第三章 距离保护继电保护
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1 K U 1K I K I I m U p U m I m U p 2 2
在衰减到零之前存在， 与 在出口短路时，极化电压 U p 相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 同U m
2．引入第三相电压
思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过 程中正确动作，但它的作用时间有限。 解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为C相，它通 过高阻值的电阻R接到记忆回 路中 Cr和Lr的连接点上。
U m Zm= I
m
Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来 分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。
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
1．全阻抗继电器 （1）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标 原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。没有方向性。全阻抗 继电器的动作与边界条件为 ：
第四节
影响距离保护正确工作的因素及采 取的防止措施
短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统振荡对距离保护的影响
分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响
3、两个闭锁—振荡闭锁和电压二次回路断线闭锁
（1）电力系统振荡和短路时的主要区别。 振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢,而短路时电流 是突然增大,电压也突然降低。 振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压 与电流之间的相位角也作周期变化。 振荡时三相完全对称,电力系统中不会出现负序分量；而 短路时,总要长期(在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短 路开始时)出现负序分量。
K sen
ZⅡ op1 Z AB
1.3
第三章 电网的距离保护
第一节 距离保护概述 第二节 阻抗继电器的动作特性 第三节 阻抗继电器的接线方式 第四节 影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 第五节 距离保护的整定计算
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？
一、对距离保护接线方式的要求及接线种类
阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中 “Δ ”表示按相间电压或相电流差，“Y”表示按相电压或相电 流。
二、反应相间短路阻抗继电器的0⁰接线
1、三相短路 以K1为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距 离为L千米，线路每千米的正序阻抗为Z1，则保护安装 地点的电压应为
一、距离保护的基本概念
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
U Zm m I m
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。
U U I Z LI Z L (I I )Z L U AB A B A 1 B 1 A B 1
此时，阻抗继电器的测量阻抗为 结论：在三相短路时，三个继电 器的测量阻抗均等于短路点到保 护安装地点之间的正序阻抗，三 个继电器均能正确动作。
Z m1
3
U AB Z1 L I A IB
1 1 ( Z set1 Z set 2 ) Z m ( Z set1 Z set 2 ) 2 2
两边同乘以测量电流得
1 1 ( Z set1 Z set 2 ) I m U m ( Z set1 Z set 2 ) I m 2 2
令 故 令
Z set1
K I1 KU
或者说，满足
U U U A C D U B U C U D
三. 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法
思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，会不 会有死区？为什么？ 对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为
1 1K I K I I m KUU m I m 2 2
|
1 1K I K I I m KUU m I m 2 2
故幅值比较的动作方程可写成
1K I • • • 动作量 U A I m 2 1K I 制动量 U B KUU m I m 2
（2）相位比较
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示： 其动作与边界条件为
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．距离元件 : 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。 作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继 3．方向元件： 电器，或方向元件和阻抗元件相结合。 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。 3
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
K I KUU U m I m 90 arg C 90 KUU U m D
总结：
U 、 量之间在忽略 幅值比较的U A U B 量与相位比较的U C 、 D 或2倍关系时，满足下列关系 U U U C A B U D U A U B
90 arg
Z set Z m 90 Zm
3．偏移特性阻抗继电器
（1）幅值比较 偏移特性阻抗继电器的动作特性， 圆的直径为 Z set1 Z set 2 1 圆心坐标 , (Z set1 Z set 2 ) 21 圆的半径为 ( Z set1 Z set 2 ) ，其动作与边界条件为 2
I BC 式中 Kb为分支系数， K b I AB
Ⅱ ZⅡ K op.1 rel Z AB K b Z B
min
（2）与相邻变压器的快速保护相配合
取（1）、（2）计算结 果中的小者作为 ZⅡ op.1 。
2. 动作时限 3.灵敏度校验
Ⅱ t1 tⅠ 2 t t
Up
Up
.. . .. .
2UV R
A
Rr Cr Lr
Um
.
B C
较高且L 、C 处于工频谐振状态，而R值又 正常时 ：电压 U AB r r 基本上不起作用。 很大，第三相电压 U C
第三节
阻抗继电器的接线方式
一、对距离保护接线方式的要求及接线种类
根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电 流应满足如下要求： 1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障 点至保障安装处的距离成正比。 2、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随 故障类型而变化。
故幅值比较的动作方程可写成
Βιβλιοθήκη Baidu U A B
（2）相位比较
偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如下图所示:
其相位比较的动作与边界条件为
Z set1 Z m 90 arg 90 Z set 2 Z m
分式上下同乘以测量电流得
U Z set1 I m m 90 arg 90 U Z set 2 I m m
Z set 2
K I2 KU
1 1 )I ( K I 1 K I 2 ) I m KUU m ( K I 1 K I2 m 2 2
1 (K K )I 动作量： U A I1 I2 m 2
K U 1 (K K )I 制动量： U B U m I1 I2 m 2
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。
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
图3—2 距离保护原理的组成元件框图
第二节 阻抗继电器
阻抗继电器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。 继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即
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：
解决方法：
采用一种新的保护方式——距离保护。
一、距离保护的基本概念
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。
A B 1 2 Id Zd d(3) Ud=0 C
图1—1单侧电源线路
一、距离保护的基本概念
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 m Zm= I A
m
B 1 2
Id Zd
d(3) Ud=0
C
图1—1单侧电源线路
第五节
距离保护的整定计算
一、距离保护段
1.动作阻抗 对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取
' ZⅠ K op1 rel ZAB
2．动作时限
tⅠ 1 0
二、距离保护第二段
1．动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考 虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
Ⅱ Ⅰ ZⅡ K Z K K op.1 rel AB b rel Z BC
B U
m
幅值比较的继电器的动作方程 为： U U
A B
（2）相位比较 继电器的动作边界条件为:
Z set Z m 90 arg 90 Z set Z m
2．方向阻抗继电器 （1）幅值比较 分子分母同乘以测量电流得
1 1 Z set I m U m I m Z set 2 2
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
令相位比较偏移特性阻抗继电器的两电气量 K I K U U
C I1 m U m
K I U D I 2 m KUU m
故相位比较的动作方程为
U 90 arg C 90 U
D
4．直线特性阻抗继电器 阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，则 幅值比较的动作与边界条件为
在衰减到零之前存在， 与 在出口短路时，极化电压 U p 相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 同U m
2．引入第三相电压
思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过 程中正确动作，但它的作用时间有限。 解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为C相，它通 过高阻值的电阻R接到记忆回 路中 Cr和Lr的连接点上。
U m Zm= I
m
Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来 分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。
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
1．全阻抗继电器 （1）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标 原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。没有方向性。全阻抗 继电器的动作与边界条件为 ：
第四节
影响距离保护正确工作的因素及采 取的防止措施
短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统振荡对距离保护的影响
分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响
3、两个闭锁—振荡闭锁和电压二次回路断线闭锁
（1）电力系统振荡和短路时的主要区别。 振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢,而短路时电流 是突然增大,电压也突然降低。 振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压 与电流之间的相位角也作周期变化。 振荡时三相完全对称,电力系统中不会出现负序分量；而 短路时,总要长期(在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短 路开始时)出现负序分量。
K sen
ZⅡ op1 Z AB
1.3
第三章 电网的距离保护
第一节 距离保护概述 第二节 阻抗继电器的动作特性 第三节 阻抗继电器的接线方式 第四节 影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 第五节 距离保护的整定计算
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？
一、对距离保护接线方式的要求及接线种类
阻抗继电器常用的接线方式有四类，如下表所示。表中 “Δ ”表示按相间电压或相电流差，“Y”表示按相电压或相电 流。
二、反应相间短路阻抗继电器的0⁰接线
1、三相短路 以K1为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距 离为L千米，线路每千米的正序阻抗为Z1，则保护安装 地点的电压应为
一、距离保护的基本概念
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
U Zm m I m
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。
U U I Z LI Z L (I I )Z L U AB A B A 1 B 1 A B 1
此时，阻抗继电器的测量阻抗为 结论：在三相短路时，三个继电 器的测量阻抗均等于短路点到保 护安装地点之间的正序阻抗，三 个继电器均能正确动作。
Z m1
3
U AB Z1 L I A IB
1 1 ( Z set1 Z set 2 ) Z m ( Z set1 Z set 2 ) 2 2
两边同乘以测量电流得
1 1 ( Z set1 Z set 2 ) I m U m ( Z set1 Z set 2 ) I m 2 2
令 故 令
Z set1
K I1 KU
或者说，满足
U U U A C D U B U C U D
三. 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法
思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，会不 会有死区？为什么？ 对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为
1 1K I K I I m KUU m I m 2 2
|
1 1K I K I I m KUU m I m 2 2
故幅值比较的动作方程可写成
1K I • • • 动作量 U A I m 2 1K I 制动量 U B KUU m I m 2
（2）相位比较
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示： 其动作与边界条件为
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．距离元件 : 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。 作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继 3．方向元件： 电器，或方向元件和阻抗元件相结合。 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。 3
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
K I KUU U m I m 90 arg C 90 KUU U m D
总结：
U 、 量之间在忽略 幅值比较的U A U B 量与相位比较的U C 、 D 或2倍关系时，满足下列关系 U U U C A B U D U A U B
90 arg
Z set Z m 90 Zm
3．偏移特性阻抗继电器
（1）幅值比较 偏移特性阻抗继电器的动作特性， 圆的直径为 Z set1 Z set 2 1 圆心坐标 , (Z set1 Z set 2 ) 21 圆的半径为 ( Z set1 Z set 2 ) ，其动作与边界条件为 2
I BC 式中 Kb为分支系数， K b I AB
Ⅱ ZⅡ K op.1 rel Z AB K b Z B
min
（2）与相邻变压器的快速保护相配合
取（1）、（2）计算结 果中的小者作为 ZⅡ op.1 。
2. 动作时限 3.灵敏度校验
Ⅱ t1 tⅠ 2 t t
Up
Up
.. . .. .
2UV R
A
Rr Cr Lr
Um
.
B C
较高且L 、C 处于工频谐振状态，而R值又 正常时 ：电压 U AB r r 基本上不起作用。 很大，第三相电压 U C
第三节
阻抗继电器的接线方式
一、对距离保护接线方式的要求及接线种类
根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电 流应满足如下要求： 1、继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障 点至保障安装处的距离成正比。 2、继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随 故障类型而变化。
故幅值比较的动作方程可写成
Βιβλιοθήκη Baidu U A B
（2）相位比较
偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如下图所示:
其相位比较的动作与边界条件为
Z set1 Z m 90 arg 90 Z set 2 Z m
分式上下同乘以测量电流得
U Z set1 I m m 90 arg 90 U Z set 2 I m m
Z set 2
K I2 KU
1 1 )I ( K I 1 K I 2 ) I m KUU m ( K I 1 K I2 m 2 2
1 (K K )I 动作量： U A I1 I2 m 2
K U 1 (K K )I 制动量： U B U m I1 I2 m 2
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。
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
图3—2 距离保护原理的组成元件框图
第二节 阻抗继电器
阻抗继电器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。 继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即
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：
解决方法：
采用一种新的保护方式——距离保护。
一、距离保护的基本概念
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。
A B 1 2 Id Zd d(3) Ud=0 C
图1—1单侧电源线路
一、距离保护的基本概念
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 m Zm= I A
m
B 1 2
Id Zd
d(3) Ud=0
C
图1—1单侧电源线路
第五节
距离保护的整定计算
一、距离保护段
1.动作阻抗 对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取
' ZⅠ K op1 rel ZAB
2．动作时限
tⅠ 1 0
二、距离保护第二段
1．动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考 虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
Ⅱ Ⅰ ZⅡ K Z K K op.1 rel AB b rel Z BC
B U
m
幅值比较的继电器的动作方程 为： U U
A B
（2）相位比较 继电器的动作边界条件为:
Z set Z m 90 arg 90 Z set Z m
2．方向阻抗继电器 （1）幅值比较 分子分母同乘以测量电流得
1 1 Z set I m U m I m Z set 2 2
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
令相位比较偏移特性阻抗继电器的两电气量 K I K U U
C I1 m U m
K I U D I 2 m KUU m
故相位比较的动作方程为
U 90 arg C 90 U
D
4．直线特性阻抗继电器 阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，则 幅值比较的动作与边界条件为