第三讲：电网距离保护(毛博士)
电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
Lset
3.1 距离保护的基本原理与构成
考虑到二次侧的测量阻抗受电流、电压互感器和输电线
路阻抗角的角度差等因素影响，因此，通常将阻抗继电器的
保护范围扩大为一个面或圆的形式。当测量阻抗落在这个范 围内时，阻抗元件动作；否则不动作。
这个保护范围的边界叫做：整定阻抗。用符号Zset表示。
为保证距离保护的正确工作，测量电压、测量电流应取用故障环路 （故障电流流通的回路）上电压、电流量。 • 接地短路的故障环路为“相－地”故障环路；
接地距离保护接线方式
相间距离保护接线方式
• 相间短路的故障环路为“相－相”故障环路。
3.1 距离保护的基本原理与构成
顺便说明：在一些特殊情况下，当故障相的测量
3.1 距离保护的基本原理与构成
三、距离保护的接线方式
接线方式——测量电压和测量电流？
希望或要求： •能够反映短路点到保护安装处的正序阻抗（或者距离）； •适合于任何的短路类型。 但遗憾的是，到目前为止，还没有一种接线方式能够 同时满足上述的2个要求。 同学们可以探索更好的接线方式！！
3.1 距离保护的基本原理与构成
3.
因此，三相的M点与K点在任何情况下的通用表达式为：
此式的分析过程还包含了接线方式的产生过程。 ，此时要想得到反映短路点K到保护安装处M 的正序阻抗Z1，只要进行下面的计算就可以实现：
带零序补偿的00接线方式
3.1 距离保护的基本原理与构成
3.1 距离保护的基本原理与构成
具体分析各种测量阻抗的情况：
(2)三相短路（以下分析中，无下标m时，均表示为测量量）
通用式：
3.1 距离保护的基本原理与构成
具体分析各种测量阻抗的情况：
电网距离保护
3.1距离保护的基本原理与构成
电网距离保护
3.1.1 距离保护的概念 距离保护是系统利用短路发生故障测量点的电
压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值， 该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路 点距离小于整定值则动作的保护。
通过判断故障方向，测量故障距离，判断出故 障是否位于保护区内，从而决定否需要跳闸，实现 线路保护。距离保护可以通过测量短路阻抗的方法 来测量故障距离和判断故障方向,以确定故障点位 置。
电网距离保护
Zm ――测量阻抗的幅值；
m ――测量阻抗的阻抗角；
R―m ―― 测量阻抗的实部，称为测量电阻；
X m ――测量阻抗的虚部，称为测量电抗。
ห้องสมุดไป่ตู้m
电网距离保护
在电力系统正常运行时，U m 近似为额
定电压， Im为负荷电流， Zm为负荷阻抗。
负荷阻抗的幅值较大，其阻抗角为数值较小 的功率因数角（一般功率因数为不低于0．9， 对应的阻抗角不大于25. 8°），阻抗性质 以电阻性为主，如图所示。
电网距离保护
z r1、x1式分中别，为1单为位单长位度长线度路线的路正的序复电阻阻抗和；电抗， Q/km。
短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角， 数值较大（对于220kV及以上电压等级的线路， 阻抗角一般不低于75°），阻抗性质以电感性 为主。
电网距离保护
A
k3
1 Im
Lk1 Um
B
k1
k2
2
电网距离保护
2 测量阻抗
在距离保护中，测量阻抗用Zm来表示， 它定义为保护安装处测量电压Um与测量电 流Im之比，即
Zm
U m Im
式中，Zm为一复数，在复平面上既可以用极坐标
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 电网的距离保护
TX · ɺ
.
ɺ D
ImZset
· ·ɺ
ImZset
· TM ·
.
Im
Um
ɺ C
·
图3—7 全阻抗继电器相位比较电压形成回路
jX
2.方向阻抗继电器 (1) 幅值比较
jX
zset
1 Zset 2
z mzm
R
1 Zset 2
zset zset- zm
θ
zm
O
(b)
O
(a)
R
图3－8 方向阻抗继电器的动作特性
（a）幅值比较的分析（b）相位比较的分析
方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，动作具有方向性，幅 值比较的动作与边界条件为： 1 1 Z set ≥ Z m − Z set (3-8) 2 2 两边同乘以电流得 1 ɺ 1 ɺ ɺ ɺ A = I m Z set ≥ U m − Iɺ m Z set = B (3-9) 2 2
ɺ U m = U R + jU I = U m ∠ϕ U
ɺ I m = I R + jI I = I m ∠ϕ I
ɺ U m U R + jU I U R I R + U I I I UIIR − UR II Zm = = = + j = Rm + jX m 2 2 2 2 ɺ Im I R + jI I IR + II IR + II
Z set − Z m − 90 ≤ arg = θ ≤ 90 ɺ Z m − αZ set
两边同乘以电流得
ɺ ɺ ɺ I m Z set − U m D − 90 ≤ arg = arg ≤ 90 ɺ ɺ ɺɺ U m − αI m Z set C
电力系统继电保护电网距离保护原理
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。
电网距离的保护
3 电网的距离保护电流、电压保护，其保护范围受电力系统运行方式变化影响而不稳定。
对长距离、重负荷线路，由于线路的最大负荷电流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微，采用电流、电压保护，其灵敏性也常常不能满足要求。
所以，电流、电压保护一般较广泛应用于35kV 以下线路的保护，而在110 kV 及以上电压输电线路中多采用保护性能更优的距离保护作为主保护装置。
3.1 距离保护的基本概念3.1.1 定义置，由于线路阻抗的大小变化与线路故障点至保护安装处之间的距离成正比，所以亦称距离保护。
（图3.1 距离保护示意图）如果M 处的距离保护1的动作整定值为set Z ，其实际保护范围为线路MZ 。
当1k 点故障时，故障点1k 至保护装置安装处M 的阻抗为1k Z ，则1k Z ＞set Z ，距离保护1不动作；当2k 点故障时，故障点2k 至保护装置安装处M 的阻抗为2k Z ，则2k Z ＜set Z ，距离保护1动作。
由此可见，在距离保护1的保护范围MZ 内任何一点发生短路故障时，其短路阻抗总是小于保护装置的动作整定值set Z ，保护装置均能够动作；反之，短路故障点发生在保护范围MZ 外时，其短路阻抗总是大于保护装置的动作整定值set Z ，保护装置不动作。
总之，距离保护装置是否能够动作，就是根据保护装置检测到的线路短路阻抗k Z 与保护装置的动作整定值set Z 之间的比较判断结果来决定的。
这一比较判断过程一般采用距离保护装置中的核心元件——阻抗继电器来实现。
3.1.2 阻抗的测量距离保护装置中的阻抗继电器通常是经过电流互感器TA 和电压互感器TV 接入电力系统，并通过检测线路的电流和母线的电压来测量阻抗值。
阻抗继电器接入电力系统如图3.2所示。
正常运行时保护安装处继电器测量到的线路阻抗为负荷阻抗，当出现最大负荷电流时，ui L i L u L K KK n n Z n I n U I U Z min max min //∙∙∙∙∙∙∙=== （3.1）其中，Z K ——继电器测量阻抗；K U ∙——加入继电器的电压；K I ∙——加入继电器的电流；max ∙∙L I ——线路中最大负荷电流；min ∙∙L U ——最大负荷电流下保护安装处最低工作电压； min ∙L Z ——最小负荷阻抗；i n ——电流互感器变比；u n ——电压互感器变比。
电力系统继电保护-3 电网距离保护
（图3-1：距离保护原理示意图） 利用该阻抗(或距离）和线路全长阻抗（距离）的比较可以识别故障 是否在本线路上，由此可以构成阻抗保护（也称为距离保护）。仍然 存在本线路末端与下级线路出口短路无法区分的问题，需要阶段式配 合的工作方式
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
问题的引出： 对于单相系统，求取测量阻抗不存在电流、电压的选择 问题，接入继电器的就是故障环路的电压、电流，接线方 式唯一。 对于三相系统，使用故障回路上的电压和电流测得的阻 抗才与故障距离之间存在上述的简单比例关系，而非故障 回路不存在上述关系。 结论 阻抗继电器欲达到正确保护的目的，需要解决的是电流、 电压正确选取问题即接线方式。
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系：
CASE4：三相短路接地故障 ABC故障边界条件
U k 0 U k 0
U ,U U U m m k
U ( I K 3 I 0 ) z1 Lk zL U I k 1 k
阻抗继电器的动作特性概念 动作方程的数学描述： 幅值比较方程（常用） 相位比较方程（常用） 点坐标判定方程（数字）
常见动作特性：特性在各种运行状态下、误差下、 过渡电阻下等有更好的区分能力，且易于实现。
圆特性、多边形特性、直线特性
3.2.2 动作特性和动作方程
圆特性——动作边界曲线为圆形； 圆特性阻抗继电器动作方程的一般形式 幅值形式圆特性方程
U ,U U ,U U ; U mA A mB B mC C I K 3I ,I I K 3I ,I I K 3I I mA A 0 mB B 0 mC C 0
电力系统继电保护3电网距离保护
v 距离保护应取故障环路上的电压、电流间的关系判 断故障距离。非故障环路上电压、电流计算得到的 距离大。
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电力系统继电保护3电网距离保护
接线方式
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不随故障类型而变化。
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电力系统继电保护3电网距离保护
三相系统测量电压和测量电流的选取
三相 系统
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电力系统继电保护3电网距离保护
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电力系统继电保护3电网距离保护
单相接地短路
v 以A相接地短路为例
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电力系统继电保护3电网距离保护
两相接地短路
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电力系统继电保护3电网距离保护
三个阻抗意义和区别
v
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电力系统继电保护3电网距离保护
3 电网距离保护
v 3.1 距离保护的基本原理与构成 v 3.2 阻抗继电器及其动作特性 v 3.3 阻抗继电器的实现方法 v 3.4 距离保护的整定计算与评价 v 3.5 距离保护的振荡闭锁 v 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v 偏移圆特性
绝对值比较动作方程
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电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v偏移圆特性
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电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v 方向圆特性 › 比幅式
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电力系统继电保护3电网距离保护
第三章电网的距离保护
第三章电网的距离保护第三章电网的距离保护第一节距离保护概述一、距离保护的基本概念思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。
电流、电压保护一般只适用于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网，线路保护采用何种保护方式？解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。
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，故有时又称之为阻抗保护。
距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。
正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即U Z m =m mI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抗，即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。
二、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三阶梯型时限特性。
三、距离保护的组成1．起动元件: 其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。
采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。
2．方向元件: 作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），一般采用阻抗继电器。
3．距离元件：作用是保证保护动作的方向性。
采用单独的方向继电器，或方向元件和阻抗元件相结合。
d A 12BI d CU d =0d (3)图1—1单侧电源线路 k kresm m m Z I U I U Z ===4．时间元件：作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。
图3—2 距离保护原理的组成元件框图三、距离保护的组成正常运行时:起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。
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-3 电网距离保护
3.1.5 距离保护的构成
• 启动部分要求——当作为远后备保护范围末端发生故障时，启动部分 应灵敏、快速（几毫秒）动作，使整套保护迅速投入工作。 • 测量部分要求--在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向 和距离，并与预先设定的方向和距离相比较，区内故障时给出动作信 号，区外故障时不动作。
3.2.2 动作特性和动作方程
• 动作特性——阻抗继电器动作区域的 形状，称为动作特性。 • 圆特性——动作区域为圆形； • 四边形特性——动作区域为四边形。 • 动作方程——描述动作特性的复数的 数学方程。 • 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。
电力系统继电保护
3 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第3章 电网的距离保护1-基本原理与阻抗继电器
第三章电网的距离保护第一节距离保护的作用原理Ⅰ、引入电流保护优点：简单、经济、可靠但，受电网接线方式系统运行方式影响大故：35kV以上复杂网络，很难满足选择性、灵敏性、速动性要求。
故，引入距离保护Ⅱ、基本概念反应故障点至保护安装地点之间的距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。
主要元件：距离（阻抗）继电器测量阻抗：根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值。
距离、阻抗、时间关系：L Z t短路点距保护安装处近，阻抗小，动作时间短可保证保护有选择性地切除故短路点距保护安装处远，阻抗大，动作时间长障K 点短路：保护1测量阻抗：k Z 距短路点近 保护1有选择性地动作切除故障AB Z ＋k Z 距短路点远Ⅲ、距离保护的时限特性一． 定义：距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系t ＝f(l)三段动作范围的阶梯型时限特性：距离保护Ⅰ段 电流速断：瞬时动作，1t 为其本身固有动作时间距离保护Ⅱ段 限时电流速断距离保护Ⅲ段 过电流∴ '2⋅op Z ＝（0.8～0.85）AB Z 距离Ⅰ段的整定值'1⋅op Z＝（0.8～0.85）BC Z 为了切除本线路末端15％－20％的故障，设置距离Ⅱ段Ⅱ段整定值：相似于限时电流速断，即不超出下一条线路距离Ⅰ断的保护范围，同时带有高出一个t ∆时限，以保证选择性。
''2⋅op Z ＝k rel "（AB Z ＋'1⋅op Z ） 距离Ⅱ段整定值＝0.8［AB Z ＋（0.8～0.85）BC Z ］距离Ⅰ段距离Ⅱ段 本线路主保护距离Ⅲ段：①Ⅰ、Ⅱ段的后备保护②相邻线路的后备保护③断路器拒动的后备保护Ⅲ段整定值：与过电流保护相似，起动阻抗按躲开正常运行时的负荷阻抗整定动作时限同过流第二节阻抗继电器Ⅰ、作用：测量阻抗，与整定值比较，确定保护是否动作。
Ⅱ、类型单相式：加入继电器一个电压∙r U （相电压或线电压），一个电流（相电流或线电流）多相式： r Z ＝∙∙r r I U ＝R ＋jX可利用复数平面分析继电器的动作特性Ⅲ、构成阻抗继电器的基本原则：以复平面来表示保护2的测量阻抗对保护2而言正向线路：B －C 复平面第一象限反向线路：A －B 复平面第三象限测量阻抗按于二次侧，其与系统一次侧的关系：TV r TA TA r K BC r BC TV TVTA()()U B n U n n U B Z Z I I I n n n ==== 保护装置的整定阻抗与继电器起动阻抗间的关系：TA 'set set TV n Z Zn =消除线路内阻 继电器的动作特性扩大为一个圆消除互感器的误差上图：1——全阻抗继电器2——方向阻抗继电器3——偏移特性阻抗继电器Ⅳ、利用复平面分析各种阻抗继电器一、全阻抗继电器1．定义：2．特点：（1）当测量阻抗r Z 位于圆内时，继电器动作即圆内为动作区，圆外为不动作区。
第3章 距离保护ppt课件
ZmU Im mIAU K A3I0 z1lk
Zm lk
两个接地阻抗元件动作
11
第三章 电网距离保护
4) 两相相间短路（AB）
M 1 Ik
K (2)
2N
U
U U k (I K 3 I0)z1 lk
U A U k A (I A K 3 I 0 )z 1 lk
=0
Z mU I m mIA U K A 3 I0z1 lkIA U K K 3 A I0
圆内为动作区; 圆外为非动作区。
圆心：Z0 12(Zse1tZse2t) 半径： R1 2Zse1 tZse2t
jX Z set 1
Z0
Z set 2
18
R
第三章 电网距离保护
动作方程：
（1）幅值比较方式
jX
Z set 1 Zse1t Zm
Z0 Zm Z0 Zm
ZmZ0 R
Z set 2
Z m 1 2Z s1 e tZ s2 et1 2Z s1 e tZ s2 et
阻抗继电器：
k 3 M 1 Ik
k1
k 2 2N
Lset
测量故障环路的测量阻抗Zm，与整定阻抗Zset比较， 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
过渡电阻，Zm落在 Zset 附 近的一个区域中。
在电磁型元件时代，工艺 所限，一般把其动作特性 做成圆形。
15
第三章 电网距离保护
Zm
R Zm Zset
23
第三章 电网距离保护
动作阻抗Zop：不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。
方向性：无方向性。
应用：单侧电源系统中。
jX Z set
电力系统继电保护 第三章电网的距离保护1-5节
相间距离接线方式：
保护相间短路故障 采用相-相故障环路 测量电压取保护安装处两故障相的电压差 测量电流取保护安装处两故障相的电流差 可反映两相短路、两相接地故障和三相短路故 障 不能反映单相接地短路
※ 相间短路电流保护不能满足要求时，采用相间短路距离保护。
A相
U&mA U&A
I&mA I&A K 3I&0
B相
U&mB U&B
I&mB I&B K 3I&0
C相
U&mC U&C
I&mC I&C K 3I&0
3.1.4 距离保护的时限特性
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。
测量电压
UmAB UA UB
UmBC UB UC UmCA UC UA
测量电流
ImAB IA IB
ImBC IB IC
ImCA IC IA
当功率因数为1时，加在继电器端子上的电压与 电流的相位差为0°，故称为0°接线。
接地距离保护的接线方式（具有零序电流补偿的0°接线）
测量电压 测量电流
继电器电流、电压的选取方式就是阻抗继电器的接线 方式。
阻抗继电器的接线方式主要有两种： 1、0° 接线方式，反应相间短路故障； 2、相电压和具有K3I0补偿的相电流接线，反应接地 短路故障。
接线方式：给距离继电器接入电压和电 流的方式
加入继电器的电压Um和电流Im应满足 基本要求：
电网距离保护
常用接线方式
各种短路故障只有符合：
才能得到正确的故障阻抗
在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点的 线路正序阻抗。三个继电器均能正确动作。
在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点 到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大， 不会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间 的原因
设相位比较动作方程中分子、分母的阻抗分别用 Zc 和ZD表示，则相位 比较动作条件的一般表达式为
4 个量之间关系为
3 . 3 阻抗继电器的实现方法
阻抗继电器一般根据已经导出的绝对值比较动作方程和相位比较动作方 程来实现.
3 . 3 . 1 绝对值比较原理的实现 电压形式的绝对值比较方程
绝对值比较阻抗继电器的实现
接地距离保护：带零序电流补偿的接线方式不能正确反应两 相短路。
4 ．三相对称短路
任何一相的电压、电流或任何两相的相间电压、两相电流 差作为距离保护的测量电压和电流，都可以用来进行故障 判断。 两种接线方式的阻抗继电器在各种不同类型的短路时动作情 况，见表 3 . 1 思考：若要反映各种故障，实际接线中要采用多少个继电器？ 为什么？
电网的距离保护
距离保护组成
v （1）起动元件 起动元件的主要作用是在被保护线路发生故障时起动保护
装置或进入故障计算程序。采用负序电流及电流突变量元件 作为起动元件。
（2）测量元件 测量元件完成保护安装处到故障点阻抗或距离的测量，并
与事先确定好的整定值进行比较，当保护区内部故障时动作， 外部故障时不动作。测量元件由I、II、III段的阻抗继电器 1KR、2KR、3KR来完成。
阻抗继电器的基本概念
v
单相式阻抗继电器，是指只输入一个电压 （相电压或相间电压）、一个电流 （相电流 或相电流差）的阻抗继电器。而多相补偿式 阻抗继电器是输入不止一个电压或一个电流 的阻抗继电器。 v 对于单相式阻抗继电器，电压 和电流 的 比值称为测量阻抗，即
v 由于Zk与Zset都是复数，因此分析阻抗继电 器的动作特性是利用复平面来分析。为了便 于两个复数Zk与Zset的比较，阻抗继电器中 一般通过作出圆或者是多边形，再看测量阻 抗 是否处于圆（或多边形）内，如果位于其
由于在保护安装出口处发生三相短路时，
加入继电器的电压为零，存在动作死区。
实用的方向元件必须解决保护动作死区问题。
比幅特性与比相特性间的转换：
jX Zm
Zset Z set Zm
Zm R
动作方程为： 90
arg
Zm Zset Z
m
90
当动作方程用电压形式表示时，其 方程为：
K uvU m 90 Kur I m KuvU m 90
原理：测量故障点至保护安装处的阻抗，实际 上是测量故障点至保护安装处的线路距离。
假设：电压、电流互感器变比等于1。 加入继电器电压、电流为 U m 、I m 。
测量阻抗Z m
Zm
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2、动作特性和动作方程
动作特性:阻抗元件动作区域的形状; 动作方程:用复数的数学方程来描述； 各种常见的阻抗特性：
jX
绝对值比较动作方程：
Zzd
Z J Z zd
o R
相位比较动作方程：
Z zd Z J 90 arg 90o Z zd Z J
o
图3-9 全阻抗特性圆
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
ZJ2 ZJ2-Zzd2 o
ZJ1 R Zzd2 图3-7 偏移阻抗特性圆 ZJ1-Zzd2
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
2）、偏移阻抗特性的特点和应用
最灵敏角：一般等于阻抗角； 偏移特性的偏移率 ； 主保护（测量式需配方向元件或模阻抗元件）和后 备保护中（距离Ⅲ）。
3、距离保护的时限特性
目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限 特性；类同于阶段式过流保护的时间特性。
4、距离保护的构成
就本身而言:测量/比较执行。 配合元件：
• • • 起动元件；选相元件； 方向元件；振荡闭锁元件； 电路回路断线闭锁。
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
1 ( Z zd 1 Z zd 2 ) 2
1 1 Z J ( Z zd 1 Z zd 2 ) ( Z zd 1 Z zd 2 ) 2 2
Zzd2
jX Zzd1
ZJ o R
图3-6 偏移阻抗特性圆 jX Zzd1 Zzd1-ZJ1
相位比较原理 :
Zzd1-ZJ2
Z zd 1 Z J o 90 arg 90o Z J Z zd 2
1）、全阻抗特性的特点和应用
不具方向性：全阻抗特性在各个方向上的动作阻抗 都相同，它在正向或反向故障的情况下具有相同的 保护区。
单侧电源的系统中 ；
后备保护中（距离Ⅲ）
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
2）、偏移阻抗特性
圆心位于:
半径为: 绝对值比较原理 :
1 ( Z zd 1 Z zd 2 ) 2
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
1、距离保护的概念
问题的提出：更高电压等级的复杂网络中
， 电流、电压保护 不能要求＝》性能更加完善的继 电保护原理
本课程的内容：
• • • • • • • • 距离保护的基本原理 阻抗继电器动作特性 阻抗继电器的实现方式 距离保护的整定计算 振荡闭锁 故障选相 特殊问题分析 工频变化量距离保护
电网距离保护
东南大学 电气工程系 毛鹏 2005.12
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
概述
距离保护在高压线路保护中的地位：
重要＋难点；国内在此方面处于国际领先水平
本课程的内容：
• • • • • • • • 距离保护的基本原理 阻抗继电器动作特性 阻抗继电器的实现方式 距离保护的整定计算 振荡闭锁 故障选相 特殊问题分析 工频变化量距离保护
1、动作区域（zone）的概念
在阻抗复平面上，动作范围应该是一个包 括Zset对应线段的区域 ；
当测量阻抗ZJ落在这样的动作区域以内时， 测量元件就动作；当测量阻抗ZJ落在动作 区域以外时，测量元件不动作。这个区域 的边界就是测量元件的临界动作边界。
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
1、距离保护的概念
故障时测量的阻抗特点：
• 反映故障点位置（矢量具有方向性）； • 有别于负荷阻抗； • 一般指正序阻抗。
之 G K3
Z
K1 Lzd K2
G
~
~
Lk1 Lk3Lk2Βιβλιοθήκη 图3-1 距离保护原理示意图
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
2、测量阻抗
计算的几个前提：金属性故障；正负序阻抗 相等。 单相接地故障； 相间故障； 三相故障； 故障环的概念：故障环的阻抗测量不受负荷、 振荡、非全相的影响。
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
2、测量阻抗和故障类型的对应关系
接地距离保护接线方式 接线方式 故障类型 单相接地 A B C 两相接地 AB BC CA 两相不接 地 AB BC CA 三相 ABC A相 B相 C相 AB相 BC相 CA相 相间距离保护接线方式
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
3）、方向阻抗特性
jX
圆心位于:
半径为: 绝对值比较原理 :
1 Z zd 2
1 Z zd 2
Zzd/2
Zzd
|Zzd/2|
1 1 Z J Z zd Z zd 2 2
Z Z J 90 arg zd 90o ZJ
o
ZJ R o
图3-8 方向阻抗特性圆
（Zzd1＋Zzd2）/2
Zzd2 R o
图3-10 上抛阻抗特性圆
上抛阻抗特性的动作方程与偏移阻抗特性的动作 方程式具有完全相同的形式，不同之处在于Zzd2 值不同而已。 上抛特性的阻抗元件通常用在发动机的失磁保护 中。
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
5）、特性圆的偏转
+ － － + － ＋ － － － ＋
－ + － + + － － － － ＋
－ － + － + ＋ － － － ＋
－ － － + － － + － － ＋
－ － － － + － － + － ＋
－ － － － － ＋ － － ＋ ＋
注 “+”表示能正确反应故障距离；“－”表示不能正确反应故障距离。
3、电网距离保护 －－3.1 距离保护的基本原理与构成
相位比较原理 :
方向特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段（I段和II段）中
3、电网距离保护 －－3.2 距离保护的基本原理与构成
4）、上抛阻抗特性
圆心位于:
半径为:
1 ( Z zd 1 Z zd 2 ) 2
1 ( Z zd 1 Z zd 2 ) 2
jX Zzd1 ZJ |Zzd1－Zzd2|/2
相位比较原理 :
jX α＝-30o
α＝-15o
α＝0o Zzd1 α＝0o α＝15o α＝30o
Z Z 90 arg zd 1 J 90o Z J Z zd 2
o
o
R
Zzd2
图3-11特性圆的偏转