第四章 电网的距离保护
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电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性
Z m Z set
Zm
O
m
R
Z m Z set
R
(a)
(b)
| Zm | Zset
| U m | I m Z set
幅值比较方式
Z m Z set 270 arg 90o Z m Z set
o
相位比较方式
2. 全阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z m Z set
Z0 Zm Z0
jX
A
Z0
k
O
Zm
k
R
O
Zm Z0
Z0
(a)
Zm
A
R
A
Z0
(b)
| Zm Z0 | Zm Z0
Um 270 Arg 90 I m Z set
U P Um
U = I m Z0
6. 具有直线特性的继电器-电抗继电器
jX
jX set
o
相位比较方式
3. 方向阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z set
Zm
1 Z set 2
Z
m
1 2 Zset
Z set
Zm
O
Zm
O
R
(a)
(b)
Um 270 Arg 90 U m I m Z set
动作方程
U P Um
U =Um I m Zset
3. 方向阻抗继电器-几个概念的说明 起动阻抗随着测量阻抗 相角的变化而改变；
Zk (nTA / nTV )
动作特性扩大为一个圆
(a)
～
距离保护
并成为国内外实现距离保护的主流方法
第二节 距离保护的基本原理和基本量
补偿电压：
G
k3
M
KZ
I m
k1
y
k2
N
G
F
U m
F
(a)
F
补偿电压，也称为工作电压、操作电压：
U Z I U set
测量电压经保护区段线路压降补偿得到的保护区末端的电压，简言之，
就是测量点补偿到整定点的电压
110kV及以上网络拓扑结构较复杂的电网中较 难应用
第四章 输电线路的距离保护
第一节 距离保护的基本概念
距离保护是指能直接反映输配电线路从保护安装处
到故障点之间距离（称为故障距离）的继电保护 目前广泛使用的距离保护的基本原理，可以简单地 描述为通过测量故障线路的正序基频阻抗来反映故 障距离
第一节 距离保护的基本概念
Z1 , Z 2 , Z 0 , Z s , Z m
U Z (I U m F 1 k 3I 0 ) U F Z1 I m
U m U F Z1 I m
(4.8) (4.11)
第二节 距离保护的基本原理和基本量
U 90 Arg ( ) 270 U
该动作判据只反映线路正向整定阻抗范围内的故障，因此称为方向距离 继电器或方向距离元件
第二节 距离保护的基本原理和基本量
极化电压：
距离元件的动作判据，利用比较补偿电压与测量电压的相位关系实现
比较相位，可理解为以测量电压的相位（极性）为基准来确定补偿电
现距离是线路的固有参数，
因此，距离保护可以基本不受系统运行方式影响
继电保护 电网的距离保护PPT学习教案
相位比较动作条件：
90 arg Zm Zset 90 Zset
90
arg
Um ImZset ImZset
90
jX
A
2Zset
Zset C
2Zset Zm
jX
A
2Zset
Zset
C
Zm Zset
Zm
A
O
R
Zm
A
O
R
(a)
(b)
第20页/共51页
(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。
Rm Xm
Rset X mct g3 X set Rmt g4
综合以上三式，动作特性可以表示为
X mt g2 Rm Rmt g1 X m
Rset X set
Xˆ mct g3 Rˆmt g4
Xˆ m
0,
X
m
,
Xm 0 Xm 0
Rˆm
0,
Rm
,
Rm 0 Rm 0
第26页/共51页
继电保护 电网的距离保护
会计学
1
3.1 距离保护的基本原理与构成
一、距离保护的基本概念
电流保护对于容量大、电压高和结构复杂的网络，难于满足电网 对保护的要求。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电网，必须采用性能更加完善的 保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。
~A Z3
B Z2
C Z1
t
t II 3
t3I
tI 2
保 护 3的 I段
保 护 3的 II段
电力系统继电保护-3 电网距离保护
3.1.1 距离保护的概念
测量阻抗和故障距离的关系 测量阻抗的定义（以单相系统为例）
Zm
U
m
zl
z为线路单位长度的阻抗
Im
试图找到与系统运行方式、短路类型无关，只与短路点到 保护安装处有关的测量参量
3.1.1 距离保护的概念
距离保护-利用短路发生时电压、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-与距离保护的范围相对应的距离。 工作原理大致如下：
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系：
CASE3：两相短路接地故障 ABG故障边界条件 (I K 3I )z L 0 U U A A 0 1 k kA K 3I )z L U kB 0 U B ( I B 0 1 k I z L 0 U U I kAB A B 1 k kAB
3 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
电流保护的缺陷 缺点 灵敏度不足 运行方式对保护影响大 配合困难 问题 无法满足更高电压等级电网对保护的速动性、选择性、灵 敏性的要求
3.1 距离保护的基本原理与构成
故障特征分析 特征 故障时电流增大 故障时电压降低 思路 综合利用电流、电压可以提高灵敏度，所以就有了阻抗保 护，利用电流电压比值作为故障特征量
总结
只有采用与故障回路相关的电流、电压才能实现距离的测量。继电器接 入不同电压、电流仪，称为不同的接线方式。 存在相间故障回路时，采用保护安装处的故障相间电压和故障相间电流 差可以反应故障距离，称为相间距离保护。 存在接地故障回路时，采用保护安装处的相电压和经零序补偿的相电流 可以反应故障距离，称为接地距离保护。 为了保护接地故障和相间故障，需要配备接地距离保护和相间距离保 护，短路形成几个故障回路。就有几个阻抗继电器可以实现阻抗测量。
电力系统继电保护--距离保护的基本原理、阻抗继电器及其动作特性 ppt课件
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8
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
K：零序电流补偿系数 PPT课件
9
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
单相接地短路（以A相接地为例）
PPT课件
10
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相接地短路1（以B，C两相接地为例）
PPT课件
11
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相短路、三相短路和两相短路接地：两故障相的电压差
和电流差。
PPT课件
15
四、距离保护的延时特性
距离保护的动作延时t与故障点到保护安装处的距离Lk 之间的关系称为距离保护的延时特性
PPT课件
16
五、距离保护的构成
1.启动部分：模拟式距离保护中，由硬件电路元
件实现，大多反应负序电流、零序电流或负序与 零序复合电流的判断原理；数字式保护中，由实 时逐点检测电流突变量或零序电流的变化的软件 来实现。
PPT课件
7
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A UkA I A1z1Lk I A2 z2Lk I A0 z0Lk
UkA
(I A1
I A2
I A0 ) 3I A0
z0 z1 3z1
z1Lk
UkA (I A K 3I0 )z1Lk
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
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1
距离保护的基本原理与构成
一、距离保护的概念 二、测量阻抗及其与故障距离的关系 三、三相系统中测量电压和测量电流的选取 四、距离保护的延时特性 五、距离保护的构成PPTຫໍສະໝຸດ 件2一、距离保护的概念
电网的距离保护
阻抗继电器
阻抗继电器是距离保护的核心元件，它的作
用是用来测量保护安装处到故障点的阻抗 （距离），并与整定值进行比较，以确定是 保护区内部故障还是保护区外故障。
阻抗继电器分类
（1）阻抗继电器分类根据阻抗继电器的比较原理， 阻抗继电器可以分为幅值比较式和相位比较式。 （2）根据阻抗继电器的输入量不同，阻抗继电器 可以分为单相式（第I型）和多相补偿式（第II型） 两种。 （3）根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的 形状不同，阻抗继电器可以分为圆特性阻抗继电器 和多边形特性阻抗继电器（包括直线特性阻抗继电 器）两种。
动作不具有方向性。
动作方程两边同乘以测量电流,则方程为
U m I m Z set
若令整定阻抗为：
Z set K ur / K uv
圆的动作方程也可用下式表示：
K uvU m K ur I m
Z m Z set
方程的物理意义为：正常运行时，由于电压为 额定电压、电流是负荷电流，方程不满足条件， 即继电器不动作；当在保护区内发生短路故障 时，电压降低，电流增大，方程满足条件，保 护起动。
动作阻抗概念：
jX
Z set
set
Zm
Z op
R
m
定义
使阻抗继电器起动的 最大测量阻抗。
动作 阻抗 特点
当加入继电器电压与电流之间 的相位差为不同数值时，动作 阻抗也随之而变。 动作阻抗具有最大值， 保护区最长。
灵 敏 角
当测量阻抗角等于整定阻抗 角时，此时动作阻抗具有最大 值，将此角度称为灵敏角。
Z m 0.5(1 ) Z set 0.5(1 ) Z set
当 1时 ，方程为；
距离保护原理
继电器不 起动；在保护区内发生短路故障时，保护测量到的
电压为残
二、方向阻抗继电器
方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标 原点的圆 ，圆内为动作区，圆外为制动区。保护动作具有方向性。
特点：当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不同数值 时，
动作阻抗就不同。 为使继电器工作在最灵敏状态，应选择整定阻抗角 等于线路 短路阻抗角。
降低影响的措施：
对于瞬时速断距离保护不考虑该影响，带有时限的距离保护 应该 采用瞬时测定回路，即：通过启动元件把测量元件最初的动作状态固定 下来，电弧电阻增大时，即使测量元件返回，保护任能经预设的时限后 跳闸。
二、分支电流的影响
该影响只能通过整定值的修正来解决。
三、系统振荡的影响
为防止系统振荡时距离保护的误动作，在保护装置中一般都设有振荡 闭锁 回路。工程实践证明，阻抗继电器误动的持续时间一般不会超过1.0S，所以如 果保护本身带有较长的动作时间延迟，就可以不考虑系统振荡的影响。
三、偏移特性阻抗继电器
此阻抗继电器是介于全阻抗继电器与方向阻抗继电器之间，动作 特性向第三象限偏移了一个量。
特性圆：
θ
αZ
αZαZ特性圆：源自αZθαZαZ
还有其它特性的阻抗继电器，比如多边形特性、方向多边形特性 等等，不再赘述。基本特点可以归纳为以下几点：
1、测量阻抗是由加入阻抗继电器的测量电压与测量电流的比值 所确定，测量阻抗角就是测量电压与测量电流之间的相位差。
继电器类别a相阻抗元件b相阻抗元件c相阻抗元件反应接地短路时阻抗继电器原理接线示意图3i0k3i44影响阻抗继电器正确测量的因素如前所述阻抗元件能正确测量故障点至保护安装处的阻抗当故障发生在保护范围内时阻抗继电器的测量阻抗小于其动作阻抗继电器动作
电压为残
二、方向阻抗继电器
方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标 原点的圆 ，圆内为动作区，圆外为制动区。保护动作具有方向性。
特点：当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不同数值 时，
动作阻抗就不同。 为使继电器工作在最灵敏状态，应选择整定阻抗角 等于线路 短路阻抗角。
降低影响的措施：
对于瞬时速断距离保护不考虑该影响，带有时限的距离保护 应该 采用瞬时测定回路，即：通过启动元件把测量元件最初的动作状态固定 下来，电弧电阻增大时，即使测量元件返回，保护任能经预设的时限后 跳闸。
二、分支电流的影响
该影响只能通过整定值的修正来解决。
三、系统振荡的影响
为防止系统振荡时距离保护的误动作，在保护装置中一般都设有振荡 闭锁 回路。工程实践证明，阻抗继电器误动的持续时间一般不会超过1.0S，所以如 果保护本身带有较长的动作时间延迟，就可以不考虑系统振荡的影响。
三、偏移特性阻抗继电器
此阻抗继电器是介于全阻抗继电器与方向阻抗继电器之间，动作 特性向第三象限偏移了一个量。
特性圆：
θ
αZ
αZαZ特性圆：源自αZθαZαZ
还有其它特性的阻抗继电器，比如多边形特性、方向多边形特性 等等，不再赘述。基本特点可以归纳为以下几点：
1、测量阻抗是由加入阻抗继电器的测量电压与测量电流的比值 所确定，测量阻抗角就是测量电压与测量电流之间的相位差。
继电器类别a相阻抗元件b相阻抗元件c相阻抗元件反应接地短路时阻抗继电器原理接线示意图3i0k3i44影响阻抗继电器正确测量的因素如前所述阻抗元件能正确测量故障点至保护安装处的阻抗当故障发生在保护范围内时阻抗继电器的测量阻抗小于其动作阻抗继电器动作
电网的距离保护 距离保护过渡电阻振荡整定计算 PPT精品课件
Ig
接地短路：杆塔等电阻，可达数十欧姆。
220kV系统中一般考虑最大100Ω； 500kV系统中一般考虑最大300Ω。
4.4过渡电阻对距离保护的影响
二、单侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
M
N
P
QF1
Zm2 Rg
QF2 Rg k(3)
Zm1 ZMN Rg
各测量阻抗均增大， 保护范围缩小；
两个保护可能同时以 第Ⅱ段的时间动作，将会 失去选择性。
k2
二、距离Ⅰ段
1.定值： 躲过相邻元件出口短路时的测量阻抗
ZI set1
KI rel
Z
MN
KI rel
0.8
~
0.85
2.时间： t1 0
3.保护范围：
线路全长的80~85%，不受运行方式、故障 类型的影响。
4.3距离保护整定计算★★★
I1
I2 k
三、距离Ⅱ段
1.定值: 与相邻元件保护配合。
相邻元件保护范围末端故障时本保护的测量阻抗：
Z L min
K III rel
Kss
Kre
cos(set
L )
Z III set1
sZetopL
L
ZL min
4.3距离保护整定计算★★★
k1
Hale Waihona Puke k2四、距离Ⅲ段2.灵敏度校验
(1)近后备：故障点取本线路末端k1
III
Z
set1
K sen近
ZMN
要求
K sen近
1.5
(2)远后备：故障点取相邻线路末端k2
五、多边形特性的整定★
jX X set
P
N
Rset
接地短路：杆塔等电阻，可达数十欧姆。
220kV系统中一般考虑最大100Ω； 500kV系统中一般考虑最大300Ω。
4.4过渡电阻对距离保护的影响
二、单侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
M
N
P
QF1
Zm2 Rg
QF2 Rg k(3)
Zm1 ZMN Rg
各测量阻抗均增大， 保护范围缩小；
两个保护可能同时以 第Ⅱ段的时间动作，将会 失去选择性。
k2
二、距离Ⅰ段
1.定值： 躲过相邻元件出口短路时的测量阻抗
ZI set1
KI rel
Z
MN
KI rel
0.8
~
0.85
2.时间： t1 0
3.保护范围：
线路全长的80~85%，不受运行方式、故障 类型的影响。
4.3距离保护整定计算★★★
I1
I2 k
三、距离Ⅱ段
1.定值: 与相邻元件保护配合。
相邻元件保护范围末端故障时本保护的测量阻抗：
Z L min
K III rel
Kss
Kre
cos(set
L )
Z III set1
sZetopL
L
ZL min
4.3距离保护整定计算★★★
k1
Hale Waihona Puke k2四、距离Ⅲ段2.灵敏度校验
(1)近后备：故障点取本线路末端k1
III
Z
set1
K sen近
ZMN
要求
K sen近
1.5
(2)远后备：故障点取相邻线路末端k2
五、多边形特性的整定★
jX X set
P
N
Rset
距离保护原理及阻抗继电器
K U U m − K I1 I m ≤ K I 2 I m
全KI： ：
i
i
i
i
i
i
讲稿图
KI1 = 0、w3=0
i i i i i
i
w2=w3 方向KI： 方向 ： KI1 = KI 2 = KI 、
偏移KI： 偏移 ： KI 2 > KI1 、w 2>w 3
电网距离保护
讲稿
电力系统继电保护
2. 相位比较原理 抓直径 相位比较原理—抓直径 动作条件： 动作条件：
电网距离保护
jX
Zset Zset-Zm
0
Z set − Z m −90° ≤ ≤ 90° Z m + α Z set
Zm
R
−90° ≤
K I Im − KU Um KU Um +α K I Im
电网距离保护
jX
Zset Zset-Zm Zm
0 R
Z set − Z m −90° ≤ ≤ 90° Zm
−90° ≤
K I Im − KU Um
i i
i
i
i
i
≤ 90°
KU Um
电力系统继电保护
相位比较测量回路： 相位比较测量回路：
电网距离保护
讲稿
电力系统继电保护
3. 阻抗继电器的最大灵敏角
电网距离保护
电力系统继电保护
4. 三段式距离保护的原理框图
起动
电网距离保护
Z Z
Z
I
II
t
II
≥1
&
出口
III
t III
组成
测量回路：阻抗继电器 （核心） 测量回路：阻抗继电器KI（核心） 起动回路：负序电流继电器KAN 起动回路：负序电流继电器 逻辑回路： 逻辑回路：门电路和时间电路
电网距离保护的基本原理及构成
90 arg Zm jZ set 90 jZ set
(3.27)
特点：电抗特性的动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无
关，因而它有很强的耐过渡电阻能力。但它本身不具有方向性，且负荷
阻抗下也可能动作，所以通常不能独立应用，而是复合，形成具有复合
特性的阻抗元件。
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
时，特性圆向右偏转，反之，当α为负角时，特性圆左偏。
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
2、苹果形和橄榄形阻抗元件
如果各相位比较方程中动作的范围不等于180°，对应的动作特性就不再是 一个圆。以方向圆特性为例，将式（3.20）中的动作边界改为-β和β，对应的 动作方程变为：
arg Zset Zm Zm
3.1.5距离保护的构成
启动部分 要求：当作为远后备保护范围末端 发生故障时，启动部分应灵敏、快 速（几毫秒）动作，使整套保护迅 速投入工作。
测量部分 要求：在系统故障的情况下，快速、准确地 测定出故障方向和距离，并与预先设定的保 护范围相比较，区内故障时给出动作信号， 区外故障时不动作。
3.2.1阻抗继电器及其动作特性
(3.29) 直线2，相应的特性称为准电阻特性或 修正电阻特性，它与直线1的夹角为θ，
特点：电阻特性通常也是与其它特性 对应的相位比较式的动作方程为：
复合，形成具有复合特性的阻抗元件
。
90 arg Zm Rset 90 Rset
(3.30)
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
B-电阻特性
电阻特性的动作边界如图3-13所示。动作边 界直线平行于jX，它到jX的距离为Rset，直 线的左侧为动作区。电阻特性阻抗形式的绝 对值方程为：
电力系统继电保护课件第四章 距离保护
通过引入人工智能技术，提高距离保护的自动化水平和智能化能力。
2
通信协议
距离保护的通信协议将不断改进，以支持更高效和更可靠的数据传输。
3
多功能化
距离保护将逐渐融合其他保护功能，实现集成化和多功能化。
局限性
• 对系统参数变化敏感 • 不适用于所有类型的故障 • 需要准确的线路模型
距离保护的主要技术指标
保护动作速度 灵敏度 抗干扰能力 配置灵活性
快速响应故障，减少损失 准确判断故障位置，提高保护的可靠性 抵御外部干扰，确保保护的准确性 可根据实际需求调整和配置保护参数
距离保护的未来发展趋势
1
智能化
距离保护的特点
1 快速准确
距离保护能够迅速响应故障并准确判断故障位置，有助于及时采取措施进行修复。
2 灵活可靠
距离保护具有灵活的配置和调整选项，可适应不同的电力系统，并提供可靠的保护。
3 适用范围广
距离保护适用于各种电力设备和系统，包括输电线路、变电站、发电厂等。
距离保护的常见应用场景
输电线路
距离保护广泛用于长距离输电线路，以保护线 路免受短路故障和过电流等异常情况的影响。
发电厂
距离保护在发电厂应用中，主要用于保护发电 机、ห้องสมุดไป่ตู้压器和主变等关键设备，确保电力系统 的可靠性。
变电站
在变电站中，距离保护用于保护变压器、开关 设备和其他电力设备，确保其正常运行。
配电系统
距离保护也适用于配电系统，用于保护配电线 路和其他低压设备免受故障的影响。
距离保护的优点和局限性
优点
• 准确判断故障位置 • 快速响应故障 • 灵活可靠
电力系统继电保护课件第 四章 距离保护
第四章距离保护
第四章 距离保护一、GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定（一)对110kV 线路的下列故障,应装设相应的保护装置 （1）单相接地短路. (2）相间短路。
（二)110kV 线路装设相间短路保护装置的配置原则如下（1）主保护的配置原则。
在下列情况下，应装设全线速动的主保护 1)系统稳定有要求时.2）线路发生三相短路，使发电厂厂用电母线或重要用户电压低于额定电压的60％，且其他保护不能无时限和有选择性地切除短路时.（2)后备保护的配置原则.11OkV 线路后备保护配置宜采用远后备方式。
（3）根据上述110kV 线路保护的配置原则，对接地短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定:1)宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护.2）对某些线路，当零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或二段零序电流保护作后备保护。
（4）根据上述11OkV 线路保护的配置原则，对相间短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定:1)单侧电源线路，应装设三相多段式电流或电流电压保护。
2）双侧电源线路，可装设阶段式距离保护装置。
3)并列运行的平行线，可装设相间横联差动及零序横联差动保护作主保护.后备保护可按和电流方式连接.4)电缆线路或电缆架空混合线路，应装设过负荷保护。
保护装置宜动作于信号。
当危及设备安全时,可动作于跳闸。
二、DL 400-91《继电保护和安全自动装置技术规程》规定（一)ll0~220kV 中性点直接接地电力网中的线路保护 (1）对相间短路，应按下列规定装设保护装置。
1）单侧电源单回线路，可装设三相电流电压保护，如不能满足要求,则装设距离保护; 2）双侧电源线路宜装设距离保护；(2）对接地短路,可采用接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护. (二）330~500kV 线路的后备保护（1）对相间短路，后备保护宜采用阶段式距离保护.(2）对接地短路,应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护，对中长线路，若零序电流保护能满足要求时，也可只装设阶段式零序电流保护。
电网的距离保护
1. 全阻抗继电器特性 2. 方向阻抗继电器特性 3. 偏移阻抗继电器特性
（1）复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器
1. 全阻抗继电器
动作特性：阻抗动作区是一个以原点为圆心、Z zd 为半径
的圆。即唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小（幅
值），与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安
装处的正向或反向无关。
2、电抗互感器次级W3侧接有电阻性负载时的原理分析
通过在电抗互感器DKB二次侧绕组W3上接入不同的电阻， 实现调整模拟阻抗角Z 的不同。
式中Z 取决于DKB本身的励磁阻抗 Z m和次级绕组外接电阻R。 U2 IJ Zm IJ (Rm jX m )
2. 阻抗继电器的交流回路原理接线
实现电压动作方程中各电压的加和减。
阻抗继电器的测量阻抗可以在 阻抗复平面图上进行表示。
测量阻抗 Z J 是阻抗复平面图
上的一个向量。
阻抗继电器的动作特性
阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗 动作区来表示。
阻抗动作区：是阻抗复平面图 上的一个区域，当测量阻抗落 在区域内，则阻抗继电器认为 是内部故障，继电器动作
三种阻抗动作区：
测量阻抗：Z J
U J IJ
R
jX
U
Байду номын сангаас
：输入阻抗继电器的相电压或线电压
J
IJ ：输入阻抗继电器的相电流或相电流之差
反映的短路类型：接地或相间短路
阻抗是复数，是向量，既有大小（幅值），也有方向（相位）
ZJ
U J IJ
U B / ny IBC / nl
Zd
nl ny
;
nl 是电流互感器TA的变比；
ny 是电压互感器TV的变比；
（1）复平面分析圆或直线特性的阻抗继电器
1. 全阻抗继电器
动作特性：阻抗动作区是一个以原点为圆心、Z zd 为半径
的圆。即唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小（幅
值），与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安
装处的正向或反向无关。
2、电抗互感器次级W3侧接有电阻性负载时的原理分析
通过在电抗互感器DKB二次侧绕组W3上接入不同的电阻， 实现调整模拟阻抗角Z 的不同。
式中Z 取决于DKB本身的励磁阻抗 Z m和次级绕组外接电阻R。 U2 IJ Zm IJ (Rm jX m )
2. 阻抗继电器的交流回路原理接线
实现电压动作方程中各电压的加和减。
阻抗继电器的测量阻抗可以在 阻抗复平面图上进行表示。
测量阻抗 Z J 是阻抗复平面图
上的一个向量。
阻抗继电器的动作特性
阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗 动作区来表示。
阻抗动作区：是阻抗复平面图 上的一个区域，当测量阻抗落 在区域内，则阻抗继电器认为 是内部故障，继电器动作
三种阻抗动作区：
测量阻抗：Z J
U J IJ
R
jX
U
Байду номын сангаас
：输入阻抗继电器的相电压或线电压
J
IJ ：输入阻抗继电器的相电流或相电流之差
反映的短路类型：接地或相间短路
阻抗是复数，是向量，既有大小（幅值），也有方向（相位）
ZJ
U J IJ
U B / ny IBC / nl
Zd
nl ny
;
nl 是电流互感器TA的变比；
ny 是电压互感器TV的变比；
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
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。
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全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标 原点为圆心的一个圆，动作区在圆内，没有方向性。全阻抗 继电器的动作与边界条件为 ：
ZK Zset
ZK
两边同乘IK，则
UK IK ZK IK Zset
比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路如下 图所示。全阻抗继电器动作方程为
K I Im KUUm
1 2
K I
Im
U A UB
（2）相位比较
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：
其动作与边界条件为
90 arg Z set Z m 90 或 90 arg Zset Zm 270
Zm
Zm
短路阻抗的角度改变，继电器的启动阻抗随之变化。让启动阻抗等于Zset， 此时的阻抗角最大，继电器动作最灵敏，称为最大灵敏角。一般取为被保
正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，
即
Zm
U m Im
A
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
Ud=0
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，即
Zm
U m Im
U k IK
Zk
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（比如电压/电流）。
2）时限特性
以下图中线路BC的距离保护Ⅰ段为例来进行说明。其
整 相定等阻。抗Zset 0.85ZBC ，并假设整定阻抗角与线路阻抗角
正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zm与
R轴的夹角为线路的阻抗角d；
反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相
量，落在
Z
I se
t
向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗
护线路的阻抗角。
4）偏移特性阻抗继电器
（1）幅值比较（为了消除在继电器出口短路时的电压死区）
偏移特性阻抗继电器的动作特性，圆的直径为 Zset1 Zset2
圆心坐标 1 2
圆的半径为
(Z set1 Z set2 )
1 2
(Z set1
Z set2
解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。
1）距离保护的基本概念
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，故又称之为阻抗保护。
A
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
Ud=0
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，这个保护范围通常用给定 阻抗的大小来实现。
第四章 电网的距离保护
一、距离保护概述 二、阻抗继电器动作特性 三、阻抗继电器的接线方式 四、阻抗继电器的实现方法 五、圆特性方向阻抗继电器 六、距离保护的整定计算 七、影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 八、工频变化量距离继电器
一 距离保护概述
思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经 济，但是受电网接线方式及系统运行方式的影响大， 难于满足高电压、大容量电网对保护的要求。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？
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 的是三阶梯型时限特性。
3）距离保护的组成
起动元件：其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。 采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。 距离元件：作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量 阻抗），一般采用阻抗继电器。 方向元件：作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向 继电器，或方向元件和阻抗元件相结合。 时间元件：作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以 保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。
5 tⅡ
出口 8 跳
元件
闸
6 ZⅢ
7 tⅢ
距离保护原理的组成元件框图
二 阻抗继电器及其动作特性
1）阻抗继电器的基本特性
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Biblioteka Zm=U m Im
Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来 分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。
Zset - Zm
分子分母同乘以测量电流得
90
arg
Zset Im Z setIm
Zm Im Zm Im
90
令
UUDc
K I Im K I Im
KUU m KUU m
故相位比较的动作方程为
90
arg
U U
C D
90
（3）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
继电器不动作。
在实际情况下，由于互感器误差、故障点过渡电阻等
因素，继电器实际测量到的阻抗并不能严格地落在Zset的
直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。因此让阻抗 继电器的动作特性为一个圆。如下图所示的阻抗继电器的 动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。
2）全阻抗继电器
（1）幅值比较
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，……
1
起动 元件
22
方向 元件
3 ZⅠ
4 ZⅡ
Zm Z set cos( L m )
幅值比较的动作与边界条件为
1
1
2 Z set Z m 2 Z set
分子分母同乘以测量电流得
1 2
Z set Im
U
m
1 2
Im Z set
1 2
K
I
Im
KUU m
1 2
KI
I| m
故幅值比较的动作方程可写成
动作量
制动量
U A
1 2
K I
Im
UB
KUU m
电流量 电压量
U A K I Im U B KUU m
幅值比较的继电器的动作 方程 为：
U A UB
（2）相位比较
继电器的动作边界条件为:
（?）
90 arg Z set Z m 90 或 90 arg Zset Zm 270
Z set Z m
Zset Zm
Zset + Zm
ZK Zset
ZK
两边同乘IK，则
UK IK ZK IK Zset
比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路如下 图所示。全阻抗继电器动作方程为
K I Im KUUm
1 2
K I
Im
U A UB
（2）相位比较
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：
其动作与边界条件为
90 arg Z set Z m 90 或 90 arg Zset Zm 270
Zm
Zm
短路阻抗的角度改变，继电器的启动阻抗随之变化。让启动阻抗等于Zset， 此时的阻抗角最大，继电器动作最灵敏，称为最大灵敏角。一般取为被保
正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，
即
Zm
U m Im
A
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
Ud=0
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，即
Zm
U m Im
U k IK
Zk
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（比如电压/电流）。
2）时限特性
以下图中线路BC的距离保护Ⅰ段为例来进行说明。其
整 相定等阻。抗Zset 0.85ZBC ，并假设整定阻抗角与线路阻抗角
正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zm与
R轴的夹角为线路的阻抗角d；
反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相
量，落在
Z
I se
t
向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗
护线路的阻抗角。
4）偏移特性阻抗继电器
（1）幅值比较（为了消除在继电器出口短路时的电压死区）
偏移特性阻抗继电器的动作特性，圆的直径为 Zset1 Zset2
圆心坐标 1 2
圆的半径为
(Z set1 Z set2 )
1 2
(Z set1
Z set2
解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。
1）距离保护的基本概念
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，故又称之为阻抗保护。
A
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
Ud=0
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，这个保护范围通常用给定 阻抗的大小来实现。
第四章 电网的距离保护
一、距离保护概述 二、阻抗继电器动作特性 三、阻抗继电器的接线方式 四、阻抗继电器的实现方法 五、圆特性方向阻抗继电器 六、距离保护的整定计算 七、影响距离保护正确工作的因素及采取的防止措施 八、工频变化量距离继电器
一 距离保护概述
思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经 济，但是受电网接线方式及系统运行方式的影响大， 难于满足高电压、大容量电网对保护的要求。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？
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 的是三阶梯型时限特性。
3）距离保护的组成
起动元件：其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。 采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。 距离元件：作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量 阻抗），一般采用阻抗继电器。 方向元件：作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向 继电器，或方向元件和阻抗元件相结合。 时间元件：作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以 保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。
5 tⅡ
出口 8 跳
元件
闸
6 ZⅢ
7 tⅢ
距离保护原理的组成元件框图
二 阻抗继电器及其动作特性
1）阻抗继电器的基本特性
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Biblioteka Zm=U m Im
Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来 分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。
Zset - Zm
分子分母同乘以测量电流得
90
arg
Zset Im Z setIm
Zm Im Zm Im
90
令
UUDc
K I Im K I Im
KUU m KUU m
故相位比较的动作方程为
90
arg
U U
C D
90
（3）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
继电器不动作。
在实际情况下，由于互感器误差、故障点过渡电阻等
因素，继电器实际测量到的阻抗并不能严格地落在Zset的
直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。因此让阻抗 继电器的动作特性为一个圆。如下图所示的阻抗继电器的 动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。
2）全阻抗继电器
（1）幅值比较
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，……
1
起动 元件
22
方向 元件
3 ZⅠ
4 ZⅡ
Zm Z set cos( L m )
幅值比较的动作与边界条件为
1
1
2 Z set Z m 2 Z set
分子分母同乘以测量电流得
1 2
Z set Im
U
m
1 2
Im Z set
1 2
K
I
Im
KUU m
1 2
KI
I| m
故幅值比较的动作方程可写成
动作量
制动量
U A
1 2
K I
Im
UB
KUU m
电流量 电压量
U A K I Im U B KUU m
幅值比较的继电器的动作 方程 为：
U A UB
（2）相位比较
继电器的动作边界条件为:
（?）
90 arg Z set Z m 90 或 90 arg Zset Zm 270
Z set Z m
Zset Zm
Zset + Zm