电力系统继电保护 ——阻抗继电器的实现方法、距离保护的整定计算与对距离保护的评价
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（3-113）
如果ksen不满足要求，则距离II段应该改为与相邻元件的II段保护相配 合
(4) 动作时间的整定:
距离保护II段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大 一个时间级差△t ，即：
（3-11来自百度文库）
式中t
——与本保护配合的相邻元件保护段(I或II)的动作时间。
III Z set .1
五、阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压
绝对值比较原理的比较回路有一定的动作门槛：
1 1 K I I m K I I m KUU m U 0 2 2
两侧同时除以KuUm，Zset=KI/KU，Zm=Um/Im
U0 1 1 Z set Z set Z m 2 2 KUU m 使继电器的测量阻抗处于临界动作状态，就是继电器的动作阻抗，记为Zop。
K I I m KUU m 900 KUU m
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式相位比较阻抗继电器
既可以用阻抗的方式，也可以用电压的形式。 电压比较方式：相量比较和瞬时采样值比较两种。
实现方法：动作特性和动作方程的实现；核心：判断出
故障处于规定的保护区内还是保护区外；两种：（1）精 确地测量出Zm，与实现确定的动作特性进行比较；（2） 无需精确地测出Zm，只需间接地判断它是处在动作边界 之内还是处在动作边界之外。
二、绝对值比较原理的实现
绝对值比较阻抗继电器：|ZB|≤|ZA|
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（1）模拟式绝对值比较阻抗继电器的实现
阻抗实现较困难，电压实现较简单； 两端同乘以测量电流Im，并令ImZA=UA ImZB=UB，则绝对值比较的
动作条件可以表示为：|UB|≤|UA| 模拟式保护中：电压形成是依靠电路串并联连接的方法实现的。 以方向阻抗元件为例。
四、比较工作电压相位法实现
以正序电压为参考电压的测量元件时：具有明确的方向性 以记忆电压为参考电压的测量元件：
传统的模拟式距离保护中：记忆电压是通过LC谐振记忆回路获得 ；仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，称为初态特性 数字式保护中：故障发生一定时间后，电源的电动势变化，所以 记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用。
K rel Z L.min K SS K re cos(set L )
Krel=0.83
III Z set .1
0.83 163.5 109.7 1.5 1.15cos(700 25.80 )
图3-28
对距离保护可以做如下的评价： 1)由于同时利用了短路时电压、电流的变化特征，通过测量故障阻抗来确 定故障所处的范围，保护区稳定、灵敏度高，动作受电网运行方式变化的 影响小，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电网中应用。 2)由于只利用了线路一侧短路时电压、电流的变化特征，距离保护I段的 整定范围为线路全长的80%~85%，这样在双侧电源线路中，有30%~40% 的区域故障时，只有一侧的保护能无延时的动作，另一侧保护需经0.5s的 延时后跳闸。在220kv以及以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力 系统稳定性对短路切除快速性的要求，因而，还应配备能够全线快速切除 故障的纵联保护。 3)距离保护的阻抗测量原理，除了可以应用于输电线路的保护外，还可以 应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。 4)相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂， 装置自身的可靠性稍差。
1. 距离保护第I段的整定
整定原则：距离I段为无延时的速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按 躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定，以A处保护为例：
（3-109）
2．距离保护第II段的整定
(1)分支电路对测量阻抗的影响
如图3-25所示,图中K点发生三相短路时， A保护处的测量阻抗为：
（3-110）
若令UCI=uc(n)；UCR=-uc(n-N/4)； UDI=uD(n)；UDR=-uD(n-N/4)：
N N 余弦： uC (n )uD (n ) uc (n)uD (n) 0 4 4
N N 正弦： uC (n )uD (n) uc (n)uD (n ) 0 4 4
（3-112）
式中
式中
——可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.7~0.75。
当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时，距离II段的整定阻抗应 分别按上述两种情况计算，取其中的较小者作为整定阻抗。
(3) 灵敏度校验: 距离保护的II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够
的灵敏度。考虑到各种误差因素，灵敏系数应满足：
1 1 K I I m KUU m K I I m 2 2
二、绝对值比较原理的实现
绝对值比较阻抗继电器：|ZB|≤|ZA|
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式保护中绝对值比较的实现
电压或阻抗的形式均较简单； A/D转换器；计算Um Im Zm，可用两点积算法、导数算法、傅式 算法和解微分方程算法算出。 设有傅式算法算出电压和电流实、虚部分别用UR UI IR II表示，则
1 1 Z m Z set Z set 2 2
二、绝对值比较原理的实现
T：电压变换器：电压互感器的 输出电压（？）变换为适合弱电 回路运算的电压，Ku没有量纲。 UR：电抗互感器，一个输入绕组 和三个输出绕组，一个为调节电阻， 可以改变阻抗角；另两个输出电压 相同，KI具有阻抗量纲的复数变换 系数。 UA=KIUm/2 UB=KIUm/2 – KUUm
U m U R jU I U mU
Zm
I m I R jI I I mI
U m U R +jU I U R I R U I I I U I IR U R II j Rm jX m 2 2 Im I R jI I IR I I2 IR I I2
考虑互感器误差、过渡电阻等 因素的影响：
180 1 arg
0
U op Um
1800 2
均取90°，对应的是方向圆。 U op 0 90 arg 900 Um 优点：阻抗元件本身具有方向 性，只有在正向区间故障时动作， 反方向短路时不会动作；缺点： 动作特性经过坐标原点，有可能 出现正向出口短路时拒动或反向 出口短路时误动的情况。
式中
—线路AB的正序阻抗； —母线B与短路点之间线路的正序阻抗； —分支系数。 1)在图3-25(a)的情况下 2)在图3-25(b)的情况下
大于
小于
(2) II段的整定 1)与相邻线路距离保护I段相配合。保护1 II段的整定阻抗为：
（3-111）
——可靠系数，一般取0.8。 ——为确保在各种运行方式下保护1的II段范围不超过保护2的 I段范围，分支系数 取各种情况下的最小值。 2)与相邻变压器的快速保护相配合。设变压器的阻抗为 ，则保护1距离II 段的整定值应为：
K rel Z L.min K SS K re
Krel=0.8~0.85
III Z set .1
K rel Z L.min K SS K re cos(set L )
4．将整定参数换算到二次侧
或
（3-122）
上述计算中得到的整定阻抗，也按照类似的方法换算到二次侧：
（3-123）
5．整定计算举例
如图：网络的正序阻抗Z1=0.45Ω/km，阻抗角。线 路上采用三段式距离保护，其第I、II、III段阻抗元件 均采用方向阻抗继电器，继电器的最灵敏角sen 65， II 0.8 ，负荷的功 保护2的延时t 2s ，并设K 0.85 ，Krel 率因数 cos D 0.9，变压器采用纵差保护。试求：距离 保护1第 I段、第II段的动作阻抗，第II段灵敏度与动 作时间，校验第II段灵敏度。
III 2
I rel
A
1
B 30km
2
C 38km T1 62km
D
E A 115 / 3kV X sA.min 10 X sA.max 20 EB 115 / 3kV X sB.min 30 X sB.max 40
四、比较工作电压相位法实现
直接根据绝对值比较方程和相位比较方程实现阻抗继电器 比较工作电压相位原理实现故障区段测量和判断
工作电压：又称为补偿电压，定义为保护安装处测量电压 Um与测量电流Im的线性组合，即：
U op U m I m Z set
Um被称为参考电压或极化电压。
四、比较工作电压相位法实现
一、距离保护的整定计算
二、对距离保护的评价
一、距离保护的整定计算
目前电网中应用的距离保护装置，一般采用阶梯时限配合的三段式配 置方式。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，确 定计算出距离I段、II段和III段测量元件的整定阻抗以及II段和III段的动作时 限。
当距离保护用于双侧电源的电力系 统时，为便于配合，一般要求I、II段的 测量元件都要具有明确的方向性，即采 用具有方向性的测量元件。第III段为后 备段，包括对本线路I、II段保护的近后 备、相邻下一级线路保护的远后备和反 向母线保护的后备，所以第III段通常采 用带有偏移特性的测量元件，用较大的 延时保证其选择性。 以各段测量元件均采用圆形动作特 性为例，它们的动作区域可用图3-24 示意。
阻抗继电器的实现方法
一、实现方法的概念 二、绝对值比较原理的实现 三、相位比较原理的实现 四、比较工作电压相位法实现 五、精确工作电流和精确工作电压
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@whut.edu.cn
距离保护的整定计算 与对距离保护的评价
II II I Z set Krel (Z A B Kb.min Z set 3)
=0.8×（12+1.19 ×20.4 ） =29.0
II II Z set Krel (Z A B Kb.min ZT )
0.7 ×（12+2.07 ×44.1）=72.3
29
III Z set .1
测量电压、电流基波的有效值；基波的相角；实、虚部； 阻抗值和阻抗角
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。 （1）模拟式相位比较阻抗继电器
Z set Z m 900 Zm
900 arg
900 arg
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式相位比较阻抗继电器
（2）瞬时采样值比较
uc (n) 2UC sin(tn C ) uD (n) 2U D sin(tn D )
（1）相量比较
UC UC c UCR jUCI
假设已得到Uc和UD
U D U D D U DR jU DI
1)动作范围-90°~90°： UC U D cos(c D ) UCRU DR UCIU DI 0
余弦型相位比较判据
2）动作范围0°~180°： UC U D sin(c D ) UCIU DR UCRU DI 0 正弦型相位比较判据
当前采样时刻为n，则
工频1/4周期以前时刻的采样值为：
N 1 ) 2U C sin( (tn T ) C ) 2U C cos(tn C ) 4 4 N 1 uD (n ) 2U D sin( (tn T ) D ) 2U D cos(tn D ) 4 4 uC (n
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@whut.edu.cn
阻抗继电器的实现方法
一、实现方法的概念 二、绝对值比较原理的实现 三、相位比较原理的实现 四、比较工作电压相位法实现 五、精确工作电流和精确工作电压
一、阻抗继电器实现方法的概念
阻抗继电器：对应的距离保护哪个部分？
如果ksen不满足要求，则距离II段应该改为与相邻元件的II段保护相配 合
(4) 动作时间的整定:
距离保护II段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大 一个时间级差△t ，即：
（3-11来自百度文库）
式中t
——与本保护配合的相邻元件保护段(I或II)的动作时间。
III Z set .1
五、阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压
绝对值比较原理的比较回路有一定的动作门槛：
1 1 K I I m K I I m KUU m U 0 2 2
两侧同时除以KuUm，Zset=KI/KU，Zm=Um/Im
U0 1 1 Z set Z set Z m 2 2 KUU m 使继电器的测量阻抗处于临界动作状态，就是继电器的动作阻抗，记为Zop。
K I I m KUU m 900 KUU m
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式相位比较阻抗继电器
既可以用阻抗的方式，也可以用电压的形式。 电压比较方式：相量比较和瞬时采样值比较两种。
实现方法：动作特性和动作方程的实现；核心：判断出
故障处于规定的保护区内还是保护区外；两种：（1）精 确地测量出Zm，与实现确定的动作特性进行比较；（2） 无需精确地测出Zm，只需间接地判断它是处在动作边界 之内还是处在动作边界之外。
二、绝对值比较原理的实现
绝对值比较阻抗继电器：|ZB|≤|ZA|
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（1）模拟式绝对值比较阻抗继电器的实现
阻抗实现较困难，电压实现较简单； 两端同乘以测量电流Im，并令ImZA=UA ImZB=UB，则绝对值比较的
动作条件可以表示为：|UB|≤|UA| 模拟式保护中：电压形成是依靠电路串并联连接的方法实现的。 以方向阻抗元件为例。
四、比较工作电压相位法实现
以正序电压为参考电压的测量元件时：具有明确的方向性 以记忆电压为参考电压的测量元件：
传统的模拟式距离保护中：记忆电压是通过LC谐振记忆回路获得 ；仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，称为初态特性 数字式保护中：故障发生一定时间后，电源的电动势变化，所以 记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用。
K rel Z L.min K SS K re cos(set L )
Krel=0.83
III Z set .1
0.83 163.5 109.7 1.5 1.15cos(700 25.80 )
图3-28
对距离保护可以做如下的评价： 1)由于同时利用了短路时电压、电流的变化特征，通过测量故障阻抗来确 定故障所处的范围，保护区稳定、灵敏度高，动作受电网运行方式变化的 影响小，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电网中应用。 2)由于只利用了线路一侧短路时电压、电流的变化特征，距离保护I段的 整定范围为线路全长的80%~85%，这样在双侧电源线路中，有30%~40% 的区域故障时，只有一侧的保护能无延时的动作，另一侧保护需经0.5s的 延时后跳闸。在220kv以及以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力 系统稳定性对短路切除快速性的要求，因而，还应配备能够全线快速切除 故障的纵联保护。 3)距离保护的阻抗测量原理，除了可以应用于输电线路的保护外，还可以 应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。 4)相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂， 装置自身的可靠性稍差。
1. 距离保护第I段的整定
整定原则：距离I段为无延时的速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按 躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定，以A处保护为例：
（3-109）
2．距离保护第II段的整定
(1)分支电路对测量阻抗的影响
如图3-25所示,图中K点发生三相短路时， A保护处的测量阻抗为：
（3-110）
若令UCI=uc(n)；UCR=-uc(n-N/4)； UDI=uD(n)；UDR=-uD(n-N/4)：
N N 余弦： uC (n )uD (n ) uc (n)uD (n) 0 4 4
N N 正弦： uC (n )uD (n) uc (n)uD (n ) 0 4 4
（3-112）
式中
式中
——可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.7~0.75。
当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时，距离II段的整定阻抗应 分别按上述两种情况计算，取其中的较小者作为整定阻抗。
(3) 灵敏度校验: 距离保护的II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够
的灵敏度。考虑到各种误差因素，灵敏系数应满足：
1 1 K I I m KUU m K I I m 2 2
二、绝对值比较原理的实现
绝对值比较阻抗继电器：|ZB|≤|ZA|
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式保护中绝对值比较的实现
电压或阻抗的形式均较简单； A/D转换器；计算Um Im Zm，可用两点积算法、导数算法、傅式 算法和解微分方程算法算出。 设有傅式算法算出电压和电流实、虚部分别用UR UI IR II表示，则
1 1 Z m Z set Z set 2 2
二、绝对值比较原理的实现
T：电压变换器：电压互感器的 输出电压（？）变换为适合弱电 回路运算的电压，Ku没有量纲。 UR：电抗互感器，一个输入绕组 和三个输出绕组，一个为调节电阻， 可以改变阻抗角；另两个输出电压 相同，KI具有阻抗量纲的复数变换 系数。 UA=KIUm/2 UB=KIUm/2 – KUUm
U m U R jU I U mU
Zm
I m I R jI I I mI
U m U R +jU I U R I R U I I I U I IR U R II j Rm jX m 2 2 Im I R jI I IR I I2 IR I I2
考虑互感器误差、过渡电阻等 因素的影响：
180 1 arg
0
U op Um
1800 2
均取90°，对应的是方向圆。 U op 0 90 arg 900 Um 优点：阻抗元件本身具有方向 性，只有在正向区间故障时动作， 反方向短路时不会动作；缺点： 动作特性经过坐标原点，有可能 出现正向出口短路时拒动或反向 出口短路时误动的情况。
式中
—线路AB的正序阻抗； —母线B与短路点之间线路的正序阻抗； —分支系数。 1)在图3-25(a)的情况下 2)在图3-25(b)的情况下
大于
小于
(2) II段的整定 1)与相邻线路距离保护I段相配合。保护1 II段的整定阻抗为：
（3-111）
——可靠系数，一般取0.8。 ——为确保在各种运行方式下保护1的II段范围不超过保护2的 I段范围，分支系数 取各种情况下的最小值。 2)与相邻变压器的快速保护相配合。设变压器的阻抗为 ，则保护1距离II 段的整定值应为：
K rel Z L.min K SS K re
Krel=0.8~0.85
III Z set .1
K rel Z L.min K SS K re cos(set L )
4．将整定参数换算到二次侧
或
（3-122）
上述计算中得到的整定阻抗，也按照类似的方法换算到二次侧：
（3-123）
5．整定计算举例
如图：网络的正序阻抗Z1=0.45Ω/km，阻抗角。线 路上采用三段式距离保护，其第I、II、III段阻抗元件 均采用方向阻抗继电器，继电器的最灵敏角sen 65， II 0.8 ，负荷的功 保护2的延时t 2s ，并设K 0.85 ，Krel 率因数 cos D 0.9，变压器采用纵差保护。试求：距离 保护1第 I段、第II段的动作阻抗，第II段灵敏度与动 作时间，校验第II段灵敏度。
III 2
I rel
A
1
B 30km
2
C 38km T1 62km
D
E A 115 / 3kV X sA.min 10 X sA.max 20 EB 115 / 3kV X sB.min 30 X sB.max 40
四、比较工作电压相位法实现
直接根据绝对值比较方程和相位比较方程实现阻抗继电器 比较工作电压相位原理实现故障区段测量和判断
工作电压：又称为补偿电压，定义为保护安装处测量电压 Um与测量电流Im的线性组合，即：
U op U m I m Z set
Um被称为参考电压或极化电压。
四、比较工作电压相位法实现
一、距离保护的整定计算
二、对距离保护的评价
一、距离保护的整定计算
目前电网中应用的距离保护装置，一般采用阶梯时限配合的三段式配 置方式。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，确 定计算出距离I段、II段和III段测量元件的整定阻抗以及II段和III段的动作时 限。
当距离保护用于双侧电源的电力系 统时，为便于配合，一般要求I、II段的 测量元件都要具有明确的方向性，即采 用具有方向性的测量元件。第III段为后 备段，包括对本线路I、II段保护的近后 备、相邻下一级线路保护的远后备和反 向母线保护的后备，所以第III段通常采 用带有偏移特性的测量元件，用较大的 延时保证其选择性。 以各段测量元件均采用圆形动作特 性为例，它们的动作区域可用图3-24 示意。
阻抗继电器的实现方法
一、实现方法的概念 二、绝对值比较原理的实现 三、相位比较原理的实现 四、比较工作电压相位法实现 五、精确工作电流和精确工作电压
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
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唐金锐
tangjinrui@whut.edu.cn
距离保护的整定计算 与对距离保护的评价
II II I Z set Krel (Z A B Kb.min Z set 3)
=0.8×（12+1.19 ×20.4 ） =29.0
II II Z set Krel (Z A B Kb.min ZT )
0.7 ×（12+2.07 ×44.1）=72.3
29
III Z set .1
测量电压、电流基波的有效值；基波的相角；实、虚部； 阻抗值和阻抗角
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。 （1）模拟式相位比较阻抗继电器
Z set Z m 900 Zm
900 arg
900 arg
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：
900 arg
UC 900 UD
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式相位比较阻抗继电器
（2）瞬时采样值比较
uc (n) 2UC sin(tn C ) uD (n) 2U D sin(tn D )
（1）相量比较
UC UC c UCR jUCI
假设已得到Uc和UD
U D U D D U DR jU DI
1)动作范围-90°~90°： UC U D cos(c D ) UCRU DR UCIU DI 0
余弦型相位比较判据
2）动作范围0°~180°： UC U D sin(c D ) UCIU DR UCRU DI 0 正弦型相位比较判据
当前采样时刻为n，则
工频1/4周期以前时刻的采样值为：
N 1 ) 2U C sin( (tn T ) C ) 2U C cos(tn C ) 4 4 N 1 uD (n ) 2U D sin( (tn T ) D ) 2U D cos(tn D ) 4 4 uC (n
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阻抗继电器的实现方法
一、实现方法的概念 二、绝对值比较原理的实现 三、相位比较原理的实现 四、比较工作电压相位法实现 五、精确工作电流和精确工作电压
一、阻抗继电器实现方法的概念
阻抗继电器：对应的距离保护哪个部分？