抗复平面上的几阻抗元件的动作特性可以用阻抗复平面上的几何图形来描述，也可以用复数的

28、数学方程来描何图形来描述，也可以用复数的数学方程来描述，这种方程称为动作方程。述，这种方程称为动作方程。 |A|B| |Zm|Zset|比较器比较器|A| |B|动作动作TV.mU1I.A.B A:动作量动作量 B:制动量制动量.msetIZ.msetAIZ.mBUn动作特性为以保护安装处为园点，以动作特性为以保护安装处为园点，以Zset为半径为半径所做的圆，其中圆内为动作区，所做的圆，其中圆内为动作区，Zset习惯上使其习惯上使其与线路的阻抗角一致。与线路的阻抗角一致。RjxZsetkZm1Zm2Zm3当当Zm1位于园内有位于园内有|Zm1| |Zset|继电器不动作继电器不动作当当Zm2位

29、于圆周上时有位于圆周上时有|Zm2|=|Zset|继电器刚好动作继电器刚好动作B.C.D.mU.mI比相式比相式.argCD90 动作动作极化电压极化电压：.pmsetmCIZUU补偿电压补偿电压：.msetmDIZUU.msetIZ.msetIZRjxsetZsetZ.setmCZZmZ.setmDZZ .0|arg| |arg|arg|90msetmmsetmsetmsetmI ZUCDI ZUZZZZ| |msetZZ|Zm1|= =|Zset| 时时 =90=90o o分子分母分子分母同除同除I Im mRjxsetZsetZ.setmCZZmZ.setmDZZ RjxsetZsetZ

30、.setmCZZmZ.setmDZZ |Zm1| |Zset| 时时 90 |Zset| 时时 9090o o已知构成已知构成BA,BACBAD.CA B.BAD.AB结论：结论：|.A|.B|.A|.A|.B|.B=.C.D 90 .C.D .C.D 平行四边形法则平行四边形法则当测量阻抗位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，当测量阻抗位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的动作阻抗。对应此时的阻抗就是继电器的动作阻抗。mZopZZ setRjXoo

31、pZsetZ全阻抗继电器的特性以保护安装点全阻抗继电器的特性以保护安装点为中心，以整定阻抗为半径所为中心，以整定阻抗为半径所作的一个圆。作的一个圆。m| |opsetZZ由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此不论加入继电器的由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此不论加入继电器的电压电流之间的角度为多大，继电器的动作阻抗在数值上均等电压电流之间的角度为多大，继电器的动作阻抗在数值上均等于整定阻抗。即，具有这种动作特性的继电器称为全于整定阻抗。即，具有这种动作特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性，全阻抗继电器可采用两个电压绝对阻抗继电器，它没有方向性，全阻抗继电器可采用两个电压绝对值比较

32、或两个电压相位比较的方式构成。值比较或两个电压相位比较的方式构成。比幅式比幅式| |msetmZZI两端同乘mmmI ZU比相式比相式msetmmsetCI ZUAI ZetmmmsDI ZUBU|arg| 90msetmmsetmI ZUI ZUB B：制动量制动量A A：动作量动作量.| |mmsetUIZ极化电压极化电压补偿电压补偿电压 为了使阻抗继电器具有方向性，我们设计出为了使阻抗继电器具有方向性，我们设计出一种方向阻抗继电器一种方向阻抗继电器:其特性是以整定阻抗为直径而通过坐标原点的一其特性是以整定阻抗为直径而通过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，而圆外为不动作区。个圆，圆内为动作区

33、，而圆外为不动作区。当加入继电器的和之间的相位差为不同当加入继电器的和之间的相位差为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。当等于的阻抗角时，继电器的起动阻抗为最当等于的阻抗角时，继电器的起动阻抗为最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器保护范围最大，大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器保护范围最大，工作最灵敏，这个角度称为继电器的最大灵敏角，用工作最灵敏，这个角度称为继电器的最大灵敏角，用表示。表示。setZsetZmImUmopZmsen| |Zset/2| |Zset/2ZsetRjXo 方向阻抗特性圆方向阻抗特性圆半径：半径： | |Zset/2| |

34、11| |22msetsetZZZ动作方程：动作方程：Zm2Zm3圆心：圆心： Zset/2211| |22msetsetZZZ当当Zm2位于圆内时有位于圆内时有 继电器动作继电器动作 当当Zm3位于圆外时有位于圆外时有 继电器不动作继电器不动作 311| |22msetsetZZZZm1111| |22msetsetZZZ当当Zm1位于圆周上时有位于圆周上时有 继电器刚好动作继电器刚好动作 由动作方程可推出绝对值由动作方程可推出绝对值比较式电气动作方程比较式电气动作方程11| |22msetsetZZZ幅值比较式的动作方程：幅值比较式的动作方程：.11| |22mmsetmsetUI ZI

35、Z比幅式设计：比幅式设计：.12setAZ.12msetBZZ.12msetAI Z.12mmsetBUI Z比相式设计：比相式设计：.pmCUU.msetmDI ZUU极化电压极化电压补偿电压补偿电压相位比较式方程：相位比较式方程：.|arg|mmsetmUI ZU90 方向阻抗继电器总结：方向阻抗继电器总结：具有明确的方向性，不会误动。具有明确的方向性，不会误动。躲开过渡电阻的能力差，过渡电阻躲开过渡电阻的能力差，过渡电阻rg稍大一点，稍大一点，方向阻抗继电器便不起作用。方向阻抗继电器便不起作用。理论上过原点，实际上由于电路设计有门坎值，理论上过原点，实际上由于电路设计有门坎值，低于门坎值

36、电路不动作，出口附近有死区。低于门坎值电路不动作，出口附近有死区。比相式比相式所以方向阻抗继电器有一定的死区，在越接近所以方向阻抗继电器有一定的死区，在越接近出口处短路时越该动作而它反而不动作。出口处短路时越该动作而它反而不动作。.mCU.msetmDI ZU其中一个量其中一个量 为为“0”，（在保护安装出口处短路（在保护安装出口处短路时）无法比较相角。时）无法比较相角。.mURjx1setZ2setZ0ZmZ0mZZ其特性是当正方向的整定阻抗为其特性是当正方向的整定阻抗为 时，同时反方向整时，同时反方向整定阻抗定阻抗 ，圆内为动作区，而圆外为不动作区。，圆内为动作区，而圆外为不动作区。12|

37、setsetZZ1setZ0121()2setsetZZZ121211|()|22msetsetsetsetZZZZZ2setZ其动作方程为：其动作方程为：圆心坐标为：圆心坐标为：圆的直径为：圆的直径为：121()2setsetZZ比幅式：比幅式：zdJZIA)1(21.zdJJZIUB)1(21.比相式：比相式：zdJJZIUC.zdJJZIUD.121211|()|22msetsetsetsetZZZZZ其阻抗绝对值比较动作方程为：其阻抗绝对值比较动作方程为： 偏移阻抗特性圆偏移阻抗特性圆Zzd2Zzd1RjXoZJ为提高躲开过渡电阻的能力，进一步改进偏移阻抗特性有两个整定阻抗，即正方向整

38、定阻抗Zzd1和反方向整定阻抗Zzd2 圆心位于 处，半径为 。 121()2zdzdZZ121()2zdzdZZ圆内为动作区，圆外为非动作区，当测量阻抗圆内为动作区，圆外为非动作区，当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗元件临界动作。正好落在圆周上时，阻抗元件临界动作。 Zzd1-ZJ1Zzd2Zzd1RjXo 偏移阻抗特性圆偏移阻抗特性圆ZJ1ZJ1-Zzd2Zzd1-ZJ2ZJ2-Zzd2ZJ2)(21)(212121zdzdzdzdJZZZZZ比幅式：ozdJJzdoZZZZ90arg9021比相式：当测量阻抗ZJ落在圆内或圆周上时，ZJ末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗Z

39、J落在圆外时，ZJ末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以测量元件的动作条件可以表示为： 总结：偏移阻抗继电器克服了方向继电器的死区，总结：偏移阻抗继电器克服了方向继电器的死区，但在背后近距离范围内短路时会误动作。但在背后近距离范围内短路时会误动作。优点：优点： 没有死区没有死区缺点：缺点： 有一部分误动区有一部分误动区 （或（或 Zzd1=Zzd2 ）全阻抗继电器）全阻抗继电器 （或（或 Zzd2=0 ） 方向阻抗继电器方向阻抗继电器 一般取一般取0.10.2，不能做距离，不能做距离I段的测量元件。段的测量元件。10 其静态特性为方向阻抗继电器，而在动态时其特性会其静态特性为方向阻抗继电器，而

40、在动态时其特性会随故障位置改变，在正前方发生故障时，它具有偏移阻抗随故障位置改变，在正前方发生故障时，它具有偏移阻抗继电器的特性，在反方向发生故障时，其动作特性圆位于继电器的特性，在反方向发生故障时，其动作特性圆位于第一象限（它的动作圆跳到上面去了第一象限（它的动作圆跳到上面去了, ,称为上抛圆），现称为上抛圆），现在在在在220220kVkV和和500500kVkV以上电压等级均采用此种阻抗继电器。以上电压等级均采用此种阻抗继电器。总结：总结： ：继电器的测量阻抗继电器的测量阻抗 ：继电器的整定阻抗，即在线路阻抗角方向上：继电器的整定阻抗，即在线路阻抗角方向上能使继电器动作的最大阻抗。（全阻

41、抗继电器：圆的半径；能使继电器动作的最大阻抗。（全阻抗继电器：圆的半径；方向阻抗继电器：最大灵敏度角方向上圆的直径；偏移阻方向阻抗继电器：最大灵敏度角方向上圆的直径；偏移阻抗继电器：在最大灵敏度角方向上由原点到圆周的长度）抗继电器：在最大灵敏度角方向上由原点到圆周的长度） ：继电器的起动阻抗即能使继电器刚好动作继电器的起动阻抗即能使继电器刚好动作的阻抗。（除全阻抗继电器外，的阻抗。（除全阻抗继电器外， 随着随着 的不同而改的不同而改变）变） ：距离保护的动作阻抗，即从保护安装处到保：距离保护的动作阻抗，即从保护安装处到保护范围末端的线路阻抗。护范围末端的线路阻抗。.JJJIUZ JZzdZJd

42、zZJdzZJdzZ.JJJIUZ 由于由于U（B）nyIBCnlU（B）IBCnlnydZnlny其中其中U（B） 一次侧电压，即母线一次侧电压，即母线B B的电压的电压IBC 一次电流，即线路一次电流，即线路BCBC中的电流中的电流ny 电压互感器变比电压互感器变比nl 电流互感器变比电流互感器变比Zzd = Zdz则则nlny比幅式：比幅式：|JU|zdJZI ZdJZI.TV.JU1I.A.B比相式：比相式：.90arg90JzdJJzdJI ZUI ZU .C.DZdJZI.JU.JIZdJZI.复阻抗复阻抗Zzd怎样构成？怎样构成？.JzdJCIZU.JzdJDIZU比幅式：比幅式

43、：zdJZIA.21.21JzdJUZIB|21|21|.zdJJzdJZIUZITURRTVTA*12IJK I12IJK IJUAUBUIJ 绝对值比较的电压形成绝对值比较的电压形成 绝绝对对值值比比较较回回路路TURRTVTA*12IJK I12IJK IUJK UAUBUK KI I: :电流电抗器转移电抗电流电抗器转移电抗K KU U: :电压电抗器转移电抗电压电抗器转移电抗1122IJUJIJK IK UK I两侧同除以两侧同除以并令并令UJK IIzdUKZK.11| |22JzdJJzdI ZUI Z方向阻抗特性方向阻抗特性 改变线匝数可以改变改变线匝数可以改变K KI I，

44、K KU U从而选择从而选择Z Zzdzd，通过通过R R选择相位选择相位KU=nTAnTVnTM比相式：比相式：.JU.C .JU.zdJZI.D.90arg90JJzdJUI ZU TURRTVTAJU.C.D.zdJZIJU.90arg270JJJzdUUI Z或 相位比较的电压形成相位比较的电压形成 相相位位比比较较回回路路TURRTVTAJIIKJUUKJUUKCUDUCIJUJUK IK UDUJUK U90arg90ooIJUJUJK IK UK U1、均压法、均压法JR1R2UaUbUabab.A.B作为执行元件的继电器作为执行元件的继电器J接于两个电压之差上接于两个电压之差上

45、反应于反应于Ua- Ub=Uab而动作。而动作。.A.B将将 整流后接于电阻整流后接于电阻R1， R1两端电压为两端电压为Ua。将将 整流后接于电阻整流后接于电阻R2， R2两端电压为两端电压为Ub。2、环流法、环流法JR1R2.A.BIaIbIa-Ib执行元件反应于执行元件反应于 和和 整流后的电流之差整流后的电流之差Ia-Ib而动作。而动作。.A.B1 1、测量瞬时值同时为正的与门比相回路、测量瞬时值同时为正的与门比相回路2 2、测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路、测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路3 3、脉冲式比相回路、脉冲式比相回路根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压根据距离保

46、护的工作原理，加入继电器的电压 和和电流电流 应满足以下要求：应满足以下要求：.JU.JI继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装处之间继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装处之间的距离。的距离。2、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。不随故障类型而变化。1cos设设 ，当阻抗继电器加入的电压和电流为，当阻抗继电器加入的电压和电流为 和和 时，称为时，称为“0接线接线”；ABU.BAII .AU.BU.CU.AI.CI.BI.ABII30时的向量图时的向量图1cos.ABUBCU.AI当阻抗继电器加入的电压当阻抗继电器加入的

47、电压和电流为和电流为 和和 时，称时，称为为“90接线接线”等。等。ABU.BI当阻抗继电器加入的电压当阻抗继电器加入的电压和电流为和电流为 和和 时，时，称为称为“-30接线接线”；ABU.AI当阻抗继电器加入的电压和电流为当阻抗继电器加入的电压和电流为 和和 时，称为时，称为“+30接线接线”；.BI.BCU继电器编号继电器编号ZKJ1ZKJ2ZKJ3相AB相BC相CA.BAJABUUU.BAJABIII.CBJBCUUU.ACJCAUUU.CBJBCIII.ACJCAIII(设短路点到保护安装地点的距离为设短路点到保护安装地点的距离为 km，线路每线路每km的正序阻抗为的正序阻抗为 )1

48、zAB相：相：.1.AAIzU.1.BBIzU.111()ABABABABUUUI zI zIIz.11.()ABABJABABABUUzIIZzIIII同理：同理：1JBCZz1JCAZz同时能够正确反应线路上的正序阻抗，三个反映同时能够正确反应线路上的正序阻抗，三个反映相间短路的阻抗继电器均能动作。相间短路的阻抗继电器均能动作。1、三相短路、三相短路.AI.BI.CIBC相：相：)(.1.1.1.CBCBBCIIzIzIzU2、两相短路（假设为、两相短路（假设为B、C两相短路）两相短路）ABC.BI.CI.BCUd1z 1z .11.()BCBCJBCBCBCUzIIZzIIIBCBC相继

49、电器能够正确反相继电器能够正确反应线路上的正序阻抗，应线路上的正序阻抗，继电器能动作。继电器能动作。AB相：相：)(23)(211.zzEzzEIssBCB212)()3(|zIEUBAB2121.)()(3|zzzIIUZsBAABJAB.1BBBdUI z lU.1CCCdUI z lU.BdCdUU.AAAdEUU.BE.CE.ABU.CdU.BdU.CU.BU其中其中, 为为短路点各相电压。短路点各相电压。、.AdU、.BdU.CdUAB相不能正确反应故障点处的正序阻抗，但不相不能正确反应故障点处的正序阻抗，但不应该误动，因为应该误动，因为|ZJAB|远远大于远远大于|Zdz|，同理同

50、理|ZJCA|远远大于远远大于|Zdz|也不会动作。也不会动作。因此，两相短路时，只有其中一个继电器动作。因此，两相短路时，只有其中一个继电器动作。（可靠性降低）（可靠性降低）3、两相接地短路（假设为、两相接地短路（假设为A、B两相接地短路）两相接地短路）(1,1)ABKABCd：互感MZ它与两相短路不同，地中有电流流回，所以它与两相短路不同，地中有电流流回，所以.BAII把把A相和相和B相看成两个相看成两个“导线导线地地”的送电线路并有互感的送电线路并有互感耦合在一起，假设用耦合在一起，假设用ZL表示输电线每表示输电线每km的自感阻抗，的自感阻抗，ZM表示每表示每km的互感阻抗，则保护安装点

51、的故障相电压为：的互感阻抗，则保护安装点的故障相电压为：MBLAAZIZIU.MALBBZIZIU.1.()()()ABABLMJABLMABABUIIZZZZZzIIII：自感LZ.LMMAABMLMBCCMMMZZZUIUZZZIUIZZZ.0120.20121.0122211111AAAABBBBCCCCIIIIIIIIIaaIIIIIIaa.BAMBLCMUIZIZIZ.AALBMCMUIZIZIZ.CAMBMCLUIZIZIZ.0120.20121.0122211111AAAABBBBCCCCUUUUUUUUUaaUUUUUUaa1.0.221.222111111111311AABB

52、CCUUUUaaUaaUUUUaaaa.00.11.22.00.11.220000200000000LMLMLMZIZZZUIUZZIIZIUIZZ电力系统中任何元件只要在电力系统中任何元件只要在A、B、C坐标系中各相坐标系中各相ZL相相等等,各相各相ZM相等相等,则在则在0、1、2坐标系中必然有坐标系中必然有Z1=Z2Z0上式表明各序分量之间的互阻上式表明各序分量之间的互阻抗为零抗为零, ,各序分量相互独立各序分量相互独立12LMZZZZ02LMZZZZKJ4ZKJ5ZKJ6：A：B：CAJAUU.BJBUU.CJCUU.0.3IKIIAJA.0.3IKIIBJB.0.3IKIICJC当当A

53、相发生接地短路时：相发生接地短路时：在母线处在母线处.1111dUUI z.2222221ddUUI zUI z.0000dUUI z.120AUUUU单相接地短路单相接地短路 故障点故障点A相电压相电压 接线方式（由于有零序分量，各继电器引入零序补偿量）接线方式（由于有零序分量，各继电器引入零序补偿量）(1)AK.1200AddddUUUU对输电线路对输电线路z2=z1， 表示保护安装点的正序电压、负序电压、表示保护安装点的正序电压、负序电压、零序电压；零序电压； 为短路点处的正序电压、负序电压、零序电为短路点处的正序电压、负序电压、零序电压。压。.0.2.1UUU、.0.2.1dddUUU

54、、保护安装处：保护安装处：)(.0.2.1IIIIAdddAUUUzIzIzIUUUU2.1.0.1.21.10.0.2.1.0.)0(2.1.0.dddUUU.010.1)(IzzIzA33)(.0110.1IzzzIzA3.0.1IKIzA1.0.0.1.3)3(zIKIIKIzIUZAAJAJAJAB、C相的电压、电流接近正常电压、电流，故相的电压、电流接近正常电压、电流，故B、C相不会误动。相不会误动。z0-z1取 K=3z1接线方式接线方式接地距离保护接线方式接地距离保护接线方式相间距离保护接线方式相间距离保护接线方式A相相B相相C相相AB相相BC相相CA相相单单 相相接接地地+ 两

55、两相相接接地地AB+BC+CA 两两相相不不接接地地AB+BC+CA 三三相相ABC“+”表示能正确反应故障距离；表示能正确反应故障距离；“”表示不能正确反应故障距表示不能正确反应故障距离离 故障类型故障类型.AU.03AIK I.ABU.ABII.BU.03BIK I.03CIK I.CU.BCU.BCII.CAII.CAU当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时故障线路当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时故障线路的残余电压将降低为零，三相短路时，的残余电压将降低为零，三相短路时，AB相短路时，相短路时， ；此时，任何具有方向性的继电器因；此时，任何具有方向性的继电器因加入的电压为零

56、而不能动作，从而出现保护装置的电压加入的电压为零而不能动作，从而出现保护装置的电压“死区死区”。故在实际应用中，装设记忆回路把故障前的。故在实际应用中，装设记忆回路把故障前的 记忆下来，在故障时，用记忆电压记忆下来，在故障时，用记忆电压 来计算。来计算。0.CABCABUUU0.ABUJU.)0(.JU)0(.JUXC=XL，R5非常大，在稳态时，非常大，在稳态时，XC、XL相互抵消，相互抵消，R5相当大，相当大，等于开路，等于开路， 。 BCJBCUU.)0(.BCU.BU.CULX.BAUPR.PICX.(0)JBCU5R.5RI.()AU强制分量参考电压.LI出口处发生三相短路时，变成谐

57、振回路，按出口处发生三相短路时，变成谐振回路，按50Hz工频振荡，逐渐衰减到零，且维持相位工频振荡，逐渐衰减到零，且维持相位不变。不变。1、三相短路时，能够记忆，由、三相短路时，能够记忆，由RP、XC、XL构成谐振构成谐振回路，回路， 能够记忆故障前能够记忆故障前 的相位。的相位。（ ）利用谐振电压记忆故障前的状态，）利用谐振电压记忆故障前的状态，快速响应，在记忆时间内完成保护动作。快速响应，在记忆时间内完成保护动作。.0ABCUUU.(0)JBCU.BCULLCPPjXIjXRI.)(代入得：将.5PRLIII5.()()PPCRPLI RjXIIjX5.PPRLI RI jX5.LPRPX

58、IjIR.BCU.BU.CULX.BAUPR.PICX.(0)JBCU5R.5RI.()AU强制分量参考电压.LI2、BC相短路（同时有强制分量相短路（同时有强制分量 ）.AU(2)BCK和和 两点短接两点短接.BU.CU注意注意X XC C=X=XL L5.5RUIBAR.55)(RPLRCLPLPIRXjIjXjXRjXI5.90 ,PRII超前同相与故障前上产生的压降在即故障后由BCJBCpPUURI.)0(.AAUE.PI)0(.JBCUBE.CE.5RICU.BU.BAU.5RI与与 同相同相.BAUR R5 5非常大！其它阻抗可忽略非常大！其它阻抗可忽略综上：综上：（1）由记忆回路

59、和引入第三相电压取得的记忆电压均与）由记忆回路和引入第三相电压取得的记忆电压均与故障前电压同相位。故障前电压同相位。（2）在记忆作用消失前，靠记忆回路取得的记忆电压消）在记忆作用消失前，靠记忆回路取得的记忆电压消除了方向阻抗继电器的电压死区，保证了保护正方向出口除了方向阻抗继电器的电压死区，保证了保护正方向出口处短路时，保护可靠动作，保护反方向出口短路时，保护处短路时，保护可靠动作，保护反方向出口短路时，保护可靠不动作。可靠不动作。（3）在记忆作用消失后，靠引入第三相电压取得的电压，）在记忆作用消失后，靠引入第三相电压取得的电压，一方面可消除保护正方向出口两相短路时的电压死区，同一方面可消除保

60、护正方向出口两相短路时的电压死区，同时可防止保护反方向出口两相短路时，保护可能出现的误时可防止保护反方向出口两相短路时，保护可能出现的误动作。动作。当采用记忆回路时，极化电压当采用记忆回路时，极化电压 将短时记忆短路前负将短时记忆短路前负荷状态下母线电压荷状态下母线电压 的相位，因此在短路后的相位，因此在短路后t=0s瞬间的继瞬间的继电器动作条件为（以电器动作条件为（以 为极化电压）：为极化电压）：)0(.JBCUfU.fU.90arg90fJzdJUI ZU方向阻抗继电器比相式方向阻抗继电器比相式.90arg270fJJzdUUI Z或：或：1、保护正方向短路时、保护正方向短路时 继电器的测