《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护 第1234节
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国家电网继电保护第三章电网的距离保护
4.Ⅲ段：①定值：按躲开正常运行时的负荷阻抗进行选择； ②时限：使其比距离Ⅲ段保护范围内其它各保护的最大动作时 限高出一个△t。 注：定值取小，时限取长。
三.距离保护的主要组成元件： 1.起动元件： 过电流继电器 低阻抗继电器 负（零）序电流继电器 2.距离元件（ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ）：测量短路点到保护安装地点间的阻抗 （距离）。 3.时间元件：（tⅡ、tⅢ）
.
J
2 Z zd Z J
. .
U
J
2 I J Z zd U J
2）相位比较： 270°≥θ≥90° θ：向量 Zzd 超前于（ZJ－Zzd）的角度 极化电压－－－－ Up＝IJZzd 补偿电压－－－－ U’＝UJ－IJZzd 若取Zzd＝jXzd，则为电抗型继电器，线下为动作区，与ZJ的电阻部分 无关。 6.动作角度范围变化对继电器特性的影响：
Ⅰ.继电器的测量阻抗：ZJ 由加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值确定，ZJ的阻抗角就是UJ、IJ之 间的相位差ΦJ。 Ⅱ.继电器的整定阻抗：Zzd 一般取继电器安装地点到保护范围末端的线路阻抗作为～。 全阻抗继电器：圆的半径； 方向阻抗继电器：最大灵敏角方向上圆的直径； 偏移特性的阻抗继电器：最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。 Ⅲ.继电器的起动阻抗： Zdz.J 表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值。除 全阻抗继电器， Zdz.J随ΦJ的改变而改变。 当ΦJ ＝Φlm时，Zdz.Jmax ＝Zzd
4.功率方向继电器： 1）从阻抗继电器的观点了理解功率方向继电器： 当整定阻抗Zzd ∞时，特性圆 和直径垂直的一条圆的切线。 同：必须是正方向时动作； 异：阻抗继电器，测量阻抗小于一定值时动作。 2）幅值比较：
Z
第三章 距离保护继电保护
2．两相短路 设AB两相短路，对K1而言
I Z LI Z L (I I )Z L U AB A 1 B 1 A B 1
则
Z
( 2) m1
U AB Z1 L I A IB
结论：与三相短路时的测量 阻抗相同。因此，K1能正确 动作。 K2、K3不会动作。 同理，在BC或CA两相短路时，相应地分别有K2和K3能准确 测量出而正确动作。
Z m 2Z set Z m
两边同乘以测量电流得
K U U A U m 2 K I I m KU U m U B
4．直线特性阻抗继电器
相位比较的动作与边界条件为
Z m Z set 90 arg 90 Z set
上式中分子分母同乘以测量得
0 , 继电器不动作。 U m
对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 I K U K I m U m 90 arg 90 KUU m
0 U m
，无法进行比相，因而继电器也不动作。
1．记忆回路 思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，采用什 么措施消除死区？ 对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，采用记忆回路， 引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：
Z set Z m
或
Z I Z set I m m m
一、具有圆动作特性的阻抗继电器
（一）特性分析及电压形成回路 比较两电压量幅值的全 阻抗继电器的电压形成回路 如右图所示。全阻抗继电器 动作方程为 I K I m KU U m
动作量 制动量 K I U A I m K U U
ZⅠ
1 起动 元件 2 4 方向 元件 ZⅡ 6 ZⅢ tⅢ tⅡ 7 5 出口 元件 8 跳闸
第三章 电网的距离保护
（2）动作条件
对于幅值比较式：
Zk
1 2
Z set
1 2 Z set
U k
1 2
Ik Z set
1 2
Ik
Z set
对于相位比较式：
90 arg Zset Zk 90
Zk
90
arg
Ik
Zset U U k
k
90
3、偏移特性阻抗继电器
动作特性圆是介于全阻抗继电器与方向阻 抗继电器之间，即向第三象限偏移了一个 量。
（1）特点
动作不具有方向性； 动作阻抗与加入继电器的电压与电流之间
的相位差无关，即：
Zop Zset
（2）动作条件
对于幅值比较式：圆内任何一点至圆心的
连线小于圆的半径，而这一连线就是测量
阻抗，当测量阻抗位于圆内时，继电器就
.
.
动作。 Zk Z set Uk I k Z set
故有：
第二节 阻抗继电器
阻抗继电器的作用是测量短路点到保护安装处之 间的距离（即阻抗），并与整定值进行比较，以 确定保护是否应该动作。
单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压
量（可以是相电压或线电压）和一个电流量（可 以是相电流或两相电流差）。
加入阻抗继电器电压与电流的比值称为测量阻抗，
即：
.
ZK
900
对于相位比较式：
900
A、当测量阻抗位于圆周上时： 900
B、当90测0 量 阻抗ar位g Z于set圆内Zk时：900 C、当测量阻抗位Z于set.圆 外Zk时：.
故有：900
arg
I
.
k
Z set
U
.
k
900
电力系统继电保护电网距离保护原理
9
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
10
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出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，即 可确定继电器动作或不动作。
18
偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
19
偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
20
方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
10
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出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，即 可确定继电器动作或不动作。
18
偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
19
偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
20
方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
第三章电网距离保护
第三章 电网的距离保护
主讲：张国栋
第一节 距离保护概述
• 电流保护的主要优点是简单、可靠、经济 ，但电流保护整定值的选择、保护范围以 及灵敏度等方面都直接受到电网接线方式 及系统运行方式的影响。对于一些大容量 、电压高和结构复杂的网络，难以满足电 网对保护的要求。所以电流保护一般只适 用于35KV以下的电压等级的配电网，对于 110KV以上的电压等级的复杂网络，必须要 采用性能更加完善的保护装置。距离保护 就能满足这样的要求。
3）时间元件 用来建立距离保护II段、III段的动作时限， 以获得其所需要的动作时限特性。通常采 用时间继电器或延时电路作为时间元件。 4）振荡闭锁元件 用来防止当电力系统发生振荡时，距离保护 的误动作。在正常运行或系统发生振荡时， 振荡闭锁元件将保护闭锁，而当系统发生 短路故障时，解除闭锁开放保护，使保护 装置根据故障点的远近有选择性地动作。
-----应调整继电器的灵敏度等于被保护线路的阻 抗角。 特点：有明确的方向
• 2.比幅式方向阻抗继电器
• 3.比相式方向阻抗继电器
• 三、偏移特性阻抗继电器 • 1、偏移特性阻抗继电器的动作特性 • 正方向：整定阻抗Zzd • 反方向：偏移
圆内动作。圆心 • 半径：
• 2、比幅式阻抗继电器
• 2、两相短路 • 以AB两相短路为例
结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安 装处到故障点 之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电 器的测量阻抗很大，不会动作。
• 3、中性点直接接地电网中两相接地短路 • 以AB两相接地短路为例
结论： 1）0度接线方式在三相短路、两相短路及两相接 地短路时至少有一个阻抗继电器能正确反映故障点 到保护安装处的距离 2）相间距离保护必须采用三个阻抗继电器
主讲：张国栋
第一节 距离保护概述
• 电流保护的主要优点是简单、可靠、经济 ，但电流保护整定值的选择、保护范围以 及灵敏度等方面都直接受到电网接线方式 及系统运行方式的影响。对于一些大容量 、电压高和结构复杂的网络，难以满足电 网对保护的要求。所以电流保护一般只适 用于35KV以下的电压等级的配电网，对于 110KV以上的电压等级的复杂网络，必须要 采用性能更加完善的保护装置。距离保护 就能满足这样的要求。
3）时间元件 用来建立距离保护II段、III段的动作时限， 以获得其所需要的动作时限特性。通常采 用时间继电器或延时电路作为时间元件。 4）振荡闭锁元件 用来防止当电力系统发生振荡时，距离保护 的误动作。在正常运行或系统发生振荡时， 振荡闭锁元件将保护闭锁，而当系统发生 短路故障时，解除闭锁开放保护，使保护 装置根据故障点的远近有选择性地动作。
-----应调整继电器的灵敏度等于被保护线路的阻 抗角。 特点：有明确的方向
• 2.比幅式方向阻抗继电器
• 3.比相式方向阻抗继电器
• 三、偏移特性阻抗继电器 • 1、偏移特性阻抗继电器的动作特性 • 正方向：整定阻抗Zzd • 反方向：偏移
圆内动作。圆心 • 半径：
• 2、比幅式阻抗继电器
• 2、两相短路 • 以AB两相短路为例
结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安 装处到故障点 之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电 器的测量阻抗很大，不会动作。
• 3、中性点直接接地电网中两相接地短路 • 以AB两相接地短路为例
结论： 1）0度接线方式在三相短路、两相短路及两相接 地短路时至少有一个阻抗继电器能正确反映故障点 到保护安装处的距离 2）相间距离保护必须采用三个阻抗继电器
电力系统继电保护第3章 距离保护
由UA和UB转换为UC和UD可得相位阻抗继电器动作条件为
cos 0 并将式（3-12）代入式（3-11）可得
90 arg U A U B 90 UA UB
(3-13)
2、比较两个电气量相位原理的阻抗 继电器的构成
90 arg U A U B 90 UA UB
Ur
Ir
图3-1距离保护的作用原理
a)网络接线；b)时限特性
3.1.2距离保护的时限特性
1、距离保护1第I段：瞬时动作， t1 是保护本身固有的动作时间， 其保护范围最好能保护线路AB全长，即整定阻抗为ZAB ，实际上 当线路末端短路和 BC线路出口短路时，电流相差不多，距离保
护1的II段会误动。为此，距离保护1的I段的动作阻抗 ZOP.1＜
I
（可以是相电流
r
或两相电流差) 的阻抗继电器，加入继电器的电压与电流
比值称为继电器的测量阻抗。
3.2 单相式阻抗继电器 3.2.1阻抗继电器分类
测量电压 U r
测量电流 I r
U
Zr
U r Ir
K TV I
K TV K TA
ZK
K TA
作用是测量故障点到保护安装处之间的阻抗（距离），并与
区，特性圆半径为 1
2
Z set1 Z set2
圆心坐标为
。 1
Z0 2 Zset1 Zset2
图3-10a
2、偏移特性阻抗继电器
幅值比较形式的动作阻 抗方程为 ：
1
2
Z set1 Z set2
Zr
1 2
Z set1 Z set2
（3-29 ）
电力系统继电保护3-4
3.1距离保护的基本原理与构成
3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系
单相的测量阻抗：Zm
U m Im
Zm m＝Rm
jX
当。 Zset z1Lset
当系统发生金属性短路 时，阻抗为线路阻抗， 且性质以电感性为主
正常运行时，阻抗为 负荷阻抗性质以电阻
性为主
3.1距离保护的基本原理与构成
3.1.3三相系统中测量电压和测量电流的选取
3.1距离保护的基本原理与构成
3.1.1什么是距离保护？
距离保护是反应故障点至保护安装地 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置。
当短路点距保护安装处近时，其测量 阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安 装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增 长，这样就保证了保护有选择地切除故障 线路。
3.1距离保护的基本原理与构成
3.1.5距离保护的构成 1.启动部分 2.测量部分 3.振荡闭锁部分 4.电压回路断线部分 5.配合逻辑部分 6.出口部分
3.2阻抗继电器及其动作特性
3.2.1 什么是阻抗继电器动作区域？ 继电器实际测量到的Zm不能严格落在 Zset
同向的直线上，当Zm落在一个区域内判断为 区内故障，这个区域就是动作区域。
3.2.2阻抗继电器的动作特性和动作方程 阻抗继电器动作区域的形状叫动作特性。
1.圆特性阻抗继电器
3.2阻抗继电器及其动作特性
（1）偏移圆特性阻抗继电器
偏移
起动特性图形
圆特 性阻 抗继
幅值比较 相位比较 动作方程 m -（Zset1＋Zset2） －90
2
arg Zset1 - Zm
Zm - Zset2
3.2阻抗继电器及其动作特性
大学课件 电力系统继电保护 第三章第四节 距离保护的整定计算与对距离保护的评价
• 3.4.1 距离保护的整定计算
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----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段保护近后备， 相邻下一级线路保护远后备和反向母线保护后备，通常采用 带有偏移特性的测量元件，用较大延时保证选择性。
原则2：按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定
定值计算为：
Z III set .1
K III rel
(Z AB
Kb.min Zmin )(3 116)
Zmin----电流、电压保护的最小保护范围对应阻抗值。
原则 3：按躲过正常运行时最小负荷阻抗整定
当线路上的负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小， 其值为：
t1II
t(x) 2
t(3 114)
t(x)
2 ----与本保护配合的相邻元件保护段（段或Ⅱ段）的动作时间。
时间级差的选取方法与阶段式电流保护中时间级差选取方 法一样。
• 3 距离保护第Ⅲ段的整定
（1）Ⅲ段的整定阻抗
原则1：按与相邻线路距离保护Ⅱ或Ⅲ段配合整定。 原则2：按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定。 原则3：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。
或
Zm(2)
nTA nTV
Z m (1)
nTV nTA
Zm(2)
(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
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----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段保护近后备， 相邻下一级线路保护远后备和反向母线保护后备，通常采用 带有偏移特性的测量元件，用较大延时保证选择性。
原则2：按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定
定值计算为：
Z III set .1
K III rel
(Z AB
Kb.min Zmin )(3 116)
Zmin----电流、电压保护的最小保护范围对应阻抗值。
原则 3：按躲过正常运行时最小负荷阻抗整定
当线路上的负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小， 其值为：
t1II
t(x) 2
t(3 114)
t(x)
2 ----与本保护配合的相邻元件保护段（段或Ⅱ段）的动作时间。
时间级差的选取方法与阶段式电流保护中时间级差选取方 法一样。
• 3 距离保护第Ⅲ段的整定
（1）Ⅲ段的整定阻抗
原则1：按与相邻线路距离保护Ⅱ或Ⅲ段配合整定。 原则2：按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定。 原则3：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。
或
Zm(2)
nTA nTV
Z m (1)
nTV nTA
Zm(2)
(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
电力系统继电保护 第三章
因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其 中的一种。
3.1.1 距离保护的基本原理
距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一
种保护装置。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的
阻抗大小，故有时又称阻抗保护。
•
5. 故障环路的概念及测量电压、电流的选取
经由以上对各种短路类型下正确测量故障距离的分析，可以寻找出接入距离保护中电 压、电流间的规律。在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时，故障电流在故障相 与大地之间流通；两相接地短路时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可在两故 障相间流通；两相不接地短路时，故障电流在两故障相间流通；而三相短路时，故障电流 可在任何两相间流通。
离保护的测量电压和测量电流，同样能够正确
•
••
由 于 在 B 、 C 两 相 接 地 故 障 的 情 况 下 ， UmAB = UA − UB 、 ImAB = IA −IB 以 及
•
•
•
•
••
UmCA = UC −UA 、 ImCA = IC −IA 之间不存在式(3-4)所示的关系，所以由它们构成测量电压、
电流都不能正确测量故障距离。由于在测量电压、电流中含有非故障相的电压、电流，且
电压高、电流小，因此它们一般不会动作。
同理可知 A、B 两相或 C、A 两相接地故障时各故障相和非故障相元件的动作情况与 B、
C 两相接地时相同。
3. 两相不接地短路故障( k (2) )
在金属性两相短路的情况下，故障点处两故障相的对地电压相等，各相电压都不为 0，
•
•
•
•
•
3.1.1 距离保护的基本原理
距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一
种保护装置。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的
阻抗大小，故有时又称阻抗保护。
•
5. 故障环路的概念及测量电压、电流的选取
经由以上对各种短路类型下正确测量故障距离的分析，可以寻找出接入距离保护中电 压、电流间的规律。在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时，故障电流在故障相 与大地之间流通；两相接地短路时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可在两故 障相间流通；两相不接地短路时，故障电流在两故障相间流通；而三相短路时，故障电流 可在任何两相间流通。
离保护的测量电压和测量电流，同样能够正确
•
••
由 于 在 B 、 C 两 相 接 地 故 障 的 情 况 下 ， UmAB = UA − UB 、 ImAB = IA −IB 以 及
•
•
•
•
••
UmCA = UC −UA 、 ImCA = IC −IA 之间不存在式(3-4)所示的关系，所以由它们构成测量电压、
电流都不能正确测量故障距离。由于在测量电压、电流中含有非故障相的电压、电流，且
电压高、电流小，因此它们一般不会动作。
同理可知 A、B 两相或 C、A 两相接地故障时各故障相和非故障相元件的动作情况与 B、
C 两相接地时相同。
3. 两相不接地短路故障( k (2) )
在金属性两相短路的情况下，故障点处两故障相的对地电压相等，各相电压都不为 0，
•
•
•
•
•
电力系统继电保护第三章+距离保护
Z3 ~ t
Z2
Z1
t3
t t3
t
保护3的II段
保护3的I段
3
t2
t2
பைடு நூலகம்
t
2
t1
L
保护3的III段
距离保护的时限特性
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
rel
Krel
一般取0.8~0.85
Z
set .1
因此，距离Ⅰ段只能保护本线路全长的80~85%， 为切除本线路末端15~20%范围内的故障，需要设 置距离保护Ⅱ段。
A
2
B
1
Zset .1
C
保护1距离Ⅰ段的保护范围末端
4)
Ⅱ段
保护2距离Ⅱ段的保护范围
距离Ⅱ段整定值的选择类似于限时电流速断， 即应使其不超出相邻下一条线路距离Ⅰ段的保护范 围，同时动作时间上带有比相邻下一条线路距离Ⅰ 段高出一个 t 的时限，以满足选择性。
m m . .
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
电力系统继电保护原理第三章_电网的距离保护
教五b309northchinaelectricpoweruniversity电网的距离保护一距离保护的作用原理二阻抗继电器三阻抗继电器的接线方式四集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析五距离保护的整定原则及对距离保护的评价六影响距离保护正确工作的因素及防止方法一距离保护的基本概念电流保护
第 三 章
J J
三、阻抗继电器交流回路原理接线
以偏移特性阻抗继电器为例，说明其实现硬件原理。
偏移特性阻抗继电器动作方程：
（1）比幅式动作方程 阻抗形式： Z Z Z Z J 0 zd 0
电压形式：U J I J Z 0 I J Z zd I J Z 0
（2）比相式动作方程 阻抗形式： 270 arg Z J Z zd 90 电磁式阻抗继电器 Z J Z zd 更容易实现电压形 U J I J Z zd 电压形式： 270 arg 90 式的动作方程。 U I Z
Z J Z zd U J I J Z zd
阻抗形式： 270 arg
J
J
zd
UP 270 arg 90 U U P : 极化电压 U : 补偿电压
幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：
（1）幅值比较原理：
A B
C （2）相位比较原理： 270 arg 90 D
－测量C、D一为正、一为负的持续时间
C 270 arg 90 D
3.脉冲式比相回路
C 180 arg 0 D
4.过渡过程对相位比较式继电器的影响
暂态超越：短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围 动作的情况。即保护范围外故障时可能误动。 最大灵敏角下：< 5％。 措施：（1）对极化电压和补偿电压进行滤波； （2）正负半周比相、与门输出。
第 三 章
J J
三、阻抗继电器交流回路原理接线
以偏移特性阻抗继电器为例，说明其实现硬件原理。
偏移特性阻抗继电器动作方程：
（1）比幅式动作方程 阻抗形式： Z Z Z Z J 0 zd 0
电压形式：U J I J Z 0 I J Z zd I J Z 0
（2）比相式动作方程 阻抗形式： 270 arg Z J Z zd 90 电磁式阻抗继电器 Z J Z zd 更容易实现电压形 U J I J Z zd 电压形式： 270 arg 90 式的动作方程。 U I Z
Z J Z zd U J I J Z zd
阻抗形式： 270 arg
J
J
zd
UP 270 arg 90 U U P : 极化电压 U : 补偿电压
幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：
（1）幅值比较原理：
A B
C （2）相位比较原理： 270 arg 90 D
－测量C、D一为正、一为负的持续时间
C 270 arg 90 D
3.脉冲式比相回路
C 180 arg 0 D
4.过渡过程对相位比较式继电器的影响
暂态超越：短路暂态过程中的非周期分量使保护超范围 动作的情况。即保护范围外故障时可能误动。 最大灵敏角下：< 5％。 措施：（1）对极化电压和补偿电压进行滤波； （2）正负半周比相、与门输出。
电力系统继电保护原理第三章
第三章 电网的距离保护 第一节距离保护的作用原理一﹑基本概念电流保护的优点：简单﹑可靠﹑经济。
缺点：选择性﹑灵敏性﹑快速性很难满足要求（尤其35kv 以上的系统）。
距离保护的性能比电流保护更加完善。
Z dU d....1fe f dd d ld I U Z I U Z Z =<==，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基本上不受系统的运行方式的影响。
二﹑距离保护的时限特性距离保护分为三段式： I 段：AB Idz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(21Idz AB IIK IIdz Z Z K Z +=，t=0.5’’III 段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。
————后备保护第二节 阻抗继电器阻抗继电器按构成分为两种：单相式和多相式单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压U J （相电压或线电压）和一个电流I J （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。
JJ J I U Z ..=——测量阻抗Z J =R+jX 可以在复平面上分析其动作特性它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。
多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。
它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性。
本节只讨论单相式阻抗继电器。
一﹑阻抗继电器的动作特性PTld PT l lPT JJ J n n Z n n I U n I n U I U Z ⨯=⨯===1.1.1.1...BC 线路距离I 段内发生单相接地故障，Z d 在图中阴影内。
由于1）线路参数是分布的， Ψd 有差异2)CT,PT 有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 所以Z d 会超越阴影区。
因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。
圆1：以od 为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od 为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二﹑利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理 B A U U ..≥J相位比较原理 90arg 90..≤≤-DC U U（一） 全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Z zd 为半径的圆。
电气系统继电保护第3章电网的距离保护
D
则它们之间的关系符合下式：
•
C
•
B
•
A
•
• •
D B A
3.12
于是，已知
•
•
A和B
时，可以直接求出
•
C
和
•
D
；反之，如已
知
•
C
和
•
D
，也可以利用上式求出
•
•
A和 B
。
•
B
•
C
•
D
•
•
•
A C D
3.13
由此可见，幅值比较原理与相位比较原理之间具有互换性。
必须注意：
①
它只适用于
••
所示，当测量阻抗Zr 位于圆周上时，相量（Zr+Zset）超前 于（Zr-Zset）的角度 90 ，而当Zr位于圆内时， 90； Zr位于圆外时， 90 ，如图3.5(a）和（b）所示。因此， 继电器的启动条件即可表示为：
270 arg Zr Zset 90 3.9
Zr Zset
将两个相量均以电流乘之，即可得到可比较其相位的两 个电压，继电器的启动条件可表示为：
① 用幅值比较方式分析，如图3.8(a)所示，继电器能够启动的条件
为：
Zr Z0 Leabharlann set Z03.17 或等式两端均以电流乘之，即变为如下两个电压的幅值的比较：
•
•
•
U r I r Z0 I r (Zset Z0 )
3.18
② 用相位比较方式的分析，如图3.8(b)所示，当Zr位于圆周上时，
① 用幅值比较方式分析：
Zr
1 2
Z set
1 2
电力系统继电保护第三章电网的距离保护节
U m C U C ， Im C IC K 3I0
则 ： U m BIm B z1 lk ， U m CIm C z1 lk
第十七页，共132页。
UB UkB(IBK3I0)z1lk
UC UkC(ICK3I0)z1lk
UBUC（ IBIC） z1lk
方 2 ： U 法 m 取 B U B U C C ,I m B I B I C C
3、时间元件—时间继电器；
4、振荡闭锁回路—故障时短时开放距离保护I、II段，振 荡时 立即闭锁I、II段； 5、断线闭锁元件—电压互感器二次断线时闭锁距离保护；
6、出口执行元件；
第三十七页，共132页。
距离保护原理
Ik
阻抗继电器
延时
Uk
阻抗继电器测量阻抗
负
jX
短 路
荷 阻
阻
抗
抗
ZK U K IK
（2）瞬时动作，即动作时限为0s。
距离Ⅱ段： （1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离Ⅰ段的保护 范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。
距离Ⅲ段：
（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；
（2）延时动作，一般动作时限为： t1t2＋ t
第三十页，共132页。
I段： 保护区不能伸出本线路，即测量阻抗小
则： UmBCImBCz1lk
非故障相：两种不方能法反都映故障距离
第十八页，共132页。
3.两相不接地短路故障（BC两相短路为例）
故U 障 k B U k,U 分 C A E A ,I A 析 0 ,I B I ： C ,I 0 0
UB UkB(IBK3I0)z1lk
U B U C （ IB IC ） z1lk
电力系统继电保护PPT课件第3章电网的距离保护
电力系统继电保护 ppt课件第3章电网 的距离保护
contents
目录
• 引言 • 距离保护基本原理 • 距离保护的配置与整定 • 距离保护的优缺点 • 实际应用中的问题与对策
01
CATALOGUE
引言
背景介绍
01
电力系统规模不断扩大，对继电 保护的要求也越来越高。
02
距离保护作为继电保护的重要手 段，在保障电网安全稳定运行中 发挥着重要作用。
某地区电网改造项目
针对原有距离保护存在的问题，采用上述解决对策进行改造，提高了保护的可靠 性和准确性，减少了误动作和越级跳闸等问题。
某高压输电线路的运维实践
在高压输电线路的运维中，采用先进的监测技术和自适应算法动态调整保护定值 ，有效避免了因运行方式变化和故障电流过大导致的误动作问题。
THANKS
距离保护的意义
提高电网的稳定性和可靠性
距离保护能够快速准确地切除故障线路，减少故障对整个电网的 影响，提高电网的稳定性和可靠性。
降低设备损坏和停电损失
距离保护能够有效地避免设备损坏和停电事故，减少经济损失和社 会影响。
提高运行管理的智能化水平
距离保护能够实现自动化和智能化控制，提高运行管理的效率和智 能化水平。
总结词
距离保护通常由启动元件、测量元件和执行元件三部分组成 。
详细描述
启动元件的作用是检测故障发生，一旦检测到故障，启动元 件会立即动作；测量元件用于测量故障距离，根据测量结果 判断故障位置；执行元件则根据测量元件的输出信号，执行 相应的动作，如切断故障线路。
距离保护的工作原理
总结词
距离保护通过比较故障点的距离与设定值，来判断是否发生故障。
改进距离保护算法，降低对系统运行 方式和故障类型的敏感度，提高保护 的可靠性和选择性。
contents
目录
• 引言 • 距离保护基本原理 • 距离保护的配置与整定 • 距离保护的优缺点 • 实际应用中的问题与对策
01
CATALOGUE
引言
背景介绍
01
电力系统规模不断扩大，对继电 保护的要求也越来越高。
02
距离保护作为继电保护的重要手 段，在保障电网安全稳定运行中 发挥着重要作用。
某地区电网改造项目
针对原有距离保护存在的问题，采用上述解决对策进行改造，提高了保护的可靠 性和准确性，减少了误动作和越级跳闸等问题。
某高压输电线路的运维实践
在高压输电线路的运维中，采用先进的监测技术和自适应算法动态调整保护定值 ，有效避免了因运行方式变化和故障电流过大导致的误动作问题。
THANKS
距离保护的意义
提高电网的稳定性和可靠性
距离保护能够快速准确地切除故障线路，减少故障对整个电网的 影响，提高电网的稳定性和可靠性。
降低设备损坏和停电损失
距离保护能够有效地避免设备损坏和停电事故，减少经济损失和社 会影响。
提高运行管理的智能化水平
距离保护能够实现自动化和智能化控制，提高运行管理的效率和智 能化水平。
总结词
距离保护通常由启动元件、测量元件和执行元件三部分组成 。
详细描述
启动元件的作用是检测故障发生，一旦检测到故障，启动元 件会立即动作；测量元件用于测量故障距离，根据测量结果 判断故障位置；执行元件则根据测量元件的输出信号，执行 相应的动作，如切断故障线路。
距离保护的工作原理
总结词
距离保护通过比较故障点的距离与设定值，来判断是否发生故障。
改进距离保护算法，降低对系统运行 方式和故障类型的敏感度，提高保护 的可靠性和选择性。
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二、距离保护的接线方式
M
1
K1
2
N
ZK=z1lk
& Um Zm = & Im
测量电压 测量电流
选取形式
对接线方式的基本要求： 对接线方式的基本要求：
1） Zm = z1lk ∝ lk
与故障类型无关, 2） Zm与故障类型无关,＝ZK
M
1
& Ik
K1
2
N
& U
& & & & Uφ =Uφ1 +Uφ 2 +Uφ 0
圆形 四边形 苹果形 橄榄形等
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
动作区域
Z k3
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
一、阻抗继电器的动作特性和动作方程
动作特性：动作区域的形状（圆、四边形等）； 动作特性：动作区域的形状（ 四边形等）； 几何图形、动作方程 几何图形、
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
Zm
R
方向性：当保护反方向发生故障时不动作， 方向性：当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件 本身具有方向性。 本身具有方向性。 应用：距离保护的主保护段（ 、 段 应用：距离保护的主保护段（第I、II段）
3）全阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 0
动作方程： 动作方程：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
jX
圆心： 圆心： Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
2
Z0
Zset1
1 半径： 半径： R = Zset1 − Zset2 2
R
Zset2
jX
动作方程： 动作方程：
（1）幅值比较方式
Zm − Z0 ≤ R
Z0
Zset2
Zset1 Zset1 − Zm
Zm − Z0
Zm
R
Zm − Zset2
=0
& UBC & U
CA
& IBC & I
CA
M 1
& Ik
K(3)
2N
& U
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
三个相间阻抗元件均动作
2) 两相相间短路（AB, ABG） ）
M 1
& Ik
K(2) , K(1,1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
=0
∴ Zm = z1lk ∝ lk
三个接地阻抗元件均动作
单相接地短路( ) 2) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
Z0
Zset2
Zset1
ZOP1 ZOP2
R
2）方向阻抗圆特性 圆心： 圆心： Z0 = 1 Zset
2
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
1 半径： 半径： R = Zset 2
动作方程： 动作方程：
Zset1 = Zset , Zset 2 = 0
1 1 Zm − Zset ≤ Zset 2 2
& & & UAB = UkAB + I AB z1lk
=0
& & Um UAB Zm = = = z1lk & & Im I AB
∴ Zm ∝ lk
一个相间阻抗元件动作
单相接地短路( ) 3) 单相接地短路(A)
M 1
& Ik
K(1)
2N
& U
& & & Uφφ =UKφφ + Iφφ z1lk
第二节 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器： 阻抗继电器：
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
测量故障环路的测量阻抗Z 与整定阻抗Z 比较， 测量故障环路的测量阻抗 m，与整定阻抗 set比较， 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 确定故障所处的区段，决定保护是否应该动作。 由于互感器误差、故障点 由于互感器误差、 过渡电阻，Zm落在 Zset 附 过渡电阻， 近的一个区域中。 近的一个区域中。
k
2N
电流保护：简单、经济、工作可靠； 电流保护：简单、经济、工作可靠； 受运行方式、线路长短影响； 受运行方式、线路长短影响；
≤ 速动性不满足高压电网要求， 35KV 速动性不满足高压电网要求，
距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 距离保护：短路时电压、电流同时变化的特征， 反映故障点至保护安装点之间的距离， 反映故障点至保护安装点之间的距离， & Um Zm = = Z1lk & Im 根据距离的远近确定动作时间。 根据距离的远近确定动作时间。
& & & & UA = UkA + (I A + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
& & & Um UA UKA = = z1lk + Zm = & & + K ⋅ 3I & & & Im I A I A + K ⋅ 3I0 0
∴ Zm ∝ lk
无接地阻抗元件动作
相间短路距离保护
K (3) K (1, 1)
& & Um UA Zm = = = z1lk & & + K ⋅ 3I & Im I A 0
∴ Zm ∝ lk
一个接地阻抗元件动作
两相接地短路（ ） 3) 两相接地短路（AB）
M 1
& Ik
K(1,1)
2N
& U
& & & & Uφ =Ukφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 ) ⋅ z1lk
=0
Zset − Zm − 90 ≤ arg ≤ 90o Zm
o
jX
Z0
Zset1 set Zset − Zm
Zm
R
Zset2
动作阻抗Zop： 动作阻抗Z 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
jX
最灵敏角： 最灵敏角： Φset－线路阻抗角 动作阻抗最大 保护范围最长
Z0
Zset
Zset − Zm
K3 M 1
K1
Lset K2
2
N
& Um Zm = = Zm ∠ϕm & Im
区内： 区内：
jX Z k2 Z Set Z k1 ZL R
Zm < Zset 区外： 区外： Zm > Zset
o o
反方向： ϕ （ 90 反方向： m ∉ 0 ， ） Z k3
依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的 差异” 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差异”， 幅值 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。
K (1)
K (2)
接地短路距离保护
测量电压、测量电流取用了故障环路（ 故障环路 测量电压、测量电流取用了故障环路（故障电流 流通的回路）电压、电流量。 流通的回路）电压、电流量。 地故障环路； 接地短路的故障环路为 相－地故障环路；
& & & & Uφ =UKφ + (Iφ + K ⋅ 3I0 )z1lk
1 1 Zm − (Zset1 + Zset 2 ) ≤ Zset1 − Zset 2 2 2
（2）相位比较方式
Zset1 − Zm −90 ≤ arg ≤ 90o Zm − Zset 2
o
动作阻抗Zop：使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 动作阻抗Z 使阻抗元件处于临界动作状态的阻抗。 不同测量阻抗角所对应的动作阻抗是 不同的。 不同的。
& & & = UK1 + I1z1lk） UK 2 + I2 z2lk） (UK 0 + I0 z0lk） （& + & （ + &
& & & & & & =UKφ + I1z1lk + I2 z1lk + I0 z1lk − I0 z1lk + I0 z0lk
& + I + 3I z0 − z1 z l & =UKφ &φ 0 1k 3z1
jX
应用：单侧电源系统中。 应用：单侧电源系统中。
Zset
R
4）上抛圆特性
k3
M 1
& Ik
k1
k2
Lset
2N
2 1 半径： 半径： Z0 = Zset1 − Zset2 2
圆心： 圆心：Z0 = 1 (Zset1 + Zset2 )
jX
Zset1 Zm
动作方程： 动作方程：