3.电网距离保护
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苹果特性：
• 在R方向上的动作区较大； • 耐受过渡电阻的能力较高； • 耐受过负荷的能力比较差。
三段式的阶梯时限特性：
• 距离Ⅰ段为无延时的速动段； • Ⅱ段为带固定时限的速动段，固定的时延一般为
0.3~0.6秒； • Ⅲ段时限需与相邻下级线路的Ⅱ段或Ⅲ段保护配
合，在其延时的基础上再加上一个时间级差 。
距离保护的时限特性
距离保护的构成
启动部分：
• 用来判别系统是否发生故障。 • 当作为远后备保护范围末端发生故障时，应灵敏、快速
两相不接地短路故障
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，
• 以A、B两相故障为例，U kA U kB
U A U B (IA IB ) z1Lk
令 U mAB U A U B , ImAB IA IB 可以进行故障判别。
圆心位于：
(Zset1 Zset2 ) / 2
半径为： Zset1 Zset2 / 2
抛圆阻抗特性的动作方程：
• 与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式 • 不同之处在于所处的象限不同。
应用：通常用在发电机的失磁保护中。
特性圆的偏转
临界动作的边界为－90◦+α和90◦+α， 动作的范围仍为180◦， 这时的相位比较动作方程变为：
特性圆左偏。 方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性也都可以作类似
的偏转。
苹果形和橄榄形阻抗元件
考察相位比较方程中动作的范围不等于180o的情况， 以方向圆特性为例，动作方程变为： arg Zset Zm
Zm
• 若β >90o，该方程对应的动作区域为苹果形区域； • 若β <90o，该方程对应的动作区域为橄榄形区域。
B相单相接地故障时，用 UmB U B 、 ImB IB K 3I0
作为测量电压、电流能够正确反应故障距离，
C相单相接地故障时，用 UmC UC 、ImC IC K 3I0
作为测量电压、电流能够正确反应故障距离。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
两相接地短路
金属性两相接地短路故障时，故障点处两接地相的电压都为0。
距离保护接线方式
接地距离保护接线方式：
• 对于保护接地短路，取接地短路的故障环路为相-地故 障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量 电流为带有零序电流补偿的故障相电流。
• 由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两 相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离。
相间距离保护接线方式：
1 2 Z set
方向圆特性的相位比较动作方程： 90 arg Zset Zm 90
阻抗元件本身具有方向性。
Zm
方向圆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。
全阻抗圆特性
动作区域如图所示。 圆心位于座标原点，半径为Zset。
Z set1 Z set Z set2 Z set
绝对值比较动作方程：
Zm
1 2
Z set1 Z set2
1 2
Z set1 Z set2
相位比较动作方程：
90 arg Zset1 Zm 90 Zm Z set2
偏移圆特性阻抗继电器的动作阻抗
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。
三相系统中测量电压和测量电流的选取
单相系统中，测量电压 就是保护安装处的电压，测量电流 就是被保 护元件中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：
U m ImZm ImZk Im z1Lk
实际三相系统中，各相的电压、电流都不再简单地满足上式。
U A U kA IA1z1LK IA2 z2 LK IA0 z0 LK
对于偏移园特性阻抗继电器，有：
• 当测量阻抗Zm的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角 相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，且 Zop Zset1
此时继电器最为灵敏，Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。
• 若Zset2的方向正好与Zset1的方向相反，则Zset2可用下式
表示：Zset2 Zop
3.1.1 距离保护的概念
距离保护：
• 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，反应故障点到保护安装处的距离而工作 的保护。
• 整定距离LSet • 故障点到保护安装处的距离Lk
测量阻抗
测量阻抗(Zm)：
• 保护安装处测量电压Um与测量电流Im之比。
Zm
U m Im
非故障相C相故障点处的电压与故障电压不等，作 相减时不能被消掉，不能用来进行故障距离的判断。
三相对称短路
故障点处的各相电压相等，且在三相系统对 称时均为0。
这种情况下，应用任何一相的电压、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。
故障环路的概念及测量电压电流的选取
此外，将以上两式相减，可得到：
取
U mBC U B UC ImBC
IB
U B UC
IC
(IB
IC ) z1Lk
作为测量电压、测量电流，也能正确判断故障距离 A相的测量电压、测量电流不能正确判断故障。 同理可以分析出AB两相或CA两相接地故障时的情况
电压回路断线部分：
• 电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而 可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应 该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。
配合逻辑部分：
• 用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式 保护中各段之间的时限配合。
出口部分：
• 包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路 并发出相应的信号。
动作，使整套保护迅速投入工作。
测量部分
• 距离保护的核心。 • 在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和
距离，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。
振荡闭锁部分：
• 在电力系统发生振荡时，距离保护不应该动作。 • 为防止保护误动，要求该元件准确判别系统振荡，并将
保护闭锁。
距离保护的构成
以BC两相接地故障为例， U kB U kC 0
令 U mB U B ， ImB IB K 3I0 或 U mC UC ， ImC IC K 3I0
有： U mB ImB z1Lk
U mC ImC z1Lk
根据上式作出的测量和判断能够准确反应故障距离
3.2 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器动作区域的概念 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概念
阻抗继电器的作用：
• 在 它 部系 与 故统整障发定时生阻，短抗给路出Zse故动t相障作比时 信较， 号，通 。以过确测定量出故故障障环所路处上的的区测段量，阻在抗保Z护m，范并围将内
绝对值比较动作方程： Zm Zset
相位比较动作方程：
90 arg Zset Zm 90 Z set Zm
全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，不具方向性。
应用：
• 单侧电源的系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。
上抛圆阻抗特性
动作区域如图所示 Zset1、Zset2都处于第一象限 特性圆不包括坐标原点，
第三章 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成 3.2 阻抗继电器及其动作特性 3.3 阻抗继电器的实现方法 3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的 评价
3.1 距离保护的基本原理与构成
3.1.1 距离保护的概念 3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系 3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取 3.1.4 距离保护的时限特性 3.1.5 距离保护的构成
• 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 相电流之差。
• 由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短 路和两相短路接地情况下的故障距离。
两种接线方式的距离保护在不同类型短路时动作情况
距离保护的时限特性
距离保护的时限特性：
• 距离保护的动作时间与故障点到保护安装处的距 离之间的关系。
单相接地短路故障
A相金属性接地短路时，UkA 0 ，上式变为： U A (IA K 3I0 )z1Lk
若令 UmA U A 、 ImA IA K 3I0 ，又可表示为：
U mA ImAz1Lk
• 由故障U m区A 、段Im的A 算比出较的和测判量断阻。抗能够准确反应故障的距离，可以实现对 • B、C两相电压、电流算出的测量阻抗不会动作。
故障环路：
• 故障电流可以流通的通路称为故障环路。 • 以故障环路上的电压和环路中流通的电流作为测量电压和
测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处 到故障点的距离。
类型：
• 单相接地短路：一个相－地故障环路； • 两相接地短路：两个相－地故障环路； • 两相不接地短路：一个相－相故障环路； • 三相短路接地：三个相－地故障环和三个相－相故障环路。
ρ称为偏移特性的偏移率。
通常用在距离保护的后备段（第Ⅲ段）
方向圆特性
方向圆特性，动作区域如图所示。 特性圆经过坐标原点处，因此，
Z set1 Z set
圆心为：
1 2
Z
set
Z set2 0
半径为：
1 2 Z set
方向圆特性的绝对值比较动作方程：
Zm
1 2
Z set
在实际情况下，继电器实际的测量阻抗Zm一般并不能严格 地 中落。在与Zset同向的直线上，而是在该直线附近的一个区域
在阻抗复平面上的动作区域：
• 包括Zset对应线段在内，但在Zset的方向上不超过Zset。 • 圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。 • 动作区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。
• 复数Zm的表示： Zm Zm m Rm jXm
系统正常运行时，Zm为负荷阻抗Zl，其特点:
• 阻抗的量值较大
• 阻抗性质以电阻性为主
发生金属性短路时，Zm变为短路点与保护安装处的线路阻抗，
Zm Zk z1 Lk (r1 jx1)Lk
• 阻抗角等于输电线路的阻抗角，阻抗性质以电感性为主。
U
kA
(
IA1
IA2
IA0 ) 3IA0
z0 z1 3z1
z1
Lk
U kA (IA K 3I0 )z1Lk
U B U kB (IB K 3I0 )z1Lk
U C U kC (IC K 3I0 )z1Lk
偏移圆特性阻抗继电器：
• 有两个整定阻抗：
正方向整定阻抗Zset1 反方向整定阻抗Zset2
• 动作区域如图所示，
圆心：
1 2
Zset1 Zset2
半径： 1
2 Z set1 Z set2
偏移圆特性继电器
阻抗继电器的动作特性：
• 当测量阻抗落在圆内，阻抗继电器动作。 • 当测量阻抗落在圆外时，阻抗继电器不动作。 • 当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗继电器临界动作。
90 arg Zset Zm 90
Z set Zm
若α=0◦，动作特性为：
• 一个以Zset1、Zset2的末端连线为直径的圆。
若α≠0◦ ，动作特性：
• 仍是一个圆，但Zset1、Zset2的末端连线变成了它的一个弦。
α取不同值时的动作特性如图所示。 当a为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当a为负角时，
阻抗继电器的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。 • 类型：
圆特性、苹果形、橄榄形、多边形、 直线特性以及复合特性。
动作方程：
• 描述动作特性的复数的数学方程。 • 主要有两种方式：
绝对值（或幅值）比较。 相位比较。
圆特性阻抗继电器
分为偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上 抛圆特性等几种类型。
• 在R方向上的动作区较大； • 耐受过渡电阻的能力较高； • 耐受过负荷的能力比较差。
三段式的阶梯时限特性：
• 距离Ⅰ段为无延时的速动段； • Ⅱ段为带固定时限的速动段，固定的时延一般为
0.3~0.6秒； • Ⅲ段时限需与相邻下级线路的Ⅱ段或Ⅲ段保护配
合，在其延时的基础上再加上一个时间级差 。
距离保护的时限特性
距离保护的构成
启动部分：
• 用来判别系统是否发生故障。 • 当作为远后备保护范围末端发生故障时，应灵敏、快速
两相不接地短路故障
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，
• 以A、B两相故障为例，U kA U kB
U A U B (IA IB ) z1Lk
令 U mAB U A U B , ImAB IA IB 可以进行故障判别。
圆心位于：
(Zset1 Zset2 ) / 2
半径为： Zset1 Zset2 / 2
抛圆阻抗特性的动作方程：
• 与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式 • 不同之处在于所处的象限不同。
应用：通常用在发电机的失磁保护中。
特性圆的偏转
临界动作的边界为－90◦+α和90◦+α， 动作的范围仍为180◦， 这时的相位比较动作方程变为：
特性圆左偏。 方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性也都可以作类似
的偏转。
苹果形和橄榄形阻抗元件
考察相位比较方程中动作的范围不等于180o的情况， 以方向圆特性为例，动作方程变为： arg Zset Zm
Zm
• 若β >90o，该方程对应的动作区域为苹果形区域； • 若β <90o，该方程对应的动作区域为橄榄形区域。
B相单相接地故障时，用 UmB U B 、 ImB IB K 3I0
作为测量电压、电流能够正确反应故障距离，
C相单相接地故障时，用 UmC UC 、ImC IC K 3I0
作为测量电压、电流能够正确反应故障距离。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
两相接地短路
金属性两相接地短路故障时，故障点处两接地相的电压都为0。
距离保护接线方式
接地距离保护接线方式：
• 对于保护接地短路，取接地短路的故障环路为相-地故 障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量 电流为带有零序电流补偿的故障相电流。
• 由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两 相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离。
相间距离保护接线方式：
1 2 Z set
方向圆特性的相位比较动作方程： 90 arg Zset Zm 90
阻抗元件本身具有方向性。
Zm
方向圆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。
全阻抗圆特性
动作区域如图所示。 圆心位于座标原点，半径为Zset。
Z set1 Z set Z set2 Z set
绝对值比较动作方程：
Zm
1 2
Z set1 Z set2
1 2
Z set1 Z set2
相位比较动作方程：
90 arg Zset1 Zm 90 Zm Z set2
偏移圆特性阻抗继电器的动作阻抗
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。
三相系统中测量电压和测量电流的选取
单相系统中，测量电压 就是保护安装处的电压，测量电流 就是被保 护元件中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：
U m ImZm ImZk Im z1Lk
实际三相系统中，各相的电压、电流都不再简单地满足上式。
U A U kA IA1z1LK IA2 z2 LK IA0 z0 LK
对于偏移园特性阻抗继电器，有：
• 当测量阻抗Zm的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角 相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，且 Zop Zset1
此时继电器最为灵敏，Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。
• 若Zset2的方向正好与Zset1的方向相反，则Zset2可用下式
表示：Zset2 Zop
3.1.1 距离保护的概念
距离保护：
• 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，反应故障点到保护安装处的距离而工作 的保护。
• 整定距离LSet • 故障点到保护安装处的距离Lk
测量阻抗
测量阻抗(Zm)：
• 保护安装处测量电压Um与测量电流Im之比。
Zm
U m Im
非故障相C相故障点处的电压与故障电压不等，作 相减时不能被消掉，不能用来进行故障距离的判断。
三相对称短路
故障点处的各相电压相等，且在三相系统对 称时均为0。
这种情况下，应用任何一相的电压、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。
故障环路的概念及测量电压电流的选取
此外，将以上两式相减，可得到：
取
U mBC U B UC ImBC
IB
U B UC
IC
(IB
IC ) z1Lk
作为测量电压、测量电流，也能正确判断故障距离 A相的测量电压、测量电流不能正确判断故障。 同理可以分析出AB两相或CA两相接地故障时的情况
电压回路断线部分：
• 电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而 可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应 该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。
配合逻辑部分：
• 用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式 保护中各段之间的时限配合。
出口部分：
• 包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路 并发出相应的信号。
动作，使整套保护迅速投入工作。
测量部分
• 距离保护的核心。 • 在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和
距离，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。
振荡闭锁部分：
• 在电力系统发生振荡时，距离保护不应该动作。 • 为防止保护误动，要求该元件准确判别系统振荡，并将
保护闭锁。
距离保护的构成
以BC两相接地故障为例， U kB U kC 0
令 U mB U B ， ImB IB K 3I0 或 U mC UC ， ImC IC K 3I0
有： U mB ImB z1Lk
U mC ImC z1Lk
根据上式作出的测量和判断能够准确反应故障距离
3.2 阻抗继电器及其动作特性
阻抗继电器动作区域的概念 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概念
阻抗继电器的作用：
• 在 它 部系 与 故统整障发定时生阻，短抗给路出Zse故动t相障作比时 信较， 号，通 。以过确测定量出故故障障环所路处上的的区测段量，阻在抗保Z护m，范并围将内
绝对值比较动作方程： Zm Zset
相位比较动作方程：
90 arg Zset Zm 90 Z set Zm
全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，不具方向性。
应用：
• 单侧电源的系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。
上抛圆阻抗特性
动作区域如图所示 Zset1、Zset2都处于第一象限 特性圆不包括坐标原点，
第三章 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成 3.2 阻抗继电器及其动作特性 3.3 阻抗继电器的实现方法 3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的 评价
3.1 距离保护的基本原理与构成
3.1.1 距离保护的概念 3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系 3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取 3.1.4 距离保护的时限特性 3.1.5 距离保护的构成
• 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 相电流之差。
• 由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短 路和两相短路接地情况下的故障距离。
两种接线方式的距离保护在不同类型短路时动作情况
距离保护的时限特性
距离保护的时限特性：
• 距离保护的动作时间与故障点到保护安装处的距 离之间的关系。
单相接地短路故障
A相金属性接地短路时，UkA 0 ，上式变为： U A (IA K 3I0 )z1Lk
若令 UmA U A 、 ImA IA K 3I0 ，又可表示为：
U mA ImAz1Lk
• 由故障U m区A 、段Im的A 算比出较的和测判量断阻。抗能够准确反应故障的距离，可以实现对 • B、C两相电压、电流算出的测量阻抗不会动作。
故障环路：
• 故障电流可以流通的通路称为故障环路。 • 以故障环路上的电压和环路中流通的电流作为测量电压和
测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处 到故障点的距离。
类型：
• 单相接地短路：一个相－地故障环路； • 两相接地短路：两个相－地故障环路； • 两相不接地短路：一个相－相故障环路； • 三相短路接地：三个相－地故障环和三个相－相故障环路。
ρ称为偏移特性的偏移率。
通常用在距离保护的后备段（第Ⅲ段）
方向圆特性
方向圆特性，动作区域如图所示。 特性圆经过坐标原点处，因此，
Z set1 Z set
圆心为：
1 2
Z
set
Z set2 0
半径为：
1 2 Z set
方向圆特性的绝对值比较动作方程：
Zm
1 2
Z set
在实际情况下，继电器实际的测量阻抗Zm一般并不能严格 地 中落。在与Zset同向的直线上，而是在该直线附近的一个区域
在阻抗复平面上的动作区域：
• 包括Zset对应线段在内，但在Zset的方向上不超过Zset。 • 圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。 • 动作区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。
• 复数Zm的表示： Zm Zm m Rm jXm
系统正常运行时，Zm为负荷阻抗Zl，其特点:
• 阻抗的量值较大
• 阻抗性质以电阻性为主
发生金属性短路时，Zm变为短路点与保护安装处的线路阻抗，
Zm Zk z1 Lk (r1 jx1)Lk
• 阻抗角等于输电线路的阻抗角，阻抗性质以电感性为主。
U
kA
(
IA1
IA2
IA0 ) 3IA0
z0 z1 3z1
z1
Lk
U kA (IA K 3I0 )z1Lk
U B U kB (IB K 3I0 )z1Lk
U C U kC (IC K 3I0 )z1Lk
偏移圆特性阻抗继电器：
• 有两个整定阻抗：
正方向整定阻抗Zset1 反方向整定阻抗Zset2
• 动作区域如图所示，
圆心：
1 2
Zset1 Zset2
半径： 1
2 Z set1 Z set2
偏移圆特性继电器
阻抗继电器的动作特性：
• 当测量阻抗落在圆内，阻抗继电器动作。 • 当测量阻抗落在圆外时，阻抗继电器不动作。 • 当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗继电器临界动作。
90 arg Zset Zm 90
Z set Zm
若α=0◦，动作特性为：
• 一个以Zset1、Zset2的末端连线为直径的圆。
若α≠0◦ ，动作特性：
• 仍是一个圆，但Zset1、Zset2的末端连线变成了它的一个弦。
α取不同值时的动作特性如图所示。 当a为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当a为负角时，
阻抗继电器的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。 • 类型：
圆特性、苹果形、橄榄形、多边形、 直线特性以及复合特性。
动作方程：
• 描述动作特性的复数的数学方程。 • 主要有两种方式：
绝对值（或幅值）比较。 相位比较。
圆特性阻抗继电器
分为偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上 抛圆特性等几种类型。