第三章+距离保护(1)
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I 而 U mA、 mA 或 UmB 、 I mB 构成的测量元件不会动作；
.
2.
两相接地故障k(1,1)
.
.
U A U B U C.
.
.
IA
.
系统发生两相接地故障时，故 障点处两接地相的电压都为0。 以BC两相接地故障为例。 则：
UkB UkC 0
I mB I B K 3I0
.
IA
k
UkA 0
因此
U A ( I A K 3I0 ) z1Lk
A BC
I 若令 UmA U A 、mA I A K 3I0
分别作为保护的测量电压和测量电流
.
则有：
UmA I mA z1Lk
Z mA
U mA
两种接线方式的距离保护在不同故障时的动作情况
接线方式
故障类型
.
.
接地距离保护接线方式
相间距离保护接线方式
A相
.
.
B相
. .
C相
.
. .
.
AB相
I A IB
. .
BC相
.
CA相
.
.
U A I A K 3 I 0 U B I B K 3 I 0 U C IC K 3 I 0 U AB
U BC
.ห้องสมุดไป่ตู้
Um Im Zm I m Zk I m z1 Lk
只有测量电压、测量电流之间满足上述关系时，测量元件才能 正确反应故障距离。
但在实际的三相系统情况下，由于存在多种不同的短 路类型，而在各种不对称短路时，各相的电压电流都 不再简单地满足上述关系，所以无法直接用各相的电 压、电流构成测量元件的测量电压和电流。
III段时限需与相邻线路III段配合:一般不小于1-3秒。
A
2
B
1
k2
Zset .1
C
3)
Ⅰ段
距离保护Ⅰ段是瞬时动作的，tⅠ是保护 本身的固有动作时间（几十ms）
以保护2为例： Ⅰ段本应保护线路A—B的全长，即保护范围 为全长的100%，然而实际上不可能，因为当 Z 线路B—C出口处短路时， m2 Z AB Zk 2 Z AB
1.发生单相接地时故障电流可 以在故障相与大地之间流通
A BC
.
.
U A U B U C.
.
IA
k
UkA 0
2.发生两相接地时，故障电流 可以在两个故障相与大地之间 流通，以及在两个故障相之间 流通
.
.
U A U B U C.
.
.
IA
.
IB IC
A BC
k
UkB UkC 0
.
.
.
4. 三相对称故障k(3)
三相对称性故障时，故障点 处的各相电压相等且均都为0。
U A U B U C.
.
.
IA
.
IB IC
A BC
k
UkA UkB UkC 0
UkA UkB UkC 0
这种情况下，应用任何一相的电压电流按接地距离保护接 线方式或任何两相的电压电流按相间距离保护接线方式， 均能够正确反应故障距离。
M
.
1
Ik
k
.
2
N
~
.
~
Um
Uk
当线路中k点发生短路故障时,按照对称分量法，可以求 出母线M上各相的电压：
同理：
U A UkA I A1z1Lk I A2 z2 Lk I A0 z0 Lk [( I I I ) 3I z0 z1 ] z L U kA A1 A2 A0 A0 1 k 3z1 UkA ( I A K 3I0 ) z1Lk ( I I I I ) U (I K 3I ) z L 对输电线路zz =z U z
U B UkB (I B K 3I0 ) z1Lk
.
Z mBC
U mBC
.
U B U C IB IC
. .
.
.
( I B I C ) z1Lk IB IC
. .
.
.
z1Lk
I mBC
所以，ZmBC也能正确反映故障距离。
对于ZmAB、 ZmCA，由于在测量电压、电流中含有非故障相 的电压电流量，其值远大于短路阻抗，一般都不会动作。
I 用 UmB UB 、mB I B K 3I0 构成的测量元件能够正确反 应故障距离
I 而 U mA、 mA 或 UmC 、 ImC 构成的测量元件不会动作； 在C相发生单相接地故障时:
.
I mC 用 UmC UC 、 IC K 3I0构成的测量元件能够正确反 应故障距离
A BC
IB IC
k
UkB UkC 0
.
令 ： UmB UB 或 ： UmC UC
Z mB Z mC
U mB
.
z1Lk z1Lk
I mC IC K 3I0
I.mB U mC
.
I mC
ZmB、 ZmC均能够正确的反应故障距离
I B I C U CA
.
IC I A
.
.
单 相 接 地 两 相 接 地
A B
+
－
－
－ －
－ －
－ －
－ －
+
－
C
AB BC CA
－
+
－
－
－
－
－
－ －
+
－
+ +
－
+
－ －
+
＋
+
－
＋
－
－ －
＋
－
－
两 相 不 接 地
AB
BC CA
－
－ －
－
－ －
+
－ －
－
+
－
＋ ＋
三 相 ABC
＋
＋
＋
＋
＋
“+”表示能正确反应故障距离；“－”表示不能正确反应故障距
对非故障相A相：故障点处电压 UkA 0 ，故：
.
Z mA
U mA
.
z1Lk
I mA
所以，ZmA不能正确的反应故障距离
若令：
且 则有：
UmBC U B UC
I mBC I B IC
UC UkC ( IC K 3I0 ) z1Lk
同理可以分析出AB两相或CA两相接地故障时各测量 元件的动作情况 。
这种以保护安装处两相相间电压为测量电压，以两相电流差 为测量电流的接线方式称为相间距离保护接线方式。
.
.
3. 两相不接地故障
k(2)
U A U B U C.
.
.
IA
.
1 U kA U kB U kC 2
在故障点k处：各相电压都不为0， 但两故障相的对地电压相等
这时保护2Ⅰ段不应动作而应由保护1Ⅰ段动 作切除，因此，保护2其起动阻抗的整定值必 须躲开这一点短路时所能测量到的阻抗 Z AB
.
.
电力系统发生短路时，Um降低，Im增大，Zm变为 短路点与保护安装处之间的短路阻抗。对于具有均匀 分布参数的输电线路来说， Zm与短路距离Lk成线性 正比关系，即：
Zm Zk z1 Lk (r1 jx1 )Lk
式中 z1=r1+jx1——单位长度线路的复阻抗。 r1、x1分别为单位长度线路的正序电阻和电抗。
主要用于35kV以下的辐射型电网中，在 35kV以上复杂网络（特别是环网）中难以满 足选择性、灵敏性以及速动性的要求。
随着电力系统规模日益扩大，电力水平 越来越高，提高继电保护的灵敏性，并使其 保护范围不受或少受系统运行方式的影响， 对保护提出更高的要求，能够满足这一要求 ——距离保护。
距离保护是反应故障点至保护安
.
U A U B U C.
.
3.发生两相不接地时，故障电 流在两个故障相之间流通
IA
.
1 U kA U kB U kC 2
.
IB IC
k
4.发生三相短路时，故障电流 可以在任何两个故障相之间流 通，也可以在任何一个故障相 与大地之间流通 把故障电流可以流通的通路 称为故障环路。
一般情况下，保护安装处的非故障相电压接近于正常电压， 电流接近于负荷电流，所以当测量电压、电流中含有非故障 相电压、电流时，两者之比对应的阻抗要比短路阻抗大的多， 阻抗角也与短路阻抗不同，由它们判出的距离一般都在动作 区之外，不会动作于跳闸。
5. 故障环路及测量电压、测量电流的选取
在中性点直接接地的系统中
与整定长度Lset相对 应的阻抗为： Z set z1 Lset
Zm大于Zset时，说明Lk大于 Lset，故障在保护区之外。
3.1.4 测量电压与测量电流的选取 （距离保护的接线方式）
在单相系统中，测量电压 U m就是保护安装处的电压， . 测量电流 I m 就是线路中的电流，系统故障时两者之 间的关系为：
.
z1 Lk
这时，测量元件ZmA能够正确反应故障距离
这种以保护安装处相电压为测量电压，以带零序电流补偿的相 电流为测量电流的接线方式称为接地距离保护接线方式。
I mA
由于 U kB 、U kC 均接近正常电压，而 I B 、IC 均接近 正常负荷电流，B、C两相测量元件的工作状态与正 常负荷状态相差不大，所以A相故障时它们一般都 不会动作。 同理分析表明: 在B相发生单相接地故障时:
. . .
I mAB I A I B
.
Z mAB
U mAB
.
U A U B I A I B
.
( I A I B ) z1Lk I A I B
. .
.
.
z1Lk
I mAB
由于非故障相C相故障点处的电压与故障相电压不等， 作相减运算时不能被消掉，所以ZmBC、 ZmCA不能正确 反应故障距离。
. . . . A1 A2 A A0
2
1
B
kB
B
0
1 k
UC UkC ( IC K 3I0 ) z1Lk
K
0
1
3z1
零序电流补偿系数
1．单相接地故障k(1)
以A相单相接地故障为例进行分析。 在A相金属性短路的情况下，
有： UkA 0
.
.
U A U B U C.
第三章
电网的距离保护
第一节 距离保护的基本原理与构成
第二节 阻抗继电器及其动作特性 第三节 阻抗继电器的实现方法
第一节
距离保护的基本原理与构成
3.1.1 距离保护的概念
电流保护的主要优点： 简单、经济、工作可靠。 电流保护的主要缺点：
受电网接线方式及系统运行方式的影 响，整定值、保护范围、灵敏系数等不好 选择。
装点之间的距离（或阻抗），并 根据距离的远近而确定动作时间 的一种保护装臵。
3.1.2测量阻抗及与故障距离的关系
在距离保护中，测量阻抗通常用Z m来表示，它定义 . . 为保护安装处测量电压 U m 与测量电流 I m 之比，即：
Um Zm Im
在电力系统正常运行时，U m 近似为额定电压， I m 为 负荷电流， Z m为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大， 其阻抗角为数值较小的功率因数角（一般不大于 25.80），阻抗性质以阻性为主。
IB IC
A BC
k
设A、B两相故障k(2)AB : UkA UkB
同样可得： U A UB (IA IB ) z1Lk
U A I A z1Lk U Ak . . . U B I B z1Lk U Bk
.
.
.
若令： 同样有：
UmAB U A U B
它们的单位都是Ω/km。
短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角， 数值较大，阻抗性质以感性为主
k3
~
Lk3
Z
.
Im
Lset Lk1 Lk2
k1
k2
~
.
Um
依据测量阻抗 在上述不同情 Zset称为整定阻抗 jX 况下的“差 Zk2 整定阻抗位于线 异”，保护就 ZL 路阻抗角方向 能够“区分” Zset 出系统是否出 Zk1 负荷阻抗量值大，阻抗角小, 现故障，在发 以阻性为主 现有故障的情 R 况下，可以进 Z Zm小于Zset时，说明Lk小于 一步地“区分” k3 出是区内故障 Lset，故障在保护区内 还是区外故障。 负荷阻抗与短路阻抗
A BC
.
.
U A U B U C.
.
.
IA
.
IB IC
A BC
k
故障环路上的电压和环路中流通的电流之间满足距离保护要求， 用他们作为测量电压、测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地 反映保护安装处到故障点之间的距离。
当有故障相与大地之间构成故障环路时可采用反映接地故障的距离保护接线方式。
当有故障相与故障相之间构成故障环路时可采用反映相间故障的距离保护接线方式
3.1.5 距离保护的时限特性
1) 距离保护的动作时间t与保护安装处至短路点之 间的距离 Lk 的关系，称为距离保护的时限特性。 2) 为满足速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛 采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并 分别称为距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。
距离I段为无延时的速动段。
II段为带固定时限的速动段:延时的时限一般为0.3-0.6秒
.
2.
两相接地故障k(1,1)
.
.
U A U B U C.
.
.
IA
.
系统发生两相接地故障时，故 障点处两接地相的电压都为0。 以BC两相接地故障为例。 则：
UkB UkC 0
I mB I B K 3I0
.
IA
k
UkA 0
因此
U A ( I A K 3I0 ) z1Lk
A BC
I 若令 UmA U A 、mA I A K 3I0
分别作为保护的测量电压和测量电流
.
则有：
UmA I mA z1Lk
Z mA
U mA
两种接线方式的距离保护在不同故障时的动作情况
接线方式
故障类型
.
.
接地距离保护接线方式
相间距离保护接线方式
A相
.
.
B相
. .
C相
.
. .
.
AB相
I A IB
. .
BC相
.
CA相
.
.
U A I A K 3 I 0 U B I B K 3 I 0 U C IC K 3 I 0 U AB
U BC
.ห้องสมุดไป่ตู้
Um Im Zm I m Zk I m z1 Lk
只有测量电压、测量电流之间满足上述关系时，测量元件才能 正确反应故障距离。
但在实际的三相系统情况下，由于存在多种不同的短 路类型，而在各种不对称短路时，各相的电压电流都 不再简单地满足上述关系，所以无法直接用各相的电 压、电流构成测量元件的测量电压和电流。
III段时限需与相邻线路III段配合:一般不小于1-3秒。
A
2
B
1
k2
Zset .1
C
3)
Ⅰ段
距离保护Ⅰ段是瞬时动作的，tⅠ是保护 本身的固有动作时间（几十ms）
以保护2为例： Ⅰ段本应保护线路A—B的全长，即保护范围 为全长的100%，然而实际上不可能，因为当 Z 线路B—C出口处短路时， m2 Z AB Zk 2 Z AB
1.发生单相接地时故障电流可 以在故障相与大地之间流通
A BC
.
.
U A U B U C.
.
IA
k
UkA 0
2.发生两相接地时，故障电流 可以在两个故障相与大地之间 流通，以及在两个故障相之间 流通
.
.
U A U B U C.
.
.
IA
.
IB IC
A BC
k
UkB UkC 0
.
.
.
4. 三相对称故障k(3)
三相对称性故障时，故障点 处的各相电压相等且均都为0。
U A U B U C.
.
.
IA
.
IB IC
A BC
k
UkA UkB UkC 0
UkA UkB UkC 0
这种情况下，应用任何一相的电压电流按接地距离保护接 线方式或任何两相的电压电流按相间距离保护接线方式， 均能够正确反应故障距离。
M
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1
Ik
k
.
2
N
~
.
~
Um
Uk
当线路中k点发生短路故障时,按照对称分量法，可以求 出母线M上各相的电压：
同理：
U A UkA I A1z1Lk I A2 z2 Lk I A0 z0 Lk [( I I I ) 3I z0 z1 ] z L U kA A1 A2 A0 A0 1 k 3z1 UkA ( I A K 3I0 ) z1Lk ( I I I I ) U (I K 3I ) z L 对输电线路zz =z U z
U B UkB (I B K 3I0 ) z1Lk
.
Z mBC
U mBC
.
U B U C IB IC
. .
.
.
( I B I C ) z1Lk IB IC
. .
.
.
z1Lk
I mBC
所以，ZmBC也能正确反映故障距离。
对于ZmAB、 ZmCA，由于在测量电压、电流中含有非故障相 的电压电流量，其值远大于短路阻抗，一般都不会动作。
I 用 UmB UB 、mB I B K 3I0 构成的测量元件能够正确反 应故障距离
I 而 U mA、 mA 或 UmC 、 ImC 构成的测量元件不会动作； 在C相发生单相接地故障时:
.
I mC 用 UmC UC 、 IC K 3I0构成的测量元件能够正确反 应故障距离
A BC
IB IC
k
UkB UkC 0
.
令 ： UmB UB 或 ： UmC UC
Z mB Z mC
U mB
.
z1Lk z1Lk
I mC IC K 3I0
I.mB U mC
.
I mC
ZmB、 ZmC均能够正确的反应故障距离
I B I C U CA
.
IC I A
.
.
单 相 接 地 两 相 接 地
A B
+
－
－
－ －
－ －
－ －
－ －
+
－
C
AB BC CA
－
+
－
－
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－
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－
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+
＋
+
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＋
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－ －
＋
－
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两 相 不 接 地
AB
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－
－ －
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－ －
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－ －
－
+
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＋ ＋
三 相 ABC
＋
＋
＋
＋
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“+”表示能正确反应故障距离；“－”表示不能正确反应故障距
对非故障相A相：故障点处电压 UkA 0 ，故：
.
Z mA
U mA
.
z1Lk
I mA
所以，ZmA不能正确的反应故障距离
若令：
且 则有：
UmBC U B UC
I mBC I B IC
UC UkC ( IC K 3I0 ) z1Lk
同理可以分析出AB两相或CA两相接地故障时各测量 元件的动作情况 。
这种以保护安装处两相相间电压为测量电压，以两相电流差 为测量电流的接线方式称为相间距离保护接线方式。
.
.
3. 两相不接地故障
k(2)
U A U B U C.
.
.
IA
.
1 U kA U kB U kC 2
在故障点k处：各相电压都不为0， 但两故障相的对地电压相等
这时保护2Ⅰ段不应动作而应由保护1Ⅰ段动 作切除，因此，保护2其起动阻抗的整定值必 须躲开这一点短路时所能测量到的阻抗 Z AB
.
.
电力系统发生短路时，Um降低，Im增大，Zm变为 短路点与保护安装处之间的短路阻抗。对于具有均匀 分布参数的输电线路来说， Zm与短路距离Lk成线性 正比关系，即：
Zm Zk z1 Lk (r1 jx1 )Lk
式中 z1=r1+jx1——单位长度线路的复阻抗。 r1、x1分别为单位长度线路的正序电阻和电抗。
主要用于35kV以下的辐射型电网中，在 35kV以上复杂网络（特别是环网）中难以满 足选择性、灵敏性以及速动性的要求。
随着电力系统规模日益扩大，电力水平 越来越高，提高继电保护的灵敏性，并使其 保护范围不受或少受系统运行方式的影响， 对保护提出更高的要求，能够满足这一要求 ——距离保护。
距离保护是反应故障点至保护安
.
U A U B U C.
.
3.发生两相不接地时，故障电 流在两个故障相之间流通
IA
.
1 U kA U kB U kC 2
.
IB IC
k
4.发生三相短路时，故障电流 可以在任何两个故障相之间流 通，也可以在任何一个故障相 与大地之间流通 把故障电流可以流通的通路 称为故障环路。
一般情况下，保护安装处的非故障相电压接近于正常电压， 电流接近于负荷电流，所以当测量电压、电流中含有非故障 相电压、电流时，两者之比对应的阻抗要比短路阻抗大的多， 阻抗角也与短路阻抗不同，由它们判出的距离一般都在动作 区之外，不会动作于跳闸。
5. 故障环路及测量电压、测量电流的选取
在中性点直接接地的系统中
与整定长度Lset相对 应的阻抗为： Z set z1 Lset
Zm大于Zset时，说明Lk大于 Lset，故障在保护区之外。
3.1.4 测量电压与测量电流的选取 （距离保护的接线方式）
在单相系统中，测量电压 U m就是保护安装处的电压， . 测量电流 I m 就是线路中的电流，系统故障时两者之 间的关系为：
.
z1 Lk
这时，测量元件ZmA能够正确反应故障距离
这种以保护安装处相电压为测量电压，以带零序电流补偿的相 电流为测量电流的接线方式称为接地距离保护接线方式。
I mA
由于 U kB 、U kC 均接近正常电压，而 I B 、IC 均接近 正常负荷电流，B、C两相测量元件的工作状态与正 常负荷状态相差不大，所以A相故障时它们一般都 不会动作。 同理分析表明: 在B相发生单相接地故障时:
. . .
I mAB I A I B
.
Z mAB
U mAB
.
U A U B I A I B
.
( I A I B ) z1Lk I A I B
. .
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z1Lk
I mAB
由于非故障相C相故障点处的电压与故障相电压不等， 作相减运算时不能被消掉，所以ZmBC、 ZmCA不能正确 反应故障距离。
. . . . A1 A2 A A0
2
1
B
kB
B
0
1 k
UC UkC ( IC K 3I0 ) z1Lk
K
0
1
3z1
零序电流补偿系数
1．单相接地故障k(1)
以A相单相接地故障为例进行分析。 在A相金属性短路的情况下，
有： UkA 0
.
.
U A U B U C.
第三章
电网的距离保护
第一节 距离保护的基本原理与构成
第二节 阻抗继电器及其动作特性 第三节 阻抗继电器的实现方法
第一节
距离保护的基本原理与构成
3.1.1 距离保护的概念
电流保护的主要优点： 简单、经济、工作可靠。 电流保护的主要缺点：
受电网接线方式及系统运行方式的影 响，整定值、保护范围、灵敏系数等不好 选择。
装点之间的距离（或阻抗），并 根据距离的远近而确定动作时间 的一种保护装臵。
3.1.2测量阻抗及与故障距离的关系
在距离保护中，测量阻抗通常用Z m来表示，它定义 . . 为保护安装处测量电压 U m 与测量电流 I m 之比，即：
Um Zm Im
在电力系统正常运行时，U m 近似为额定电压， I m 为 负荷电流， Z m为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大， 其阻抗角为数值较小的功率因数角（一般不大于 25.80），阻抗性质以阻性为主。
IB IC
A BC
k
设A、B两相故障k(2)AB : UkA UkB
同样可得： U A UB (IA IB ) z1Lk
U A I A z1Lk U Ak . . . U B I B z1Lk U Bk
.
.
.
若令： 同样有：
UmAB U A U B
它们的单位都是Ω/km。
短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角， 数值较大，阻抗性质以感性为主
k3
~
Lk3
Z
.
Im
Lset Lk1 Lk2
k1
k2
~
.
Um
依据测量阻抗 在上述不同情 Zset称为整定阻抗 jX 况下的“差 Zk2 整定阻抗位于线 异”，保护就 ZL 路阻抗角方向 能够“区分” Zset 出系统是否出 Zk1 负荷阻抗量值大，阻抗角小, 现故障，在发 以阻性为主 现有故障的情 R 况下，可以进 Z Zm小于Zset时，说明Lk小于 一步地“区分” k3 出是区内故障 Lset，故障在保护区内 还是区外故障。 负荷阻抗与短路阻抗
A BC
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.
U A U B U C.
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IA
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IB IC
A BC
k
故障环路上的电压和环路中流通的电流之间满足距离保护要求， 用他们作为测量电压、测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地 反映保护安装处到故障点之间的距离。
当有故障相与大地之间构成故障环路时可采用反映接地故障的距离保护接线方式。
当有故障相与故障相之间构成故障环路时可采用反映相间故障的距离保护接线方式
3.1.5 距离保护的时限特性
1) 距离保护的动作时间t与保护安装处至短路点之 间的距离 Lk 的关系，称为距离保护的时限特性。 2) 为满足速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛 采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并 分别称为距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。
距离I段为无延时的速动段。
II段为带固定时限的速动段:延时的时限一般为0.3-0.6秒