继电保护(距离保护)

两相短路故障（以BC两相短路为例）
U kB = U kC
Z mBC U mBC U B - UC = = = z1 l k I mBC I B - IC
B相测量阻抗能正确反应故障距离
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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
问题：在三相系统中，针对不同的短路故障，如何选择满足
该式的测量电压和测量电流 ，以构成三相系统距离保护？
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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
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
1.全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心，以整定阻抗Zset为半径；圆内 为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗 Zm位于圆 周上时，继电器刚好动作，称为起动阻抗Zact或Zop。
在线性器件中，两个正弦交流电气量之间的关 系包括幅值大小和相位关系，可据此来构成继 电器。反映两电气量幅值大小关系的继电器称 为幅值比较继电器 ；反映相位关系的继电器 为相位比较继电器。
护装置，距离保护就是其中的一种。
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3.1 距离保护的基本原理
一、距离保护的基本概念 距离保护：反映故障点至保护安装点之间的距离(或阻抗)，并 根据距离远近而确定动作时间的一种保护装置。
测量阻抗：由施加于继电器的 电压和电流测得的 保护安装处至短路 Um Zm = l k 点的阻抗值 。 I
三相短路（对称，以A相为例）
U mA UA = = z1 l k Z mA = I mA I A + K3I 0 U mAB U A - U B Z = = = z1 l k mAB I I A - IB mAB
U kA = 0
同理可得：A、B、C三相测量阻抗均能正确反应故障距离
增大，短路阻抗比正常时测量到的阻抗大大降低。
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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。
幅值比较动作方程和相位比较动作方程
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二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
1.全阻抗继电器
幅值比较动作方程：
Zm ≤ Zset
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二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
1.全阻抗继电器
Z m + Z set ≤ 270 相位比较动作方程：90 ≤ arg Z m - Z set
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
在单相系统中，测量电压Um就是保护安装处的单相电压， 测量电流 Im 就是被保护元件中流过的单相电流，系统金属性 短路时两者间的关系为：
Um = I m Z m = I m Z k = I mz 1l k
★★ 该式是距离保护能够用测量阻抗来正确表示故障距离的 前提和基础，即只有当测量电压、测量电流之间满足该 式时，测量阻抗才能准确反应故障的距离。
测量元件，也可以作启动元件兼作功率方向元件。 阻抗继电器种类繁多。按其构成方式不同分为电磁型、整流型、
晶体管型、集成电路型和微机型；按其构成原理不同可分为幅值比较、 相位比较和多输入量时序比较；按其动作特性不同可分为圆特性、直线 特性、四边形特性、苹果形特性等；按阻抗继电器的接线方式不同可分
为单相式、多相式、滤序式、多相补偿式等。
最大，等于Zset，保护范围最大，工作最灵敏。
最大灵敏角set一般取被保护线路的阻抗角。 在整定阻抗的反方向，动作阻抗为0。反向故障
时不会动作，阻抗元件本身具有方向性。
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二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
2.方向阻抗继电器
1 幅值比较动作方程： Z m - Z set ≤ Z set 2
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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
单相接地短路（以A相接地为例）
UB = z1 l k B 、 C 相 测 量 I B + K3I 0
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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
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第3 章
电网的距离保护
3.1 距离保护的基本原理
3.2 阻抗继电器的动作特性
3.3 距离保护整定计算
3.4 影响距离保护正确工作的因素
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电流保护简单可靠，但难于满足高压复杂电网对保护的
要求：
1）高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，短路电流数 值与负荷电流相差不大，往往不能满足灵敏度要求； 2）对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式影响，保 护范围不稳定，某些情况下甚至无保护区； 3）对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限长，难 于满足高压电网对保护快速动作的要求。 因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保
U kA = 0
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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
故障点的距离。非故障环路上的电压、电流之间算出的测量
阻抗就不能正确反应故障距离。
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距离保护应取故障环路上的电压、电流作为判断故障距 离的依据，而用非故障环路上的电压、电流计算得到的距离 一般大于保护安装处到故障点的距离。 对于接地短路，取相—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，称为接地距离保护接线方式，能够准确反应单相接 地故障、两相接地故障和三相接地故障下的故障距离。
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一、阻抗继电器动作区域的概念
对于单相阻抗继电器的动作范围，原则上在阻抗复数平面 上用一个小方框就可以满足要求。
1)短路点有过渡电阻存在 2)电压、电流互感器存在角误差 测量阻抗Zm将不能保持在幅 角为的m直线上。
动作范围需扩大，扩大为一个面或圆(整定值不变)。
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故障环路：故障电流可以流通的通路。
♂ 单相接地时，存在1个相-地故障环路；
♂ 两相接地时，存在2个相-地故障环路和1个相-相故障环路； ♂ 两相短路时，存在1个相-相故障环路； ♂ 三相短路时，存在3个相-地故障环路和3个相-相故障环路。 取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，能够正确反应保护安装处到
四、距离保护的组成
1. 启动部分：当被保护线路发生故障时，瞬间启动保护装置，以判断
线路是否发生了故障，并兼有后备保护的作用。
2. 测量部分：用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判别短路
故障方向。常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。
3. 延时部分：用来提供距离保护Ⅱ段、Ⅲ段的动作时限。 4. 振荡闭锁部分：
两相接地短路故障（以BC两相接地为例）
UkB = UkC = 0 Z = U mB = mB
Z mBC
U mBC = I mBC
I mB 阻抗能正确反 UC Z = U mC = = z1 l k 应 故 障 距 离 mC I I C + K3I 0 mC U B - UC = = z1 lk B相测量阻抗正确反应故障距离 I B - IC
按相测量阻抗的继电器称为单相式阻抗继电器，加入继 电器中的量只有一个电压和一个电流。继电器动作情况取决
于测量阻抗Zm的值。
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一、阻抗继电器动作区域的概念
继电器动作情况取决于测量阻抗Zm的值，当测量阻抗Zm 小于预定的整定值Zset时动作，大于整定值时不动作。因测量 阻抗Zm可以写成R+jX这种复数形式，故可以在复数阻抗平面 上表示出来。
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二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
2.方向阻抗继电器
相位比较动作方程：90 ≤ arg
2 2 Zm = Rm + Xm
m = arctan
Xm Rm
图3.3 阻抗相量在复平面上的表示
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一、阻抗继电器动作区域的概念
对于输电线路，同样可在复数阻抗平面上用相量Z表示阻抗。
假设：各段线路的阻抗角 k 相同 该线路在复数阻抗平面的形状是 一条直线，超前R 轴m角，将线 路BC的始端B(保护2的安装处)置于坐标原点，保护2正方向 的线路阻抗相量ZBC在第 I 象限，并超前R轴 m角(m =k )， 保护2反方向线路AB的阻抗相量ZAB在第III象限。
U mA UA = = z1 l k Z mA = I mA I A + K3I 0 U mB UB Z = = > z1 lk A 相测量阻抗 mB I mB I B + K3I 0 能正确反应 U mC UC Z mC = = > z1 l k 故障的距离 I mC I C + K3I 0
m
当短路点距保护安装处近时，测量阻抗小，动作时间短；当短 路点距保护安装处远时，测量阻抗增加，动作时间增长；可以 保证有选择性地切除故障线路。
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二、测量阻抗及其与故障距离的关系
♣ 电力系统正常运行时，Um近似为额定电压，Im为负荷电流， Zm 为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较 小的功率因数角，阻抗性质以电阻性为主。 ♣ 当线路故障时，Um=Uk，Im=Ik，Zm为保护安装处到短路点 的短路阻抗；短路以后，保护安装处母线电压下降、电流
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二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
2.方向阻抗继电器
特性：以整定阻抗 Zset 为直径而通过坐标原点的一个圆。圆 内为动作区，圆外为不动作区。
当加入继电器的电压和电流之间的相位差 m 为 不同数值时，继电器的起动阻抗Zop将随之改变。 当m等于阻抗角set 时，继电器的起动阻抗达到
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。
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用来防止电力系统发生振荡时距离保护的误动作。在正常运行或系统
发生振荡时，将保护闭锁；当系统发生短路时，解除闭锁开放保护。
5. 电压回路断线失压闭锁部分：
用来防止电压互感器二次回路断线失压时，引起阻抗继电器的误动作。
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3.2 阻抗继电器的动作特性
阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，它主要用来作