4.2线路距离保护

1 2
Z set

Zm

1 2
Z set
（2）幅值与相位比较间关系
B
C

D
A
A

C BA D B A

90

arg
C
D

arg
C

270
D
2A Dc
2B Dc
D
C B
3、偏移特性阻抗继电器
Z set
Za
动作方程90 Arg Zm Zset 270 Zm ZA
要求：在振荡过程中不允许保护发 生误动作。
振荡时电气量变化的特点：
（1）电流作大幅度变化
Im
ZM1
Z L1
Z N1
若 EM EN E ，正常运行时
夹角为 0 ，负荷电流为：
IL

2E Z 1
sin
0
2
系统振荡时，设 EN 超前 EM 的相
位为 ，两侧电势相等，系统
中各元件阻抗角相等，振荡电流 为：
以灵敏角和Zset为直径作圆
Zm R
方向与幅值换算关系90 Arg C 270 D
2A Dc
2Bຫໍສະໝຸດ Baidu Dc

2 A Zm Zm Zset Zset

2B Zm Zm Zset 2Zm Zset
动作方程90 Arg Zm Zset 270转换为幅值方程为: Zm
Iswi

EM EN
Z M1 Z L1 Z N1
EM EN Z 1
E(1 e j ) Z 1
振荡电流滞后电势差角为：

arctg
X 1 R1
系统M、N点的电压为：
UM EM Iswi Z M1 UN EN Iswi Z N1 EM Iswi (Z M1 Z L1 )
Zm' Zm''
R
阻感性、阻性区内拒动
jX
Z set
jX
ZK
Z set
Zm'
R
阻容性区外误动
jX
Z set
ZK R
Zm'
阻容性出口短路时拒动
Zm'
ZK
R
阻容性反方向出口短路时拒动
5、功角对过渡电阻的影响
Es Zs M Im
In N
ZR ER

IM

IN

IF
ES ER
超越：区外故障误动称为动作超越
（十一）交流失压对距离保护工作的影响以及断线闭锁原理
防止TV断线时保护误依靠两个措施
1、电流起动元件把关 2、靠电压断线闭锁保护 TV断线的判据
1、当（UA＋UB＋UC）>8V，且起动元件不起动，延时1.25S发TV二次回路异 常信号并闭锁保护。 本判据不能反应电压互感器二次的三相断线。
2、当使用母线电压互感器时，满足（UA＋UB＋UC）>8V，U1<30V，且起动 元件不起动，延时1.25S发TV二次回路异常信号并闭锁保护。
M侧呈阻容性：区外超越，出口短路有死区反 方向出口短路宜超越
短线路保护：M侧区外误动 N侧区内拒动
（十）分支电流（助增电流和外汲电流）对阻抗继电器的影响
1、助增电流
ES
M
Z
Im
N IK
P
Zl Ep



Zm

U

m

I m Zl I k

Zk
Im
Im

Zl

I
k
Zk
Zl KbZk
3、快速距离Ⅰ段在m=1.1时应可靠动作，在m=0.9时应可靠不动作， 在m=2时动作时间小于10ms,装置面板相应灯亮； 注意将阻抗角整定为90°，施加电流滞后电压90°。 故障前后电压的相位不应该发生变化。
(九）过渡电阻对阻抗继电器的影响
1、过渡电阻的经验值
220KV过渡电阻按100Ω 330KV过渡电阻按150Ω 500KV过渡电阻按300Ω 750KV过渡电阻按450Ω 1000KV过渡电阻按600Ω
R
Rg
△UF
正常状态
ZS M ZMF
ZNF
N ZR
△Um △I
Rg
△UF
故障附加状态
Um U U L Im I IL
UOP Um IZset ImZs ImZset Im (Zs Zset) U F Im (Zs ZK )
1、区内故障时
3、当使用线路电压互感器时，除满足（UA＋UB＋UC）>8V，U1<30V，且起 动元件不起动，再加上满足任意一相有电流（Ⅰφ>0.08ⅠN）或者跳闸位置继 电器（TWJ）不动作的条件，延时1.25S发TV二次回路异常信号并闭锁保护。
3、断线闭锁动作后发TV断线信号，并闭锁相应的保护。当电压二次回路恢复 正常经XXS延时后，装置自动恢复正常运行，解除对保护的闭锁。
（三）、阻抗继电器动作原理
UOP UM IM Zset
U m 是保护安装处的电压，也叫极化电压
U op 是阻抗继电器的工作电压
Es F3 M
F1
F2 N
ER
ES F3 UM
F1
UOP F2
ER
（四）方向阻抗继电器
jX
Z set
1、方向阻抗继电器动作方程
动作方程90 Arg Zm Zset 270 Zm
M
S ZS
Zk
N
Zset
ZR R
Uop UF
2、区外故障
M S ZS
Zset Zk
N ZR R
Uop UF
3、反向故障
M
S ZS
Zk
N
Zset
ZR R
Uop UF
根据动作条件△UF<△Uop可推出动作方程
Zs Zset Zs Zk
根据比幅式动作方程推出比相式动作方程
2、附加阻抗的几种特性
（1）附加阻抗不等于过渡电阻
Es Zs M Im
In N
ZR ER
IF
ZM
UM IM
IM ZK IF Rg IM

ZK

IF IM
Rg
ZK Za
IF Im IF Im IF Im
Za Rg Za Rg Za Rg
3、IF与IM的相位关系
（十二）振荡闭锁原理
1、系统振荡时电气量变化特点
定义：并列运行的系统或发电厂失去同步的现象 称为振荡。
特点：电力系统振荡时两侧等效电动势的夹角
在 0 ~ 360作周期性变化。 原因：切除短路故障时间过长、误操作、发电厂 失磁或故障跳闸、断开某一线路或设备等造成系 统振荡。
产生的影响：电力系统振荡时，将 引起电压、电流大幅度变化，对用 户产生严重影响。
许继快速距离保护举例
工频变化量距离：
UOP UZ
Uop为保护范围末端电压;UO代P表保护范围末端电压变化量大于 动
U
作；否则不动作。
Z
对相间阻抗继电器: U OP U I Z SET
对接地阻抗继电器： UOP U I K 3I0 Z SET
0 过渡电阻Za是阻感性 0 过渡电阻Za是阻性 0 过渡电阻Za是阻容性
ES
ER

IM

IN

IF
4、附加过渡电阻对继电器的影响
jX ZK Zm' Zm''
Zm''' R
Z
m
'

Z
K

Z
阻感性
a
Z
m
'
'

Z
K

Z
阻性
a
Zm
'''
ZK

Z
阻容性
a
jX
Z set
ZK

Rmtg15

Xm

X set

Rmtg
方向判别的动作方程为：

15


arg
Ur Ir
90
15
（七）工频变化量距离保护原理
S
M
ZS
ZMF
N
ZNF
ZR R
I U S ZS M ZMF
I U
Rg
ZNF
N ZR
R
Rg
△UF △UF
S ZS M ZMF
IL UL
ZNF
N ZR
(I K3I0)Z1 ——输电线路上该相从短路点到保护安装处的压降。
距离保护安装处电压计算公式
ES
M
Z
I1 I 2 I 0
K
Z1 Z2 Z0
U U
保护安装处相间电压的计算公式为：
U UK I Z1
UK ——短路点的相间电压。 I ——两相电流差 I Z1 ——输电线路上从短路点到保护安装处的两相压降之差。
S
F
Y
R
UF
UOP
SF
Y
R
UOP UF
S
YF R
UOP
UF
其物理概念是整定点的电压，即由保护安装 处求得的补偿到保护范围末端的电压。
快速距离保护的特点：
➢ 适用于全相及非全相 ➢ 强过渡电阻能力 ➢ 不受系统振荡影响 ➢ 动作速度极快 ➢ 具有明确的方向性
工频变化量距离校验：
工频变化量距离定值取相间I段阻抗定值
90 Zk Zset 270 2Zs Zk Zset
jx Zset
C BA D B A
Zk+Zset
R
根据此图可以看出工频变化量距离保 护比稳态距离保护防过渡电阻能力强
但微机保护找不到△UF，各个厂家根据经验进行规定
南瑞取UF 1.05mUn 许继取UF 1.4mUn
2、外汲电流的影响
ES
M
Im
Zl



Im IpIk



Zm

U

m

I m Zl I k

Zk
Im
Im

Zl

I
k
Zk
Zl
KbZk
Im
N
IK
Zk
P
ER
Ip
在外汲电流的作用下助增系数Kb<1 这样，在外汲电流作用下继电器的测量阻抗减小 了。在整定阻抗不变的情况下阻抗继电器测量阻 抗的减少意味着保护范围的伸长，如果外汲电流 越大，保护范围伸长得越多。
注：1、由于距离保护第Ⅰ段只保护线路的一部分，在本线路故障只要不 是T接线路，从短路点到保护安装处之间不会有其他分支，因此不会出现 分支电流，所以距离保护第I段在区内金属性短路时的测量阻抗固定的反 应从短路点到保护安装处的线路阻抗，它不受运行方式变化的影响。
2、距离保护第Ⅱ、Ⅲ段由于保护范围伸到相邻线路上去了，在本线路 末端的母线上可能存在分支电流，因此距离第Ⅱ、Ⅲ的保护范围将受运行 方式变化的影响，该影响主要体现在助增系数上。所以，距离保护第Ⅱ、 Ⅲ段的整定计算中要考虑运行方式（助增系数）变化的影响。
U UK I1 Z1 I2 Z 2 I0 Z 0 I0 Z1 I0 Z1
UK
( I1

I2

I0 )Z1
3I0
Z0 Z1 3Z1
Z1
UK ( I K 3I0 )Z1
K——零序电流补偿系数。 UK ——短路点的该相电压。
Uop Um ImZset 1.05mUn U U K (I10a Im )Zset 1.05Un Uk (I10a Im )Zset (11.05m)Un
单相接地故障电压：△Uφ=△（1+K）Im*Zset 相间故障电压： △Uφφ=△2Im*Zset
第二节 距离保护原理
（一）距离保护的理论基础:
欧姆定律
I U R
——电路中通过的电流与它两端的电压成正比， 与它的电阻成反比。
Z&
U& I&
——阻抗测量
（二）距离保护安装处电压计算公式
ES
M
Z
I1 I 2 I 0
K
Z1 Z2 Z0
U U
输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序、和零序压降之和
Im
K
IP
Zk
Kb为助增系数，在助增电流作用下，助增系数>1。 这样，阻抗继电器的测量阻抗等于从短路点K到保护安 装处的阻抗ZK+ZL，在助增电流作用下，继电器的测量 阻抗加大了。在整定阻抗不变的情况下阻抗继电器测量 阻抗加大意味着保护范围的缩小，如果助增电流越大， 保护范围缩小得越多。 助增系数的大小与助增电源EP和背后电源ES的运行大小 有关，所以它与系统的运行方式有关。
Rset2 Rm Rset1
α3 α2
特点：测量阻抗落入四边形区域 内，保护动作。但保护不具方向 性。
（六）方向性多边形阻抗继电器
为了减小过渡电阻对阻抗保护 的影响，各边都采用了倾斜角， 特性如图所示。
α4 α1
tgα=1/8
动作方α程4 ：
tgα=1/8
α3
α1
α2
X mtg15 Rm Rset X mctg60
动作方程90 Arg Um ImZset 270 Um ImZA
以灵敏角yZset为直径作圆
F1
F2
m
UOP
n
（五）多边形阻抗继电器
多边型阻抗继电器反应故障点过渡电 阻能力强、躲过负荷能力好，因此在 微机保护中应用的相对广泛。
四边形
阻抗继电器
α3 α2
动作方程：
X set2 X m X set1
1、加故障电流I=2IN，分别摸拟A、B、C相单相接地瞬时性故障（同 时应满足故障电压在0-UN范围内）及AB、BC、CA相间瞬时性故障， （同时应满足故障电压在0-100V范围内）；
2、模拟单相接地故障电压：U=（1+K）I*ZZⅠ+（1-1.38m)UN 模拟相间故障电压：U=2I*ZZⅠ+（1-1.3m）*100 式中：m=0.9 ；1.1 ；2；