距离保护的基本原理及应用举例

主要元件为距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电 流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范 围通常用整定阻抗 的大小来实现。 Z set
故障时，首先判断故障的方向 ：
若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护 安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset， 说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开 对应的断路器；若Lk大于Lset，说明故障发生在保护范围之 外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
方向阻抗继电器特性圆
jX
Z set
1 Z set 2
Z m 1 Z set 2
o
R
1 1 Z m Z set Z set 2 2
全阻抗继电器
特性：全阻抗继电器的动作特性是以保护安
装点为圆心、以整定阻抗Zset为半径所作的一 个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区，圆 周是动作边界。 特点： 动作无方向性； 动作阻抗与整定阻抗相等。
的测量阻抗减小，保护范围延长， 可能造成保护无选择动作。 解决：在整定计算中解决，计算 动作电流时引入最小分支系数。
灵敏度校验：
K sen
Z 1.25 Z 12
II ( x) 2
II set
动作时间：t t
t
3、距离III段
整定原则：躲过本线路最小负荷阻抗
III set
5、整定计算举例
【例 3-1】 在图所示110kV网络中,各线路均装有距离保护，已知Z sA.max=20Ω、 Z sA.min=15Ω、Z sB.max=25Ω、Z sB.min=20Ω，线路AB的最大负荷电流 I L.max=600A，功率因数为0.85，各线路每公里阻抗Z 1=0.4Ω/km，线路阻抗角 =70º ，电动机的自起动系数K ast=1.5，保护5三段动作时间=2s，正常时母线最低 工作电压U L,min取等于0.9U N (U N=110kV)。试对其中保护1的相间保护短路Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ段进行整定计算。（各段均采用相间接线的方向阻抗继电器）
~
~
R R
1、距离I段 整定原则：躲过下一线路出口短路
Z K rel Z AB K rel Z1l AB
I set
K rel 0.8 ~ 0.85
2、距离II段
整定原则 （1）与下一相邻线路距离I段配合。
II I Z set K rel Z12 K rel K br .min Z set 2 K rel =0.8 ~ 0.85, K rel 0.8
3.距离II段整定计算 （1）动作阻抗。按下列两个条件选择 1）与相邻线路保护3的I段配合
II ' '' I Z set K rel Z12 K rel Kb.min Z set 3
为保护3 I段末端发生短路时对保护1而言的最小 K b ,min 分支系数，如图3-12所示，当保护3I 段末端 K1 点短 路时，分支系数按下式计算
k
Z SAmin
Z12 İ1
0.8Z 34 İ2
0.2Z 34
Z SB max
Kb
I 2 Z SA Z12 Z SB I1 Z SB
因而
15 12 25 Kb,min 2.08 25
II Z set 0.8 12 2.08 16 36.2
M
1
N
2
TA
Im
P
3
TV
jX
P
I Z set
Zm
Um
2
R
3
M
1


3.2.1 园特性阻抗继电器——两种不同的表达形式，
绝对值(或幅值)比较动作方程：比较两个量大小的绝对值比 较原理表达式；

相位比较动作方程：比较两个量相位的相位比较原理表达式。
1、偏移圆特性 有两个整定阻抗：正方 向整定阻抗和反方向整 定阻抗，两整定阻抗对 应矢量末端的连线就是 特性圆的直径。特性圆 包括座标原点。
Z
K rel Z l .min K re K ast 0.9U N I l .max
Z l .min
K rel 取0.8 0.85 K ast 取1.5-2.5 K res 取1.15 1.25

若采用方向特性
Z
III set
K rel Z l .min K re K ast cos( set L )
★
A D
Z
I AB I DB
B
lK
IK
K C
I K Z 1l K I AB Z 1l AB IK Zm Z 1l AB Z 1l K I AB I AB Z1l AB K b Z1l K
结论1
助增电流的存在，使AB线路A侧
阻抗继电器的测量阻抗增大，这 意味着其保护范围将会缩短，相 当于灵敏度下降 解决：在整定计算中解决。灵敏 度校验时引入最大分支系数.
set 整定阻抗的阻抗角 L 负荷阻抗的阻抗角
灵敏度校验
近后备：K sen 远后备：K sen 动作时间：t Z 1.5 Z 12 Z 1.2 Z AB K br .max Z next {t
III next max III set III set
III set
α 4
(b)

设测量阻抗 m 的实部为 Rm ，虚部为 X m ，则图3-8在第Ⅳ象 限部分的特性可以表示为
Rm Rset

X m Rm tg1
第Ⅱ象限部分的特性可以表示为 X m Rset

Rm X m tg 2

第Ⅰ象限部分的特性可以表示为 Rm Rset X mctg 3 X m X set Rm tg 4 综合以上三式，动作特性可以表示为 ˆ X m tg 2 Rm Rset X mctg3 ˆ tg Rm tg1 X m X set Rm 4
4、三相故障的情况下，存在三个相-地故障环和三个相-相故 障环 。
距离保护的正确工作是以故障距离的正确测量为基础的， 所以应以故障环上的电压电流做出的测量作为判断故障范围 的依据，对非故障环上电压电流做出的测量应不予反映。
以保护安装处故障相对地电压为测量电压、以带有 零序电流补偿的故障相电流为测量电流的方式，就能够 正确地反应各种接地故障的故障距离，所以它称为接地 距离保护接线方式。
第三章 线路阶段式 距离保护
3.1 距离保护的基本原理
3.3.1 距离保护工作原理


电流保护一般只适用于35kv及以下电压等级的配电网。
对于110kv及以上电压等级的复杂电网，必须采用性能更加 完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护 原理。 距离保护：反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根 据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。
2、外汲电流的影响：
A D
Z
I AB
B
IK2
C
I K1
lK
K
I K 1 Z 1l K I AB Z 1l AB I K1 Zm Z 1l AB Z 1l K I AB I AB
Z1l AB K b Z1l K
结论2
汲出电流的存在，使阻抗继电器
在实际三相系统的情况下?

故障电流可能流通的通路称为故障环 。
1、单相接地故障的情况下，存在一个故障相与大地之间的故 障环(相-地故障环) 。 2、两相接地故障的情况下，存在两个故障相与大地之间的 相-地故障环和一个两故障相之间的故障环(相-相故障环) 。 3、两相不接地故障的情况下，存在一个两故障相之间的相-相 故障环 。
（2）灵敏性校验
II K sen II Z set1 36.2 3.02 1.25 Z12 12
以保护安装处两故障相相间电压为测量电压、 以两故障相电流电流之差为测量电流的方式称为相 间距离保护接线方式。


3.1.3、时限特性
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阶梯 型时限特性，称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段
3.1.4 距离保护的组成
全阻抗继电器特性圆
jX
Z set
1
Zm

R
o
Z m Z set


3.2.2．多边形动作特性的阻抗继电器
如图3-8所示，阻抗继电器准四边形动作特性，准四边形以 内为动作区，以外为不动区，即测量阻抗末端位于准四条边 上为动作边界。 jX
Xset α 2 Zm α 3 o α Rset 1 R
Um Uk Zm Z k Z1 LK Im Ik
3.1.2 测量电压测量电流的选取
在单相系统中，测量电压就是保护安装处的电压，测量电流 就是线路中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：
U m I m Z m I m Z k I m Z1 Lk
}
t

4、将整定参数换算到二次侧
U m (1) nTV U m ( 2 ) nTV Z m (1) Z m( 2) I m (1) nTA I m ( 2 ) nTA
nTA Z m( 2) Z m (1) nTV
nTA Z set ( 2 ) Z set (1) nTV
3.2 阻抗继电器及其动作特性

阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作
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。
Um