第6章电网的距离保护

1、培训内容培训内容概述概述距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护的时限特性距离保护的时限特性三段式距离保护三段式距离保护距离保护的主要组成元件距离保护的主要组成元件起动IZIIZIIIZIIItIIt1&出口保护装置的动作过程保护装置的动作过程起动IZIIZIIIZIIItIIt1&出口概述概述阻抗继电器的动作特性阻抗继电器的动作特性mmmIUZN2TV阻抗继电器的动作特性阻抗继电器的动作特性M1mZP3TAmImU123MRPjXNIsetZ阻抗保护元件安阻抗保护元件安装在线路装在线路NPNP的的N N侧首端侧首端短路故障时，反短路故障

2、时，反映线路上每一点映线路上每一点至首端的阻抗至首端的阻抗线路首端线路首端N N的测的测量阻抗为量阻抗为0 0则则N N点测量阻抗点测量阻抗位于复平面原点位于复平面原点线路末端线路末端P P的测的测量阻抗为量阻抗为Z ZNPNP，且，且线路阻抗为感性线路阻抗为感性则则P P点测量阻抗点测量阻抗位于复平面上第位于复平面上第一象限一象限P P点点M M点位于故障的点位于故障的反方向上。反方向上。M M点测量阻抗就点测量阻抗就在在NPNP连线的反方连线的反方向向M M点处。点处。设距离保护设距离保护I I段段的保护范围为的保护范围为NPNP全长的全长的85%85%即保护的启动阻即保护的启动阻抗抗Z

3、Z I Ioperoper为为Z Z I Ioperoper =0.85 =0.85Z ZNPNP假定接入继电器假定接入继电器的电流的电流I Im m的正方的正方向为母线到线路向为母线到线路当当NPNP全长的全长的85%85%处发生短路时，处发生短路时，测量阻抗为测量阻抗为TVTANPTANPTVNmmmnnZnInUIUZ85. 0/则该处的测量则该处的测量阻抗称为阻抗称为I I段阻段阻抗继电器的整抗继电器的整定阻抗定阻抗Z ZI IsetsetTVTAIoperIsetnnZZ短路点发生在保短路点发生在保护护I I段范围内时段范围内时测量阻抗测量阻抗Z Zm m落在落在Z ZI Isets

4、et范围内范围内短路点发生在保短路点发生在保护护I I段正方向范段正方向范围外时围外时测量阻抗测量阻抗Z Zm m落在落在第一象限，但在第一象限，但在Z ZI Isetset范围以外范围以外短路点发生在保短路点发生在保护反方向时护反方向时测量阻抗测量阻抗Z Zm m落在落在第三象限，且在第三象限，且在相量相量Z ZI Isetset范围外范围外可见，只有当测量阻可见，只有当测量阻抗抗Z Zm m落在落在Z ZI Isetset范围内范围内时，继电器才能动作时，继电器才能动作, , 相量相量Z ZI Isetset决定了继电决定了继电器的动作特性。如图器的动作特性。如图阴影部分线段所示。阴影部分

5、线段所示。实际上由于互感器误实际上由于互感器误差和短路电阻的存在差和短路电阻的存在, ,测量阻抗正好落在测量阻抗正好落在NPNP线段上是很难的，绝线段上是很难的，绝大部分的测量阻抗都大部分的测量阻抗都是在是在NPNP线段附近位置。线段附近位置。如果把相量如果把相量Z ZI Isetset作为作为继电器的动作特性，继电器的动作特性，继电器将在大部分短继电器将在大部分短路故障位置拒动。路故障位置拒动。因此，阻抗继电器的因此，阻抗继电器的特性应该是包含相量特性应该是包含相量Z ZI Isetset线段的某些图形。线段的某些图形。常用图形如圆，常用图形如圆，或者某些多边形或者某些多边形常见继电器的动常

6、见继电器的动作特性为圆，圆作特性为圆，圆心在原点的称为心在原点的称为全阻抗特性圆全阻抗特性圆圆周通过原点的圆周通过原点的称为方向阻抗特称为方向阻抗特性圆性圆圆心偏离坐标原圆心偏离坐标原点，但坐标原点点，但坐标原点仍在圆内的称为仍在圆内的称为偏移阻抗特性圆偏移阻抗特性圆以上三种圆特性阻以上三种圆特性阻抗继电器分别称为抗继电器分别称为全阻抗继电器、方全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏向阻抗继电器、偏移阻抗继电器移阻抗继电器此外，还有四边形此外，还有四边形阻抗继电器、五边阻抗继电器、五边形阻抗继电器等形阻抗继电器等全阻抗继电器全阻抗继电器oRjXsetZmZ1oRjXsetZsetmZZ 1setmZ

7、Z 全阻抗特性继电器特点全阻抗特性继电器特点比幅式全阻抗继电器比幅式全阻抗继电器比幅式全阻抗继电器比幅式全阻抗继电器oRjXsetZmZ1setmmsetmZIUZZsetmmsetmZIUZZ比相式全阻抗继电器比相式全阻抗继电器90arg27090arg270setmmsetmmsetmsetmZIUZIUZZZZ90arg27090arg270setmmsetmmsetmsetmZIUZIUZZZZoRjXsetZsetmZZ 1setmZZ mZoRjXsetZsetmZZ21setZ21mZmsetoRsetZsetmZZ mZmsetjX方向阻抗继电器方向阻抗继电器 )cos(mse

8、tsetmZZ方向阻抗继电器特点方向阻抗继电器特点方向阻抗继电器特点方向阻抗继电器特点比幅式方向阻抗继电器比幅式方向阻抗继电器oRjXsetZsetmZZ21setZr21mZmset|21|21|setsetmZZZ|21|21|setmsetmmZIZIU比相式方向阻抗继电器比相式方向阻抗继电器oRsetZsetmZZ mZmsetjX90arg27090arg270setmmmsetmmZIUUZZZ90arg27090arg270setmmmsetmmZIUUZZZ偏移特性的阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器偏移特性阻抗继电器的特点偏移特性阻抗继电器的特点比幅式偏移特性阻抗继电器比幅式偏移

9、特性阻抗继电器|)1 ( |21|)1 (21|setsetmZZZ|)1 ( |21|0setmZZZ|)1 (|21|)1 (21|setmsetmmZIZIU比相式偏移特性阻抗继电器比相式偏移特性阻抗继电器90arg270setmsetmZZZZ90arg270setmmsetmmZIUZIU直线特性阻抗继电器直线特性阻抗继电器动作区动作区动作区动作区非动作区非动作区非动作区非动作区由由O O点作动作特性边点作动作特性边界线的垂线，此向界线的垂线，此向量即为整定阻抗量即为整定阻抗Z Zsetset比幅式直线特性阻抗继电器比幅式直线特性阻抗继电器|Zm|2Z|2Zsetset-Z-Zm m

10、| |短路点落在动短路点落在动作区上时作区上时|Z|Zm m|2Z|2Zsetset-Z-Zm m| |2|msetmmUZIU比相式直线特性阻抗继电器比相式直线特性阻抗继电器动作区动作区非动作区非动作区短路点落在直线特性线上时短路点落在直线特性线上时短路点落在非动作区上时短路点落在非动作区上时短路点落在动作区上时短路点落在动作区上时90arg270msetsetZZZ90arg270msetmsetmUZIZI其它直线特性阻抗继电器其它直线特性阻抗继电器方向阻抗继电器的死区方向阻抗继电器的死区方向阻抗继电器的死区方向阻抗继电器的死区|21|21|setmsetmmZIZIU方向阻抗继电器的死

11、区方向阻抗继电器的死区90arg27090arg270setmmmsetmmZIUUZZZ消除消除方向阻抗继电器死区的措施方向阻抗继电器死区的措施消除消除方向阻抗继电器死区的措施方向阻抗继电器死区的措施极化电压在比相中的作用极化电压在比相中的作用90Uarg270JsetmmZIUU UJ J与与U Um m同相，同相，U Um m与与U Um m-I-Im mZ Zsetset比相和比相和U UJ J与与U Um m-I-Im mZ Zsetset比相结果比相结果相同相同U Um m=0=0时，时，U Um m与与U Um m-I-Im mZ Zsetset无法比相无法比相而而U UJ J与

12、与U Um m-I-Im mZ Zsetset比比相结果与相结果与U Um m=0=0之前之前比相结果相同比相结果相同极化电压在比相中的作用极化电压在比相中的作用90Uarg270JsetmZI插入电压在比幅中的作用插入电压在比幅中的作用|B|A|21|21|setmsetmmZIZIU|B|A|21|21U|setmchsetmmchZIUZIU故障位于圆周上故障位于圆周上时，动作特性时，动作特性|A|=|B|A|=|B|与与|A|A|=|B|=|B| |等价等价故障位于圆周内故障位于圆周内时，动作特性时，动作特性|A|B|A|B|与与|A|A|B|B|A|B|与与|A|A|B|B| |等价

13、等价|21|21U|setmchsetmchZIUZI此时此时|21U|setmchZI小于小于成立成立|21|setmchZIU可见，只要可见，只要U Uchch与与U Um m同相同相位，继电器就能够反映位，继电器就能够反映故障前的特性，并动作故障前的特性，并动作对阻抗继电器接线方式的要求对阻抗继电器接线方式的要求对阻抗继电器接线方式的要求对阻抗继电器接线方式的要求对阻抗继电器接线方式的要求对阻抗继电器接线方式的要求阻抗继电器阻抗继电器相别相别接入电压接入电压U Um m输入电流输入电流I Im m反应故障类型反应故障类型ABABBCBCCACAU UABABU UBCBCU UCACAI

14、 IA A-I-IB BI IB B-I-IC CI IC C-I-IA AK K(3)(3)、K K(2)(2)ABAB、K K(1,1)(1,1)ABABK K(3)(3)、K K(2)(2)BCBC、K K(1,1)(1,1)BCBCK K(3)(3)、K K(2)(2)CACA、K K(1,1)(1,1)CACA相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式lZIIlZIlZIUUUUBABABAABm111)(BAABmIIIIlZIIUZBAABm1)3(相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式

15、0CBAIIICCKBBBKAAAEUUlZIUUlZIU11ACKAAKAACACCAmBCKBBCKBBCBBCmBABABAABmIEUlZIUlZIEIIUZIEUlZIEUlZIIIUZlZIIlZIIIIUZ113112111)()(相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式lZIlZIUlZIlZIUMALBBMBLAAlZIIlZZIIIIUZBAMLBABAABm1)1 , 1(1)(相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的0接线方式接线方式lZIIlZZIIIIUZBAMLBABAABm1)1 , 1

16、(1)(接地短路用阻抗继电器的接线方式接地短路用阻抗继电器的接线方式接地短路用阻抗继电器的接线方式接地短路用阻抗继电器的接线方式)()(100211021021ZZIIIlZUUUUUUUkAkAkAAAAA)(10001ZZIIIlZA)3()33(0111001IKIlZZZZIIlZAA接地短路用阻抗继电器的接线方式接地短路用阻抗继电器的接线方式)3(01IKIlZUAA1103ZZZKlZIKIIKIlZIKIUIUZAAAAmmm100103)3(3接地短路用接地短路用阻抗继电器阻抗继电器的接线方式的接线方式mUmIAUBUCU03IKIA03IKIB03IKIC)1 , 1 (C)

17、1 , 1 (B)1 (AAAKKK、)1 , 1 ()1 , 1 ()1 (ABBCBKKK、)1 , 1 (C)1 , 1 (C)1 (BACKKK、概述概述CABIKlBKKIZADDBI2E1E分支线对距离保护的影响分支线对距离保护的影响具有电源分支线具有电源分支线的系统接线图。的系统接线图。当线路当线路BCBC上上K K点发生点发生短路故障时短路故障时对于装在对于装在ABAB线路线路A A侧的距离侧的距离保护装置，由电源保护装置，由电源E E2 2供给供给的短路电流的短路电流I IDBDB流向故障点，流向故障点，但不经过保护装置但不经过保护装置Z ZKbABKABKABABABABK

18、KmlZKlZlZIIlZIlZIlZIZ1111111ABDBABABKbIIIIIK分支线对距离保护的影响分支线对距离保护的影响分支线对距离保护的影响分支线对距离保护的影响CABIKlBK1KIZAD2KI具有汲出分支线的具有汲出分支线的系统接线图系统接线图当当K K点发生短路时点发生短路时对对ADAD线路线路A A侧的距离保侧的距离保护装置，由于护装置，由于I IK2K2的存的存在，使得在，使得I IK1K1IIABABKbABKABKABABABABKKmlZKlZlZIIlZIlZIlZIZ11111111121ABKABABKbIIIIIK分支线对距离保护的影响分支线对距离保护的影

19、响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 短路点过渡电阻的特性短路点过渡电阻的特性gggggIlIUR1050短路点过渡电阻的特性短路点过渡电阻的特性 gRABCK213过渡电阻对单侧电源线路的影响过渡电阻对单侧电源线路的影响 jXjXR段的保护I1段的保护II1ABC1mZ段的保护I22mgZR R过渡电阻对单侧电源线路的影响过渡电阻对单侧电源线路的影响 过渡电阻对双侧电源线路的影响过渡电阻对双侧电源线路的影响gRABCK2131KI2KIKI ABKgKAZIRIU1gKBRIUjgKKgKKKBmeRIIRIIIUZ1112jgKKABKAmeRIIZIUZ111K

20、Z1gRBA2gR3gRjXRgRABK21KZ过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响防止和减小过渡电阻影响的方法防止和减小过渡电阻影响的方法防止和减小过渡电阻影响的方法防止和减小过渡电阻影响的方法KAIKMKTtZKImUmI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电力系统振荡时电流、电压的分布与变化电力系统振荡时电流、电压的分布与变化系统振荡时电流的变化特点系统振荡时电流的变化特点假设系统振荡时假设系统振荡时E EM M、E EN N的幅值相等，相角差为的幅值相等，相角差为 , ,其值为其值为0 0360360，即，即jMNeEEMNMEN

21、EMZNZlZMI系统中各元件的阻抗角系统中各元件的阻抗角相等，均为相等，均为 ，总阻抗，总阻抗jNlMeZZZZZ假设电流的正方假设电流的正方向为从向为从M M侧指向侧指向N N侧侧振荡过程不考虑负荷电流的影响振荡过程不考虑负荷电流的影响, ,两电源间的电流就是振荡电流：两电源间的电流就是振荡电流：ZeEZEZEEIjMNMM)1 (NU0MENEMUMIEZUNMZIMMZI该电流该电流I IM M滞后滞后于于E=EE=EM M-E-EN N的的角度为角度为 由图可见电势差由图可见电势差E E的有效值为的有效值为2sin2MEE 则振荡电流的有效值则振荡电流的有效值为为可见，当可见，当 在

22、在0 0360360范围内变化时，电流范围内变化时，电流I IM M的大小和相位都发生的大小和相位都发生变化。变化。I IM M变化曲线有效变化曲线有效值随值随 变化曲线如图所变化曲线如图所示。示。2sin2ZEZEIMMi180360540720900当当 =180=180时，时，I IM M达到最大达到最大I IM M=2E=2EM M/Z/Z系统振荡时电压的变化特点系统振荡时电压的变化特点maxMI)180(4123MNMENEMZNZlZMINU0MENEMUMIEZUNMZIMMZI系统振荡时，线路系统振荡时，线路两端母线电压为两端母线电压为MMMMZIEUNMNNZIEU由于假设全

23、系统阻由于假设全系统阻抗角相等，因此相抗角相等，因此相量量U UM M的末端落在相的末端落在相量量E E上上该相量就是电流该相量就是电流I IM M在电源在电源M M阻抗阻抗Z ZM M上上的压降的压降MMZI同理，相量同理，相量U UN N的末的末端也落在相量端也落在相量E E上上相量差相量差U UM M-U-UN N则表则表示电流示电流I IM M在线路上在线路上的压降的压降线路上各点电压相线路上各点电压相量的末端都落在相量的末端都落在相量差量差 U UM M-U-UN N上上在电势相角差为在电势相角差为 的情况下，系统的情况下，系统中总有一点的电中总有一点的电压为最低，其值压为最低，其值

24、 U UZ Z为由为由0 0点向点向U UM M-U-UN N相量所作垂线的相量所作垂线的长度长度线路上电压最低的这点线路上电压最低的这点称为振荡中心称为振荡中心, ,以以z z表示。表示。显然，显然，E EM M、E EN N幅值相等、幅值相等、且全系统阻抗角也相等且全系统阻抗角也相等时，振荡中心的位置在时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中心全系统纵向阻抗的中心, ,即即Z Z/2/2处。处。当当 由由0 0360360变化时，相量变化时，相量E EN N沿沿圆圆1 1变化；变化；相量相量U UN N沿圆沿圆2 2变化变化相量相量U UM M沿圆沿圆3 3变化变化从图中可见，振荡中心从图中

25、可见，振荡中心电压的有效值为电压的有效值为2cosMZEU =180=180时，时，E EN N走走到了到了E EM M反方向反方向此时此时Uz=0Uz=0 ，相当，相当于在线路于在线路z z点发生点发生三相短路。三相短路。此时，电流此时，电流I IM M达到达到最大。电流最大。电流I IM M的运的运行轨迹如图中圆行轨迹如图中圆4 4 =0=0时，此时时，此时E EM M、E EN N重合重合由于由于E EM M、E EN N重合，重合，两者相量差为两者相量差为0 0，因此振荡电流因此振荡电流I IM M=0=0UzUz则达到最大，即则达到最大，即Uz=EUz=EM M在系统发生振荡在系统发

26、生振荡时时, ,系统各点电压系统各点电压从一个最大值到从一个最大值到下一个最大值所下一个最大值所经历的时间称为经历的时间称为振荡周期振荡周期, ,一般在一般在0.250.252.5s.2.5s.而系统各点电压而系统各点电压相量末端的轨迹相量末端的轨迹则经历了一个圆则经历了一个圆周，如图周，如图U UN N所示。所示。系统各点电压变系统各点电压变化曲线如图所示。化曲线如图所示。u1803605407209001080zuMuNu系统振荡时测量阻抗的变化规律系统振荡时测量阻抗的变化规律MNMENEMZNZlZMIMMMMMMMMMmZIEIZIEIUZMNMMZZEEEZEEINMMjMNeEEM

27、jZZe11sincosjejsincos11jej2222sincoscos22cossin2sin2222cossin12222cossin2sin2j)1 (sin2222jctg222sincosctg222222211)1 (111jctgctgjctgjctgjctgjctg2222211sin2jctgctg222222sincosctg212jctg22121)(ctgZjZZZMmMZZjctg212该测量阻抗该测量阻抗相量的端点相量的端点如图为过振如图为过振荡中心荡中心z z 点点且垂直于且垂直于Z Z的直线的直线OOZ Zm m由两部分组由两部分组成，其中一部成，其中一部

28、分是分是Z-Z-ZM M即相量即相量mzmz另一部分组成另一部分组成是是相量端点随相量端点随 的的变化在变化在OO 直直线上移动线上移动221ctgZj因此，当因此，当 由由0 0变化到变化到360360时时, ,Z Zm m 的末端将的末端将由由 OO直线直线O侧的无穷远处侧的无穷远处开始沿开始沿OO直线向直线向O方向移动。方向移动。当当 =180=180时时, ,Z Zm m 的末端与振荡的末端与振荡中心中心z z点重合，点重合，Z Zm m = =Z-Z-ZM M当当 360360时，时，Z Zm m 的末端趋近的末端趋近于于O侧的无穷侧的无穷远远Z Zm m可见由可见由M M点向直线点

29、向直线OOOO所引的相量就所引的相量就是是M M点阻抗保护的点阻抗保护的测量阻抗，直线测量阻抗，直线O OOO直线测量阻抗直线测量阻抗末端轨迹末端轨迹直线直线OOOO测量阻抗测量阻抗末端轨迹是在假末端轨迹是在假设设E EM M与与E EN N幅值相等幅值相等时得出的结论。时得出的结论。当当E EM M的幅值大于的幅值大于E EN N幅值时，测量阻幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心抗的轨迹为圆心位于第一象限的位于第一象限的圆，如图虚线圆，如图虚线1 1当当E EM M的幅值小于的幅值小于E EN N幅值时，测量阻幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心抗的轨迹为圆心位于第三象限的位于第三象限的圆，如图虚线圆，如图

30、虚线2 2如果修改如果修改Z ZM M的值的值, ,还可获得线路上还可获得线路上任意位置的测量任意位置的测量阻抗。阻抗。系统振荡时测量阻抗的变化规律系统振荡时测量阻抗的变化规律MNMENEMZNZlZMIMMMMMMMMMmZIEIZIEIUZMNMMZZEEEZEEINMMjMNeEEMjZZe11sincosjejsincos11jej2222sincoscos22cossin2sin2222cossin12222cossin2sin2j)1 (sin2222jctg222sincosctg222222211)1 (111jctgctgjctgjctgjctgjctg2222211sin2

31、jctgctg222222sincosctg212jctg22121)(ctgZjZZZMmMZZjctg212该测量阻抗该测量阻抗相量的端点相量的端点如图为过振如图为过振荡中心荡中心z z 点点且垂直于且垂直于Z Z的直线的直线OOZ Zm m由两部分组由两部分组成，其中一部成，其中一部分是分是Z-Z-ZM M即相量即相量mzmz另一部分组成另一部分组成是是相量端点随相量端点随 的的变化在变化在OO 直直线上移动线上移动221ctgZj因此，当因此，当 由由0 0变化到变化到360360时时, ,Z Zm m 的末端将的末端将由由 OO直线直线O侧的无穷远处侧的无穷远处开始沿开始沿OO直线向

32、直线向O方向移动。方向移动。当当 =180=180时时, ,Z Zm m 的末端与振荡的末端与振荡中心中心z z点重合，点重合，Z Zm m = =Z-Z-ZM M当当 360360时，时，Z Zm m 的末端趋近的末端趋近于于O侧的无穷侧的无穷远远Z Zm m可见由可见由M M点向直线点向直线OOOO所引的相量就所引的相量就是是M M点阻抗保护的点阻抗保护的测量阻抗，直线测量阻抗，直线O OOO直线测量阻抗直线测量阻抗末端轨迹末端轨迹直线直线OOOO测量阻抗测量阻抗末端轨迹是在假末端轨迹是在假设设E EM M与与E EN N幅值相等幅值相等时得出的结论。时得出的结论。当当E EM M的幅值大于的幅值大于E EN N幅值时，测量阻幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心抗的轨迹为圆心位于第一象限的位于第一象限的