第三章距离保护
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第三章距离保护3-5,6,7,8
• 测量电流中有零序分量，判为接地故障：
A相单相接地
B相单相接地 C相单相接地 三个相电流差突变 量的最大值对应两 相为故障相
• 测量电流中无零序分量，判为非接地故障：
AB两相短路故障 BC两相短路故障 CA两相短路故障
m为整定系数，取值范围为4一8
电力系统继电保护原理
3.7 距离保护特殊问题
西南交通大学电气工程学院
不能正确测量有两个方面的含义，一方面是把测量阻抗测大， 反映出故障距离变远，即不动作；另一方面是把测量阻抗测 小，反映出故障距离变近，可能导致在区外故障情况下误动 作。此处，非故障环上的电压、电流算出的阻抗一般是第一 种情况，通常不会动作
•微机保护中，距离保护的硬件接线只有一套，故障环的 选取是由软件实现的，分两种情况：
M
)Z
j
1 2
Zctg
2
振荡过程安装于M侧的保护测量阻抗变化轨迹
jX
N
Zm
(1 2
M
)Z
jห้องสมุดไป่ตู้
1 2
Zctg
2
o
1 Ke 1
δ
o
Zm
1
2Z
M
Ke 1 o
oR
其中
Ke
EM EN
(
1 2
M
)Z
2
Ke 1
图 3-31 测量阻抗的变化轨迹
（三）电力系统振荡对距离保护的影响
1
O’
3
ΨK
M
当测量阻抗位于特性圆以内时, 阻抗继电器误动。
2. 电气量变化速率的差异
振荡时，电气量呈现周期性变化，其变化过程是渐变的，变化范 围大。而故障时电流电压的变化是突变的，且故障后测量电流电 压、阻抗的测量值基本不变。
A相单相接地
B相单相接地 C相单相接地 三个相电流差突变 量的最大值对应两 相为故障相
• 测量电流中无零序分量，判为非接地故障：
AB两相短路故障 BC两相短路故障 CA两相短路故障
m为整定系数，取值范围为4一8
电力系统继电保护原理
3.7 距离保护特殊问题
西南交通大学电气工程学院
不能正确测量有两个方面的含义，一方面是把测量阻抗测大， 反映出故障距离变远，即不动作；另一方面是把测量阻抗测 小，反映出故障距离变近，可能导致在区外故障情况下误动 作。此处，非故障环上的电压、电流算出的阻抗一般是第一 种情况，通常不会动作
•微机保护中，距离保护的硬件接线只有一套，故障环的 选取是由软件实现的，分两种情况：
M
)Z
j
1 2
Zctg
2
振荡过程安装于M侧的保护测量阻抗变化轨迹
jX
N
Zm
(1 2
M
)Z
jห้องสมุดไป่ตู้
1 2
Zctg
2
o
1 Ke 1
δ
o
Zm
1
2Z
M
Ke 1 o
oR
其中
Ke
EM EN
(
1 2
M
)Z
2
Ke 1
图 3-31 测量阻抗的变化轨迹
（三）电力系统振荡对距离保护的影响
1
O’
3
ΨK
M
当测量阻抗位于特性圆以内时, 阻抗继电器误动。
2. 电气量变化速率的差异
振荡时，电气量呈现周期性变化，其变化过程是渐变的，变化范 围大。而故障时电流电压的变化是突变的，且故障后测量电流电 压、阻抗的测量值基本不变。
第三章+距离保护(1)
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。
.
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。
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3-3,4
90
arg
IJ
zset U U J1
J
90
采用正序电压作为极化电压
接地故障 相间故障
IJ
U J1 U1 I k 3I0
Байду номын сангаас
U J U
U J1 U1
IJ
I
U
J
U
采用正序电压作为极化电压的方向阻抗继电器动作特性
以接地距离继电器为例，当正向(K2)发生接地故障时
U (I K3I0)Zm
情形之二：与相邻变压器配合（考虑变压器配置差 动保护）
Z
set
另一部分供给铁心损耗。绕组的感应电势正比于 磁通且滞后。 W2绕组二次输出电压超前于输入电流约90°。即
U2 jXI1
2.W3绕组带电阻性负载时
等效电路如图，铁芯中的磁通由励磁电流 电势 E2 滞后 I1 的角度由负载电阻决定
I0 产生，
W2二次输出电压与输入电流关系为
U2 ZI1
w1 * I
U UR jUI
其中
URk
2 N
N 1
u(i)cos(k i
i0
2
N
)
UI
k
2 N
N 1
u (i) sin(
i0
k
i
2
N
)
相量和基波瞬时值表达式的对应关系
u(t) U cos(t ) U R cost U I sin t U U (cos j sin ) U R jUI
同样 I IR jII
反向故障时，动作区是一 个不包含原点的上抛圆
Zset
o R
－Zm 图 3-22 以正序电压为参考电压的测量元
件在反向故障时的动作特性
第三章距离保护
阻抗继电器的精确工作电流：
比幅式方向阻抗继电器 实际动作条件： | I m Z set | | KU U m I m Z set | U 0
1 2 1 2
当 m sen l
Z oper.K Z set U0 KU I m
当继电器的起动阻抗等于0.9倍 的整定阻抗时所对应的最小测量电 流，称为精确工作电流。
Rg 1050
lg Ig
2、过渡电阻对单侧电源线路的影响
A
1
B
Rg
jX
2
C
3
K
jX
B
保护1的II段
保护1的I段
A
R
3、过渡电阻对阻抗元件的影响
jX
B
Rg 1
Rg 2
Rg 3
ZK
A
R
4、防止和减小过渡电阻影响的方法
1）采用能容许较大的过渡电阻而不 致拒动的阻抗继电器，可防止过渡 电阻对继电器工作的影响。
一、对阻抗继电器接线方式的要求
二、相间短路阻抗继电器的0° 接线方式
三、接地短路阻抗继电器的接线 方式
对阻抗继电器接线方式的要求：
1、测量阻抗应正比于 短路点到保护安装点之间 的距离； 2、继电器的测量阻抗 应与故障类型无关，即保 护范围应不随故障类型而 变化。
相间短路阻抗继电器的00接线 继电器
二、过渡电阻对距离保护的影响 ；
三、电力系统振荡对距离保护的影响；
四、电压回路断线对距离保护的影响
五、线路的串联补偿电容对距离保护的影响
一、保护安装处和故障点间分支线对距离保护影响
1、助增电流的影响：
A D
Z
I AB I DB
继电保护(距离保护)
对于相间短路，故障环路为相—相故障环路，取测量电 压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的 电流差，称为相间距离保护接线方式，能够准确反应两相短 路、三相短路和两相接地短路情况下的故障距离。
LINYI UNIVERSITY
LINYI UNIVERSITY
LINYI UNIVERSITY
UB = z1 l k B 、 C 相 测 量 I B + K3I 0
LINYI UNIVERSITY
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
增大，短路阻抗比正常时测量到的阻抗大大降低。
LINYI UNIVERSITY
二、测量阻抗及其与故障距离的关系
Um Zm = = z1 l k Im Z set = z1 l set
♣ 距离保护反应的信息量测量阻抗在故障前后变化比电流变 化大，因而比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。 ♣ 距离保护的实质是用整定阻抗 Zset 与被保护线路的测量阻 抗 Zm 比较： 当短路点在保护范围以内时，Zm<Zset，保护动作； 当短路点在保护范围以外时，Zm>Zset时，保护不动作。 因此，距离保护又称低阻抗保护。
U kA = 0
LINYI UNIVERSITY
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
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
距离保护培训PPT
3—4 距离保护的整定计算原则
一段整定计算（式3—1） Z’dz.1=(0.8~0.85)ZAB =Kk’ZAB Z’dz.2=(0.8~0.85)ZBC =Kk’ZBC 不受运行方式影响。 二．二段整定计算式3-52 Z’’dz.1 = Kk’’ (ZAB+Kfz.min Z’dz.2) 二段要考虑分支系数Kfz （整定取最小值） 受运行方式影响(小)。
(2)阻抗区别
测量阻抗ZJ ；动作(起动)阻抗Zdzj ； 整定阻抗Zzd ；最大灵敏角φlm;应＝φd ZJ 、Zdzj 、Zzd及之间的关系（在P73）
（3） 相位比较方式
ZJ和ZJ－Zz的相位比较（图3—7）（式3—16
4.偏移特性阻抗继电器
反方向有一个小的动作区（消除死区） －α Zzd（0<α <1）见图3—8 幅值比较方式：式3—17、18 相位比较方式：式3—19
三段式距离保护的特性（3－55）
jX
jX
Zzd Zj Φ lm Φ d R
R
三.组成元件（图3-2）
起动元件： 线路故障时起动整套保护，可以用电流、阻抗、 负序电流等起动。 增量起动(故障分量，突变量) 新型保护用。 测量元件（阻抗元件） 测量短路距离的远近（ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ），是核心。
3．两相接地短路（3--28） UA=IAZL×l+IBZM×l UB=IBZL×l+IAZM×l Zj（1,1）= UAB /(IA-IB ) =(IA-IB )(ZL-ZM)×l/ ( IA-IB ) =(ZL-ZM)×l =Z1×l 与短路类型无关
3--3阻抗继电器的接线方式
分支系数计算典型电路图
1 B 2 C 3 4 E D
A
1.助增电流(B电源)的影响： Zj.1=UdA/IAB=ZAB+IBC/IAB×Zd (使Zj.1增大) Kfz= IBC/IAB = [(ZA+ ZAB )+ ZB]/ ZB = 1+(ZA+ ZAB )/ ZB Kfz.min= 1+(ZA.min + ZAB)/ZB.max
第三章距离保护
第三章：电网距离保护1.距离保护的定义和基本原理：距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的壁纸，反映故障点到保护安装处的距离而工作的保护。
基本原理：按照继电保选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在下路MN内部故障时，保护装置才应该立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。
与电流速断保护一样，为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。
当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若LK大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。
｝通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接地测量和判断故障距离。
2.几种继电器的方式：苹果特性：有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。
电抗特性：动作情况至于测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很强的耐过渡电阻的能力。
但是它本身不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
电阻特性：通常也与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
多边形特性：能同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。
3测量阻抗：Zm定义为保护安装处测量电压Um&与测量电流Im&之比，即Um&/Im&动作阻抗：使阻抗原件处于临界动作状态对应的阻抗（Zop）。
(完整版)电网的距离保护
1. 距离保护Ι段的整定
距离保护Ι段为瞬时速动段，同电流Ι段一样，它只 反应本线路的故障，为保证动作的选择性，在本线路末 端或下级线路始端故障时，应可靠地不动作。
Em A 1
Im
k1 B k2
Zset.1 Krel Z AB Krel LAB Z1 Krel 0.8 ~ 0.85
动作时限：
M 1 Ik
d
2N
U
jX
Zset
set Zm
m
R
动作特性取决于短路点到保护安装 处之间的阻抗大小，与阻抗角无关。
全阻抗圆特性的缺陷：
正向、反向故障情况下具有相同的保护区，即阻抗元件 本身不具备方向性。
2）方向阻抗圆特性
以保护安装点为圆心，以整定阻抗Zset为直径所作的一 个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。
1）与相邻线路距离Ι段相配合
Em A 1
I1
B2
I2 k k
Zset.1 Krel (Z AB Kb.min Zset.2 )
这样整定之后，再遇到 Kb 增大的其它运行方式时， 距离Ⅱ段的保护范围只会缩小而不至失去选择性。
2）与相邻变压器快速保护相配合
保护范围不超过相邻变压器快速保护范围，整定值 按躲过变压器低压侧出口处短路时的阻抗值来确定。
K Z0 Z1 3Z1
三、距离保护的构成
启动部分：判别系统是否发生故障，故障时能瞬间启动保护 测量部分：测量故障距离（阻抗），由阻抗元件构成，三段 振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动 PT 断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动
第二节 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器：
测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗 比较，确定故障范围，决定保护是否应该动作。
距离保护Ι段为瞬时速动段，同电流Ι段一样，它只 反应本线路的故障，为保证动作的选择性，在本线路末 端或下级线路始端故障时，应可靠地不动作。
Em A 1
Im
k1 B k2
Zset.1 Krel Z AB Krel LAB Z1 Krel 0.8 ~ 0.85
动作时限：
M 1 Ik
d
2N
U
jX
Zset
set Zm
m
R
动作特性取决于短路点到保护安装 处之间的阻抗大小，与阻抗角无关。
全阻抗圆特性的缺陷：
正向、反向故障情况下具有相同的保护区，即阻抗元件 本身不具备方向性。
2）方向阻抗圆特性
以保护安装点为圆心，以整定阻抗Zset为直径所作的一 个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。
1）与相邻线路距离Ι段相配合
Em A 1
I1
B2
I2 k k
Zset.1 Krel (Z AB Kb.min Zset.2 )
这样整定之后，再遇到 Kb 增大的其它运行方式时， 距离Ⅱ段的保护范围只会缩小而不至失去选择性。
2）与相邻变压器快速保护相配合
保护范围不超过相邻变压器快速保护范围，整定值 按躲过变压器低压侧出口处短路时的阻抗值来确定。
K Z0 Z1 3Z1
三、距离保护的构成
启动部分：判别系统是否发生故障，故障时能瞬间启动保护 测量部分：测量故障距离（阻抗），由阻抗元件构成，三段 振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动 PT 断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动
第二节 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器：
测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗 比较，确定故障范围，决定保护是否应该动作。
第三章-电网的距离保护
❖ 1 微机保护中幅值比较的实现： ❖ 设由傅氏算法算出的电压和电流实、虚部分别
用 U I 、U R 和 I I 、 I R 表示，
U m U R jI U U m U
I m IR jII Im I
Z m U I m m U I R R j jI I U I U R I I R 2 R I U I 2 I I I jU I I I R R 2 U I I 2 R I I R m jm X
R
(a)
(b)
❖ (二)阻抗继电器的比较回路
具有圆或直线特性阻抗继电器可以用比较两个电气 量幅值的方法来构成，也可以用比较两个电气量相 位的方法来实现。
Um Im
电压 形成
A B
比幅 执行 回路 （输出）
Um Im
C
电压 形成
D
比幅 执行 回路 （输出）
A B
（a）
90 （ abr）gCD 90
图3-15 阻抗继电器的构成原理方框图 （a）幅值比较 （b）相位比较
❖ 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。阶梯型时限特性
A Z3
~
B Z2
C Z1
t
t II 3
t
I 3
tI 2
保 护 3的 I段
保 护 3的 II段
保 护 3的 III段
t III 3
t II 2 tI 1
t III 2
l
图 3-1距 离 保 护 的 时 限 特 性
Z set
1 2(1 )I m Z se t U m 1 2(1 )I m Z set
z set
O'
继电保护 原理 第三章 距离保护
IC − IA
IC
IC
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。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。
3． 中性点直接接地电网的两相接地短路 仍然以 BC 两相接地短路为例
.
.
U Bd = U Cd = 0
.
3I0 ≠ 0
.
.
.
.
.
.
ZJ2
=
U B −UC
..
= (I B − IC )Z1ld
+ k3 I 0 Z1ld
.
.
− k3 I0 Z1ld
= Z1ld
IB− IC
IB − IC
.
.
Z J1
= UA−UB
.
.
> Z1ld
IA− IB
结论：同两相短路。 （三） 接地短路阻抗继电器的接线方式
以 A 相接地短路为例
三﹑阻抗继电器的构成
主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。
UJ 电
压
形
IJ
成
UA 比 幅
回
UB 路
执行 （输出）
UJ 电
UC
比
压
相
形
回
IJ 成
UD
路
执行 （输出）
交流回路
交流回路
UA﹑UB﹑UC﹑UD 基本上是由 UJ 和 IJZzd 组合而成。而 UJ 可直接从 PT 二次侧取得，必 要时经 YB 变换。而 IJZzd 则经过 DKB 获得。 （一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线
.
第三章距离保护-1解析
B
C
1
2
ZT
D
1. 距离保护I段： 按躲过线路末端短路整定
ZsIet1 KIrel ZAB
其中 KIrel 0.8 ~ 0.85
一、距离保护的整定计算
2. 距离保护II段：
A
B
C
1
2
ZT
D
(1)定值计算： ① 与相邻线路的距离I段配合
ZsIeIt1 KIreI l(ZAB Kb.minZsIet2)
EA A Z K3 1
Ik K1
K2
B EB
2
Zk1
Zset
jX
Zk2
Zset
Zk1
k
ZL
A
L
R
Zk3
3.1 距离保护的基本原理与构成
由三段构成
Ⅰ段 主保护
Ⅱ段
Ⅲ段 后备保护
二、距离保护的时限特性
指距离保护的动作时间 t与保护安装点至短
路点之间的距离 的l关k 系。
3.1 距离保护的基本原理与构成
jX
B A
C
Zset
Zm Zset
Zm
R
3.2 阻抗继电器及其动作特性
二、利用复数平面分析圆特性阻抗继电器
2、方向阻抗继电器
jX
Zset C
B R
Zm A
方向阻抗继电器的特点：
（1）有死区 （2） Zo随p 变m化而不同 （3）有明确的方向性
3.3 阻抗继电器的接线方式
一、基本要求和接线方式
基本要求： (1) 测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间
的距离； (2) 继电器的测量阻抗与故障类型无关;
3.3 阻抗继电器的接线方式
距离保护基础知识讲解
a)Z set
•
U
m
1 2
•
I
m
(1
a)Z
set
1 2
•
I m (1 a)Z set
比相式构成
270 0 arg Z m aZ set 90 0 Z m Z set
•
•
2700 arg U m a I m Z set 900
•
•
U m I m Z set
在圆周上两个复数相量相垂直， 90度 在圆内，两者夹角大于90度 在圆外，两者夹角小于90度
•
Zm
Um
•
Im
0.85倍的一次阻抗被称为起动阻抗
ZI oper
；而0.85倍
的二次阻抗被称为整定阻抗
ZI se t
第三章 距离保护
Ⅰ 段阻抗继电器的整定阻抗
ZI se t
UN
Zm
Um Im
nTV I NP
UN I NP
nTA nTV
0.85Z NP
nTA nTV
nTA
Z
I set
ZΙ oper
本讲小结
介绍了距离保护的概念 介绍了全阻抗继电器 方向阻抗继电器 偏移特性阻抗继电器
第三章 距离保护
第二节 时限特性
距离保护的动作时间与保 护至短路点之间的距离关系
t f (l) 被称为距离保护的动作时限。
一般地，距离保护动作时 限为阶梯型三段式动作特性：
距离保护Ⅰ段——保护到 线路80～85％全长；
距离保护Ⅱ段——保护到 线路全长；
距离保护Ⅲ段——保护到 相邻线路全长，作为远后备保 护
第三章 距离保护
Ⅰ 段阻抗继电器的 动作条件
ZI se t
第三章距离保护3
0.9 110 163.5 3 0.35
若保护1的对应的III段采用方向阻抗继电器，则其整定值为：
Z III set.1
K Z rel L.min
Kss Kre cos set
L
0.83 163.5 1.151.5 cos 70 arccos(0.9)
110.2
（2）灵敏性校验
1）本线路末端短路时的灵敏系数为：
Z12
29 12
2.47 1.25
满足灵敏度的要求。
（3）再在计算保护1距离II段的动作延时
8
t III
8
0.5s
按原则，保护1距离II段的动作延时与保护3的I段的动作延时相配合，为：
t1II t3I t 0.5s
按原则，保护1的距离II段的动作延时还要与相邻变压器的动作延时相配合，
为：
t1II tTI t 0.5s
3.4.1 距离保护的整定计算
（五）整定计算举例
A
X s1
Z12
B
k1
C
0.85Z34
0.15Z34
B3
4C
A1
2
60km
7
~
E1 115 / 3kV
X s1.max 25
X s1.min 20
30km
5
6
I D.max
60km
9
10
~
E2 115 / 3kV
Uk % 10.5
t III
t III
10
1.5s
X s2.max 25
ST 31.5MVA
X s2.min 20
图3.26 [例3.1]的网络连接图
（2）动作延时为：
电网距离保护
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
在两相接地短路时，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。
相间距离保护：0°接线方式可以正确反应三相短路、两相 短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。
具有零序电流补偿的0°接线方式的分析
1 ．单相接地短路 以 A 相单相接地短路故障为例
（2）方向圆特性 令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
方向圆特点： 在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗 都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作， 阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段 （1段和 2段）中。
=180°
在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在 180°左右 的一个范围内，测量元件就应该动作
多个负号，两边减180° 方向圆特性
阻抗继电器的死区
在
中
Um称为参考电压或极化电压作为判断口 Uop 相位的参考
当在保护安装处正方向出口发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很 小，加到继电器的电压（Um）为零或者小于继电器动作所需的最小电压 时，方向继电器会出现死区。测量阻抗 Zm 的阻抗值都很小，正好处于阻 抗元件临界动作的边沿上，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。
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
在两相接地短路时，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。
相间距离保护：0°接线方式可以正确反应三相短路、两相 短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。
具有零序电流补偿的0°接线方式的分析
1 ．单相接地短路 以 A 相单相接地短路故障为例
（2）方向圆特性 令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
方向圆特点： 在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗 都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作， 阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段 （1段和 2段）中。
=180°
在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在 180°左右 的一个范围内，测量元件就应该动作
多个负号，两边减180° 方向圆特性
阻抗继电器的死区
在
中
Um称为参考电压或极化电压作为判断口 Uop 相位的参考
当在保护安装处正方向出口发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很 小，加到继电器的电压（Um）为零或者小于继电器动作所需的最小电压 时，方向继电器会出现死区。测量阻抗 Zm 的阻抗值都很小，正好处于阻 抗元件临界动作的边沿上，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。
第3章距离保护4
（2）与变电所B降压变压器的速动保护配合
Z op. A = K rel ( Z1 L AB + K b Z T . min )
Z T = 10 × 10.5 × 110 / 15 × 10 = 84.7Ω
Z T . min =
[注：变压器最小阻抗应计及并列运行情况，且电压应采用主抽头电压。] 由于 2 3
Z AB + K b. max Z BC
≥
1.2
当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路相间 距离保护第Ⅲ段配合
III III III III Z op.1 = K rel Z AB + K rel K b. min Z op.2
若相邻元件为变压器，应与变压器相间短 路后备保护配合，其动作阻抗为
III III III III Z op.1 = K rel Z AB + K rel K b. min Z op.T
相间距离保护多采用阶段式保护,三段式保 护整定计算原则与三段式电流保护基本相 同. 1、相间距离Ⅰ段的整定
1、相间距离保护Ⅰ段的整定 相间距离保护第Ⅰ段动作阻抗为：
I I Z op.1 = K res Z AB
若被保护对象为线路变压器组，则动作阻抗为：
I I ′ Z op.1 = K rel Z L + K rel Z T
2）与相邻变压器速动保护配合
II II ′′ Z op.1 = K rel Z AB + K rel K b. min Z T min .
灵敏度校验：
II K sen = II Z op.1
若灵敏系数不满足要求，可与相邻Ⅱ段配合 ， 动作阻抗为
II II II ′′ Z op.1 = K rel Z AB + K rel K b. min Z op.2
第三章 电网距离保护
K se n( 2)
Z III set.1
Z AB K Z b.max next(BC)
1.2
二、对距离保护的评价
1. 选择性
在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。
2. 速动性
距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电 源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除 故障。
3. 灵敏性
-αZzd
Zzd Zzd-ZJ
ZJ R
ZJ+α Zzd
总结三种阻抗的意义：
—测量阻抗Zm：由加入继电器的电压Um与电流Im的比值确 定。
Zm
Um Im
—路整阻定抗阻。抗Zset：一般取继电器安装点到保护范围末端的线 全阻抗继电器：圆的半径 方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径 偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点 到圆周的长度。
当 ︱ EM︱= ︱EN ︱ 且系统中各元件阻抗角相等 时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点 （ 即 Z ∑ /2处）。
.
U
m
1 2
.
I
m
Z set
1 2
.
I
m
Z set
3、比相式方向阻抗继电器
jX Zzd
Zzd-ZJ
ZJ R
90o arg Zset zm 90o Zm
.
90o
arg
I m Z set
.
U m
90o
Um
（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：
jX
正方向： ：整定阻抗Zset
一、构成阻抗继电器的动作特性
单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压 Um和一个电流Im的阻抗继电器。其中电压Um与电流 Im的比值称为测量阻抗。
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
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0
R
90 270
(ZJ超前ZZd)
ZJ +Zzd
即： 270 90
动作
C:当ZJ位于圆外：
90
(ZJ滞后ZZd)
jX Zzd ZJ -Zzd
ZJ
90 270
(ZJ超前ZZd)
0
ZJ +Zzd R
∴动作条件为
90 270
测量阻抗ZJ-----保护安装点至短路点的阻抗值。 由加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值决定，ZJ 的阻抗角就是UJ和IJ之间的相位差ФJ ； 整定阻抗Zzd———一般取继电器安装点到保护范 围末端的线路阻抗作为整定阻抗。对全阻抗继电 器而言，就是圆的半径，对方向阻抗继电器而言， 就是在最大灵敏角方向上的圆的直径径； 对偏移特性阻抗继电器则是在最大灵敏角方向上 由原点到圆周上的长度。
UJIJ
三、反应相间故障的 0 接线
1、三相短路时，各继电器动作情况相同
Z J1
( 3)
U AB U A U B I IA B I A IB I A Z1l I B Z1l I I
A B
( I A I B ) Z1l IA IB Z1l
2、方向阻抗继电器 P71 图3-7
jX
Z zd
jX
Z zd
ZJ
1 Z zd 2
ZJ 1 Z 2 zd
Z z
d
ZJ
0 (a) R 0 (b)
ZJ
R
图3－7 方向阻抗继电器的动作特性 (a)幅值比较式的分析; (b)相位比较式的分析
①幅值比较法：
1 圆心到零点的距离 Z Zd 2
1 1 Z J Z Zd Z Zd 2 2
0 方向阻抗继电器
1 全阻抗继电器
①幅值比较法
Z J Z 0 Z Zd Z 0
I J U J I J Z 0 I J ( Z Zd Z )
or
1 1 U J I J (1 ) Z Zd I J (1 ) Z Zd 2 2
一、对接线的要求
1、 Z J l
2、测量阻抗与故障类型无关，也就是保护 范 围不随故障类型而变化
二、常见接线方式
0 接线 相间短路 30 接线 躲负荷能力强 30 接线 躲负荷能力强 相电压和具有K3I0补偿的相电流接线 接地保护
各中接线方式下 阻抗继电器接入电压和电流
见P90 表3-2
U ∴变为： J I J Z zd
Zzd ZJ R 0
电流在某一恒定阻抗ZZd的电压降(可由DKB获得) P77 原理图
②相位比较法
原理： 比较
矢量 ZJ ZZd 与 ZJ ZZd 的夹角 的大小
jX
Zzd ZJ R 0
jX
Zzd ZJ θ 0 R
jX
A：当ZJ位于圆周上时：
其它：直线形、多边形、透镜形、圆与四 边形组合特性、折线形等。P105 jX
C
B 0 A
Ψd 2 3
1
R
图3-3
二、阻抗继电器构成原理
幅值比较法： 相位比较法
jX
1、全阻抗继电器 ①幅值比较法 动作条件： Z J Z zd 两边乘以电流 IJ IJ Z J IJ Z zd
保护本线路一部分 t=0S ，主保护
Ⅱ段：保护本线路全长，与下一线路Ⅰ段配 合（与限时电流速断对应）
Z II dZ Kk (Z AB Z dZ 下 )
0.8[Z AB (0.8 ~ 0.85)Z BC ]
Ⅲ段：本线路及相邻线路后备保护
ZdZⅢ按躲开正常运行时的负荷阻抗来整定。 tdZⅢ与过电流保护相似。 （P22 图2-14）
1、阻抗继电器的构成方式
单相式 一个电流（相电流或两相电流之差）
一个电压（相电压或线电压） 多相式 几个补偿后电压 具体系统来确定
2、几种圆特性阻抗继电器： Zzd—整定阻抗 Zdz—动作阻抗（刚好起动时的阻抗）
①全阻抗圆特性阻抗继电 器 P67 图3-3 中圆1 以继电保护安装点为原 点，以Zzd为半径的圆 无方向，无死区。 ZZd=ZdZ与 J 无关
由平行四边形和菱形定则可知：
ZJ+ZZD ZJ+ZZD θ ZJ-ZZD ZJ-ZZD ZJ+ZZD θ ZJ-ZZD θ
当 Z J Z Zd 时 90 临界 当 Z J Z Zd 时 当 Z J Z Zd
90 不动作
动作
时 90
当以 A 和 B 表示比幅的两个电压 A B 时动作
∴有： J1 J2 J3 反应故障类型
(1.1) K (3) K ( 2) AB K AB
UJ
IJ
U AB
U BC
I A IB
I B IC
IC I A
K
( 3)
K ( 2) BC K (1.1) BC
U CA
K
( 3)
K ( 2)CA K (1.1) CA
UJ ZJ IJ
正常= ZL e j 20
U 残 I d Z0 l Z 0l 故障= I I d d
ZJ正>ZJ故 ∴ZJ正>ZdZ
ZdZ—动作阻抗 继电器不动作
ZJ故<ZdZ 继电器动作
特点:① 故障下ZJ L ② ZJ受运行方式影响小
2、时限特性 为满足速动性， 选择性，灵敏性的 要求，广泛应用具 有三段动作范围的 阶梯型时限特性 P65 图3-1
当以 C和 D 表示比相的两个电压
C 90 arg 270 D
时动作
则满足
C B A
DBA
B (C D) / 2
A (C D) / 2
∴两种方法之间存在可换性 互换条件：①同 ；
C ②相位90 arg 270 D 幅值 A B
A 2
B 1
d C
Zd ZAB+Zd
(a)
t
t3
t2
t2 t1
t1
' Z dz2
' Z dz1
l
'' Z dz1
'' Z dz2
（b） 图3－1 距离保护的作用原理 (a)网络接线; (b)时限特性
3、三段式距离保护（和三段式电流保护相对应）
Ⅰ段：（与电流速断相对应）
Z dZ K k Z AB (0.8 ~ 0.85)Z AB
第三章 距离保护
距离保护的基本概念 阻抗继电器 三段式距离保护 影响距离保护的因素
第一节.距离保护的作用原理
一、问题的提出
前述电流保护存在的问题： 1、Idz、Klm受运行方式影响，尤其短线路 （lmin→0） 2、测量电流大小，判断故障点的位置不够 精确 3、应用局限性：t长，Klm(如长线路重负荷)
③幅值比较法与相位比较法的关系 自己验证同全阻抗继电器
3、偏移特性的阻抗性电器 P72 图3-8
Z0 1 (Z Zd Z Zd ) 2
jX C
0 1偏移0.1 ~ 0.2
消除方向阻抗电器的死区
B 0 A
Ψd 2 3
1
R
1 半径 Z Zd Z Zd Z Zd Z 2
②相位比较法
比较
Z J Z Zd 与Z J Z Zd
U P U J I J Z zd ' Z U U J I J zd UP 90 arg 270 U'
③幅值比较法与相位比较法的关系
自己验证
总结：P73表3-1
1 1 I J U J I J Z zd I J Z zd 2 2
②相位比较法
比较 Z J 与Z J ZZd的相位
U P U J ' U U J I J Z zd
90 argU P 270 U'
Z J Z Zd 超前Z J Z Zd 得到的为正
0
Zzd ZJ θ R
90
270
(ZJ滞后ZZd) (ZJ超前ZZd)，刚好动作
jX
90
ZJ
ZJ -Zzd Zzd
ZJ +Zzd
0
R
B：当ZJ位于圆内：
90
jX
(ZJ滞后ZZd)
ZJ
Zzd ZJ -Zzd
四、相电压和具有k3I0补偿的相电流接线
在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不 能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，主 要任务是正确反应电网中的接地短路。 当不采用零序电流补偿时 即采用 U J U A I J I A时 (J1为例)
( 2)
Z1l
同理：Z J 3
( 2)
Z1l
B-C两相短路：
ZJ2
( 2)
U BC Z1l I IB C
Z J1
( 2) ( 2)
Z1l Z1l
ZJ3
C-A两相短路：
ZJ3
( 2)
U CA Z1l I IC A
Z J1
( 2) ( 2)
Z1l Z1l
二、距离保护原理
A 2 B 1 d C Zd ZAB+Zd
(a)
t
t3
t2