继电保护 第三章

1、第三章第三章 电网的距离保护电网的距离保护第一节第一节 距离保护概述距离保护概述第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器第三节第三节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式第四节第四节 影响距离保护正确工作的因素及影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施采取的防止措施第五节第五节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算基本要求基本要求掌握距离保护的工作原理、了解主要组成元件掌握距离保护的工作原理、了解主要组成元件及动作时限特性。及动作时限特性。重点掌握阻抗继电器的有关问题，其中包括：重点掌握阻抗继电器的有关问题，其中包括： 常用的几种阻抗继电器的名称、特点以及常用的几种阻抗继电器的名称、特点以及动

2、作参数。动作参数。 熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析阻抗继电器的动作特性。原理在复平面上分析阻抗继电器的动作特性。熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原则和熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原则和整定计算方法。整定计算方法。基本要求基本要求 掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；方式； 了解阻抗继电器用于接地保护的基本接线了解阻抗继电器用于接地保护的基本接线方式。方式。掌握方向阻抗继电器产生死区的原因、消除死掌握方向阻抗继电器产生死区的原因、消除死区的措施。区的措施。基本要求基本要求 掌握过度电阻对

3、距离保护工作的影响及其防掌握过度电阻对距离保护工作的影响及其防止措施；止措施； 掌握电力系统振荡的影响及其防止措施；掌握电力系统振荡的影响及其防止措施； 掌握分支电流的影响及其防止措施；掌握分支电流的影响及其防止措施； 了解电压回路断线的影响及其防止措施。了解电压回路断线的影响及其防止措施。掌握影响距离保护正确工作的因素，主要要求：掌握影响距离保护正确工作的因素，主要要求：一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 第一节第一节 距离保护概述距离保护概述思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，济

4、，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于般只适用于35kV35kV及以下电压等级的配电网。对于及以下电压等级的配电网。对于110kV110kV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？式？解决方法：解决方法： 采用一种新的保护方式采用一种新的保护方式距离保护。距离保护。距离保护：是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离距离保护：是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。的远近而确定动作时限的一种保护

5、装置。 测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻抗保护。抗保护。 ZdA12BIdCUd= 0d( 3 )图1 1 单侧电源线路 第一节第一节 距离保护概述距离保护概述一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。定阻抗的大小来实现的。 正常运行时保

6、护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即即 Zm=mmIU 第一节第一节 距离保护概述距离保护概述一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 ZdA12BIdCUd= 0d( 3 )图1 1 单侧电源线路 在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即安装地点到短路点的短路阻抗，即 距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。灵敏度高。 第一节第一节 距离保护概述距离保护概述 一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概

7、念 ddresmmmZIUIUZ二、时限特性二、时限特性 距离保护的动作时间距离保护的动作时间t t与保护安装处到故障点之间的与保护安装处到故障点之间的距离距离l l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。用的是三阶梯型时限特性。三、距离保护的组成三、距离保护的组成 1.1.起动元件起动元件:其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。 2.2.方向元件方向元件: : 作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继

8、作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继电器，或方向元件和阻抗元件相结合电器，或方向元件和阻抗元件相结合。 3.3.距离元件：距离元件：作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），一般采用阻抗继电器。阻抗），一般采用阻抗继电器。 4.4.时间元件时间元件 ：作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。 跳闸7645ZZZtt起动元件方向元件出口元件12238图32 距离保护原理的组成元件框图正常运行时正常运行时: :起动

9、元件起动元件1 1不起动，保护装置处于被闭锁状态。不起动，保护装置处于被闭锁状态。 如果故障点位于距离如果故障点位于距离段之外的距离段之外的距离段保护范围内，段保护范围内， 如果故障点位于距离如果故障点位于距离段之外的距离段之外的距离段保护范围内，段保护范围内， 如果故障点位于第如果故障点位于第段保护范围内，段保护范围内， 正方向发生故障时正方向发生故障时: :起动元件起动元件1 1和方向元件和方向元件2 2动作，距离保护动作，距离保护投入工作。投入工作。三、距离保护的组成三、距离保护的组成 跳闸7645ZZZtt起动元件方向元件出口元件12238图32 距离保护原理的组成元件框图第二节第二节

10、 阻抗继电器阻抗继电器 阻抗继电器主要作用是测量短路点到保护安装处之间的阻抗继电器主要作用是测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。 继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即即 ZmZm可以写成可以写成R+jXR+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来的复数形式，所以可以利用复数平面来分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。 Zm=mmIU 线路线路BCBC的距离保护第的

11、距离保护第段整定阻抗段整定阻抗 ，并假设整，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。定阻抗角与线路阻抗角相等。 第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 BCsetZZ85. 0正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗ZmZm与与R R轴的夹角为线路的阻抗角轴的夹角为线路的阻抗角 d d； 第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。继电器不动作。 IsetZ

12、 阻抗继电器的动作特性为一个圆。如下图所示的阻抗阻抗继电器的动作特性为一个圆。如下图所示的阻抗继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。非动作区。 第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 一、具有圆动作特性的阻抗继电器一、具有圆动作特性的阻抗继电器 （一）特性分析及电压形成回路（一）特性分析及电压形成回路 1.1.全阻抗继电器全阻抗继电器（1 1）幅值比较）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。没有方向性。动作与原点为圆心的一个圆

13、，动作区在圆内。没有方向性。动作与边界条件为边界条件为 ：msetZZ或或mmmsetIZIZ比较两电压量幅值的全比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路阻抗继电器的电压形成回路如右图所示。全阻抗继电器如右图所示。全阻抗继电器动作方程为动作方程为 一、具有圆动作特性的阻抗继电器一、具有圆动作特性的阻抗继电器 （一）特性分析及电压形成回路（一）特性分析及电压形成回路 mUmIUKIK比幅式继电器的动作与边界条件比幅式继电器的动作与边界条件 为：为：mUBmIAUKUIKU制动量动作量BAUU（2 2）相位比较）相位比较 继电器的动作边界条件为继电器的动作边界条件为: :90arg90mset

14、msetZZZZ分子分母同乘以测量电流得分子分母同乘以测量电流得 （2 2）相位比较）相位比较 90arg90mmmsetmmmsetIZIZIZIZmUmIDmUmIcUKIKUUKIKU令令 故相位比较的动作方程为故相位比较的动作方程为 90arg90DCUU2.2.方向阻抗继电器方向阻抗继电器 （1 1）幅值比较）幅值比较 方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，圆的直径为整方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，圆的直径为整定阻抗，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。这种继电器定阻抗，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。这种继电器的动作具有方向性，阻抗动作方程为的动作具有方向性，阻抗动作方程为幅值比较的动

15、作与边界条件为幅值比较的动作与边界条件为)cos(mLsetmZZsetmsetZZZ2121分子分母同乘以测量电流得分子分母同乘以测量电流得2.2.方向阻抗继电器方向阻抗继电器 （1 1）幅值比较）幅值比较 setmmmsetZIUIZ2121|mImUmIIKUKIK2121mImUBmIAIKUKUIKU2121制动量动作量BAUU故幅值比较的动作方程可写成故幅值比较的动作方程可写成 （2 2）相位比较）相位比较 相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：其动作与边界条件为其动作与边界条件为90arg90mmsetZZZ3.3.偏移特性阻抗继

16、电器偏移特性阻抗继电器 （1 1）幅值比较）幅值比较 偏移特性阻抗继电器的动作特性偏移特性阻抗继电器的动作特性，圆心坐标圆心坐标 , 圆的半径为圆的半径为 ，其动作与边界条件为，其动作与边界条件为 两边同乘以测量电流得两边同乘以测量电流得 圆的直径为圆的直径为)(2121setsetZZ21setsetZZ)(2121setsetZZ)(21)(212121setsetmsetsetZZZZZmsetsetmmsetsetIZZUIZZ)(21)(212121UIsetKKZ11UIsetKKZ22mIImUmIIIKKUKIKK)(21)(212121令令 故故mIIAIKKU)(2121m

17、IImUBIKKUKU)(2121动作量动作量： 制动量制动量： 令令 故幅值比较的动作方程可写成故幅值比较的动作方程可写成 BAUU（2 2）相位比较）相位比较 偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如下图所示偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如下图所示: :分式上下同乘以测量电流分式上下同乘以测量电流得得 其相位比较的动作与边界条件为其相位比较的动作与边界条件为 90arg9021msetmsetZZZZ90arg9021mmsetmmsetUIZUIZ令相位比较偏移特性阻抗继电器的两电气量令相位比较偏移特性阻抗继电器的两电气量 mUmICUKIKU1mUmIDUKIKU2故相位比较的动作方程为故

18、相位比较的动作方程为90arg90DCUU4.4.直线特性阻抗继电器直线特性阻抗继电器 阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，则阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，则幅值比较的动作与边界条件为幅值比较的动作与边界条件为 msetmZZZ 2两边同乘以测量电流得两边同乘以测量电流得BmUmImUAUUKIKUKU2相位比较的动作与边界条件为相位比较的动作与边界条件为 90arg90setsetmZZZ上式中分子分母同乘以测量得上式中分子分母同乘以测量得 90arg90DCmUmImUUUUKIKUK4 4直线特性阻抗继电器直线特性阻抗继电器 总结：总结：幅值比较的幅值比较的 、 量

19、与相位比较的量与相位比较的 、 量之间量之间在忽略或在忽略或2 2倍关系时，满足下列关系倍关系时，满足下列关系 AUBUCUDUBADBACUUUUUUDCBDCAUUUUUU或者说，满足或者说，满足 ( (二二) )阻抗继电器的比较回路阻抗继电器的比较回路 具有圆特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的具有圆特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的方法来构成，也可以用比较两个电气量相位的方法来实现。方法来构成，也可以用比较两个电气量相位的方法来实现。所有继电器都可以认为是由两个基本部分组成，即由电压所有继电器都可以认为是由两个基本部分组成，即由电压形成回路和幅值比较或相位比较回路组成。形成回

20、路和幅值比较或相位比较回路组成。 1.1.二极管环形相位比较回路二极管环形相位比较回路 二极管环形相位比较回路基于把两个进行比较的电气二极管环形相位比较回路基于把两个进行比较的电气量的相位变化关系转换为直流输出脉动电压的极性变化。量的相位变化关系转换为直流输出脉动电压的极性变化。 假定假定 21UU 21RR 212211UUEUUE,)arg()arg(21DCUUUU(1) (1) 当当 =0=0 时时 ： 输出电压输出电压UmnUmn等于在一周期内电阻等于在一周期内电阻R1R1、R2R2上电压降的代数上电压降的代数和，即和，即 121221)()(RiiRiiUmn2oUM nt M n

21、 . P JUou t = 0o1E2E2UoU1i 1 R 12 2 R 1i 2 R 2i 1 R 2i 当相位角当相位角 变化时，比相回路的输出电压变化时，比相回路的输出电压UmnUmn脉冲宽度脉冲宽度及极性相应产生变化及极性相应产生变化 。 (2)(2)当当 =180=180 时时: : 输出电压的平均值为负极性最大值。输出电压的平均值为负极性最大值。 21EE E1oE2 tmn U oo1U2U mn .pJU2 =180ou ti 1 R 12 2 R 1i 2 R 2i 1 R 2i(3)(3)当当 =90=90 时时: : 3tuom nUot234U mn.pJ = 0=9

22、01E2EU1i2R1i2R22R2i1R2i234i1R21R1iiR112R1iU22U 从波形图可知，从波形图可知， UmnUmn为正、负脉冲，其脉冲宽度均为正、负脉冲，其脉冲宽度均为为9 90 0 。显然，这时输出电压的平均值是零。显然，这时输出电压的平均值是零。 当当 为其它任意角度时，同样可得到相应的输出电压为其它任意角度时，同样可得到相应的输出电压UmnUmn的正、负脉冲的宽度及其幅值，从而可绘出如下图所示的的正、负脉冲的宽度及其幅值，从而可绘出如下图所示的Umn.pj=f(Umn.pj=f( ) )关系曲线。关系曲线。 由图可知，仅当相位角的变化在由图可知，仅当相位角的变化在-

23、90-909090 范围的条范围的条件下，输出电压平均值为正值，这就保证了阻抗继电器动件下，输出电压平均值为正值，这就保证了阻抗继电器动作条件。作条件。 二、具有多边形动作特性的阻抗继电器二、具有多边形动作特性的阻抗继电器 1. 1. 四边形特性阻抗继电器的动作特性四边形特性阻抗继电器的动作特性oD RCBA 四边形以内为动作区，以外为不动作区，即测量四边形以内为动作区，以外为不动作区，即测量阻抗末端位于四条边上为动作边界。阻抗末端位于四条边上为动作边界。 若测量阻抗落在四边形以内，则若测量阻抗落在四边形以内，则阻：阻： 、 、 、 四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角小于四个阻抗中任两相邻阻

24、抗之间的最大夹角小于180180，要求，要求继电器动作。若测量阻抗落在四边形之外，则阻抗：继电器动作。若测量阻抗落在四边形之外，则阻抗：ZIZI、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角大于四个阻抗中任两相邻阻抗之间的最大夹角大于180180要求继电器不动作。要求继电器不动作。 1ZZZmA2ZZZmB3ZZZmC4ZZZmD二、具有多边形动作特性的阻抗继电器二、具有多边形动作特性的阻抗继电器 三三. . 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法 思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路 时时 ，会

25、不会有死区？为什么？，会不会有死区？为什么？对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 ，无法进行比相，因而继电器也不动作。无法进行比相，因而继电器也不动作。 , , 继电器不动作。继电器不动作。,2121mImUmIIKUKIK0mU0mU90arg90mUmUmIUKUKIK1.1.记忆回路记忆回路 思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时路时 ，采用什么措施消除死区？，采用什么措施消除死区？ 对瞬时动作的距离对瞬时动作的距离I

26、 I段方向阻抗继电器，采用记忆回路，段方向阻抗继电器，采用记忆回路，将电压回路作成是一个对将电压回路作成是一个对50HZ50HZ工频交流的串联谐振回路。工频交流的串联谐振回路。 结论：在电阻结论：在电阻RrRr上的压降上的压降 与外加电压同相位，记与外加电压同相位，记忆电压忆电压 通过记忆变压器与通过记忆变压器与 同相位。同相位。 RUmUpU引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为： 1.1.记忆回路记忆回路 pmImUpmIUIKUKUIK2121 在出口短路时，极化电压在出口短路时，极化电压 在衰减到零之前存在，在衰减到零之前存在， 与与 同相位，故

27、方向阻抗继电器消除了死区。同相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 pUmU2.2.引入第三相电压引入第三相电压 思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作，但它的作用时间器在暂态过程中正确动作，但它的作用时间有限。有限。解决方法：引入非故障相电压。解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为第三相电压为C C相，它通过相，它通过高阻值的电阻高阻值的电阻R R接到记忆回路中接到记忆回路中 CrCr和和RrRr的连接点上。的连接点上。 正常时正常时 ：电压：电压 较高且较高且LrLr、CrCr处于工频谐振状态，而处于工频谐振状态，而R R值又值又很大，第

28、三相电压很大，第三相电压 基本上不起作用。基本上不起作用。 ABUCU.Up.Up.2 U VCr.RrLrABUm.CR.Up.Up.CrRrIc.ABL rIr.IR.CEB.EA.UB= UA.IR.UA C= UB C.Um= IrRr.当系统中当系统中ABAB相发生突然短路时：相发生突然短路时： 2.2.引入第三相电压引入第三相电压 .Up.Up.2U VCr.RrLrABUm.CR.Up.Up.CrRrIc.ABL rIr.IR.CEB.EA.UB= UA. .IR.UA C= UB C. .Um= IrRr. .rLrRLrCrrLrRrRjXIjXjXRjXIILrRrcRXI

29、 jRIUr结论：结论： 超前超前 近近9090，电阻，电阻RrRr上电压降上电压降 超前超前 9090，即极化电压与故障前电压即极化电压与故障前电压 同相位。因此，当出口两同相位。因此，当出口两相短路时，第三相电压可以保证方向阻抗继电器正确动相短路时，第三相电压可以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。作，即能消除死区。RIACUABU2 2引入第三相电压引入第三相电压 .Up.Up.2U VCr.RrLrABUm.CR.Up.Up.CrRrIc.ABL rIr.IR.CEB.EA.UB= UA. .IR.UA C= UB C. .Um= IrRr. .rIRU 四、阻抗继电器的精工电流

30、和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压 实际上方向阻抗继电器的临界动作方程为实际上方向阻抗继电器的临界动作方程为假设上式中各向量均为同相位，则上列方程可写为假设上式中各向量均为同相位，则上列方程可写为UIKUKIKmImUmI212102121UIKUKIKmImUmI20UIKUKmImUmsetmopIUZZ20考虑考虑U0U0的影响后，给出的影响后，给出 的关系曲线如下图所的关系曲线如下图所示。示。 当加入继电器的电流较小时，继电器的动作阻抗将下当加入继电器的电流较小时，继电器的动作阻抗将下降，使阻抗继电器的实际保护范围缩短。这将影响到与相降，使阻抗继电器的实际保护范围缩短。这将影

31、响到与相邻线路阻抗元件的配合，甚至引起非选择性动作。为了把邻线路阻抗元件的配合，甚至引起非选择性动作。为了把动作阻抗的误差限制在一定的范围内，规定了精工电流。动作阻抗的误差限制在一定的范围内，规定了精工电流。 四、阻抗继电器的精工电流和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压 )(mmopIfZ0.9ZsetIac.minZsetIm精工电流：就是当精工电流：就是当 时，继电器的动作阻时，继电器的动作阻抗抗 ，即比整定阻抗缩小了，即比整定阻抗缩小了10%10%。 四、阻抗继电器的精工电流和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压 minacmIIsetmopZZ9 . 0 因此，当因此，当

32、 时，就可以保证起动阻抗的误差时，就可以保证起动阻抗的误差在在10%10%以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。进去了。 minacmII在继电器通以精工电流的条件下，其动作方程在继电器通以精工电流的条件下，其动作方程 ：根据允许条件根据允许条件得得 结论：精工电流与反应元件的灵敏性（结论：精工电流与反应元件的灵敏性（U0U0）及电抗变压）及电抗变压器的整定阻抗有关。器的整定阻抗有关。 四、阻抗继电器的精工电流和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压 min02opsetmopIUZZsetopsetZZZ1 . 0minmin02

33、 . 0acsetIUZsetacZUI2 . 00min 为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应用精工为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应用精工电压作为继电器的质量指标。电压作为继电器的质量指标。精工电压：就是精工电流和整定阻抗的乘积，即精工电压：就是精工电流和整定阻抗的乘积，即结论：它不随继电器的整定阻抗而变，对某指定的继电器而结论：它不随继电器的整定阻抗而变，对某指定的继电器而言，它是常数。在整定阻抗一定的情况下，言，它是常数。在整定阻抗一定的情况下，U0U0越小，越小，Iac.minIac.min越小，即越小，即UacUac越小，继电器性能越好越小，继电器性能越好 。 四、阻抗继电器

34、的精工电流和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压 2 . 00minminUZIUsetacac第三节第三节 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式 一、对距离保护接线方式的要求及接线种类一、对距离保护接线方式的要求及接线种类 根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足如下要求：流应满足如下要求： 1 1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障安装处的距离成正比点至保障安装处的距离成正比。 2 2、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随、继电器的测量阻抗应与故

35、障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。故障类型而变化。 阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中“”表示按相间电压或相电流差，表示按相间电压或相电流差，“Y”Y”表示按相电压或相表示按相电压或相电流。电流。 一、对距离保护接线方式的要求及接线种类一、对距离保护接线方式的要求及接线种类 二、反应相间短路阻抗继电器的二、反应相间短路阻抗继电器的0 0接线接线 1.1.三相短路三相短路 以以K1K1为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距离为离为L L千米，线路每千米的正序阻抗为千米，线路每千米的

36、正序阻抗为Z1Z1 ，则保护安装地，则保护安装地点的电压应为点的电压应为 此时，阻抗继电器的测量阻抗为此时，阻抗继电器的测量阻抗为 结论：在三相短路时，三个结论：在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的路点到保护安装地点之间的正序阻抗，三个继电器均能正序阻抗，三个继电器均能正确动作。正确动作。 LZIILZILZIUUUBABABAAB111)( LZIIUZBAABm1312.2.两相短路两相短路 设设ABAB两相短路，对两相短路，对K1K1而言而言则则 LZIILZILZIUBABAAB111)(结论：与三相短路时的测量结论：与三相短路时的

37、测量阻抗相同。因此，阻抗相同。因此，K1K1能正确能正确动作。动作。K2K2、K3K3不会动作不会动作。 同理，在同理，在BCBC或或CACA两相短路时，相应地分别有两相短路时，相应地分别有K2K2和和K3K3能能准确测量出而正确动作。准确测量出而正确动作。 LZIIUZBAABm1)2(13.3.中性点直接接地电网中两相接地短路中性点直接接地电网中两相接地短路 设故障发生在设故障发生在ABAB相，相， 。 设设ZLZL表示每千米的自感阻抗，表示每千米的自感阻抗，ZMZM表示每千米的互表示每千米的互感阻抗，则保护安装地点的故障相电压应为感阻抗，则保护安装地点的故障相电压应为BAIILZILZI

38、ULZILZIUmALBBmBLAA继电器的测量阻抗为继电器的测量阻抗为 其值与三相短路时相同，保其值与三相短路时相同，保护能够正确的动作。护能够正确的动作。 3.3.中性点直接接地电网中两相接地短路中性点直接接地电网中两相接地短路 BAmLBABAABmIILZZIIIIUZ)()1 . 1(1LZLZZmL1)( 三、反应相间短路阻抗继电器的三、反应相间短路阻抗继电器的3030接线接线 这种接线方式有两种，以继电器为例，在三相和这种接线方式有两种，以继电器为例，在三相和ABAB两相短路时，其测量阻抗为两相短路时，其测量阻抗为将以上两式合并写成将以上两式合并写成LZeILZIIIUZLZeI

39、LZIIIUZjBBABABmjABAAABm11)30(11)30()1 ()()1 ()(LZeZjm1)1 (1.1.正常运行情况正常运行情况 测量阻抗的数值为每相负荷阻抗的测量阻抗的数值为每相负荷阻抗的 倍，阻抗角则较倍，阻抗角则较负荷阻抗的角度偏移负荷阻抗的角度偏移 3030 ，当采用，当采用+30+30 接线时，测量阻接线时，测量阻抗的阻抗角向超前于每相负荷阻抗的方向移动抗的阻抗角向超前于每相负荷阻抗的方向移动3030 ，而当采，而当采用用-30-30 接线时，则向滞后方向移动接线时，则向滞后方向移动3030 。3301203)1 (jLLjmeZZeZ2.2.三相短路三相短路 三

40、相短路与正常运行时相似，只是三相短路与正常运行时相似，只是Z1LZ1L为短路点到为短路点到保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此保护安装地点之间每相的正序阻抗，因此 即测量阻抗的数值为每相线路阻抗的即测量阻抗的数值为每相线路阻抗的 倍，相倍，相位则比线路阻抗角偏离位则比线路阻抗角偏离 3030 。 33013jmLeZZ3.3.两相短路两相短路 以以ABAB两相短路为例，两相短路为例， 超前于超前于 的角度的角度180180，因此，因此 即测量阻抗的数值为每相短路阻抗的即测量阻抗的数值为每相短路阻抗的2 2倍，相位则倍，相位则等于线路的阻抗角。等于线路的阻抗角。 AIBILZLZeZjm1118

41、02)1 ( 采用采用3030 接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测量阻抗的数值与相位均不相同，这种接线方式可应用于圆特性量阻抗的数值与相位均不相同，这种接线方式可应用于圆特性方向阻抗继电器。如下图所示，实际上三相短路与两相短路时方向阻抗继电器。如下图所示，实际上三相短路与两相短路时的保护范围一样。的保护范围一样。 这种接线方式还可用于全阻抗这种接线方式还可用于全阻抗继电器。继电器。 在输电线路的送电端，采用在输电线路的送电端，采用- -3030接线。接线。 在输电线路的受电端采用在输电线路的受电端采用+30+30接线时。接线时。3.3.两相短路

42、两相短路 四、反应接地短路阻抗继电器的接线四、反应接地短路阻抗继电器的接线 单相接地故障时，应将故障相的电压和电流加入到继电单相接地故障时，应将故障相的电压和电流加入到继电器中。对器中。对A A相阻抗继电器，接入继电器的电压为相阻抗继电器，接入继电器的电压为LZILZILZIUUUUdddA002211021LZILZILZI002211LZILZILZIII00101021)(LZILZLZLZLZIA101101LZIKIA10)3(式中式中 称为零序补偿电流，其中称为零序补偿电流，其中 ，为，为常数；常数； 0IK11031ZZZK 接入继电器的电流接入继电器的电流 ，则故障相阻抗继，则

43、故障相阻抗继电器的测量阻抗为电器的测量阻抗为 它能正确地测量从短路点到保护安装地点间的阻抗。它能正确地测量从短路点到保护安装地点间的阻抗。为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器。这种接线方式同样能够正确反应两相用三个阻抗继电器。这种接线方式同样能够正确反应两相接地短路和三相短路，此时接于故障相的阻抗继电器的测接地短路和三相短路，此时接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗均为量阻抗均为Z1LZ1L。 四、反应接地短路阻抗继电器的接线四、反应接地短路阻抗继电器的接线 03 IKIIAmLZIKIUZAAAm10)1(3第四节第

44、四节 影响距离保护正确工作的影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施因素及采取的防止措施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电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响分支电流的影响分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响电压回路断线对距离保护的影响 一、短路点过渡电阻对距离保护的影响一、短路点过渡电阻对距离保护的影响 当当RtRt较大时，可能出现较大时，可能出现Zm1Zm1已超出保护已超出保护1 1第第段整定的特段整定的特性圆范围，而性圆范围，而Zm2Zm2仍位于保护仍位于保护2 2第第段整定的特性圆范围以内。段整定的特性圆范围以内。此时保护此时保护

45、1 1和保护和保护2 2将同时以第将同时以第段的时限动作，因而失去了段的时限动作，因而失去了选择性。选择性。 保护保护1 1的测量阻抗为的测量阻抗为 ，tR 保护保护2 2的测量阻抗为的测量阻抗为 。 tABRZ结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大，同时保护装置的整定值越小，则相对地越大，同时保护装置的整定值越小，则相对地受过渡电阻的影响也越大。受过渡电阻的影响也越大。 一、短路点过渡电阻对距离保护的影响一、短路点过渡电阻对距离保护的影响 对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使对于双侧电源的网络，短路点的过渡电阻可能使测量阻抗增大

46、，也可能使测量阻抗减小。测量阻抗增大，也可能使测量阻抗减小。 保护保护1 1和保护和保护2 2的测量阻抗分别为的测量阻抗分别为 当当 为正时，测量为正时，测量阻抗增大，当阻抗增大，当 为负时，为负时，测量阻抗的电抗部分将测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性可能导致保护无选择性的动作。的动作。 jtdddddBmeRIIRIIIUZ1111jtddABdAmeRIIZIUZ112过渡电阻的特点：过渡电阻的特点：短路点的过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻短路点的过渡电阻主要是纯电阻性的电弧电阻RtRt，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，在短路开且

47、电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，在短路开始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，始瞬间电弧电流很大，电弧的长度很短，RtRt很小。随着很小。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，电弧电流的衰减和电弧长度的增长，RtRt随着增大，大约随着增大，大约经经0.10.10.150.15秒后，秒后，RtRt剧烈增大。剧烈增大。 减小过渡电阻对距离保护影响的措施减小过渡电阻对距离保护影响的措施（1 1）采用瞬时测定装置）采用瞬时测定装置 “瞬时测定瞬时测定”就是把距离元件的最初动作状态，通过起动就是把距离元件的最初动作状态，通过起动元件的动作而固定下来，当电弧电阻增大时，仍以预定的时元件的动作而固定下来，

48、当电弧电阻增大时，仍以预定的时限动作跳闸。它通常应用于距离保护第限动作跳闸。它通常应用于距离保护第段。段。在短路的初瞬间，在短路的初瞬间，KAKA及及KRKR均动作均动作， KM KM、KTKT起动，通过起动，通过KAKA的接的接点及点及KMKM自保持，此后自保持，此后KMKM的动作与的动作与KRKR无无关关发出跳闸脉冲。发出跳闸脉冲。经过经过KTKT的延的延时时既使电弧电阻增大，使既使电弧电阻增大，使KRKR返回，保护仍返回，保护仍能以预定的延时跳闸。能以预定的延时跳闸。-+KMKRKAKTKMKMKT图 6-63 瞬 间 测 定 装 置 的 原 理 接 线 图减小过渡电阻对距离保护影响的措

49、施减小过渡电阻对距离保护影响的措施（2 2）采用带偏移特性的阻抗继电器）采用带偏移特性的阻抗继电器 采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如偏移特性阻抗继电器等。继电器，如偏移特性阻抗继电器等。 二、电力系统振荡对距离保护的影响二、电力系统振荡对距离保护的影响1.1.电力系统振荡时电流、电压的分布电力系统振荡时电流、电压的分布 当系统发生振荡时，设当系统发生振荡时，设 超前于超前于 的相位角为的相位角为 , , ，且系统中各元件的阻抗角相等，则振荡电，且系统中各元件的阻抗角相等，则振荡电流为流为 MENEEEENM=180, =360, ZE2

50、IMzh/0Izh ZeEZEEZZZEEIjNMSNLSMNM)1 ( 振荡电流滞后于电势差振荡电流滞后于电势差 的角度的角度为系统振荡阻抗角为为系统振荡阻抗角为 NMEE1.1.电力系统振荡时电流、电压的分布电力系统振荡时电流、电压的分布 ZeEZEEZZZEEIjNMSNLSMNM)1 (SNLSMSNLSMRRRXXX arctan系统系统M M、N N、Z Z点的电压分别为：点的电压分别为： MzhMMZIEU NzhNNZIEU Z21IEUzhMZZ Z点位于点位于Z Z /2/2处处。1.1.电力系统振荡时电流、电压的分布电力系统振荡时电流、电压的分布 母线母线M M的电压：的

51、电压：MjMMZZe1EEU )(=0, 90, =180, 270, =360, MMEU MUMMMMZZE2EUU , MUMMEU , MU1.1.电力系统振荡时电流、电压的分布电力系统振荡时电流、电压的分布 在在Z Z点位于点位于Z Z /2/2处，当处，当 =180=180 时：时：三相短路三相短路。 因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。 1.1.电力系统振荡时电流、电压的分布电力系统振荡时电流、电压的分布 此点的电气参数与什么故障相类

52、似？此点的电气参数与什么故障相类似？Izh=2E/ ZIzh=2E/ Z 达最大值，达最大值，电压电压Uz=0Uz=0， Z21IEUzhMZ此点称为系统振荡中心。此点称为系统振荡中心。2.2.电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响 M M母线上阻抗继电器的测量阻抗为母线上阻抗继电器的测量阻抗为应用尤拉公式及三角公式，有应用尤拉公式及三角公式，有 2jctg12e1jejj sincosSMjSMNMMSMMSMSMMMmZZeZZEEEZIEIZIEIUZ11于是于是 221)21(ctgZjZZZSMMm结论：阻抗继电器的测量阻抗将结论：阻抗继电器的测量阻抗将在在Z Z

53、的垂直平分线的垂直平分线OOOO 上移动。上移动。 221)21(ctgZjZZZSMMm以变电站以变电站M M处的保护为例处的保护为例, ,其距离其距离段起动阻抗整定为段起动阻抗整定为0.85ZL0.85ZL，在下图中以长度，在下图中以长度MAMA表示，由此可绘出各种继电器表示，由此可绘出各种继电器的动作特性曲线。的动作特性曲线。 结论：在同样整定值的条件下全结论：在同样整定值的条件下全阻抗继电器受振荡的影响阻抗继电器受振荡的影响最大，而椭圆继电器所受最大，而椭圆继电器所受的影响最小。的影响最小。 2.2.电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响 结论：结论：(1)(1)继电

54、器的动作特性在阻抗平继电器的动作特性在阻抗平面沿面沿oooo方向所占的面积越大，受方向所占的面积越大，受振荡的影响就越大。振荡的影响就越大。(2)(2)保护安装地点越靠近于振荡保护安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的影响越大，中心，距离保护受振荡的影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会误动。离保护不会误动。 （3 3）当保护的动作带有较大）当保护的动作带有较大的延时时，如距离的延时时，如距离段，可利用段，可利用延时躲开振荡的影响。延时躲开振荡的影响。 3.3.振荡闭锁回路振荡闭锁回路 （1 1）电力系统振荡和短路时的主要区别。）电力系统振荡和短路

55、时的主要区别。 振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢, ,而短路时电而短路时电流是突然增大流是突然增大, ,电压也突然降低。电压也突然降低。 振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压与电流之间的相位角也作周期变化。压与电流之间的相位角也作周期变化。 振荡时三相完全对称振荡时三相完全对称, ,电力系统中不会出现负序分量；电力系统中不会出现负序分量；而短路时而短路时, ,总要长期总要长期( (在不对称短路过程中在不对称短路过程中) )或瞬间或瞬间( (在三相在三相短路开始时短路开始时) )出现负序分量。出现负序分

56、量。 （2 2）对振荡闭锁回路的要求）对振荡闭锁回路的要求 系统振荡而没故障时系统振荡而没故障时, ,应可靠将保护闭锁。应可靠将保护闭锁。 系统发生各种类型故障系统发生各种类型故障, ,保护不应被闭锁。保护不应被闭锁。 在振荡过程中发生故障时在振荡过程中发生故障时, ,保护应能正确动作保护应能正确动作。 先故障先故障, ,且故障发生在保护范围之外且故障发生在保护范围之外, ,而后振荡而后振荡, ,保护不保护不能无选择性动作。能无选择性动作。 3.3.振荡闭锁回路振荡闭锁回路 （3 3）利用负序）利用负序( (和零序和零序) )分量起动的振荡闭锁回路分量起动的振荡闭锁回路 负序电压滤过器负序电压

57、滤过器 负序电压滤过器负序电压滤过器: :从三相不对称电压中取出其负序从三相不对称电压中取出其负序分量的回路。目前广泛应用的是阻容双臂式负序电压滤分量的回路。目前广泛应用的是阻容双臂式负序电压滤过器，其参数关系为：过器，其参数关系为： 2211R3XX3R ,当输入端加入电压时当输入端加入电压时, , 在在m-nm-n端的输出电压为端的输出电压为2X1RmnUUU 30j1bc30j1abeU23eU232211XI jRI 222bc111abXjXRUjRjXRU j3U3j3U3bcab 负序电压滤过器负序电压滤过器 当输入端只有正序电压加入当输入端只有正序电压加入时时, , 0eU23

58、eU23UUU30j1bc30j1ab2X1Rmn 在在m-nm-n端的空载输出电压为端的空载输出电压为X2U6030R2Uab1IIbc1R1UX1Uobc1UUca1ab1U负序电压滤过器负序电压滤过器 当输入端有负序电压加入时当输入端有负序电压加入时, 2X1R2mnUUU 在在m-nm-n端的空载输出电压为端的空载输出电压为UR1Iab2bc2IR2UmnU306030obc2Uca2UUab2UX1X2U负序电压滤过器负序电压滤过器 30j2bc30j2abeU23eU23 60j2abeU23 30j2aeU351.负序电流滤过器负序电流滤过器 负序电流滤过器负序电流滤过器: :从

59、三相不对称电流中取出其负序分量的回路。从三相不对称电流中取出其负序分量的回路。目前常用的一种由电抗变压器目前常用的一种由电抗变压器TXTX和电流变换器和电流变换器TATA组成。组成。其中电抗变压输出为其中电抗变压输出为电流变换器的变比为电流变换器的变比为在电阻在电阻R R上的压降为上的压降为在在m-nm-n端子上的输出电压为端子上的输出电压为)(cbKkIIjzU12WWn RIIna)(10)()(cbkamnIIjZRIInU01 当输入端加入正序电流时，输出电压为：当输入端加入正序电流时，输出电压为： )()(kacbkamnZnRIIIjZRInU3111111 当选取参数为当选取参数

60、为 ，则，则kznR301mnUb1IoI a1c1II b1Ic1- =j zkna1I ( - I b1I ) c1 负序电流滤过器负序电流滤过器 当只有零序电流输入时当只有零序电流输入时 , ,在在TXTX和和TATA原边的安匝互相抵消。原边的安匝互相抵消。 01mnU负序电流滤过器负序电流滤过器 Ic2Ib2oa2Ib2I-c2InIa2R kjzIb2-(Ic2)当只输入负序电流时，负序电流滤过器的输出电压为当只输入负序电流时，负序电流滤过器的输出电压为 222222)3()(1akacbkamnInRznRIIIjzRInU负序电流滤过器负序电流滤过器 思考：思考： 除了利用负序分