电网的距离保护(含笔记)
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
（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
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 ）
(完整版)电网的距离保护
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。
6.电网距离保护
相位比较的动作与边界条件为
90 arg Z m Z set 90
Z set
上式中分子分母同乘以测量得
90
arg
KUU m KUU
K
m
I
Im
Байду номын сангаас
U C U D
90
阻抗继电器的总结：
幅值比较的U A、U B量与相位比较的U C 、U D 量之 间在忽略或2倍关系时，满足下列关系
U U
C D
U A U A
U B U B
或者说
U U
A B
UC UC
U D U D
说明：arg
U U
C D
表示向量U
C
与U
之间的夹角，
D
U
D作参考相量，U
C
超前U
时角度为正
D
第三节 方向阻抗继电器的特殊问题 一. 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？
位
•
•
比 较
270
arg
Um
•
Im
•
Z set
90
U m Im Zset
2．方向阻抗继电器
（1）幅值比较
方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，圆的直径为整 定阻抗，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。这种继电器 的动作具有方向性，阻抗动作方程为
Zm Z set cos( L m )
动作与边界条件为
j
XL Rh
U ac
二、阻抗继电器的精工电流和精工电压
比幅式方向阻抗继电器实际动作条件：
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zd Z 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fh Z ，即fhcl cl cl Z I UZ ==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d Z ，即dd cl clcl Z I U I U Z === 残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。
距离保护的实质是用整定阻抗zd Z 与被保护线路的测量阻抗cl Z 比较。
当短路点在保护范围以外时，即cl Z >zd Z 时继电器不动。
当短路点在保护范围内，即cl Z <zd Z 时继电器动作。
因此，距离保护又称为低阻抗保护。
动作阻抗：使距离保护刚能动作的最大测量阻抗。
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阶梯型时限特性，如图3—1所示。
这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限：t '、t ''、t '''。
图3—1 距离保护的时限特性三、距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图3—2所示。
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
电网距离保护
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。
《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护-第1234节学习资料
ZOP1
保护范围最长
Z0
ZOP2
方向性：能够消除方向阻抗元件在正 向出口处的保护死区，但同时反方向
Z set 2
《电力系统继电保护》第3章电 网的距离保护-第1234节
K3M 1
K1
Lset K 2
2N
Zm UI mm Zmm
jX
Z k2
区内： Zm Zset 区外： Zm Zset
Z Set
Z k1
ZL
反方向：m（0，90） Z k3
R
依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差异”， 区分系统是否发生故障、故障发生的范围。
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
jX
过渡电阻，Zm落在 Zset 附
Z k2
近的一个区域中。
Z Set
圆形
动作区域
四边形 苹果形
Z k1
ZL
橄榄形等
Z k3
R
k 3 M 1 Ik
=0
U A U k A (I A K 3 I 0 )z 1 lk
ZmU I m mI AU K A3I 0 z1lk
Zm lk 一个接地阻抗元件动作
3) 两相接地短路（AB）
M 1 Ik
K (1,1)
2N
U
U U k (I K 3 I 0)z1 lk
=0
U A U k A (I A K 3 I 0 )z 1 lk
M 1 Ik
K (3)
2N
U
=0
U A U k A (I A K 3 I 0 )z 1 lk
电力系统继电保护知识点总结文字部分1
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，测量电压与电流的比值，反映故障点与保护安装处的距离而工作的保护。
】【基本原理：按照几点保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部故障时，保护装置才应立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外的正方向短路时，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）上设定一个小于线路全长的保护范围，用整定距离Lset表示。
】【当系统发生故障时，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比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围以内，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。
】（3.8为什么阻抗继电器动作特性是区域。
常用区域）由于互感器误差、过渡电阻等影响，继电器实际测量的Zm不能严格落在Zset同向直线上，而是该直线附近的区域，为保证区内故障情况下阻抗继电器可靠动作，在复平面上，其动作范围是包括Zset对应线段在内，在Zset方向上不超过Zset的区域。
【a:偏移圆无死区，不具有完全方向性，反方向出口短路动作，只能作为后备段】【b：方向圆有方向性，只在正向区内故障动作，但动作特性经过原点，在正向/反向出口短路时Zm很小，处在临界动作区域，可能拒动/误动，必须采取专门措施防止出口故障时拒动或误动】【c：上抛圆】【d：全阻抗圆无电压死区，不具有方向性】【e苹果特性与橄榄特性：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：
第3章电网的距离保护(1)
Zm
1 2
(1
-
)Zset
1 2
(1
)Z
set
51
（1）比幅式 jX
Z0 0
- Zset
Zset Zm Z0
Zm
R
Zm
1 2
(1
-
) Z set
U U
C D
90
33
互换关系：
UC U A U B U D UB U A
或
U A
1 2
(U C
U D)
U B
1 2
(U C
U D)
34
1.全阻抗继电器
jX Zset
全阻抗继电器的特性 是以保护安装点（坐标原
点）为圆心，以Zset为半
0
R 径的圆，圆内为动作区。
没有方向性
35
（1）比幅式
第三章 电网的距离保护
1
Loads
A
B
C
D
2
Loads
A
B
C
D
Loads
A
B
C
D
t III A
t III D
矛盾
t III A
t III D
3
3.1 距离保护的基本原理 与构成
4
主要内容
一、距离保护的概念 二、距离保护的时限特性 三、距离保护的构成
5
一、距离保护的概念
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距离保护是反应被保护线路始端 电压和线路电流比值而工作的一种保 护，这个比值被称为测量阻抗，表示 为 Zm 。
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2.方向阻抗继电器
jX
Zset
方向阻抗继电器的特 性是以 Zset为直径而通过 坐标原点的一个圆，圆内 为动作区。
电网的距离保护（含笔记）
电⽹的距离保护（含笔记）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，它基本上不说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：)(21I dz AB II K II dz 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。
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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，它基本上不说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：)(21I dz AB II K II dz 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。
圆内为动作区。
Z dz.J ——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。
无论Ψd 多大，zd J dz Z Z =.，它没有方向性。
1. 幅值比较原理：zd J Z Z ≤两变同乘J I .，且J J J U Z I ..=，所以zd J J Z I U ..≤，这也就是动作方程。
2.90arg90≤-+≤-Jzd Jzd Z Z Z Z分子分母同乘以I J ，90arg90....≤-+≤-Jzd J J zd J U Z I U Z I（二） 方向阻抗继电器 以Z zd 为直径，通过坐标原点的圆。
圆内为动作区。
Z dz.J 随ΨJ 改变而改变，当 ΨJ 等于Z zd 的阻抗角时，Z dz.J 最大，即保护范围最大，工作最灵敏。
Ψlm ——最大灵敏角，它本身具有方向性。
1. 幅值比较原理：zd zd J Z Z Z 2121≤-Jzd J zd J J Z I Z I U ...2121≤-2. 相位比较原理： 90arg90≤-≤-Jzd JZ Z Z90arg90...≤-≤-Jzd J J U Z I U（三） 偏移特性阻抗继电器 正方向：整理阻抗Z zd 反方向：偏移-αZ zd (α<1) 圆内动作。
圆心zd zd zd Z Z Z Z )1(21)(210αα-=-=半径：zd Z )1(21α+ Z dz.J 随 ΨJ 变化而变化,但没有安全的方向性。
1. 幅值比较原理zd J Z Z Z )1(210α+≤- zdJ Z Z )1(21)1(21αα+≤--....)1(21)1(21zd J zd J J Z I Z I U αα+≤--2. 相位比较原理90arg90≤-+≤-Jzd zdJ Z Z Z Z α90arg90....≤-+≤-Jzd J zd J J U Z I Z I U α总结三种阻抗的意义：1） 测量阻抗Z J ：由加入继电器的电压U J 与电流I J 的比值确定。
JJ J I U ..arg=ϕ2） 整定阻抗Z zd ：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。
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。
3） 起动阻抗（动作阻抗）Z dz.J ：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压U J 和电流I J 的比值。
除全阻抗继电器以外：Z dz.J 随ΨJ 的不同而改变。
当ΨJ =Ψlm 时，Z dz.J =Z zd ，此时最大。
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。
U A ﹑U B ﹑U C ﹑U D 基本上是由U J 和I J Z zd 组合而成。
而U J 可直接从PT 二次侧取得，必要时经YB 变换。
而I J Z zd 则经过DKB 获得。
（一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线zd J AZ I U ..21= J c U U ..=交流回路交流回路zd J J BZ I U U ...21-= J zd J D U Z I U ...-=其它的继电器的交流回路的组成，可参照此图自行作成。
（二） 幅值比较回路将U A 和U B 分别整流后进行幅值比较，有两种类型： 1． 均压式U A 整流后在R 1上产生U a ， U B 整流后在R 2上产生U b 。
继电器反应U ab =U a -U b 而动作。
2．环流式U A 整流后在R 1回路产生I a ,U B 整流后在R 2回路产生I b 。
继电器反应I a -I b 而动作。
（三） 相位比较回路BB90arg90..≤≤-DC U U它是以测定U C 和U D 同时为正的时间来判断它们的相位。
2加移相器后移相90º，.90'.-=eU U C C90arg90..≤≤-DC U U) 90º——5ms 不动作动作第三节 阻抗继电器的接线方式一﹑基本要求要使Z J 正比于l d ，且与故障类型无关。
二﹑常用接线方式参见P 90，表3-2，其中0º接线，+30º接线和-30º接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。
相电压和具有k3I 0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。
三﹑分析（一） 母线残压计算公式： 假设：Z 1=Z 2，不计负荷电流...10.00.22.11...d A d A d A d A AD A l Z I l Z I l Z I l Z I U U -+++=dA Ad d A d A Ad l Z I k I U l Z Z I l Z I U ..1.0.....100.1..)3()(++=-++= （其中：k=(Z 0-Z 1)/3Z 1，零序补偿系数）同理：..1.0.)3(d B Bd B l Z I k I U U ++=d C Cd C l Z I k I U U 1.0...)3(++=（二） 0º接线方式的分析（设n PT =n l =1）1． 三相短路因为三相对称，继电器1，继电器2，继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析。
0...===Cd Bd Ad U U U 03.0=Id BA dB A BA B A J l Z I I l Z I I I I U U Z 1..1......1)(=--=--=同理Z J2=Z j3=Z 1l d结论：在三相短路时，Z J1，Z J2，Z J3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。
Ul d2． 两相短路以BC 两相短路为例。
C B I I ..-= 0.=A I 03.0=I..A A E U = dB Bd B l Z I U U 1...+= dC Cd C l Z I U U 1...+=d CB dC B CB C B J l Z I I l Z I I I I U U Z 1..1......2)(=--=--=..Cd Bd U U =d BABd d BdB Bd A BA B A J l Z I E U l Z I l Z I U E I I U U Z 1...1..1......1>-+=---=--=d CACd d CAd C Cd AC A C J l Z I E U l Z I E l Z I U I I U U Z 1...1..1......2>-+=-+=--=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0..==Cd Bd U U 03.0≠Id CB dd d C B C B C B J l Z I I l Z I k l Z I k l Z I I I I U U Z 1..1.01.01......233)(=--+-=--=d BA B A J l Z I I U U Z 1....1>--= d J l Z Z 13>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0.=Ad U d A dA A A J l Z I k I l Z I k I I k I U Z 1..1.0....13)3(3=++=+=可见：它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。
d B B B J l Z I k E I k I U Z 1.....233>=+=d J l Z Z 13> 均不动所以必须采用三个阻抗继电器。
该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。
（自行分析）第四节 方向阻抗继电器的特性分析由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。
一﹑方向阻抗继电器的死区和清除方法 （一） 产生死区的原因在保护正方向出口发生相间短路时，U J =0，继电器不动作。
发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。
1． 幅值比较式zd J zd J U zd J zd J J Z I Z I Z I Z I U J ..0...21212121.=-⇒≤-=而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。
2． 相位比较式90arg90...≤-≤-Jzd J J U Z I U因为U J =0，无法比相，所以继电器不动。