四川理工学院《电力系统分析》第六章电网的距离保护

1、 第六章第六章 电网的距离保护电网的距离保护 距离保护：距离保护：反映故障点至保护安装点之间的反映故障点至保护安装点之间的距离距离（或阻抗），并根据（或阻抗），并根据距离远近而确定动作时间距离远近而确定动作时间的一种的一种保护装置。保护装置。 测量阻抗：测量阻抗：由施加于继电器的电压和电流测得的由施加于继电器的电压和电流测得的保护安装处至短路点的阻抗值。保护安装处至短路点的阻抗值。 当短路点距保护安装处当短路点距保护安装处近近时，其测量阻抗时，其测量阻抗小小，动，动作时间作时间短短；当短路点距保护安装处；当短路点距保护安装处远远时，其测量阻抗时，其测量阻抗增加增加，动作时，动作时间间增长增长；

2、保证有选择性地切除故障线路；保证有选择性地切除故障线路。 第一节第一节 距离保护的作用原理距离保护的作用原理一、基本原理一、基本原理。 fffrrrZIUIUZ 在被保护线路任一点发生故障时，测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量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即抗，即 距离保护反应的信息量比反应单一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。物理量的电流保护灵敏度高。 ddresrrrZIUIUZ 当当d d点短路时，保护点短路时，保护1 1测量的阻抗是测量的阻抗是 dZ，保，保 护护2 2测量的阻抗是测量的阻抗是 。 dABZZ 由于保护

3、由于保护1 1距短路点距短路点较近，保护较近，保护2 2距短路点距短路点较远，所以保护较远，所以保护1 1的动的动作时间可以做得比保作时间可以做得比保护护2 2的动作时间短。这的动作时间短。这样故障由保护样故障由保护1 1切除，切除，而保护而保护2 2不动作。不动作。这种这种选择性的配合，是靠选择性的配合，是靠适当地选择各个保护适当地选择各个保护的整定值和动作时限的整定值和动作时限来完成的。来完成的。 )(Lft BCdzZZ)85. 08 . 0(1 . 定义定义：动作时间与保护安装处至短路点之间距：动作时间与保护安装处至短路点之间距离关系离关系 三段阶梯型时限特性，称距离保护三段阶梯型时限

4、特性，称距离保护的的、段。段。)(Lft 距离距离段段 希希 望望：保护被保护范围全长，但满足选择性要求：保护被保护范围全长，但满足选择性要求 动作值动作值： ABABrelopZZKZ)85. 08 . 0(2 .动作时间动作时间： 1t= =保护本身固有动作时间保护本身固有动作时间 BCopZZ)85. 08 . 0(1 .二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性 距离距离段段 希希 望望：保护范围不超出下一条线路距离：保护范围不超出下一条线路距离段的保护范围，段的保护范围，同时带有高出一个同时带有高出一个 的时限。的时限。t动作值动作值：当保护：当保护1 1第第段末端短路时，保护段末

5、端短路时，保护2 2的测量阻抗为的测量阻抗为 1 .2opABZZZ)85. 08 . 0(8 . 0)(1 .2 .BCABopABKopZZZZKZ 动作时间动作时间： ttt 12 距离保护距离保护段和段和段联合构成本线路的段联合构成本线路的主保护主保护。 距离距离段段 希希 望：望：作为相临线路保护装置和断路器拒绝动作的后作为相临线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离备保护，同时也作为距离、段的后备保护。段的后备保护。 动作值：动作值： 2 .opZ = 按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定按躲开正常运行的最小负荷阻抗来整定， 不同工作特性阻抗继电器整定方法有差别。不同工

6、作特性阻抗继电器整定方法有差别。 tttnextself 动作时间：动作时间：距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l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。 阻抗继电器是距离保护装置的阻抗继电器是距离保护装置的核心核心元件，主要元件，主要作用作用：测：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。较，以确定保护是否应该动作。 r IrUrZrZ可以写成可以写成 jXR的复数形式，利用复数平面来分析的复数形式，利用复数平面来分析 这种继电器的动作特性这种继电器的动作特

7、性。第二节第二节 阻抗继电器阻抗继电器 单相式阻抗继电器单相式阻抗继电器：加入继电器的只有一个电压：加入继电器的只有一个电压 rU（可（可 以是相电压或线电压）和一个电流以是相电压或线电压）和一个电流 rI（可以是相电流或两相（可以是相电流或两相 电流之差）的阻抗继电器，电流之差）的阻抗继电器， 和和 的比值称为继电器的测量的比值称为继电器的测量 阻抗阻抗 ，即，即 rZrUrI 以以线路线路B-CB-C的保护的保护1 1为为例，将阻抗继电器的测量例，将阻抗继电器的测量阻抗画在复数阻抗平面上。阻抗画在复数阻抗平面上。 线路的线路的始端始端B B位于坐位于坐标原点标原点，正方向线路的测，正方向线

8、路的测量阻抗在第一象限，反方量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗在第三向线路的测量阻抗在第三象限，正方向线路测量阻象限，正方向线路测量阻抗与抗与R R轴之间角度为线路轴之间角度为线路B-CB-C的阻抗角的阻抗角 。对保对保护护1 1的的距离距离段，起动阻段，起动阻抗应整定为抗应整定为 dBCopZZ85. 0/1一、构成阻抗继电器的基本原则一、构成阻抗继电器的基本原则BCopZZ85. 0/1CBAd 为了减少为了减少过渡电过渡电阻阻以及以及互感器误差互感器误差的的影响，尽量简化继电影响，尽量简化继电器的接线，并便于器的接线，并便于制制造和调试造和调试，通常把阻，通常把阻抗继电器的抗继电器的

9、。如图。如图所示，其中所示，其中1 1为全阻抗为全阻抗继电器的动作特性，继电器的动作特性，2 2为方向阻抗继电器的为方向阻抗继电器的动作特性，动作特性，3 3为偏移特为偏移特性的阻抗继电器的动性的阻抗继电器的动作特性作特性。BCopZZ85. 0/1CBAd正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗阻抗ZrZr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；反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继

10、电器不动作。动作；反之，阻抗继电器不动作。 IsetZ 阻抗继电器都接于流互和压互的二次侧，测量阻抗继电器都接于流互和压互的二次侧，测量阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系阻抗与系统一次侧阻抗之间存在关系 yllBCyBrrnndnInUIUrZZ)(二、阻抗继电器的特性分析 1.1.全阻抗继电器全阻抗继电器 特性特性：以：以B B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗 为为半径所作的一个圆，如图所示。当测量阻抗半径所作的一个圆，如图所示。当测量阻抗 位于圆内时继位于圆内时继电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好电器动作，圆内为动作区，圆外为不动作

11、区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗位于圆周上时，继电器刚好动作，此时阻抗为起动阻抗setZrZopZjXRsetZrZopZ 该特性是以原点为圆心作的圆，因此不论加入继电器的 电压和电流之间的角度r为多大，继电器起动阻抗在数值上等于整定阻抗，即|setopZZ，全阻抗继电器没有方向性。幅值比较方式。当测量阻抗 位 rZ于圆内时，继电器能够起动，用阻抗的幅值表示，即|setrZZ |setrrZIU 这是比幅式继电器（比较两电压向量幅值大小）的动 作与边界条件。setrZI为电流在某一恒定阻抗setZ上的电压降落，利用电抗互感器或其它补偿装置获得。|setrZZ

12、jXRsetZrZopZ（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: :90arg90rsetrsetZZZZjXRsetZrZjXRsetZrZjXRsetZrZ继电器的动作边界条件为继电器的动作边界条件为: :90arg90rsetrsetZZZZ分子分母同乘以测量电流得分子分母同乘以测量电流得 90arg90rrrsetrrrsetIZIZIZIZjXRsetZrZ 特性特性：以整定阻抗：以整定阻抗 为直径而通过坐标原点的一个圆。为直径而通过坐标原点的一个圆。 当加入继电器的电压当加入继电器的电压和电流之间的相位差和电流之间的相位差 为不同数值时，继电器的

13、起动阻抗也为不同数值时，继电器的起动阻抗也将随之改变。将随之改变。 当当 等于的阻抗角等于的阻抗角 时，继电器的起动阻抗达到最大，时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。灵敏。 setZrrset2. 2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器rZrZ|2121setsetrZZZ起动（即测量阻抗 位于圆内）条件为 当反方向发生短路时，测量阻抗当反方向发生短路时，测量阻抗 位于第三象限，继电位于第三象限，继电器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。器不能动作，它本身具有方向性，称方向阻抗继电器。

14、rZ（1 1）幅值比较）幅值比较rZ（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90arg90rrsetZZZrZrZ90arg90rrsetZZZrZ 特性特性：当正方向的整定阻抗为：当正方向的整定阻抗为 时，同时向反方向偏移一个时，同时向反方向偏移一个 ，其，其中中 。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为。圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为 ，圆心，圆心坐标坐标 该特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当该特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当 时，为方向阻时，

15、为方向阻抗继电器，而当抗继电器，而当 时，为全阻抗继电器，其起动阻抗既与时，为全阻抗继电器，其起动阻抗既与 有关，但又有关，但又没有完全的方向性，所以一般称为具有没有完全的方向性，所以一般称为具有偏移特性的阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器。 setZsetZ10setsetZZ)(210setsetZZZ01r3. 3. 偏移特性的阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器|00ZZZZsetrjXRsetZrZsetZ0ZZr0Z1、比幅式动作方程：setsetrZZZ)1 (5 . 0)1 (5 . 0（2 2）相位比较）相位比较 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 90arg90

16、21rsetrsetZZZZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2Z90arg9021rsetrsetZZZZ90arg9021rrsetrrsetUIZUIZ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（）阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处之间的距离；（）阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；1、对阻抗继电器接线要求（1）接线定义02、反映相间短路故障接线1cos当 时，加在继电器端子上电压与电流的相位差为零。 继电器1继电器2继电器3BAUUBAIICBUUCBIIACUUACI

17、I3、反映接地短路故障的阻抗继电器接线作用：作为接地短路故障测量元件。 当发生单相金属性接地短路故障时，只有故障相的电压降低，故障点相对地电压为零。以A相为例，故障点对地电压为零。kAU) 1 (kAI将电压和电流分解为序分量，则)1(0)1(2)1(1)1(021KAKAKAKAKAKAKAKAIIIIUUUU三序分量电压为kKKAAkKKAAkKKAALZIUULZIUULZIUU000012221111021AAAAUUUUkKKKKAKAKALZIZIZIUUU)()(001211021)(100211ZZIIILZKKKk)(11001ZZZIILZKAk若加入继电器电压、电流为Ar

18、UUArII则测量阻抗为kAKkmLZZIILZZ)(1001 为了正确测量阻抗，加入继电器电压、电流应为：03 IKIIUUArAr1103ZZZK其中：测量阻抗kAkAmLZIKILZIKIZ10103)3( 显然，加入相电压、带零序电流补偿的相电流，阻抗继电器就能正确测量保护安装处至短路点间距离。继电器1继电器2继电器3AUBUCU03 IKIA03 IKIB03 IKICrZrZ90arg90rsetrsetZZZZ90arg90rrsetZZZ|setrZZ |2121setsetrZZZjXRsetZrZsetZ0ZsetsetrZZZ)1 (5 . 0)1 (5 . 090arg

19、9021rsetrsetZZZZ；教学要求： 通过学习要求掌握系统振荡时电气量变化的特点；测量阻抗变化特性；短路与振荡的区分原理。3600。1LZ1MZ1NZmI2sin201ZEIL若EEENM，正常运行时夹角为 ，0负荷电流为：MENE11111)1 (ZeEZEEZZZEEIjNMNLMNMswi11RXarctg当1801max.2ZEIswi最大。1MZMENELZ1NZswiI11111)1 (ZeEZEEZZZEEIjNMNLMNMswi当1801max.2ZEIswi最大。系统M、N点的电压为：)(1111LMswiMNswiNNMswiMMZZIEZIEUZIEUMENEZM

20、MUNNUswiIZ点位于15 . 0Z处。当1801max.2ZEIswi最大。1MZMENELZ1NZswiINMEE母线母线M M的电压：的电压：1)1 (MjMMZZeEEU=0, 90, =180, 270, =360, MMEU MUMMMMZZE2EUU , MUMMEU ,MU1MswiMMZIEU称为系统振荡中心ZU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。 此点的电气参数与什么故障相此点的电气参数与什么故障相类似？

21、类似？在在Z Z点位于点位于Z Z /2/2处，当处，当 =180=180 时：时：电压电压UzUz=0=0，ZIEUswiMZ211max.2ZEIMswi最大。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111111MjMNMMMMMMMMrZZeZZEEEZIEIZIEIUZ1MZMENELZ1NZswiI应用欧拉公式及三角公式，有应用欧拉公式及三角公式，有 于是于是 221)21(1ctgZjZZZMMr2jctg12e1j jej sincos结论：阻抗继电器的测量阻抗将在结论：阻抗继电器的测量阻抗将

22、在Z Z 的垂直平的垂直平分线分线OOOO 上移动。上移动。 221)21(1ctgZjZZZMMr221)21(1ctgZjZZZMMr1MZMENELZ1NZswiIZ21121MZZ 221ctgZjOOMrZMrZCB123456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，而方向阻抗继电器最大，而方向阻抗继电器所受的影响最小。所受的影响最小。 MENEZMMUNNUswiINMEE(1)(1)继电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

23、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。 双稳态22( )U I1t01KT2KT02tKRZ &123去逻辑元件11KT延时t 输出22KT将原来输入记忆一个时间tRS11111158ts20.1 0.2ts保护范围内短路外部短路引起系统振荡001t内双稳输

24、出12KTt 内2输出为13门 开放Zr振荡时进入动作圆所需要时间为t2ttKTt032412KR1KR2Z 1Z &去逻辑元件1KT延时t输出，t t1KR为振荡闭锁元件2KR为距离保护测量元件21Z12rttt 振荡时从圆 进入圆 所需要时间：KTt032412KR1KR2Z 1Z &去逻辑元件1KT延时t输出，t t1KR为振荡闭锁元件2KR为距离保护测量元件21Z12rttt 振荡时从圆 进入圆 所需要时间：KR振荡时，首先1进入圆101110 t时间内，门2开放012KR不动00KTt时间一过，输出为1KR2,2即使2进入圆 但门 已被闭锁第第7 7节节 影响距离保护

25、正确工作的因素影响距离保护正确工作的因素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 1、过渡电阻对距离保护的影响 为了分析问题的简便，前面分析问题时总是假设金属性短路故障。事实上，短路点通常是经过渡电阻短路的。 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短路点的过渡电阻主要是的电弧电阻的电弧电阻RgRg，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，且电弧的长度和电流的大小都随时间而变化，。随着电弧电流的衰减和电弧长度的增长，随着电

26、弧电流的衰减和电弧长度的增长，RgRg随着增大，随着增大，大约经大约经0.10.10.150.15秒后，秒后，RgRg剧烈增大。剧烈增大。 保护保护1 1的测量阻抗为的测量阻抗为 ，gR 保护保护2 2的测量阻抗为的测量阻抗为 。 gABRZ结论：保护装置结论：保护装置时，受过渡电阻的影响越时，受过渡电阻的影响越大，同时保护装置的大，同时保护装置的，则相对地受过，则相对地受过渡电阻的影响也越大。渡电阻的影响也越大。 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，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

27、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，测量阻抗增大，当为正时，测量阻抗增大，当 为负时，测量为负时，测量阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致阻抗的电抗部分将减小。在后一种情况下，可能导致保护无选择性的动作。保护无选择性的动作。 jgkkABkAreRIIZIUZ112jgkkgkkkBreRIIRIIIUZ1111=rZ1rZZBCsetZZ85. 0/1CBA2 2、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，通过起动元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，仍以预定的时限动作件

28、的动作而固定下来，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，KMKM、KTKT起动，通过起动，通过KAKA的接的接点及点及KMKM，此后，此后KMKM的的动作与动作与KRKR无关无关发出跳闸发出跳闸脉冲。脉冲。经过经过KTKT的的延时延时既使电弧电阻增大，使既使电弧电阻增大，使KRKR返回，返回，保护仍能以预定的延时跳闸。保护仍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二、分支电流的影响二、分支电流的影响 使故障线路电流增大的现

29、象，称为助增。如下图所示电使故障线路电流增大的现象，称为助增。如下图所示电路，当在路，当在BCBC线路上的线路上的D D点发生短路时，在变电所点发生短路时，在变电所A A距离保护距离保护1 1的测量阻抗为的测量阻抗为结论：助增电流，使测量阻抗增大，保护范围缩短。结论：助增电流，使测量阻抗增大，保护范围缩短。 1.1.助增电流的影响助增电流的影响dbABZKZdABBdABABdBdABABABArZIIZIZIZIIUZ1 .使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下图所使故障线路中电流减小的现象称为外汲。如下图所示电路，当在平行线路上的示电路，当在平行线路上的D D点发生短路时，在变电所点发生

30、短路时，在变电所A A距离保护距离保护1 1的测量阻抗的测量阻抗 结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可结论：外汲电流时使测量阻抗减小，保护范围增大，可能引起无选择性动作。能引起无选择性动作。 2.2.外汲电流的影响外汲电流的影响dbABdABBdABABdBdABABABAmZKZZIIZIZIZIIUZ1 .第八节第八节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算一、距离保护一、距离保护 段段 1.1.动作阻抗动作阻抗 2.2.动作时限动作时限 ABrelop1ZKZ01t 二、距离保护二、距离保护段段 1. 1.动作阻抗动作阻抗 （1 1）与下一线路的第一段保护配合）与下一线路的第一

31、段保护配合式中式中 KbKb为分支系数为分支系数，（2 2）与相邻变压器的快速保护相配合）与相邻变压器的快速保护相配合 取（取（1 1）、（）、（2 2）计算结果中的小计算结果中的小者作为者作为 。 BCABZKKZKZrelbrel1 .opminbABBCIIKBABZKZKZbrel1 .op1 .opZ2.2.动作时限动作时限 3. 3.灵敏度校验灵敏度校验 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第段相配合的原则选择动作阻抗，即段相配合的原则选择动作阻抗，即第第段的动作时限应比下一线路第段的动作时限应比下一线路第段的动作时段的动作时限大一个时限阶段，限大一个时限阶段， tttt215 . 1op1ABsenZZK2 .opbrel1 .opZKZKZABttt21三、三、 距离保护距离保护段段 1.1.动作阻抗动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第按躲开最小负荷阻抗来选择，若第段采用全阻段采用全阻抗继电器，其动作阻抗