第三章电网的距离

1、第三章 电网的距离保护一、距离保护基本原理一、距离保护基本原理 二、阻抗继电器动作特性二、阻抗继电器动作特性三、阻抗继电器实现方法三、阻抗继电器实现方法四、距离保护的整定计算及对距离保护的评价四、距离保护的整定计算及对距离保护的评价 五、距离保护的振荡闭锁五、距离保护的振荡闭锁六、故障类型判别及故障选相六、故障类型判别及故障选相七、距离保护特殊问题的分析七、距离保护特殊问题的分析八、工频故障分量距离保护八、工频故障分量距离保护第一节 距离保护基本原理及构成一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 电流保护：电流保护：简单、经济、工作可靠；简单、经济、工作可靠；kmmmlZIUZ1距离保护：

2、距离保护：受运行方式、线路长短影响受运行方式、线路长短影响；短路时电压、电流同时变化的特征，短路时电压、电流同时变化的特征，35KV速动性不满足高压电网要求，速动性不满足高压电网要求， M N21kkI反映故障点至保护安装点之间的距离，反映故障点至保护安装点之间的距离，根据距离的远近确定动作时间。根据距离的远近确定动作时间。 M N21setL3KLZSetZRj Xk3ZmmmmmZIUZ依据测量阻抗在不同情况下依据测量阻抗在不同情况下幅值幅值和和相位相位的的“差异差异”，区分系统是否发生故障、故障发生的范围。区分系统是否发生故障、故障发生的范围。2K1Kk1Zk2Z区内：区内：区外：区外：

3、setmZZsetmZZ反方向：反方向：），（900m二、距离保护的接线方式对接线方式的基本要求：对接线方式的基本要求：测量电压测量电压mmmIUZ2 2） Zm与故障类型无关与故障类型无关, ,ZK选取形式选取形式测量电流测量电流1 1）kkmllzZ1 M N211KZK=z1lk）（）（kKkKkKlzIUlzIUlzIU000222111(kIU M N211KkKlzzzzIIU1110033021UUUUkkkkkKlzIlzIlzIlzIlzIU0010101211kKlzIUU1kKlzIKIUU10)3(接地短路接地短路相间短路相间短路相间距离保护接线方式：相间距离保护接线方

4、式：CACABCBCABABmmIUIUIUIU1) 1) 三相短路三相短路kABABmmmlzIUIUZ1kmlZ M N21)3(KkIUkKlzIUU1kABkABABlzIUU1=0三个相间阻抗元件均动作三个相间阻抗元件均动作2) 2) 两相相间短路两相相间短路（AB, ABG）kABkABABlzIUU1kABABmmmlzIUIUZ1=0kmlZkKlzIUU1一个相间阻抗元件动作一个相间阻抗元件动作 M N21)1 , 1()2(, KKkIU3) 3) 单相接地短路单相接地短路( (A) )kABkABABlzIUU1ABKABkABABmmmIUlzIUIUZ1kKlzIUU

5、1kmlZ=0无相间阻抗元件动作无相间阻抗元件动作 M N21)1(KkIUkmlzZ1接地距离保护接线方式：接地距离保护接线方式：000333IKIUIKIUIKIUIUCCBBAAmm1) 1) 三相短路三相短路kAkAAlzIKIUU10)3(kkmllzZ1kklzIKIUU10)3(kAAmmmlzIKIUIUZ103=0三个接地阻抗元件均动作三个接地阻抗元件均动作 M N21)3(KkIU2) 2) 单相接地短路单相接地短路( (A) )kklzIKIUU10)3(kAkAAlzIKIUU10)3(kAAmmmlzIKIUIUZ103kmlZ=0一个接地阻抗元件动作一个接地阻抗元件

6、动作 M N21)1(KkIU3) 3) 两相接地短路（两相接地短路（AB）kmlZkklzIKIUU10)3(kAkAAlzIKIUU10)3(kAAmmmlzIKIUIUZ103=0两个接地阻抗元件动作两个接地阻抗元件动作 M N21)1 , 1(KkIU4) 4) 两相相间短路（两相相间短路（ABAB）01033IKIUlzIKIUIUZAKAkAAmmmkklzIKIUU10)3(kmlZkAkAAlzIKIUU10)3(=0无接地阻抗元件动作无接地阻抗元件动作 M N21)2(KkIU(3)K1)(1,K(1)K(2)K接地短路距离保护接地短路距离保护相间短路距离保护相间短路距离保护

7、相间短路的故障环路为相间短路的故障环路为 相相故障环路相相故障环路。 测量电压、测量电流取用了测量电压、测量电流取用了故障环路（故障电流故障环路（故障电流流通的回路）流通的回路）电压、电流量。电压、电流量。kKlzIUU1kKlzIKIUU10)3(接地短路的故障环路为接地短路的故障环路为 相地故障环路；相地故障环路；三、距离保护的构成启动部分：判别系统是否发生故障启动部分：判别系统是否发生故障, 负序负序/零序零序, 电流突变量电流突变量测量部分：测量故障距离（阻抗）测量部分：测量故障距离（阻抗）, 由阻抗元件构成，三段由阻抗元件构成，三段振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动振荡闭锁：系统

8、振荡时，防止距离保护误动TV 断线：断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动防止由于测量电压消失而使测量部分误动第二节 阻抗继电器及其动作特性 阻抗继电器：阻抗继电器：由于互感器误差、故障点由于互感器误差、故障点过渡电阻，过渡电阻，Zm落在落在 Zset 附附近的一个区域中。近的一个区域中。测量故障环路的测量阻抗测量故障环路的测量阻抗Zm，与整定阻抗，与整定阻抗Zset比较，比较，确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 动作区域动作区域圆形圆形四边形四边形苹果形苹果形橄榄形等橄榄形等LZSetZRj Xk3Zk1Zk2Z M N211kkIse

9、tL2k3k一、一、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动作特性：动作区域的形状（圆、四边形等动作特性：动作区域的形状（圆、四边形等）；）；几何图形、动作方程几何图形、动作方程1. 1. 圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器偏移圆、偏移圆、上抛圆、上抛圆、偏转圆偏转圆方向圆、方向圆、全阻抗圆全阻抗圆 M N211kkIsetL2k3kLZSetZRj Xk3Zk1Zk2Z圆内为动作区圆内为动作区1 1）偏移阻抗圆特性）偏移阻抗圆特性两矢量末端的连线作圆两矢量末端的连线作圆 M N211kkIsetL2k3kRj X1setZ2setZ圆心：圆心：)(21210setsetZ

10、ZZ2121setsetZZR正方向整定阻抗正方向整定阻抗Zset1, 圆内为动作区圆内为动作区; ;圆外为非动作区。圆外为非动作区。半径：半径：Z0反方向整定阻抗反方向整定阻抗Zset2（1 1）幅值比较方式）幅值比较方式RZZm0动作方程：动作方程：Rj X1setZ2setZZ0Zm0ZZm21212121setsetsetsetmZZZZZ圆周上任何一点到圆心的距离均等于半圆周上任何一点到圆心的距离均等于半径径其中其中0Z圆心向量圆心向量 （2 2）相位比较方式）相位比较方式12arg90setmmsetZZZZ动作方程：动作方程：Rj X1setZ2setZZ0ZmmsetZZ12s

11、etmZZ 0ZZm1290arg90setmmsetZZZZ 当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上时当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上时 当测量阻抗落在圆内的任一点上时当测量阻抗落在圆内的任一点上时Zm12arg90setmmsetZZZZ 1setmZZ2msetZZ 当测量阻抗落在左上部分圆周的任一点上时当测量阻抗落在左上部分圆周的任一点上时90arg9021setmmsetZZZZ 因而测量元件的动作条件可以表示为因而测量元件的动作条件可以表示为 圆周上任何一点到直径两圆周上任何一点到直径两端点之间的夹角均等于端点之间的夹角均等于9090 动作阻抗动作阻抗Z Zopop：使阻抗元件处

12、于临界动作状态的阻抗。使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。不同的。 最灵敏角：最灵敏角：Rj X1setZ2setZZ0 方向性：方向性：能够消除方向阻抗元件在正能够消除方向阻抗元件在正 向出口处的保护死区，但同时反方向向出口处的保护死区，但同时反方向 故障也存在误动的可能，所以没有完故障也存在误动的可能，所以没有完 全的方向性。全的方向性。 应用：应用：距离保护的后备段（第距离保护的后备段（第III段）段）set1（线路阻抗角）（线路阻抗角）ZOP1ZOP2保护范围最长保护范围最长动作阻抗最大动作阻抗最大2setZ1s

13、etZZ0setZ2 2）方向阻抗圆特性）方向阻抗圆特性 M N211kkIsetL2k3kRj X圆心：圆心：setZZ210setZR21半径：半径：90arg90mmsetZZZ动作方程：动作方程：setsetmZZZ2121ZmmsetZZ0,21setsetsetZZZ 动作阻抗动作阻抗Z Zopop： 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。不同的。 最灵敏角：最灵敏角： 方向性：方向性：当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件 本身具有方向性。本身具有方向性。 应用：应用：距离保护的主保护段（第距离保护的主保护

14、段（第I、II段）段）set线路阻抗角线路阻抗角Z0setZRj XZmmsetZZ动作阻抗最大动作阻抗最大保护范围最保护范围最长长3 3）全阻抗圆特性）全阻抗圆特性 M N211kkIsetL2k3k圆心：圆心：00ZsetZR 半径：半径：动作方程：动作方程：setmZZsetsetsetsetZZZZ21,Rj XsetZZmmsetZZsetmZZ 90arg90setmmsetZZZZ 动作阻抗动作阻抗Z Zopop： 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。 方向性：方向性：无方向性。无方向性。 应用：应用：单侧电源系统中。单侧电源系统中。Rj Xs

15、etZ4 4）上抛圆特性）上抛圆特性 M N211kkIsetL2k3k圆心：圆心：)(21210setsetZZZ半径：半径：动作方程：动作方程：21021setsetZZZRj X2setZ1setZmZ90arg9021setmmsetZZZZ 应用：应用：发电机失磁保护。发电机失磁保护。5 5）特性圆的偏转）特性圆的偏转 M N211kkIsetL2k3k动作方程：动作方程：90arg9021setmmsetZZZZ1setZRj X2setZ0偏转偏转30153015动作范围：动作范围：1801802. 2. 苹果圆特性和橄榄形特性苹果圆特性和橄榄形特性mmsetZZZarg9090

16、苹果形苹果形橄榄形橄榄形抗过渡电阻能力强，耐过负荷能力差抗过渡电阻能力强，耐过负荷能力差抗过渡电阻能力差，耐过负荷能力强抗过渡电阻能力差，耐过负荷能力强j XRsetZRsetZj X3. 3. 直线特性阻抗元件直线特性阻抗元件90arg90setsetmjXjXZj XRsetjXsetXj2mZsetmjXZ setmmXjZZ290arg90setsetmjXjXZsetmXjZ21) 1) 电抗特性电抗特性无方向性，耐过渡电阻能力强，重负荷情况下可能无方向性，耐过渡电阻能力强，重负荷情况下可能误动，一般不单独采用（复合特性元件）。误动，一般不单独采用（复合特性元件）。90arg90se

17、tsetmRRZsetmmRZZ290arg90setsetmRRZ2) 2) 电阻特性电阻特性j XRsetR2setR90arg90setmZZsetmsetmZZZZ3) 3) 方向特性方向特性j XRsetZmZsetZsetmZZ setmZZ 4. 4. 多边形特性多边形特性Rj X2134RsetXset745154321克服圆特性的缺点，兼顾耐受过电阻和过负荷的能力克服圆特性的缺点，兼顾耐受过电阻和过负荷的能力5. 5. 复合特性复合特性ABCD90arg90DCBAZZZZ二、幅值比较和相位比较之间的关系22;BADBACDCBDCAZZZZZZZZZZZZBAZZ90arg

18、90DCZZABCD90arg270DCBAZZZZABCD90argDCBAZZZZ90arg9021setmmsetZZZZ21212121setsetsetsetmZZZZZ90arg90mmsetZZZsetsetmZZZ2121setmZZ90arg90setmmsetZZZZj XsetZZ0setZRj XZmmsetZZRj X1setZ2setZZ0第三节 阻抗继电器的实现 M N211kkIsetL2k3k动作特性的实现有两种方法：（1）精确测量Zm（2）无需精确测量Zm，间接判断故障位置微机保护;模拟保护一、绝对值比较原理的实现ABZZAmBmZIZIABUU电压形式的比

19、幅方程（模拟式保护）电压形式的比幅方程（模拟式保护）1. 1. 模拟式保护中绝对值比较的实现模拟式保护中绝对值比较的实现setsetmZZZ2121TA绝绝对对值值比比较较回回路路RmIIK21mIIK21mUUKAUBUTVmIAIKU21mUmIBUKIKU21setmsetmmZIZIU2121方向特性阻抗继电器方向特性阻抗继电器setUIZKKKI：阻抗量纲KU：无量纲2. 2. 数字式保护中绝对值比较的实现数字式保护中绝对值比较的实现既可用电压形式实现，也可用阻抗形式实现。既可用电压形式实现，也可用阻抗形式实现。ABZZABUU电压电压/ /电流采样值电流采样值 测量电压测量电压/

20、/电流基波相量电流基波相量mmIUmmmmmImIRmUmIRmZIUIUZIjIIIUjUUUsetsetmZZZ2121setmsetmmZIZIU2121二、相位比较原理的实现90arg90DCUU9090mmsetmUUZIarg相相位位比比较较回回路路RmIIKmUUKCUDUTATVmUUK90arg90mUmUmIUKUKIK1. 1. 模拟式保护中相位比较的实现模拟式保护中相位比较的实现.mUK I90arg90setmmZZZ2. 2. 数字式保护中相位比较的实现数字式保护中相位比较的实现（1 1） 阻抗形式阻抗形式90arg90DCUU9090mmsetmUUZIarg90

21、arg90DCZZ90arg90mmsetZZZ（2 2） 电压形式电压形式- - 相量比较形式相量比较形式00)cos(DICIDRCRDCDCUUUUUU- - 瞬时值比较形式瞬时值比较形式0)()()4()4(nunuNnuNnuDCDC 若用电压比较算法，又可以分为相量比较和瞬若用电压比较算法，又可以分为相量比较和瞬时采样值比较两种。时采样值比较两种。 （1 1）相量比较方式。电力系统故障时，微机）相量比较方式。电力系统故障时，微机保护装置首先应用傅式算法等计算方法，求出保护装置首先应用傅式算法等计算方法，求出保护安装处的测量电压保护安装处的测量电压 和测量电流和测量电流 ，然后根据动

22、作特性的要求求出相量然后根据动作特性的要求求出相量 和和 ，既可以用幅值和相角表示为极坐标，既可以用幅值和相角表示为极坐标形式，也可以用实部和虚部表示成直角坐标的形式，也可以用实部和虚部表示成直角坐标的形式形式.CCCCRCIDDDDRDIUUUjUUUUjU.CU.DU.mU.mI 即即 和和 两个比较相量之间的相位差为两个比较相量之间的相位差为C C D D。各种不同的相位比较方程，就是判断该。各种不同的相位比较方程，就是判断该相位差是否在给定的动作边界和范围之内。相位差是否在给定的动作边界和范围之内。 1）动作范围为）动作范围为-90 90。此时，相位比。此时，相位比较动作的条件为较动作

23、的条件为 即即 比相动作的条件可以表示为比相动作的条件可以表示为.CU.DU9090CDcos()0CDcoscossinsin0CCDDCCDDCRDRCIDIUUUUU UU U0CRDRCIDIU UU U 由于该式是通过相角差余弦的形式导出的，所由于该式是通过相角差余弦的形式导出的，所以它又可以称为余弦型相位比较判据以它又可以称为余弦型相位比较判据 还可以用下面的方法导出还可以用下面的方法导出22()()DRDICCRCIDDRDICRDRCIDIDRCICRDIUUjUUUjUU UU Uj UUU UUU22()0DRDICRDRCIDIU UU UUU 2 2）动作范围为）动作范

24、围为0 0 180180。此时，相位比较。此时，相位比较动作的条件为动作的条件为 即即 比相动作的条件可以表示为比相动作的条件可以表示为 由于该式是通过相角差正弦的形式导出的，所由于该式是通过相角差正弦的形式导出的，所以它又可以称为正弦型相位比较判据以它又可以称为正弦型相位比较判据0180CDsin()0CDsincoscossin0CCDDCCDDCIDRCRDIUUUUU UU U0CIDRCRDIU UU U（2 2）瞬时采样值比较方式。）瞬时采样值比较方式。与比较电压对应的瞬时电压可以表示为与比较电压对应的瞬时电压可以表示为若当前的采样时刻为若当前的采样时刻为n n，则当前时刻的采样值

25、表示，则当前时刻的采样值表示为为工频工频1/41/4周期以前时刻的采样值表示为周期以前时刻的采样值表示为2sin()2sin()CCCDDDuUtuUt( )2sin()( )2sin()CCnCDDnDunUtunUt(/4)2sin (/4)2cos()(/4)2sin (/4)2cos()CCnCCnCDDnDCnDu nNUtTUtunNUtTUt 对应项平方相加对应项平方相加 将对应项相除，则将对应项相除，则 若令若令222222( )(/4)2( )(/4)2CCCDDDununNUununNU( )tan()(/4)( )tan()(/4)CnCCDnDDuntunNuntunN

26、( ),(/4)( ),(/4)CICCRCDIDDRDUun UunNUun UunN 则则 这种算法只需要采用相隔这种算法只需要采用相隔1/4工频周期的两个采工频周期的两个采样值就可以完成比相，故可称为比相的样值就可以完成比相，故可称为比相的两点积算两点积算法。法。22222222CDCICRDIDRUUUUUUtan()tan()CInCCRDInDDRUtUUtU(/4)(/4)( )( )0(/4)( )( )(/4)0CDCDCDCDunNunNun ununNunun unN 三、比较工作电压相位法实现的故障区段判断三、比较工作电压相位法实现的故障区段判断 通过比较工作电压相位的

27、原理实现故障区段测量通过比较工作电压相位的原理实现故障区段测量和判断的方法。和判断的方法。 1 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 在距离保护中，工作电压又称为补偿电压，通常在距离保护中，工作电压又称为补偿电压，通常用用 表表示，定义为保护安装处测量电压示，定义为保护安装处测量电压 与测量电流与测量电流 的线性组合，即的线性组合，即 按照如图所示的参考方向，在系统正常时，上式按照如图所示的参考方向，在系统正常时，上式中的补偿电压就是线路上中的补偿电压就是线路上z z点的运行电压，它在点的运行电压，它在量值上接近额定电压，相位上基本与测量电压同量值上接近额定电压，相位

28、上基本与测量电压同相位。相位。OPmmsetUUI ZOPUmUmI 正方向区外正方向区外k2点短路点短路时，时， 为为母线母线M处的残余电压处的残余电压而而是整定点是整定点z点的残余点的残余电压。两者相位相同。电压。两者相位相同。 反方向反方向k3点短路时，点短路时， 分别为分别为N侧电源在侧电源在M、z处的残余电压，两者相处的残余电压，两者相位相同。位相同。2mmkUI ZOPmmsetUUI Z3mmkUI Z 3()OPmksetUIZZ 正方向区内正方向区内k1点短路时，点短路时， 母线母线M处的残余电压处的残余电压 系统中没有任何一点的实际电压与工作电压系统中没有任何一点的实际电压

29、与工作电压 相对应，此时相对应，此时 与与 相位相反。相位相反。 结论：以测量电压为参考相量，工作电压相位关结论：以测量电压为参考相量，工作电压相位关系：系： 保护区内短路故障，工作电压小于保护区内短路故障，工作电压小于0，工作电压，工作电压与测量电压反相位；与测量电压反相位； 而而保护外或反方向短路故障，工作电压大于保护外或反方向短路故障，工作电压大于0，工作电压与测量电压同相位。工作电压与测量电压同相位。 1mmkUI Z1()OPmsetkUIZZ OPUOPUmU M N211kkIsetL2k3kz z正常运行：正常运行：K2：K3：K1：mresetmmopUUZIUU不同地点短路

30、时，工作电压和参考电压的相位关系：不同地点短路时，工作电压和参考电压的相位关系：Z点电压，接近额定电压，基本同相点电压，接近额定电压，基本同相Z点残余电压，基本同相点残余电压，基本同相Z点残余电压，基本同相点残余电压，基本同相无物理意义，无物理意义， 基本反相基本反相mUopUmUopUmUopU90arg270reopUU 在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，区内故障时测量电压和工作电压之因素的存在，区内故障时测量电压和工作电压之间的相位也并不一定正好相反，区外故障时也并间的相位也并不一定正好相反，区外故障时也并不一定正好相同。不一

31、定正好相同。 为保证区内故障时可靠动作，只要测量电压与工为保证区内故障时可靠动作，只要测量电压与工作电压之间相位差在作电压之间相位差在180度左右的一个范围内，度左右的一个范围内，测量元件就应该动作，而在测量元件就应该动作，而在0度左右的一个范围度左右的一个范围内时，应该可靠不动作。这样，测量元件动作的内时，应该可靠不动作。这样，测量元件动作的条件可以表示为条件可以表示为12180arg180opmUU 若取若取1= 2 = 90，则，则 分子分母同除以分子分母同除以所以对应的特性也是方向圆特性。所以对应的特性也是方向圆特性。 优点：动作具备方向性。优点：动作具备方向性。 缺点：方向阻抗继电器

32、出现缺点：方向阻抗继电器出现“电压死区电压死区” （保（保护正向附近三相短路护正向附近三相短路 ） 消除方法：引入第三相电压消除方法：引入第三相电压90arg270mmsetmUI ZUmI90arg90setmmZZZ9090mmsetmUUZIarg270arg90msetmmUZIUopU工作电压（补偿电压）reU参考电压（极化电压）270arg90reopUU2. 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90arg270msetmmUZIU M N211kkIsetL2k3kz z保护正方向出口短路，保护正方向出口短路，能否正确动作？能否正确动作？不能，不能，Um=

33、0相位不随故障位置变化相位不随故障位置变化出口短路时不为零出口短路时不为零参考电压参考电压除了三相短路外，出口短路时正序电压不为零。除了三相短路外，出口短路时正序电压不为零。相当于引入了非故障相电压。相当于引入了非故障相电压。mreUU1mreUU 对于不同类型和相别的故障，应取故障环路上的对于不同类型和相别的故障，应取故障环路上的电压、电流作为继电器的测量电压和测量电流。电压、电流作为继电器的测量电压和测量电流。同样，构成参考电压的正序电压，也应该取故障同样，构成参考电压的正序电压，也应该取故障环路上的电压。例如在接地距离保护接线下，环路上的电压。例如在接地距离保护接线下，A相测量元件中相测

34、量元件中 应选取应选取A正序电压作为参考电压正序电压作为参考电压 而在相间距离接线方式下，而在相间距离接线方式下，BC相测量元件中相测量元件中 则应选取参考电压为则应选取参考电压为mAUU1refAUUmBCUU111refBCBCUUUU (1)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： 以最严重的出口短路为例，假设短路前后非故障以最严重的出口短路为例，假设短路前后非故障相的电压不变。相的电压不变。 1）A相单相接地短路。出口相单相接地短路。出口A相单相接地短路时，相单相接地短路时，保护安装处的三相电压为保护安装处的三相电压为 出口单相接地故障时，故障相正序

35、电压的相位与出口单相接地故障时，故障相正序电压的相位与该相故障前电压的相位相同，幅值等于该相故障该相故障前电压的相位相同，幅值等于该相故障前电压的前电压的2/3000BCABCUUUUU202001112()(0)333BCAAABCUUUUUUU 2)A、B相两相接地短路。出口相两相接地短路。出口A、B相两相接地相两相接地短路时，短路时， 即出口两相接地故障时，两故障相正序电压的相即出口两相接地故障时，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1/3,两故障相间正序电压的相位两故障相间正序电压的相位与该两相

36、故障前相间电压的相位相同，幅值等于与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前电压的故障前电压的1/3。000CABCUUUU22001111()(00)333CAAABCUUUUUU2001111()(00)333CBBABCUUUUUU011113ABABABUUUU 3)A、B相两相不接地短路。出口相两相不接地短路。出口A、B相两相不相两相不接地短路时，接地短路时， 即出口两相不接地故障时，两故障相正序电压的即出口两相不接地故障时，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于故障前电压的1/2,两故障相间正序电

37、压的相两故障相间正序电压的相位与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等位与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前电压的于故障前电压的1/2。060012ACiABCUUUeUU2060060200111 111()()33 222AACAiiAABCUUUUU eU eUU2206006000111 111()()33 222AACBiiBABCUUUUU eU eUU011112ABABABUUUU 4)A、B、C相三相对称短路。出口相三相对称短路。出口A、B 、C相相三相对称短路三相对称短路 即出口三相对称短路时，各正序电压都为即出口三相对称短路时，各正序电压都为0，正，正序参考电

38、压将无法应用。序参考电压将无法应用。 但但当发生非出口三相短路时，正序电压将不再为当发生非出口三相短路时，正序电压将不再为0，变成相应相或相间的残余电压，如果残余电，变成相应相或相间的残余电压，如果残余电压不低于额定电压的压不低于额定电压的1015，正序参考电，正序参考电压可以使用。压可以使用。 在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正序电压都有较大的量值。序电压都有较大的量值。 正序正序参考电压可以使用。参考电压可以使用。0ABCUUU1110ABCUUU1110ABBCCAUUU M N211kmIMENE（1）不同故障情况下正序参考电压的变化分

39、析）不同故障情况下正序参考电压的变化分析结论：结论：在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正序在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正序电压都有较大的量值，相位与故障前的环路电压相同。电压都有较大的量值，相位与故障前的环路电压相同。单相接地单相接地A A：0132AAUU两相接地两相接地ABAB：0131AAUU0131BBUU0131ABABUU两相相间两相相间ABAB：0121AAUU0121BBUU0121ABABUU三相短路三相短路：0111CBAUUU0111CABCABUUU (2)以正序电压为参考电压的测量元件的动作特以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性性 正序电压作为参

40、考电压时，有两种应用方式：正序电压作为参考电压时，有两种应用方式： 一种是参考电压等于相应相或相间的正序电一种是参考电压等于相应相或相间的正序电压压 ， 另一种是令参考电压等于其负值另一种是令参考电压等于其负值 。 或或1refmUU1refmUU 121argopmUU121argopmUU1122180180 如果如果 则上述两式中所代表的动作特性相同。因此可以则上述两式中所代表的动作特性相同。因此可以应用两式中的任何一个来实现相应的特性。应用两式中的任何一个来实现相应的特性。 令令 动作方程为动作方程为 对于按接地距离接线方式接线的对于按接地距离接线方式接线的相测量元件来相测量元件来说说

41、1122180180129090190arg90opmUU01(3)90arg90setUIKIZUmUU11mUU 设系统的正序、负序阻抗相等，则保护安装处故设系统的正序、负序阻抗相等，则保护安装处故障相的电压和正序电压可分别表示为障相的电压和正序电压可分别表示为 0m(3 )UIKIZ11 M 11MM 1102MMMEUEI ZECZZZ1MM11101MM10M1m10(1)2(1)(3)()2MCZUEZZCZIKIZZZZME式 中 ：M侧系统电源的电动势侧系统电源的电动势 动作条件表示为动作条件表示为190arg90msetMmZZZZ-（）190arg90setmMmZZZZ（

42、）01(3)90arg90setUIKIZU0m0set(3 )(3 )opUIK I ZIK I Z 1MM110(1)2CCZKZZ（2）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90arg901msetmmUZIU90arg90reopUU正方向单相接地正方向单相接地90)3(arg9010UZIKIUset接地距离元件：接地距离元件：90arg901MmsetmZZZZZset-ZM1结论：动作区域包含坐标原点（保护出口）结论：动作区域包含坐标原点（保护出口）； 耐过渡电阻能力增强；耐过渡电阻能力增强； 不失方向性。不失方向性。 M N211km

43、IMENE反方向单相接地反方向单相接地90)3(arg9010UZIKIUset90)(arg901NZZZZmsetm结论：动作区域为上抛圆，保护反方向出口短路结论：动作区域为上抛圆，保护反方向出口短路 不误动。不误动。Zset1NZ M N211kmIMENE111MNNNZZZZm 按相间距离接线的相（可取按相间距离接线的相（可取AB、BC、CA）测量）测量元件来说，元件来说， 比相动作的条件为比相动作的条件为mUU11mUU190arg90setUIZU-3. 以记忆电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针对：针对：出口三相短路的电压死区。出口三相短路的电压死区。 M

44、N211kmIMENE措施：措施：利用记忆电压作为参考电压。利用记忆电压作为参考电压。分析：分析：以以AB相间阻抗元件为例相间阻抗元件为例90arg90msetmmUZIU90)(arg900ABsetBAABUZIIU90arg901MZZZZmmsetZset-ZM1正正向向短短路路mBAABZIIU)()(10MmBAABZZIIEUAB2k反反向向短短路路 M N211kmIMENE90arg90msetmmUZIU90)(arg900ABsetBAABUZIIUZset1NZZm初态特性：初态特性：上述偏移圆特性、上抛圆特性仅在故障发上述偏移圆特性、上抛圆特性仅在故障发 生后最初的一

45、段时间成立。生后最初的一段时间成立。mBAABZIIU)()(10NmBAABZZIIEUAB/190arg90()setmNmZZZZ说明以记忆电压为参考电压的测量元件也具有明确的方向性。说明以记忆电压为参考电压的测量元件也具有明确的方向性。/1ABNEZN系统电源的电动势侧系统的正序阻抗与线路正序阻抗之和 在传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过在传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过LC谐振记忆回路获得的，谐振记忆回路获得的， 即系统正常运行时，测量电压为额定电压，即系统正常运行时，测量电压为额定电压，LC谐振回路储存一定的电磁能量；谐振回路储存一定的电磁能量； 系统出口短路时，测量电压

46、变为系统出口短路时，测量电压变为0，依靠，依靠LC回路回路的的自由振荡，记忆故障前的测量电压。的的自由振荡，记忆故障前的测量电压。 由于由于回路电阻的存在，记忆是逐渐衰减的，故障回路电阻的存在，记忆是逐渐衰减的，故障一定时间后，记忆电压将衰减到故障后的测量电一定时间后，记忆电压将衰减到故障后的测量电压，动作特性将变成经过原点的方向圆特性。压，动作特性将变成经过原点的方向圆特性。 四、阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压四、阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压为保证动作的可靠性，实现绝对值比较原理的比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，较电路有一定的动作门槛，即

47、即只有只有 与与 之差大于一个固定门槛值之差大于一个固定门槛值U0时才会时才会动作。动作。对于对于具有圆特性的方向阻抗继电器来说，具有圆特性的方向阻抗继电器来说，.AU.BU.1122mmABmIIUUK IUK IK U.01122mmmIIUK IK IK UU01122setsetmUmUZZZK I.mUK IIsetUKZKmmmUZI 在保护区的末端附近金属性短路的情况下，测量在保护区的末端附近金属性短路的情况下，测量阻抗的阻抗角与整定阻抗的阻抗角相等，且测量阻抗的阻抗角与整定阻抗的阻抗角相等，且测量阻抗的阻抗值大于整定值的阻抗的阻抗值大于整定值的1/2，这时上式中的，这时上式中的

48、则则使继电器的测量阻抗处于临界动作状态，就是继使继电器的测量阻抗处于临界动作状态，就是继电器的动作阻抗电器的动作阻抗,记为记为ZOP，显然，显然1122setmsetmZZZZ0msetUmUZZK I0OPsetUmUZZK I M N211kmIMENE 理论上此时的整定阻抗处于继电器的动作边缘，理论上此时的整定阻抗处于继电器的动作边缘，继电器的整定阻抗应该等于动作阻抗，但是由于继电器的整定阻抗应该等于动作阻抗，但是由于误差及动作门槛，继电器实际的动作阻抗与输入误差及动作门槛，继电器实际的动作阻抗与输入电流的关系如图所示。电流的关系如图所示。 由图可见，当继电器由图可见，当继电器 测量电流

49、较小时，动测量电流较小时，动 作阻抗将比整定阻抗作阻抗将比整定阻抗 明显减小，即实际的明显减小，即实际的 保护范围将比整定范保护范围将比整定范 围小，这将影响到与它相邻围小，这将影响到与它相邻 的保护的配合，而可能引起非选择性动作。的保护的配合，而可能引起非选择性动作。0OPsetUmUZZK IIOP.min是使动作阻抗降为是使动作阻抗降为0对应的测量电流，称对应的测量电流，称为最小动作电流。为最小动作电流。 实际电流小于最小动作电流时无论测量阻抗为多实际电流小于最小动作电流时无论测量阻抗为多少时，测量元件都不会动作。少时，测量元件都不会动作。Iac.min 和和 Iac.max 都是使动作

50、阻抗降为都是使动作阻抗降为0.9 ZSet 对应的测量电流，对应的测量电流， 每个阻抗继电器都有它实际的每个阻抗继电器都有它实际的 曲线，曲线，为了把动作阻抗与整定阻抗的差距限制在一定的为了把动作阻抗与整定阻抗的差距限制在一定的范围内，规定了精确工作电流这项指标。范围内，规定了精确工作电流这项指标。()OPmZf IIac.min为阻抗继电器最小精确工作电流，指当动为阻抗继电器最小精确工作电流，指当动作阻抗等于作阻抗等于0.9倍的整定阻抗倍的整定阻抗ZSet时，流入继电时，流入继电器的最小电流，当测量电流大于时，保证继电器器的最小电流，当测量电流大于时，保证继电器的起动阻抗与整定阻抗的误差在的

51、起动阻抗与整定阻抗的误差在10%以内以内 Iac.max为阻抗继电器最大精确工作电流为阻抗继电器最大精确工作电流,则则 最小精确工作电流与整定阻抗值的乘积，称为阻最小精确工作电流与整定阻抗值的乘积，称为阻抗继电器的最小精确工作电压，用抗继电器的最小精确工作电压，用Uac.min表示表示0.min0.9OPsetsetUacUZZZK I0.min0.1setUacUZK I0.min.min10acacsetUUUIZK 只有实际的测量电流在最小和最大精确工作电流只有实际的测量电流在最小和最大精确工作电流之间、测量电压在最小精确工作电压以上时，三之间、测量电压在最小精确工作电压以上时，三段式距

52、离保护才能准确地配合工作，其误差已被段式距离保护才能准确地配合工作，其误差已被考虑在可靠系数中。考虑在可靠系数中。 最小最小精确工作电流是距离保护测量元件的一个重精确工作电流是距离保护测量元件的一个重要参数，越小越好。要参数，越小越好。 校验测量元件精确电流：一般是指对最小精确工校验测量元件精确电流：一般是指对最小精确工作电流的校验。作电流的校验。 要求要求在保护区内发生短路时，通入继电器的最小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，裕度系数不小于度，裕度系数不小于1.52，即，即.min.min1.5kma

53、racIKI第四节 距离保护的整定计算及评价 一、距离保护的整定计算CABDRjX12ABCD保护为三段式：保护为三段式：I、II段：方向特性段：方向特性 III段：偏移特性段：偏移特性距离保护的整定计算，就是根距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情据被保护电力系统的实际情况，确定计算出距离保护况，确定计算出距离保护段、段、段和段和段测量元件的段测量元件的整定阻抗以及整定阻抗以及段和段和段的段的动作时限。动作时限。1. 1. 距离一段距离一段ABABIrelIsetZZKZ)85. 08 . 0(1 .%85%minl12ABCDBCBCIrelIsetZZKZ)85. 08 .

54、0(2 .sttIII012距离保护距离保护段为无延时的速动段，它应该只反应本线路段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路作。所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。以末端短路时的测量阻抗来整定。以A处保护为例，测处保护为例，测量元件的整定阻抗为。原则：按躲过线路末端故障整量元件的整定阻抗为。原则：按躲过线路末端故障整定。定。2. 2. 距离二段距离二段8 . 0)(2 .1 .IIrelIsetABIIrelIIsetKZZKZ

55、kbABABkBCABABABAmZKZIZIZIIUZ1)(2 .min.1 .IsetbABIIrelIIsetZKZKZ12AB1k12ABC1k助增：使测量阻抗增大助增：使测量阻抗增大外汲：使测量阻抗减小外汲：使测量阻抗减小1) 1) 与相邻线路一段配合与相邻线路一段配合12ABCD 在图（在图（a）中）中 其值大于其值大于1， 使得使得保护保护1测量到的阻抗大于从测量到的阻抗大于从A母线处到故障点母线处到故障点之间的阻抗之间的阻抗ZA-BZK 。这种使测量阻抗变大的分。这种使测量阻抗变大的分支，称为助增分支，对应的电流称为助增电流支，称为助增分支，对应的电流称为助增电流1332111

56、1bIIIIKIII 在图（在图（b）中）中 其值小于其值小于1，使使 得保护得保护1测量到的阻抗小于从测量到的阻抗小于从A母线处到故障母线处到故障点之间的阻抗点之间的阻抗ZA-BZK 。这种使测量阻抗变小。这种使测量阻抗变小的分支，称为外汲分支，对应的电流称为外汲的分支，称为外汲分支，对应的电流称为外汲电流。电流。13321111bIIIIKIII 原则原则2：与相邻变压器的快速保护相配合。当被：与相邻变压器的快速保护相配合。当被保护线路的末端接有变压器时，距离保护保护线路的末端接有变压器时，距离保护段段应与变压器的快速保护（一般是差动保护）相应与变压器的快速保护（一般是差动保护）相配合，其

57、动作范围不应超出变压器快速保护的配合，其动作范围不应超出变压器快速保护的范围。范围。 （考虑到变压器阻抗误差较大）（考虑到变压器阻抗误差较大） 当被保护线路末端既有出线又有变压器时，当被保护线路末端既有出线又有变压器时，取上述两项中数值小者作为保护取上述两项中数值小者作为保护II段整定阻抗段整定阻抗 .1.min()IIIIsetrelA BbtZKZKZ0.70.75IIrelK12AB1k1kstII15 . 012) 2) 与相邻变压器的快速保护配合与相邻变压器的快速保护配合75. 07 . 0)(min.1 .IIreltbABIIrelIIsetKZKZKZ)(2 .min.1 .I

58、setbABIIrelIIsetZKZKZ12AB1k1k取小值作为定值取小值作为定值25. 11 .ABIIsetsenZZK灵敏度校验：灵敏度校验：l按本线路末端故障校验灵敏度。按本线路末端故障校验灵敏度。若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护II段配合。段配合。 （4）动作时间的整定：）动作时间的整定： 距离距离段的动作时间整定，应比与之配合的相段的动作时间整定，应比与之配合的相邻元件的保护动作时间大一个时间级差邻元件的保护动作时间大一个时间级差t t 式中式中 与本保护配合的相邻元件保护段（与本保护配合的相邻元件保护段（x x为为或或段）最大的

59、动作时间段）最大的动作时间( )120.5IIxttts ( )2xt 3、距离保护、距离保护III段整定段整定 (1)整定阻抗整定阻抗 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段或段或III段配段配合整定。合整定。 在与相邻下级线路距离保护在与相邻下级线路距离保护段配合时，段配合时， III段的整定阻抗为段的整定阻抗为 可靠系数的取法与整定中类似，分支系数应取可靠系数的取法与整定中类似，分支系数应取各种情况下的最小值。各种情况下的最小值。 若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护III段配合。段配合。.1.min.2()IIIIIIIIs

60、etrelA BbsetZKZKZ12ABCD3. 3. 距离三段距离三段2) 2) 与相邻变压器的电流、电压保护配合与相邻变压器的电流、电压保护配合12AB1k式中式中Zmin电流、电压保护的最小保护范围对应的阻电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。抗值。.1.minmin()IIIIIIsetrelA BbZKZKZ3) 3) 躲过正常运行时的最小负荷阻抗躲过正常运行时的最小负荷阻抗12AB1kM25. 115. 1:5 . 25 . 1:25. 12 . 1:ressrelKKKIIIopZ1 .LkIIIsetZ1 .min.1 .1LressrelIIIsetZKKKZ)cos(