第三章 电网距离保护

1、3.1 3.1 距离保护的基本眼里与构成距离保护的基本眼里与构成一、距离保护的基本原理一、距离保护的基本原理距离保护距离保护是反应保护安装处到故障点的距离，并是反应保护安装处到故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。实际上是测量保护安装处到故障点之间的阻抗大实际上是测量保护安装处到故障点之间的阻抗大小，故有时又称为小，故有时又称为阻抗保护阻抗保护。 当短路点在保护范围以内时，即当当短路点在保护范围以内时，即当ZmZset时，时，保护动作；保护动作； 当短路点在保护范围以外时，即当当短路点在保护范围以外时，即当Zm Zset时，时，

2、保护不动作。保护不动作。 A B C 1 2 3 Zd Ud 二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性为了保证选择性，广发应用阶梯型时限特性，这种时为了保证选择性，广发应用阶梯型时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同。限特性与三段式电流保护的时限特性相同。 1 2 3 t1I t1II t2I t1III t2II t2III 1. 距离保护距离保护段：段： 瞬时动作，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间；瞬时动作，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间；保护范围不能延伸到下一线路中去，为本线路全长的保护范围不能延伸到下一线路中去，为本线路全长的8085%2. 距离保护距离保护

3、段：段： 动作时限和启动值与相邻下一条线路保护的动作时限和启动值与相邻下一条线路保护的段和段和段段相配合；相配合；3. 距离保护距离保护段：段：为本线路和相邻线路（元件）的后备保护；为本线路和相邻线路（元件）的后备保护；其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线的出线保护的最大动作时限一个时间极差条变电站母线的出线保护的最大动作时限一个时间极差其动作阻抗应按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定其动作阻抗应按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定。三、三、 距离保护的主要组成元件距离保护的主要组成元件距离保护由启动元件、测量（距离）元件

4、与逻辑回距离保护由启动元件、测量（距离）元件与逻辑回路（时间元件）三部分组成。路（时间元件）三部分组成。1、 起动元件：起动元件：作用：当被保护线路发生故障时，起动元件瞬时起动保作用：当被保护线路发生故障时，起动元件瞬时起动保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼作后备保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼作后备保护。护。起动元件采用过电流继电器或阻抗继电器，也可采用反起动元件采用过电流继电器或阻抗继电器，也可采用反应负序电流或零序电流分量的复合滤过器应负序电流或零序电流分量的复合滤过器2.2.距离元件距离元件作用：用来测量保护安装处到故障点之间的距离（阻作用：用来测量保护安装处到故障点之间

5、的距离（阻抗），并判断短路故障的方向。抗），并判断短路故障的方向。一般为阻抗继电器。距离一般为阻抗继电器。距离 段和段和段采用方向阻抗继段采用方向阻抗继电器，距离电器，距离 段采用偏移特性阻抗继电器。段采用偏移特性阻抗继电器。3 3、时间元件：、时间元件：作用：建立距离保护作用：建立距离保护、段的动作时限，以获得其所段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特征。需要的动作时限特征。通常采用时间继电器。通常采用时间继电器。3.2 3.2 阻抗继电器阻抗继电器阻抗继电器是距离保护的阻抗继电器是距离保护的核心元件核心元件作用：作用：用来测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距用来测量保护安装处故障点到故

6、障点的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内部故障还离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内部故障还是保护区外故障。是保护区外故障。阻抗继电器的分类阻抗继电器的分类1、 根据阻抗继电器的比较原理，可以分为根据阻抗继电器的比较原理，可以分为幅值比较式和幅值比较式和相位比较式相位比较式2. 根据阻抗继电器的输入量不同，可以分为根据阻抗继电器的输入量不同，可以分为单相式和多相单相式和多相补偿式补偿式3. 根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的形状不同，根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的形状不同，可以分为可以分为圆特性阻抗继电器和多边形特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器和多边形特性阻抗继

7、电器（包（包括直线特性阻抗继电器）括直线特性阻抗继电器）一、构成阻抗继电器的动作特性一、构成阻抗继电器的动作特性 单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压Um和一个电流和一个电流Im的阻抗继电器。其中电压的阻抗继电器。其中电压Um与电流与电流Im的比值称为测量阻抗。的比值称为测量阻抗。1111myLLKyymLUnUnnUZZIInnIn ZJ A BC CT IJ UJ PT 常见的阻抗继电器特性：常见的阻抗继电器特性：圆圆1：以：以OC为半径为半径全阻抗继电器（反向故障时会误动，全阻抗继电器（反向故障时会误动，没有方向性）没有方向性）圆圆2：

8、以：以OC为直径为直径方向阻抗继电器（本身具有方向性）方向阻抗继电器（本身具有方向性）圆圆3：偏移特性阻抗继电器：偏移特性阻抗继电器另外还有椭圆形、橄榄形、苹果型、四边形等。另外还有椭圆形、橄榄形、苹果型、四边形等。 1 2 3 R jX A C d o B d 二二利用复数平面分析阻抗继电器利用复数平面分析阻抗继电器 （一）全阻抗继电器（一）全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），），以以Zset为为半径的圆半径的圆。圆内为动作区圆内为动作区。 特点：特点：1）无方向性；）无方向性； 2）无论加入继电器的电压）无论加入继电器的电压 和电流之间的相

9、角多大，和电流之间的相角多大， 继电器的动作于整定阻继电器的动作于整定阻 抗在数值上都相等。抗在数值上都相等。 R jX ZZd ZJ 1. 幅值比全阻抗继电器幅值比全阻抗继电器两边同时乘两边同时乘Im，且，且ImZm=Um，所以，所以 2. 比相式全阻抗继电器比相式全阻抗继电器setmZZmmsetUIZ R jX Zzd Zzd-ZJ ZJ ZJ+Zzd 0090arg90msetmsetZZZZ0090arg90msetmmsetmUZIUZI（二）方向阻抗继电器（二）方向阻抗继电器 1、 方向阻抗继电器的动作特性方向阻抗继电器的动作特性 保护安装处置于复平面坐标原保护安装处置于复平面坐

10、标原点；点；以整定阻抗以整定阻抗Zset为直径的圆；为直径的圆； lm ZJ ZJ-1/2Zzd R jX Zzd 当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限，只要测量当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限，只要测量阻抗落在园内时，继电器就动作；阻抗落在园内时，继电器就动作；当反方向发生故障时，测量阻抗向量指向位于第三象限，当反方向发生故障时，测量阻抗向量指向位于第三象限，继电器不动作。继电器不动作。几个概念：几个概念：坐标原点到圆周的向量称为坐标原点到圆周的向量称为动作阻抗动作阻抗，用，用Z Zdzdz表示；表示；将将Z Zsetset此时的阻抗角称为最大灵敏角此时的阻抗角称为最大灵敏角se

11、n当当m为任意值时，继电器的动作阻抗为：为任意值时，继电器的动作阻抗为：特点：有明确的方向性特点：有明确的方向性2、 比幅式方向阻抗继电器比幅式方向阻抗继电器cos()dzsetsetmZZ1122msetzsetZZZ.m1122mmsetsetUIZIZ3、比相式方向阻抗继电器、比相式方向阻抗继电器 Zzd ZJ Zzd-ZJ R jX set90arg90mmZzZ.m.90arg90msetmI ZUU（三）偏移特性阻抗继电器三）偏移特性阻抗继电器 1、 偏移特性阻抗继电器的动作特偏移特性阻抗继电器的动作特性：性：正方向：正方向： ：整定阻抗：整定阻抗Zset反方向：偏移反方向：偏移

12、-Zsetset(0 1) 一般取一般取=0.1-0.2=0.1-0.2圆内动作。圆心坐标：圆内动作。圆心坐标：半径：半径： -Zzd Z0 Zzd R jX 011()(1)22setsetsetZZZZset1(1)2Z2、 比幅式偏移特性阻抗继电器比幅式偏移特性阻抗继电器set111(1)22mosetomsetZZZZZZZ 即 ：.m11(1)(1)22mmsetsetUIZIZ -Zzd Z0 Zzd ZJ ZJ-Z0 R jX 3、 比相式偏移特性阻抗继电器比相式偏移特性阻抗继电器 -Zzd Zzd Zzd-ZJ R jX ZJ ZJ+Zzd 90arg90setmmsetZZZ

13、Z.90arg90mmsetmmsetIZUUIZ总结三种阻抗的意义：总结三种阻抗的意义：测量阻抗测量阻抗Zm：由加入继电器的电压：由加入继电器的电压Um与电流与电流Im的比值确的比值确定。定。整定阻抗整定阻抗Zset：一般取继电器安装点到保护范围末端的线：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。路阻抗。 全阻抗继电器全阻抗继电器：圆的半径：圆的半径 方向阻抗继电器方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径：在最大灵敏角方向上圆的直径 偏移特性阻抗继电器偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点：在最大灵敏角方向上由原点 到圆周的长度。到圆周的长度。起动阻抗（动作阻抗）起动阻抗（动作阻抗

14、）Zop：它表示当继电器刚好动作时，：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压加入继电器的电压Um 和电流和电流Im的比值。的比值。 除全阻抗继电器以外：除全阻抗继电器以外：Zdz随随m的不同而改变。当的不同而改变。当m=sen时，时，Zop=Zset，此时最大。，此时最大。mmmUZI3.4 3.4 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价一、距离保护的整定计算原则一、距离保护的整定计算原则 1、距离保护、距离保护I段的整定段的整定 1 2 3 A 4 5 6 B C原则：按躲过线路末端故障整定。原则：按躲过线路末端故障整定。1IIsetrelABZ

15、KZ0.8 0.85IrelK 2. 距离保护距离保护II段的整定段的整定 原则原则1：与相邻线路的距离：与相邻线路的距离I段配合段配合12()IIIIIsetrelMNsetZKZZrel0.8IIK一般12t0.5IIItts助增：使故障线路电流增大的现象助增：使故障线路电流增大的现象/ABABBCkBCmABkABABIZIZIZZZII/BCbABIkI令为分支系数kb故障线路流过的短路电流被保护线路上流过的短路电流这种使测量阻抗变大的分支称为助增分支，对应的电流这种使测量阻抗变大的分支称为助增分支，对应的电流I IB B称为称为助增电流。对于只有助增支路的系统而言，助增电流。对于只有

16、助增支路的系统而言，k kb b1.1. 外汲：使故障线路电流减小的现象。外汲：使故障线路电流减小的现象。 使测量阻抗变小的分支称为外汲分支，对应的电流称为外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电流。汲电流。（1 1）与相邻线路距离保护）与相邻线路距离保护段配合：段配合： 假如在假如在d d处故障处故障，IsetbABsetIABBCABABIsetBCABABmmmZkZZIIZIZIZIIUZ2 ./)(2 .min.1 .IsetbABIIrelIIsetZKZKZ8.0IIrelK一般取为了使保护范围缩小，防止与下一条线路的为了使保护范围缩小，防止与下一条线路的2 2的

17、的段段争夺保护范围，取争夺保护范围，取k kb.minb.min(2) (2) 与相邻变压器相配合：与相邻变压器相配合：原则原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定由于变压器的误差比较大，一般取由于变压器的误差比较大，一般取 为为0.7-0.750.7-0.75 二者取较小者作为整定阻抗。二者取较小者作为整定阻抗。 动作时间：动作时间：)(min.1 .tbABIIrelIIsetZKZKZIIrelKstttsttttIIIII5.05.0121距离距离II段灵敏系数校验：段灵敏系数校验：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

18、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段配合段配合值短路时故障阻抗的计算保护范围内发生金属性保护装置的动作阻抗senk25.11.ABIIsetsenZZk3. 距离保护距离保护III段整定段整定 原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。 求最小负荷阻抗：求最小负荷阻抗：max.max.min.min.95.09.0LNLLLIUIUZ考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护III段应段应可靠返回可靠返回对于全阻抗继电器，其整定值为：对于全阻抗继电器，其整定值为：min

19、.1.LssreIIIrelIIIsetZKKkZ对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为：对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为：min.1 .)cos(LLsetssreIIIrelIIIsetZKKKZ动作时间按阶梯时限原则整定。动作时间按阶梯时限原则整定。在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时，距离保护三段的灵敏度高。用全阻抗继电器时，距离保护三段的灵敏度高。5.11.)1(ABIIIsetsenZZK灵敏度校验：灵敏度校验： 近后备的灵敏度：近后备的灵敏度：远后备的灵敏度：远后备的灵敏度：2 . 1)(max.1 .)2(BCn

20、extbABIIIsetsenZKZZK二、对距离保护的评价二、对距离保护的评价 1. 选择性选择性 在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。 2. 速动性速动性 距离保护的第一段能保护线路全长的距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电，对双侧电源的线路，至少有源的线路，至少有30%的范围保护要以的范围保护要以II段时间切除段时间切除故障。故障。3. 灵敏性灵敏性 由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流的的保护灵敏度高保护灵敏度高。 距离保护第一段的保护范围不受运行方式变化的影响。距离保护第一

21、段的保护范围不受运行方式变化的影响。保护范围比较稳定保护范围比较稳定。第二、第三段的保护范围受运行。第二、第三段的保护范围受运行方式变化影响。（分支系数变化方式变化影响。（分支系数变化）4. 可靠性可靠性由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保可靠性较电流保护低护低。应用：应用： 在在35KV110KV作为相间短路的主保护和后备保护，作为相间短路的主保护和后备保护，采用带零序电流补偿的接线方式，在采用带零序电流补偿的接线方式，在110KV线路中也线路中也可作为接地故

22、障的保护。可作为接地故障的保护。 在在220KV线路中作为后备保护。线路中作为后备保护。 另外，接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相另外，接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相元件，与高频收发信机配合，可构成高频闭锁（或允元件，与高频收发信机配合，可构成高频闭锁（或允许）式距离保护。许）式距离保护。3.5 3.5 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化。期性变化。系统中各点电压、线路电流以及距离保护的测量阻系统中各点电压、线路电流以及距离保护的测量阻抗抗发生周期性变化发生周期性变化可能导致距离保

23、护的误动作。可能导致距离保护的误动作。一、电力系统振荡时电压电流的分布一、电力系统振荡时电压电流的分布几点假设：几点假设：全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析：全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析：两侧电源电势和电势相等，相角差为两侧电源电势和电势相等，相角差为0mmEE0mNEE系统中各元件阻抗角均相等，以表示系统中各元件阻抗角均相等，以表示d d不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路1 1. .电力系统振荡的基本概念电力系统振荡的基本概念（1 1）振荡振荡：在继电保护：在继电保护范围内，把这种发电机与系统范围内，把这种发电机与系

24、统电源之间或系统两部分电源之间功角电源之间或系统两部分电源之间功角的摆动现象，的摆动现象，称为振荡。称为振荡。（2 2）振荡中心振荡中心：振荡时载电势相角差为：振荡时载电势相角差为的情况下，的情况下，系统中总有一点的电压为最低，这一点称为振荡中心，系统中总有一点的电压为最低，这一点称为振荡中心，又称电气中心。又称电气中心。（3 3）振荡周期振荡周期：载系统发生振荡时，电压的幅值由一：载系统发生振荡时，电压的幅值由一个最大值到下一个最大值之间的时间。（振荡过程中个最大值到下一个最大值之间的时间。（振荡过程中振荡周期最短为振荡周期最短为0.10.15s0.10.15s） 电力系统振荡有周期与非周期

25、之分。电力系统振荡有周期与非周期之分。 运行经验表明，当系统的电源间失去同步后，他运行经验表明，当系统的电源间失去同步后，他 们往往能自行拉入同步，有时当不允许长时间异们往往能自行拉入同步，有时当不允许长时间异 步运行时，则可在预定的解列点自行或手动解列。步运行时，则可在预定的解列点自行或手动解列。 载振荡时不允许继电保护装置误动载振荡时不允许继电保护装置误动2 2、 振荡时电流的变化振荡时电流的变化振荡电流的有效值随振荡电流的有效值随变化（包络线）变化（包络线）2sin2)1 (.ZEZeEZZZEEIMjMNLMNM3 3、振荡时电压的变化、振荡时电压的变化MMMZIEU.NNNZIEU.

26、振荡电流的有效值随振荡电流的有效值随变化变化 系统中总有一点的电压为最低，其值为由系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向向EM-EN相量所做的垂线的长度，该点则称为相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心振荡中心，以，以z表示。表示。 当当 EM= EN 且系统中各元件阻抗角相等且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点 （ 即即 Z Z /2 /2处）。处）。二、二、 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施1、 电力系统发生振荡和短路时的主要区别电力系统发生振荡和短路时的主要区别（1）振荡时，振荡时，三相完全对称，没有负序

27、分量和零序分三相完全对称，没有负序分量和零序分量出现；量出现；短路故障时短路故障时，会出现电压和电流的负序或零序分量。，会出现电压和电流的负序或零序分量。（2 2）振荡时，振荡时，电气量（电流和各点电压电气量（电流和各点电压 的有效值）呈的有效值）呈周期性平滑变化；周期性平滑变化；短路时短路时，电流突然增大，电压突然降低，其变化速度很，电流突然增大，电压突然降低，其变化速度很快。快。（3 3）振荡时振荡时，系统各点电压和电流的相位差随振荡角，系统各点电压和电流的相位差随振荡角不同而变化；不同而变化；短路时，短路时，电压和电流的相位差是固定不变的，等于线路电压和电流的相位差是固定不变的，等于线路

28、阻抗角。阻抗角。（4 4）在）在振荡中心及其附近振荡中心及其附近，电压变化最为剧烈，当该，电压变化最为剧烈，当该点电压为零时，相当于这一点发生三相短路故障，但点电压为零时，相当于这一点发生三相短路故障，但是与实际的三相短路故障仍有一定的区别是与实际的三相短路故障仍有一定的区别2 2、 基本要求：基本要求：（1 1）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动作跳闸；作跳闸；（2 2）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路法身）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路法身各种类型的不对称股扎根，距离保护装置应有选择性各种类型的不对称股扎根，距离保护

29、装置应有选择性的动作跳闸；的动作跳闸；（3 3）系统在全相振荡过程中再发生三相故障时，保护装）系统在全相振荡过程中再发生三相故障时，保护装置应可靠动作跳闸，并允许短延时。置应可靠动作跳闸，并允许短延时。3 3、距离保护的振荡闭锁措施、距离保护的振荡闭锁措施（1 1）利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭）利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁；锁；（2 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；（3 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3.7 3.7 距离保护特殊问题的分析距离保护特殊问题的分析 阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。 主要有：主要有：（1 1）短路点的过渡电阻；）短路点的过渡电阻；（2 2）电力系统振荡；）电力系统振荡；（3 3）保护安装处与故障点之间有分支电路；）保护安装处与故障点之间有分支电路；（4 4）电流互感器和电压互感器的误差；）电流互感器和电压互感器的误差；（5 5）电压互感器二次回路断线；）电压互感器二次回路断线；（6 6）串连补偿电容。）串连补偿电容。 本节着重讨论本节着重讨论,两