电网距离保护作用原理及实现
距离保护的基本原理及应用举例
主要元件为距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电 流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范 围通常用整定阻抗 的大小来实现。 Z set
故障时，首先判断故障的方向 ：
若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护 安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset， 说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开 对应的断路器；若Lk大于Lset，说明故障发生在保护范围之 外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
方向阻抗继电器特性圆
jX
Z set
1 Z set 2
Z m 1 Z set 2
o
R
1 1 Z m Z set Z set 2 2
全阻抗继电器
特性：全阻抗继电器的动作特性是以保护安
装点为圆心、以整定阻抗Zset为半径所作的一 个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区，圆 周是动作边界。 特点： 动作无方向性； 动作阻抗与整定阻抗相等。
的测量阻抗减小，保护范围延长， 可能造成保护无选择动作。 解决：在整定计算中解决，计算 动作电流时引入最小分支系数。
灵敏度校验：
K sen
Z 1.25 Z 12
II ( x) 2
II set
动作时间：t t
t
3、距离III段
整定原则：躲过本线路最小负荷阻抗
III set
5、整定计算举例
【例 3-1】 在图所示110kV网络中,各线路均装有距离保护，已知Z sA.max=20Ω、 Z sA.min=15Ω、Z sB.max=25Ω、Z sB.min=20Ω，线路AB的最大负荷电流 I L.max=600A，功率因数为0.85，各线路每公里阻抗Z 1=0.4Ω/km，线路阻抗角 =70º ，电动机的自起动系数K ast=1.5，保护5三段动作时间=2s，正常时母线最低 工作电压U L,min取等于0.9U N (U N=110kV)。试对其中保护1的相间保护短路Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ段进行整定计算。（各段均采用相间接线的方向阻抗继电器）
第三章距离保护
第三章距离保护第三章：电网距离保护1.距离保护的定义和基本原理：距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的壁纸，反映故障点到保护安装处的距离而工作的保护。
基本原理：按照继电保选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在下路MN内部故障时，保护装置才应该立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。
与电流速断保护一样，为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。
当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若LK大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。
｝通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接地测量和判断故障距离。
2.几种继电器的方式：苹果特性：有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。
电抗特性：动作情况至于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的能力。
但是它本身不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
电阻特性：通常也与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。
多边形特性：能同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。
3测量阻抗：Zm定义为保护安装处测量电压Um&与测量电流Im&之比，即Um&/Im& 动作阻抗：使阻抗原件处于临界动作状态对应的阻抗（Zop）。
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。
第九讲电网的距离保护
K2、K4—具有阻抗量纲的比例系数
(一)比幅式阻抗继电器
U A K1U m K2Im
U B K3U m K4Im
动作条件：
U A U B
1.当K1===0时
K2Im K3Um K4Im
K2 K3
U m Im
K4 K3
其动作特性是以K4/K3为圆心，以K2/K3为半径的园
按加入的电压和电流的相数分：有单相式和多相式
按被比较两个电压的方式分：有相比较和幅值比较
(2)阻抗继电器的分析方法
在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性 (a)网络接线 (b)被保护线路的测量阻抗及动作特性
2、测量阻抗 测量阻抗：加入阻抗继电器的电 压和电流的比值
整定阻抗：以线路全长的（80-85）%的阻抗， 其阻抗角为线路的阻抗角 3、利用复数平面分析阻抗继电器的特性
当θ1≥180°≥θ2时，特性曲线的外部为动作区
1.园特性阻抗继电器 当θ2-θ1=180°时，动作特性为园，ab为弦； 当θ2=270 °，θ1= 90°时，动作特性是以ab为直径的园； 若令K1=K3，K2=-K4,则为全阻抗继电器。 若令K1=K3，K2=0,则为方向阻抗继电器。
2.橄榄形特性阻抗继电器 当θ2-θ1< 180°时， 且（θ2-θ1）/2= 180°
①若 K2=K4=KI
KI K3
U m Im
KI K3
为方向阻抗继电器
②K4>K2，为上抛园； ③K4<K2，为偏移特性阻抗园。
2.当K1=K3=Ku时
KUUm K2Im KUUm K4Im
Zm
K2 KU
Zm
K4 KU
令
K2 KU
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；
继电保护之距离保护
范围，或反向。
距离保护的保护范围和灵敏度受运行方式的影响较小， 尤其是距离保护Ⅰ段的保护范围比较稳定，同时，还具备 判别短路点方向的功能。
5/59
Um 测量阻抗Z m 通常为复数，还可以表示为： Im
Um Zm Z m m Rm jX m Im Z m — 测量阻抗的幅值；
18/59
通用式 : Um UK Z1 Im K 3 I 0 m
U K U K 0 3 I0 0
U UK Z1 I K 3 I 0 Z1 I
因此，接地测量阻抗为： U Zm Z1 I K 3 I 0
3/59
3.1.1
距离保护基本原理
利用保护安装处测量电压和测量电流(适当选择接
线方式)的比值 U m / I m 所构成的继电保护方式-----称为阻抗保护。
对于输电线路，由于
U m / I m z1lm
，
U m / I m 能反映短路点到保护安装处的距离 l m ，
因此，通常也称为距离保护。其中，
U m U 1m U 2 m U 0 m
U 1 K U 2 K U 0 K Z1 I1m Z 2 I 2m Z 0 I 0m
Z1 Z 2时
U K Z1 I1 m Z1 I 2 m Z 0 I 0 m
接地距离接线方式 A相 B相 C相
UC UA UB I A k 3I 0 I B k 3I 0 I C k 3I 0
相间距离接线方式 AB相 BC相 CA相
U AB I A IB
第三章距离保护-1解析
B
C
1
2
ZT
D
1. 距离保护I段： 按躲过线路末端短路整定
ZsIet1 KIrel ZAB
其中 KIrel 0.8 ~ 0.85
一、距离保护的整定计算
2. 距离保护II段：
A
B
C
1
2
ZT
D
(1)定值计算： ① 与相邻线路的距离I段配合
ZsIeIt1 KIreI l(ZAB Kb.minZsIet2)
EA A Z K3 1
Ik K1
K2
B EB
2
Zk1
Zset
jX
Zk2
Zset
Zk1
k
ZL
A
L
R
Zk3
3.1 距离保护的基本原理与构成
由三段构成
Ⅰ段 主保护
Ⅱ段
Ⅲ段 后备保护
二、距离保护的时限特性
指距离保护的动作时间 t与保护安装点至短
路点之间的距离 的l关k 系。
3.1 距离保护的基本原理与构成
jX
B A
C
Zset
Zm Zset
Zm
R
3.2 阻抗继电器及其动作特性
二、利用复数平面分析圆特性阻抗继电器
2、方向阻抗继电器
jX
Zset C
B R
Zm A
方向阻抗继电器的特点：
（1）有死区 （2） Zo随p 变m化而不同 （3）有明确的方向性
3.3 阻抗继电器的接线方式
一、基本要求和接线方式
基本要求： (1) 测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间
的距离； (2) 继电器的测量阻抗与故障类型无关;
3.3 阻抗继电器的接线方式
继电保护教程 第三章 距离保护
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。
Z 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：AB Idz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(21Idz AB IIK IIdz 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。
圆1：以od 为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od 为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二﹑利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理 B A U U ..≥J相位比较原理 90arg 90..≤≤-DC U U（一） 全阻抗继电器 特点），以Z zd 为半径的圆。
电力系统继电保护-3 电网距离保护
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，并与预先设定的方向和距离相比较，区内故障时给出动作信 号，区外故障时不动作。
3.2.2 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。 • 圆特性——动作区域为圆形； • 四边形特性——动作区域为四边形。 • 动作方程——描述动作特性的复数的 数学方程。 • 绝对值（或幅值）比较动作方程—— 比较两个量大小的绝对值比较原理表 达式。 • 相位比较动作方程：比较两个量相位 的相位比较原理表达式。
电力系统继电保护
3 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
才能得到正确的故障阻抗
在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点的 线路正序阻抗。三个继电器均能正确动作。
在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点 到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大， 不会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间 的原因
在两相接地短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测 量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余 两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。
相间距离保护：0°接线方式可以正确反应三相短路、两相 短路、两相接地短路，不能正确反应单相接地短路。
具有零序电流补偿的0°接线方式的分析
1 ．单相接地短路 以 A 相单相接地短路故障为例
（2）方向圆特性 令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
方向圆特点： 在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗 都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作， 阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段 （1段和 2段）中。
=180°
在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在 180°左右 的一个范围内，测量元件就应该动作
多个负号，两边减180° 方向圆特性
阻抗继电器的死区
在
中
Um称为参考电压或极化电压作为判断口 Uop 相位的参考
当在保护安装处正方向出口发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很 小，加到继电器的电压（Um）为零或者小于继电器动作所需的最小电压 时，方向继电器会出现死区。测量阻抗 Zm 的阻抗值都很小，正好处于阻 抗元件临界动作的边沿上，有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短 路时误动的情况。
第三章 电网距离保护
K se n( 2)
Z III set.1
Z AB K Z b.max next(BC)
1.2
二、对距离保护的评价
1. 选择性
在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。
2. 速动性
距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电 源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除 故障。
3. 灵敏性
-αZzd
Zzd Zzd-ZJ
ZJ R
ZJ+α Zzd
总结三种阻抗的意义：
—测量阻抗Zm：由加入继电器的电压Um与电流Im的比值确 定。
Zm
Um Im
—路整阻定抗阻。抗Zset：一般取继电器安装点到保护范围末端的线 全阻抗继电器：圆的半径 方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径 偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点 到圆周的长度。
当 ︱ EM︱= ︱EN ︱ 且系统中各元件阻抗角相等 时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点 （ 即 Z ∑ /2处）。
.
U
m
1 2
.
I
m
Z set
1 2
.
I
m
Z set
3、比相式方向阻抗继电器
jX Zzd
Zzd-ZJ
ZJ R
90o arg Zset zm 90o Zm
.
90o
arg
I m Z set
.
U m
90o
Um
（三）偏移特性阻抗继电器
1、 偏移特性阻抗继电器的动作特
性：
jX
正方向： ：整定阻抗Zset
一、构成阻抗继电器的动作特性
单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压 Um和一个电流Im的阻抗继电器。其中电压Um与电流 Im的比值称为测量阻抗。
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：
电网的距离保护
（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
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。
距离保护的工作原理
距离保护的工作原理
距离保护是一种用于保护电气设备及线路的技术，其工作原理是基于电磁感应的原理。
距离保护主要由距离保护装置和电流互感器组成。
当电力系统中发生故障时，电流互感器将故障电流信号转换为相应的电压信号，传送给距离保护装置。
距离保护装置会通过测量故障发生点与保护位置之间的阻抗值，来判断故障的位置。
在正常运行状态下，距离保护装置会根据设定的保护范围来判断电流的流动是否正常。
当电流流过设定的距离保护范围时，保护装置会正常工作，不会触发保护动作。
但当发生故障时，故障电流会导致故障点周围的电路阻抗发生变化。
根据距离保护装置预设的阻抗-时间特性曲线，装置会根据测
量得到的阻抗值来判断故障的位置，并计算出故障点与保护位置之间的距离。
如果故障点距离保护位置的距离超过了设定值，距离保护装置会触发保护动作，切断电流源，以保护设备免受故障影响。
总之，距离保护的工作原理是利用电流互感器测量故障电流信号，并根据测量得到的阻抗值来判断故障的位置，从而实现对电气设备及线路的保护。
距离保护原理
距离保护原理系统在正常运行时，不行能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流爱护的爱护范围将缩短，灵敏度降低；而距离爱护，顾名思义它测量的是短路点至爱护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，爱护范围稳定。
常用于线路爱护。
距离爱护的详细实现方法是通过测量短路点至爱护安装处的阻抗实现的。
距离爱护是以距离测量元件为基础构成的爱护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数(阻抗、电抗、方向)与设定的被爱护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比，故名距离爱护。
距离爱护是以距离测量元件为基础构成的爱护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数(阻抗、电抗、方向)与设定的被爱护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比，故名距离爱护。
距离爱护主要用于输电线的爱护，一般是三段或四段式。
期一、二段带方向性，作为本线段的主爱护，第一段爱护线路的80％-90％。
其次段爱护余下的10％-10％并相邻母线的后备爱护。
第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线段的后备爱护。
整套距离爱护包括故障启动、故障距离测量、相应的时间规律回路与电压回路断线闭锁，有的还配有振荡闭锁等基本环节以及对整套爱护的连续监视等装置。
有的接地距离爱护还配备单独的选相元件。
距离爱护主要用于输电线的爱护，一般是三段或四段式。
期一、二段带方向性，作为本线段的主爱护，第一段爱护线路的80％-90％。
其次段爱护余下的10％-10％并相邻母线的后备爱护。
第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线段的后备爱护。
距离爱护包括故障启动、故障距离测量、相应的时间规律回路与电压回路断线闭锁，有的还配有振荡闭锁等基本环节以及对整套爱护的连续监视等装置。
有的接地距离爱护还配备单独的选相元件。
所以距离爱护，也叫阻抗爱护。
距离爱护依据这个阻抗的大小确定爱护安装处至故障点的距离，并依据这个距离的远近而确定爱护动作时间级别的一种爱护装置。
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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。
Z 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：AB Idz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护II 段：)(21Idz AB IIK IIdz 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J3）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。
圆1：以od 为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od 为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二﹑利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理 B A U U ..≥相位比较原理90arg 90..≤≤-DC U U（一） 全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Z zd 为半径的圆。
圆内为动作区。
Z dz.J ——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。
无论Ψd 多大，zd J dz Z Z =.，它没有方向性。
1. 幅值比较原理：zd J Z Z ≤两变同乘J I .，且J J J U Z I ..=，所以zd J J Z I U ..≤，这也就是动作方程。
2.90arg90≤-+≤-Jzd Jzd Z Z Z Z分子分母同乘以I J ，90arg90....≤-+≤-Jzd J J zd J U Z I U Z I（二） 方向阻抗继电器以Z zd 为直径，通过坐标原点的圆。
圆内为动作区。
Z dz.J随ΨJ 改变而改变，当 ΨJ 等于Z zd 的阻抗角时，Z dz.J 最大，即保护范围最大，工作最灵敏。
Ψlm ——最大灵敏角，它本身具有方向性。
1. 幅值比较原理：zd zd J Z Z Z 2121≤-Jzd J zd J J Z I Z I U ...2121≤-2. 相位比较原理： 90arg90≤-≤-Jzd JZ Z Z90arg90...≤-≤-Jzd J J U Z I U（三） 偏移特性阻抗继电器 正方向：整理阻抗Z zd 反方向：偏移-αZ zd (α<1) 圆内动作。
圆心zd zd zd Z Z Z Z )1(21)(210αα-=-=半径：zd Z )1(21α+ Z dz.J 随 ΨJ 变化而变化,但没有安全的方向性。
1. 幅值比较原理zd J Z Z Z )1(210α+≤-zdJ Z Z Z )1(21)1(21αα+--....)1(21)1(21zd J zd J J Z I Z I U αα+≤--2. 相位比较原理 90arg90≤-+≤-Jzd zdJ Z Z Z Z α90arg90....≤-+≤-Jzd J zd J J U Z I Z I U α总结三种阻抗的意义：1） 测量阻抗Z J ：由加入继电器的电压U J 与电流I J 的比值确定。
JJ J I U ..arg=ϕ2） 整定阻抗Z zd ：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。
全阻抗继电器：圆的半径方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径 偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。
3） 起动阻抗（动作阻抗）Z dz.J ：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压U J 和 电流I J 的比值。
除全阻抗继电器以外：Z dz.J 随ΨJ 的不同而改变。
当ΨJ =Ψlm 时，Z dz.J =Z zd ，此时最大。
三﹑阻抗继电器的构成主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。
U A ﹑U B ﹑U C ﹑U D 基本上是由U J 和I J Z zd 组合而成。
而U J 可直接从PT 二次侧取得，必要时经YB 变换。
而I J Z zd 则经过DKB 获得。
（一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线zd J AZ I U ..21= J c U U ..= zd J J BZ I U U ...21-=J zd J D U Z I U ...-=交流回路交流回路其它的继电器的交流回路的组成，可参照此图自行作成。
（二） 幅值比较回路将U A 和U B 分别整流后进行幅值比较，有两种类型：1． 均压式 U A 整流后在R 1上产生U a ， U B 整流后在R 2上产生U b 。
继电器反应U ab =U a -U b 而动作。
2．环流式 U A 整流后在R 1回路产生I a ,U B 整流后在R 2回路产生I b 。
继电器反应I a -I b 而动作。
BB（三） 相位比较回路90arg90..≤≤-DC U U 它是以测定U C 和U D同时为正的时间来判断它们的相位。
)不动作2．脉冲式比相电路0arg180..≤≤-DC U U加移相器后移相90º，.90'.-=e U U C C90arg90..≤≤-DC U U第三节 阻抗继电器的接线方式 一﹑基本要求要使Z J 正比于l d ，且与故障类型无关。
二﹑常用接线方式微分元件（产生脉冲输出的时间与U C 方波的前沿同时）参见P 90，表3-2，其中0º接线，+30º接线和-30º接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。
相电压和具有k3I 0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。
三﹑分析（一） 母线残压计算公式：假设：Z 1=Z 2，不计负荷电流...10.00.22.11...d A d A d A d A AD A l Z I l Z I l Z I l Z I U U -+++=dA Ad d A d A Ad l Z I k I U l Z Z I l Z I U ..1.0.....100.1..)3()(++=-++= （其中：k=(Z 0-Z 1)/3Z 1，零序补偿系数）同理：..1.0.)3(d B Bd B l Z I k I U U ++=d C Cd C l Z I k I U U 1.0...)3(++=（二） 0º接线方式的分析（设n PT =n l =1）1． 三相短路因为三相对称，继电器1，继电器2，继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析。
0...===Cd Bd Ad U U U 03.0=Il dd BA dB A BA B A J l Z I I l Z I I I I U U Z 1..1......1)(=--=--=同理Z J2=Z j3=Z 1l d结论：在三相短路时，Z J1，Z J2，Z J3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。
2． 两相短路以BC 两相短路为例。
C B I I ..-= 0.=A I 03.0=I..A A E U = dB Bd B l Z I U U 1...+= d C Cd C l Z I U U 1...+=d CB dC B CB C B J l Z I I l Z I I I I U U Z 1..1......2)(=--=--=..Cd Bd U U =d BABd d BdB Bd A BA B A J l Z I E U l Z I l Z I U E I I U U Z 1...1..1......1>-+=---=--=d CACd d CAd C Cd AC A C J l Z I E U l Z I E l Z I U I I U U Z 1...1..1......2>-+=-+=--=结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。
其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。
这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。
3． 中性点直接接地电网的两相接地短路 仍然以BC 两相接地短路为例0..==Cd Bd U U 03.0≠Id CB dd d C B CB C B J l Z I I l Z I k l Z I k l Z I I I I U U Z 1..1.01.01......233)(=--+-=--=d BA B A J l Z I I U U Z 1....1>--=d J l Z Z 13>结论：同两相短路。
（三） 接地短路阻抗继电器的接线方式以A 相接地短路为例0.=Ad U d A dA A A J l Z I k I l Z I k I I k I U Z 1..1.0....13)3(3=++=+=可见：它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。
d B B B J l Z I k E I k I U Z 1.....233>=+=d J l Z Z 13> 均不动所以必须采用三个阻抗继电器。
该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。
（自行分析）第四节 方向阻抗继电器的特性分析由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。
一﹑方向阻抗继电器的死区和清除方法 （一） 产生死区的原因在保护正方向出口发生相间短路时，U J =0，继电器不动作。
发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。
1． 幅值比较式zd J zd J U zd J zd J J Z I Z I Z I Z I U J ..0...21212121.=-⇒≤-=而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。