电网的距离保护第五节
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电网距离保护第5讲
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（二）电力系统振荡时保护测量阻抗变化规律 振荡过程安装于M侧的保护测量阻抗变化轨迹 振荡过程安装于 侧的保护测量阻抗变化轨迹
jX
N
o′
δ
1
K e >1
其中
K e =1
Ke =
EM EN
1 ZΣ 2
M
Zm
o
R
1 ( − ρ M )Z Σ 2
2
K e <1
其中
ZΣ = ZM + Z L + Z N
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 振荡时保护测量电流幅值变化规律
2 EM δ I= sin ZΣ 2
可见，振荡时保护测量电流幅值（或有效值）在做周期 性变化，变化周期等于振荡周期。电流幅值最小时为0
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 2. 振荡时保护测量电压
& & & U M = EM − IZ M & & EM − E N & = EM − ZM ZΣ & = EM (1 − ρ M + ρ M e − jδ )
相量
3.5.3 距离保护振荡闭锁原理
（一）振荡闭锁原理 1. 故障启动时保护的短时开放
KZ1（I 段） KZ2 （II 段） SW 故障判断 整组复归 S R DW TDW
3.5.3 距离保护振荡闭锁原理
（一）对振荡闭锁元件的基本要求 1. 系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动 系统发生全相或非全相振荡时， 作，即单纯振荡要可靠闭锁保护 2. 系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生 系统在全相或非全相振荡过程中， 相振荡过程中 各种类型的不对称故障 不对称故障， 各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性的跳 纵联保护仍应快速动作 闸,纵联保护仍应快速动作。 纵联保护仍应快速动作。 3. 系统在全相振荡过程中又发生三相故障时，保护装 系统在全相振荡过程中又发生三相故障时， 置应可靠动作，并允许带一定延时。 置应可靠动作，并允许带一定延时。
大学课件 电力系统继电保护 第三章第五节 距离保护的振荡闭锁
1 2
即振荡中心在保护的反方向上，振荡时测量阻抗末端轨迹
的直线OO’在第三象限内与Z∑相交，不会引起方向阻抗特 性保护的误动作。
• 3 电力系统振荡对距离测量元件特性的影响
在图3-29所示的双侧电源系统
中，假设M、N两处均装有距离保
护，其测量元件均采用圆特性的
方向阻抗元件，距离Ⅰ段的整定
阻抗为线路阻抗的80%，则两侧
TDW的选择原则：
正向区内 Ⅰ段保护有足够时间可靠跳闸 故障时 Ⅱ段保护能可靠起动并实现自保持
时间不应小于0.1s
区外故障引 测量阻抗不会在故障后的 起振荡时 TDW时间内进入动作区
将故障线路跳开
所以，通常情况下取TDW=0.1s~0.3s，现代数字保护中， 开放时间一般取0.15s左右。
系统正常运行或静态稳定被破坏时：
KZ1----整定值 较高的阻抗元件 KZ2----整定值 较低的阻抗元件
在Z1动作后开 放△t的时间
这段时 Z2动作 间内
Z2不动作
开放保护直到Z2返回 保护不会被开放
它利用短路时阻抗的变化率较大，Z1、Z2的动作时间差
小于△t，适时开放。测量阻抗每次进入Z1的动作后，都会
开放一定时间。
由于对测量阻抗变化率的判断是由两个不同大小的阻抗 圆完成的，所以这种振荡闭锁通常俗称“大圆套小圆”振荡闭 锁原理。
系统振荡时，安装在M点处的测量元件的测量阻抗为：
Zm
UM IM
EM
IM ZM IM
EM IM
ZM
1 1 e j
Z ZM (3 130)
Im
E Z
EM (1 e j ) Z
1 e j
1 cos
j sin
第五节影响距离保护正确工作的因素
第五节 影响距离保护正确工作的因素在电力系统下正常运行及故障情况下，有一些因素可能会影响阻抗的正确测量，造成距离保护不能正确工作。
例如保护安装处和故障点之间的分支线路和短路点过渡电阻的存在会影响阻抗继电器的测量值，电力系统的振荡、电压互感器和电流互感器的测量误差、极化电压和插入电压相位与工作电压相位不一致等均会影响阻抗的正确测量。
本节主要讨论分支线路、过渡电阻以及系统振荡对距离保护的影响。
一、保护安装处和故障点间分支线对距离保护的影响在高压电网中，通常由母线将相邻输电线路分隔开来，在母线上连接有电源线路、负载或平行线路等，形成分支线。
在考虑分支线对距离保护的影响时，通常只考虑对第二段的影响。
图6-28（a ）所示为具有电源分支线的系统接线图。
当线路BC 上k 点发生短路故障时，对于装在AB 线路A 侧的距离保护装置，由电源2E 供给的短路电流DB I 流向故障点但不经过保护装置，此时继电器的测量阻抗为K ABK AB AB AB AB K K m l Z I I l Z I l Z I l Z I Z 1111 +=+= K b AB l Z K l Z 11+= （6-52）式中 Z 1——线路单位长度的正序阻抗；K b ——分支系数，1>+==ABDB AB AB K b I I I I I K ，一般情况下可认为K b 为一实数。
由式6-52可见，由于电流DBI 的存在，使AB 线路A 侧阻抗继电器的测量阻抗增大，这意味着其保护范围将会缩短。
所以又将电流DBI 称为助增电流，K b 称为助增系数。
另外，分支系数K b 的大小与系统运行方式有关，在保护的整定计算中应取较小的分支系数，以保证选择性。
因为当出现较大的分支系数时，只会使测量阻抗增大，保护范围缩短，不会造成保护非选择性动作；但若在整定计算中取较大的分支系数，则当运行中出现较小的分支系数时，将造成测量阻抗减小，保护区延长，可能造成保护失去选择性。
(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。
6.电网的距离保护
第六章 电网的距离保护
第一节 距离保护概述 第二节 阻抗继电器 第三节 方向阻抗继电器的特殊问题 第四节 阻抗继电器的接线方式 第五节 影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 第六节 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 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
相 位 比 较
90
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
Z m Z set cos( L m ) Z oper Z set cos( set oper )
3 ZⅠ 1 起动 元件 22 4 方向 元件 ZⅡ tⅡ 7 tⅢ 5 出口 元件 8 跳闸
6 ZⅢ
正常运行时:起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。 正方向发生故障时:起动元件1和方向元件2动作，距离保护
投入工作。 如果故障点位于第Ⅰ段保护范围内， …… 如果故障点位于距离Ⅰ段之外的距离Ⅱ段保护范围内，…… 如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保护范围内，……
3 ZⅠ 1 起动 元件 22 4 方向 元件 ZⅡ tⅡ 5 出口 元件 8 跳闸
6 ZⅢ tⅢ
7
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
第一节 距离保护概述 第二节 阻抗继电器 第三节 方向阻抗继电器的特殊问题 第四节 阻抗继电器的接线方式 第五节 影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 第六节 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 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
相 位 比 较
90
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
Z m Z set cos( L m ) Z oper Z set cos( set oper )
3 ZⅠ 1 起动 元件 22 4 方向 元件 ZⅡ tⅡ 7 tⅢ 5 出口 元件 8 跳闸
6 ZⅢ
正常运行时:起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。 正方向发生故障时:起动元件1和方向元件2动作，距离保护
投入工作。 如果故障点位于第Ⅰ段保护范围内， …… 如果故障点位于距离Ⅰ段之外的距离Ⅱ段保护范围内，…… 如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保护范围内，……
3 ZⅠ 1 起动 元件 22 4 方向 元件 ZⅡ tⅡ 5 出口 元件 8 跳闸
6 ZⅢ tⅢ
7
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
电力系统继电保护第六章 距离保护
中国电力出版社
第二节 阻抗继电器
一、阻抗继电器的动作特性 可以是相电压或线电压) 单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压 （可以是相电压或线电压 可以是相电流或两相电流差) 的阻抗继电器， Um和一个电流 Im（可以是相电流或两相电流差 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。 电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。 & U
Z
U&
m
m
中国电力出版社
当线路正方向0.85 Z NP 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 当线路正方向
UN U n U n n Z m = m = TV = N TA = 0.85Z NP TA I NP I NP nTV Im nTV nTA
I段阻抗继电器的整定值为 Z 段阻抗继电器的整定值为
中国电力出版社
第六章学习主要内容及学习要点
1、要求了解距离保护的工作原理，主要组成元件及动作时限特性 2、重点掌握下述内容： （1）常用阻抗继电器名称、特点及动作参数（动作阻抗、返回阻 抗、测量阻抗和整定阻抗）的基本概念。 （2）熟练掌握用幅值比较原理和相位比较原理，在复平面上分析 单相阻抗继电器的动态特性。以及用这两种原理构成常用单相 式阻抗继电器的方法。 （3）掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；用于接地保 护的基本接线方式。 （4）掌握方向阻抗继电器产生死区原因及消除死区的措施，并了 解由于引入极化电压对阻抗继电器暂态特性的影响。 （5）了解过渡电阻、电力系统振荡、电压回路断线，分支电流对 距离保护工作的影响及其防止措施。 （6）熟练掌握三段式距离保护的整定计算。
TA
• •
动作量： U 1 = I m Z set 制动量： U = U 2 m
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'
6.电网距离保护
两边同乘测量电流 UA KUUm 2KI Im KUUm UB
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：
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：
电子信息类专业-继电保护-电网的距离保护课件
短路阻抗Zk与过渡电阻Rg直接相加,即
测量阻抗的附加阻抗 △Z为纯电阻Rg。由 图可见，由于过渡电 阻Rg的存在，会造 成圆特性方向阻抗继 电器（圆1）拒动。
②双侧电源中过渡电阻的影响
（2）过渡电阻对保护的影响
❖ 距离I段无动作延时，此时过渡电阻较小，因 此过渡电阻对I段影响小；距离II段有动作延 时，此时过渡电阻较大，因此过渡电阻对II段 影响大；距离III段有动作延时，但是整定阻 抗很大，阻抗继电器抗过渡电阻能力强，因 此过渡电阻对III段影响较小。
选相元件
❖ 选出故障相的元件就称为选相元件。选相元 件在单相故障时应选出故障相，在多相故障 时，不要求选出故障相，但应能判定为多相 故障。
1.选相的要求
❖ 因为选相元件只是担负选相任务，不担负测量保 护安装处到故障点的短路阻抗与方向判别的任务， 故对选相元件的要求如下： ①在保护区内部发生任何形式的短路故障时，均 能判断出故障相别，或判断出是单相故障还是多相 故障。 ②单相故障时，非故障相选相元件可靠不动作。 ③在正常运行时，不应该进行选相，即选相元件 不动作。 ④动作速度要快于测量元件。
2.工作电压变化量选相元件
①计算三个相工作电压，取最大相值Uop.φ.max＝ max(Uop.A ,Uop.B ,Uop.C) ②如Uop.φ.max＞Uop.φφ(另两相），判为单相故障，且 Uop.φ.max对应相为故障相。 ③如Uop.φ.max≤Uop.φφ(另两相），判为多相故障。此时 如三个相工作电压的最小值Uop.φ.min＝ min(Uop.A ,Uop.B ,Uop.C)＞UN为三相短路；反之，较大 的两个相工作电压对应相为故障相（两相相间短路或两相接地 短路）。
特点：故障点距保护安装处越近时，保护的 动作时限就越短；反之，故障点距保护安装 处越远时，保护的动作时限就越长。
测量阻抗的附加阻抗 △Z为纯电阻Rg。由 图可见，由于过渡电 阻Rg的存在，会造 成圆特性方向阻抗继 电器（圆1）拒动。
②双侧电源中过渡电阻的影响
（2）过渡电阻对保护的影响
❖ 距离I段无动作延时，此时过渡电阻较小，因 此过渡电阻对I段影响小；距离II段有动作延 时，此时过渡电阻较大，因此过渡电阻对II段 影响大；距离III段有动作延时，但是整定阻 抗很大，阻抗继电器抗过渡电阻能力强，因 此过渡电阻对III段影响较小。
选相元件
❖ 选出故障相的元件就称为选相元件。选相元 件在单相故障时应选出故障相，在多相故障 时，不要求选出故障相，但应能判定为多相 故障。
1.选相的要求
❖ 因为选相元件只是担负选相任务，不担负测量保 护安装处到故障点的短路阻抗与方向判别的任务， 故对选相元件的要求如下： ①在保护区内部发生任何形式的短路故障时，均 能判断出故障相别，或判断出是单相故障还是多相 故障。 ②单相故障时，非故障相选相元件可靠不动作。 ③在正常运行时，不应该进行选相，即选相元件 不动作。 ④动作速度要快于测量元件。
2.工作电压变化量选相元件
①计算三个相工作电压，取最大相值Uop.φ.max＝ max(Uop.A ,Uop.B ,Uop.C) ②如Uop.φ.max＞Uop.φφ(另两相），判为单相故障，且 Uop.φ.max对应相为故障相。 ③如Uop.φ.max≤Uop.φφ(另两相），判为多相故障。此时 如三个相工作电压的最小值Uop.φ.min＝ min(Uop.A ,Uop.B ,Uop.C)＞UN为三相短路；反之，较大 的两个相工作电压对应相为故障相（两相相间短路或两相接地 短路）。
特点：故障点距保护安装处越近时，保护的 动作时限就越短；反之，故障点距保护安装 处越远时，保护的动作时限就越长。
五、距离保护
杭州电力教育
4、实现方法 ⑴绝对值比较方式
|Zj
1 1 Z zd || Z zd | 2 2 1 1 I j U j Z zd I j I j Z zd 2 2
1 1 K U U j K U I j Z zd K U Z zd I 2 2 KU j
I
I
杭州电力教育
1 可见： 180 时，Z j .min ( m) Z 1、 2 2、不同特性的继电器受 振荡的影响不同。
0
3、受振荡的影响与保护 安装地点有关。
杭州电力教育
2、措施 ⑴使用受振荡影响小的继电器 ⑵从位置上躲过。 ⑶从时间上躲过。
t TZD 1.0 0 360 只要t dz t保护就不会误动作。 故 段不受振荡影响。
抗继电器动作特性 1、测量阻抗的方法：
nl nl Zj Z d , Z zd . j Z zd ny ny
2、动作特性
Z j Z zd . j 动作， Z j Z zd . j 不动作
Z j R jX Z j d Z zd 0.85Z BC Z zd z Z d 则Z zd 在BC线上
可见，由于U0的存在，即使φlm=Φd方向阻 抗继电器的动作阻抗也不总是等于整定阻抗， 而与加入继电器的电流有关。只有电流足够 大时，Zdz.j=Zzd。当电流很小时，阻抗继电 器的保护范围缩小。为了把动作阻抗的误差 限制在允许的范围内（10%），规定了精工 电流这一指标。 对应于Zdz.j=0.9Zzd时流入继电器的电流，称 为阻抗继电器的精确工作电流。 要求在线路末端发生短路时，流入继电器的 的电流Ij＞1.5 Ij。
4、实现方法 ⑴绝对值比较方式
|Zj
1 1 Z zd || Z zd | 2 2 1 1 I j U j Z zd I j I j Z zd 2 2
1 1 K U U j K U I j Z zd K U Z zd I 2 2 KU j
I
I
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1 可见： 180 时，Z j .min ( m) Z 1、 2 2、不同特性的继电器受 振荡的影响不同。
0
3、受振荡的影响与保护 安装地点有关。
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2、措施 ⑴使用受振荡影响小的继电器 ⑵从位置上躲过。 ⑶从时间上躲过。
t TZD 1.0 0 360 只要t dz t保护就不会误动作。 故 段不受振荡影响。
抗继电器动作特性 1、测量阻抗的方法：
nl nl Zj Z d , Z zd . j Z zd ny ny
2、动作特性
Z j Z zd . j 动作， Z j Z zd . j 不动作
Z j R jX Z j d Z zd 0.85Z BC Z zd z Z d 则Z zd 在BC线上
可见，由于U0的存在，即使φlm=Φd方向阻 抗继电器的动作阻抗也不总是等于整定阻抗， 而与加入继电器的电流有关。只有电流足够 大时，Zdz.j=Zzd。当电流很小时，阻抗继电 器的保护范围缩小。为了把动作阻抗的误差 限制在允许的范围内（10%），规定了精工 电流这一指标。 对应于Zdz.j=0.9Zzd时流入继电器的电流，称 为阻抗继电器的精确工作电流。 要求在线路末端发生短路时，流入继电器的 的电流Ij＞1.5 Ij。
距离保护
（一）方向阻抗继电器的死区
当保护正方向出口附近发生相间短路时，母线电压 为零或很小，加到继电器上的电压小于最小电压时，方 向阻抗继电器不能动作。发生此情况的一定范围，称为 方向阻抗继电器的死区。 （二）消除死区的措施
在方向阻抗继电器中引入插入电压或极化电压，并 且要求它们同相位。
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第三节 方向阻抗继电器的 特殊问题
Z KI Um Z 1 l ( I A K 3 I0 ) Z 1l I m I A K 3 I0
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第五节 影响距离保护正确 工作的因素 一、分支线对距离保护的影响 1、助增电流的影响：
A
Z
I AB I DB
B
IK
lK
K
C
D
Zm
I K Z 1 l K I AB Z 1 l AB I AB
( I A I B ) Z 1 l
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(一) 相间短路阻抗继电器的0°接线
3.两相接地短路
A BC
Z
I A
K
( 1 ,1 ) AB
I B
IC 0
l
U
A
I A Z L l I B Z M l
U B I B Z L l I A Z M l
Z
(1 .1 ) KI . 1
U
IK
当α为 正时，测 量阻抗的 电抗部分 增大；而 当α为负 时，则相 反。
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二、过渡电阻对距离保护的影响
4、过渡电阻对阻抗元件的影响
jX
B
R g1
Rg2
Rg3
过渡电阻可能引起某些 保护的无选择性动作。 措施：利用瞬时测量回路来 固定阻抗继电器的动作。
当保护正方向出口附近发生相间短路时，母线电压 为零或很小，加到继电器上的电压小于最小电压时，方 向阻抗继电器不能动作。发生此情况的一定范围，称为 方向阻抗继电器的死区。 （二）消除死区的措施
在方向阻抗继电器中引入插入电压或极化电压，并 且要求它们同相位。
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第三节 方向阻抗继电器的 特殊问题
Z KI Um Z 1 l ( I A K 3 I0 ) Z 1l I m I A K 3 I0
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第五节 影响距离保护正确 工作的因素 一、分支线对距离保护的影响 1、助增电流的影响：
A
Z
I AB I DB
B
IK
lK
K
C
D
Zm
I K Z 1 l K I AB Z 1 l AB I AB
( I A I B ) Z 1 l
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(一) 相间短路阻抗继电器的0°接线
3.两相接地短路
A BC
Z
I A
K
( 1 ,1 ) AB
I B
IC 0
l
U
A
I A Z L l I B Z M l
U B I B Z L l I A Z M l
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(1 .1 ) KI . 1
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当α为 正时，测 量阻抗的 电抗部分 增大；而 当α为负 时，则相 反。
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二、过渡电阻对距离保护的影响
4、过渡电阻对阻抗元件的影响
jX
B
R g1
Rg2
Rg3
过渡电阻可能引起某些 保护的无选择性动作。 措施：利用瞬时测量回路来 固定阻抗继电器的动作。
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。
~A B C 12 3Z 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：ABI dz 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~1 23 t 1It 1IIt 2It 1IIIt 2IIt 2III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。
电力系统继电保护 第三章电网的距离保护1-5节
※ 零序电流保护不能满足要求时，考虑采用接地距离保护。
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：
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：
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图 电力系统振荡时电流电压的变化 • 图（a）为振荡电流幅值随δ的变化。当δ为π的偶数倍 时，IM最小。当δ为π的奇数倍时，IM最大。 • 对于系统各元件的阻抗角皆相同、振荡角δ=180度的特殊 情况，系统各点的电压值可用图（b）的图解法求出。 • 图（c）为M、N和Z点电压随δ变化的典型曲线。
3. 电力系统振荡对距离保护的影响
思考题： 试比较如图所示三种特性阻抗继电器在整定阻抗相同情况下， 躲系统振荡、过渡电阻和负荷阻抗的能力有何不同？（设系统各 元件阻抗角相等）
jX
Z zd
3
2
1 R
O
答案： 躲系统振荡能力全阻抗继电器最小，方向阻抗继电器其 次，椭圆形阻抗继电器最大。 躲过渡电阻能力椭圆形阻抗继电器最小，方向阻抗继电 器其次，全阻抗继电器最大。
第五节 影响距离保护正确动作的因素及其对策
一、影响距离保护工作的因素 • 过渡电阻； • 电力系统振荡； • 线路串联补偿电容； • 短路电压、电流中的非工频量； • 电压互感器二次回路断线； • 其它因素；
二、短路点过渡电阻对距离保护的影响 1. 过渡电阻的性质
• 定义：当发生相间短路或接地短路时，短路电流从一相 流到另一相或从相导线流入大地所经过的物质的电阻 （包括电弧、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触 电阻、金属杆塔的接地电阻等）。 • 性质：主要指电弧电阻、纯电阻 • 大小：实验证明，当故障电流相当大时（数百安以上）， 电弧上的电压梯度几乎与电流无关，大约每米弧长上 1.4-1.5KV。根据这些数据可知电弧实际上呈现有效电阻：
B
Z II
ZI
ZJ
A
O
R
如图所示振荡时，阻抗继电器测量阻抗ZJ的变化如OO’直线， 显然距离I段不受振荡影响，而距离II段则要受到影响。
4. 距离保护的振荡闭锁
既然电力系统振荡时可能引起距离保护的误动作，就需要进 一步分析比较电力系统振荡与短路时电气量变化特征，找出其 间的差异，用以构成振荡闭锁元件，实现振荡时闭锁距离保护。
电力系统发生振荡的原因：
• 电网的建设规划不周，联系薄弱，线路输送功率超过稳定 极限； • 系统无功电源不足，引起系统电压降低，没有足够的稳定 储备； • 大型发电机励磁异常； • 短路故障切除过慢引起稳定破坏； • 继电保护及自动装臵的误动、拒动或性能不良； • 过负荷； • 防止稳定破坏或恢复稳定的措施不健全及运行管理不善等。
（3）振荡闭锁的措施
1）利用负序、零序或电流突变量启动并短时开放保护，实现振荡 闭锁。（序量、变化率）
距离保护I段 距离保护II段 SW 故障判断 整组复归 S R
双稳触发器
&
跳闸
DW
1
&
II段延时
TDW
单稳触发器
利用故障时短时开放的方式实现振荡闭锁
• ＴＤＷ称为振荡闭锁开放时间或允许时间。通常情况下， 取ＴＤＷ＝ 0.1 ～0.3Ｓ，现代数字保护中，开放时间一般 取 0.15ｓ左右。
躲负荷阻抗能力全阻抗继电器最小，方向阻抗继电器其 次，椭圆形阻抗继电器最大。
分析题： 如图所示网络，当 E E ，全系统阻抗角相等时，若振荡中 心在B母线处，试作图分析线路L1A侧距离保护第I、II段方向阻抗 继电器受系统振荡影响的情况。
. . M N
.
EM
A
L1BL2 NhomakorabeaC
.
EN
ZJ
jX O’ C
分析系统振荡用的系统接线图
如图所示，设距离保护安装在变电所M的线路上。
由此可见， ，即等于保 护安装地点到振荡中心之间的阻抗。此分析结果表明，当δ 改变时，不仅测量阻抗的数值在变化，而且阻抗角也在变化， 其变化的范围为： 。 (k 90o ) ~ (k 90o )
当 0o时，ZJ.M ;当 180o时，ZJ.M
三、电力系统振荡对距离保护的影响 1. 电力系统振荡的基本概念 电力系统未受扰动处于正常运行状态时，系统中所有发 电机处于同步运行状态，发电机电势间的相位差δ较小，并 且保持恒定不变，此时系统中各处的电压、电流有效值都是 常数。 当电力系统受到大的扰动或小的干扰而失去运行稳定 时，机组间的相对角度随时间不断增大，线路中的潮流也产 生较大的波动。在继电保护范围内，把这种并列运行的电力 系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。
过渡电阻对距离保护的第I段影响较小，但是对于距离保护 的第II段，由于它的动作是带时限的（动作时限不小于0.5S）， 所以过渡电阻对距离II影响较大。为了克服这种影响，通常在 距离II段装设“瞬时测量装臵”。
“瞬时测量”就是将测量元件的初始动作状态，通过启动 元件的动作将其固定下来。此后，当距离元件因短路点过渡电 阻Rg增大使测量元件返回时，保护仍通过“瞬时测量”装臵按 原整定时间动作于跳闸。
当h≠1时，继电器测量阻抗的变化将具有复杂的形式，应是 位于直线OO‘某一侧的一个圆。在这种情况下，当σ=0度时，由 于两侧电势不相等而产生一个环流，因此，测量阻抗不等于∞， 而是一个位于圆周上的有限数值。
系统振荡时M变电所测量阻抗的变化图
• 由图可见，在同样整定值的条件下，全阻抗继电器受振荡的影响 最大，而椭圆形继电器所受的影响最小。一般而言，继电器的动 作特性在阻抗平面上沿OO’方向所占的面积越大，受振荡的影响 就越大。 • 距离保护受振荡的影响还与保护的安装地点有关。当保护安装地 点越靠近于振荡中心时，受到的影响就越大，而振荡中心在保护 范围以外或位于保护的反方向时，则在振荡的影响下距离保护不 会误动。 • 当保护的动作带有较大的延时（例如，延时大于1.5s）时，如距 离III段，可利用延时躲开振荡的影响。
Rg 1050
lg Ig
• 在一般情况下，电力系统刚发生短路时，瞬间电弧电流最 大，弧长最短，弧阻最小。随着时间推移，在风吹、空气 对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻有急速增大 趋势。
架空输电线路短路时产生的电弧
• 在相间短路时，过渡电阻主要是由电弧电阻构成的。
•在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过 渡电阻的主要部分。
（1）振荡与短路的区别 • 序量：系统全相运行时发生振荡，无负序、无零序、三相 对称；短路时总要长时间或瞬间出现负序分量或零序分量。 • 变化速率：振荡时电压电流变化慢；系统故障时电压电流 变化快。 • 与功角的关系：振荡时电压电流随功角呈周期变化，若阻 抗测量元件误动作，则在一个周期内动作和返回各一次； 系统故障时电压电流的夹角与功角无关，阻抗测量元件可 能动作（区内短路），可能不动作（区外短路）。
思考题： 电力系统振荡对继电保护带来什么影响？应采取哪些措施？
振荡时对电流、电压和距离等保护都将造成误动。 可采取提高或降低整定值、延时和采用振荡闭锁回路等措施。
（2）对振荡闭锁的基本要求：
• • • • • • 系统振荡时，保护不能误动； 系统故障时，保护应可靠的、有选择的动作； 系统振荡过程又发生故障，保护应能够正确动作； 系统故障后又发生振荡，保护应保证选择性。 当保护范围以外发生故障引起系统振荡时，应可靠闭锁。 振荡平息后，振荡闭锁装臵应能自动返回，准备好下一次 的动作。
KZ2 Z< KZ1 Z<
& & 开放保护
KT
Dt
利用电气量变化速度的不同构成振荡闭锁的原理框图
由于对测量阻抗变化率的判断是由两个大小不同的圆完成 的，所以这种振荡闭锁原理通常也称为“大圆套小圆”振荡闭 锁原理。
jX
Z1
Z2
Zd
ZJ
ZL
O R
利用电气量变化速度的不同构成振荡闭锁的原理示意图
（３）利用动作延时实现闭锁 • 系统振荡时，距离保护的测量阻抗是随着δ角的变化而变 化的，当δ变化到某一值时，测量阻抗进入到阻抗继电器 的动作区，而当δ角继续变化到另一角度时，测量阻抗又 从动作区移出，测量元件返回。 • 系统的振荡周期：１～1.5秒； • 距离III段的时间应大于系统的最大振荡周期，以保证其动 作的选择性，实现闭锁。
选择题： 当整定阻抗相同时，下列阻抗继电器测量阻抗受过渡电阻 影响最大的是（B）。 A.偏移特性阻抗继电器； B.方向阻抗继电器； C.全阻抗继电器。
思考题： “过渡电阻使测量阻抗大于实际阻抗，因此它总是使距离 保护误把近处故障当作远处故障，致使保护拒动”的说法对吗？ 为什么？
不对。 对于单侧电源输电线路的距离保护，靠近故障点的保护因过 渡电阻影响可能拒动，但远离故障点的保护如在II段范围内可 能误动。 对于双侧电源线路，由于两侧电流相位不同，所测量阻抗的 电抗部分可能增大，可能减小，可能引起保护的非选择性动作。
1 Z Z M 2
在系统振荡时，为了求出不同安装地点距离保护测量阻抗变 化的规律，可令ZX代替ZM，并假定 m Z X ，m为小于1的变数， Z 得出
当m为不同值时，测量阻抗变化的轨迹应是平行于OO’线 的一直线簇。
系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化
图
当h≠1时，测量阻抗的变化
• 两侧系统等值阻抗角、线路的等值阻抗角相等。
• 振荡过程中不考虑负荷电流的影响。
(a)系统接线
图 两侧电源系统中的振荡 (b)系统阻抗角和线路阻抗角相等时的向量图 (c)阻抗角不等时
• 系统振荡时，电压的最低点为振荡中心。 • 当系统阻抗角和线路阻抗角相等且两侧电势幅值相等时，振 荡中心不随δ的改变而移动，始终位于系统总阻抗的中心。 • 当δ=180度时，振荡中心的电压将降至零。从电压和电流的 数值看，这和此点发生三相短路现象类似。 • 因此，继电保护装臵必须具备区别三相短路和系统振荡的能 力，才能保证在系统振荡状态下的正确地工作。
3. 双侧电源线路上过渡电阻的影响
A
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