电力系统继电保护——第三章——电网的距离保护
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国家电网继电保护第三章电网的距离保护
4.Ⅲ段：①定值：按躲开正常运行时的负荷阻抗进行选择； ②时限：使其比距离Ⅲ段保护范围内其它各保护的最大动作时 限高出一个△t。 注：定值取小，时限取长。
三.距离保护的主要组成元件： 1.起动元件： 过电流继电器 低阻抗继电器 负（零）序电流继电器 2.距离元件（ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ）：测量短路点到保护安装地点间的阻抗 （距离）。 3.时间元件：（tⅡ、tⅢ）
.
J
2 Z zd Z J
. .
U
J
2 I J Z zd U J
2）相位比较： 270°≥θ≥90° θ：向量 Zzd 超前于（ZJ－Zzd）的角度 极化电压－－－－ Up＝IJZzd 补偿电压－－－－ U’＝UJ－IJZzd 若取Zzd＝jXzd，则为电抗型继电器，线下为动作区，与ZJ的电阻部分 无关。 6.动作角度范围变化对继电器特性的影响：
Ⅰ.继电器的测量阻抗：ZJ 由加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值确定，ZJ的阻抗角就是UJ、IJ之 间的相位差ΦJ。 Ⅱ.继电器的整定阻抗：Zzd 一般取继电器安装地点到保护范围末端的线路阻抗作为～。 全阻抗继电器：圆的半径； 方向阻抗继电器：最大灵敏角方向上圆的直径； 偏移特性的阻抗继电器：最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。 Ⅲ.继电器的起动阻抗： Zdz.J 表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压UJ与电流IJ的比值。除 全阻抗继电器， Zdz.J随ΦJ的改变而改变。 当ΦJ ＝Φlm时，Zdz.Jmax ＝Zzd
4.功率方向继电器： 1）从阻抗继电器的观点了理解功率方向继电器： 当整定阻抗Zzd ∞时，特性圆 和直径垂直的一条圆的切线。 同：必须是正方向时动作； 异：阻抗继电器，测量阻抗小于一定值时动作。 2）幅值比较：
Z
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。
继电保护(距离保护)
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。
LINYI UNIVERSITY
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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
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。
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
电力系统继电保护电网距离保护原理
9
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
10
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出Zm ，只需间接地判断 它是处在动作边界之内还是处在动作边界之外，即 可确定继电器动作或不动作。
18
偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
19
偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
20
方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
三相系统中测量电压和测量电流的选取
. 两相接地短路故障
有
或者
. 两相不接地短路故障 有
. 三相对称短路 此时故障点处的各相电压相等，且三相系统对称 时均为0。这种情况下，选用任意一相的电压、电 流或任意两相间的电压、电流差作为距离保护的 测量电压和电流均可。
10
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
. 一种是首先精确地测量出Zm ，然后再将它与事先确 定的动作特性进行比较。当Zm落在动作区域之内 时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作 区域之外时，继电器不动作。
. 另一种方法无需精确地测出Zm ，只需间接地判断 它是处在动作边界之内还是处在动作边界之外，即 可确定继电器动作或不动作。
18
偏移圆特性
正向整定阻抗与反向整定阻抗相量末端的连线，就是 圆特性的直径，它将圆分成两部分，即右下部分和左 上部分，当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上 时，有
当测量阻抗落在左上部分 圆周的任一点上时，有
测量元件的动作条件可表示为
19
偏移圆特性
• 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗称为动作阻 抗，通常用Zop 表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继 电器而言，当测量阻抗Zm 的阻抗角不同时，对应的动 作阻抗是不同的。
. 在系统中性点直接接地系统中，发生单相接地时， 故障电流在故障相与大地之间流通；两相接地短路 时，故障电流既可在两故障相与大地间流通，也可 在两故障相间流通；两相不接地短路时，故障电流 在果把故障电流可以流通的通路称为故障环路，则
在单相接地短路时，存在一个故障相与大地之间的
20
方向圆特性
. 在偏移圆特性中，令Zset2 = 0， Zset1 = Zset ，则动作 特性就变成方向圆特性，特性圆经过坐标原点。
《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护 第5678节
导线对杆塔放电的接地短路：杆塔的接地电阻为主 500KV : 300Ω 220KV : 100Ω
二、单侧电源线路过渡电阻的影响
jX C
Z1I
B R
g
Z m1 Rg Z m 2 Z AB Rg
A
Z 2I
Zm Z 2II R
影响：
（1）使测量阻抗增大，保护范围缩短； （2）保护装臵距离短路点越近，受到的影响越大， 可能导致保护无选择性动作（2动，1不动）；
CA C A C A C A
I A I A I [A0 ] [ I B I B I B0 ] I I I [ 0 ]
C C C
相电流差突变量
相电流突变量
m I BC I AB m I BC I CA K(1) m I CA I AB m I CA I BC
i
k
[ U k0 ]
2 N
EN
u[L0]
M1
i
k
[ U k0 ]
2 N
u
u ust utr i ist itr
工频故障分量 U、I
二、故障分量的特点
M1
i
k
[ U k0 ]
2 N
u
（1）仅在故障后存在故障分量。保护引入故障分量 作为测量量，可使保护不受负荷状态、系统振 荡等因素的影响；
U N EN I Z N
U M U N 连线
EM
M1 I
2 N
EN
U
z
EM I 2 sin Z 2
U
U M EM I Z M
U N EN I Z N
电力系统继电保护第3章 距离保护
由UA和UB转换为UC和UD可得相位阻抗继电器动作条件为
cos 0 并将式（3-12）代入式（3-11）可得
90 arg U A U B 90 UA UB
(3-13)
2、比较两个电气量相位原理的阻抗 继电器的构成
90 arg U A U B 90 UA UB
Ur
Ir
图3-1距离保护的作用原理
a)网络接线；b)时限特性
3.1.2距离保护的时限特性
1、距离保护1第I段：瞬时动作， t1 是保护本身固有的动作时间， 其保护范围最好能保护线路AB全长，即整定阻抗为ZAB ，实际上 当线路末端短路和 BC线路出口短路时，电流相差不多，距离保
护1的II段会误动。为此，距离保护1的I段的动作阻抗 ZOP.1＜
I
（可以是相电流
r
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。
3.2 单相式阻抗继电器 3.2.1阻抗继电器分类
测量电压 U r
测量电流 I r
U
Zr
U r Ir
K TV I
K TV K TA
ZK
K TA
作用是测量故障点到保护安装处之间的阻抗（距离），并与
区，特性圆半径为 1
2
Z set1 Z set2
圆心坐标为
。 1
Z0 2 Zset1 Zset2
图3-10a
2、偏移特性阻抗继电器
幅值比较形式的动作阻 抗方程为 ：
1
2
Z set1 Z set2
Zr
1 2
Z set1 Z set2
（3-29 ）
电力系统继电保护3电网距离保护
› 单相接地短路：1个相-地 › 两相接地短路：2个相-地，1个相-相 › 两相短路：1个相-相 › 三相短路：3个相-地，3个相-相
v 距离保护应取故障环路上的电压、电流间的关系判 断故障距离。非故障环路上电压、电流计算得到的 距离大。
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电力系统继电保护3电网距离保护
接线方式
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不随故障类型而变化。
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电力系统继电保护3电网距离保护
三相系统测量电压和测量电流的选取
三相 系统
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电力系统继电保护3电网距离保护
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电力系统继电保护3电网距离保护
单相接地短路
v 以A相接地短路为例
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电力系统继电保护3电网距离保护
两相接地短路
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电力系统继电保护3电网距离保护
三个阻抗意义和区别
v
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电力系统继电保护3电网距离保护
3 电网距离保护
v 3.1 距离保护的基本原理与构成 v 3.2 阻抗继电器及其动作特性 v 3.3 阻抗继电器的实现方法 v 3.4 距离保护的整定计算与评价 v 3.5 距离保护的振荡闭锁 v 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v 偏移圆特性
绝对值比较动作方程
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电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v偏移圆特性
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电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v 方向圆特性 › 比幅式
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电力系统继电保护3电网距离保护
v 距离保护应取故障环路上的电压、电流间的关系判 断故障距离。非故障环路上电压、电流计算得到的 距离大。
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电力系统继电保护3电网距离保护
接线方式
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不随故障类型而变化。
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电力系统继电保护3电网距离保护
三相系统测量电压和测量电流的选取
三相 系统
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电力系统继电保护3电网距离保护
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电力系统继电保护3电网距离保护
单相接地短路
v 以A相接地短路为例
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电力系统继电保护3电网距离保护
两相接地短路
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电力系统继电保护3电网距离保护
三个阻抗意义和区别
v
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电力系统继电保护3电网距离保护
3 电网距离保护
v 3.1 距离保护的基本原理与构成 v 3.2 阻抗继电器及其动作特性 v 3.3 阻抗继电器的实现方法 v 3.4 距离保护的整定计算与评价 v 3.5 距离保护的振荡闭锁 v 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v 偏移圆特性
绝对值比较动作方程
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电力系统继电保护3电网距离保护
圆特性阻抗继电器
v偏移圆特性
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圆特性阻抗继电器
v 方向圆特性 › 比幅式
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电力系统继电保护3电网距离保护
《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护-第1234节
2) 电阻特性
jX
Zm Zm 2Rset
Rset 2Rset
90 arg Zm Rset 90 Rset
90 arg Zm Rset 90
Rset
Zm
3) 方向特性 Zm Zset Zm Zset
Zm Zset
jX Zm Zset
R
Z set R
90 arg Zm 90 Z set
=0
U A U kA (IA K 3I0 ) z1lk
Zm
U m Im
IA
U A K 3I0
z1lk
Zm lk 两个接地阻抗元件动作
4) 两相相间短路（AB）
M 1 Ik
K (2)
2N
U
U Uk (I K 3I0 ) z1lk
U A U kA (IA K 3I0 ) z1lk
Zm
1 2
Z set
1 2
Z
set
90 arg Zset Zm 90 Zm
Zm Zset
90 arg Zset Zm 90 Zm Zset
第三节 阻抗继电器的实现
k3 M 1 Ik
k1
k2 2 N
Lset
动作特性的实现有两种方法：
（1）精确测量Zm －微机保护; （2）无需精确测量Zm，间接判断故障位置－模拟保护
Zm Zset 90 arg Zset Zm 90
Zm Zset
jX
Z set
Zset Zm
Zm
R Zm Zset
动作阻抗Zop：不同测量阻抗角所对应的动作阻抗相同。
方向性：无方向性。
应用：单侧电源系统中。
jX
Z set
R
电力系统继电保护3电网距离保护
❖ 上抛圆特性 动作方程同偏移圆特性
圆特性阻抗继电器
❖ 特性圆的偏移
直线特性阻抗继电器
❖ 电阻特性 ❖ 电抗特性
直线特性阻抗继电器
❖
其他特性
❖ 苹果形、橄榄形、多边形、折线形、复合特性
绝对值比较与相位比较间的转换
❖ 绝对值比较 ❖ 相位比较
三个阻抗意义和区别
❖
3 电网距离保护
❖ 3.1 距离保护的基本原理与构成 ❖ 3.2 阻抗继电器及其动作特性 ❖ 3.3 阻抗继电器的实现方法 ❖ 3.4 距离保护的整定计算与评价 ❖ 3.5 距离保护的振荡闭锁 ❖ 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
❖ 距离III段
保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； 延时动作，逆向阶梯原则
距离保护的延时特性
距离保护的构成
❖ 启动部分、测量部分（核心）、振荡闭锁、电压回 路断线部分、配合逻辑部分、出口部分。
❖ 主要组成元件
3 电网距离保护
❖ 3.1 距离保护的基本原理与构成 ❖ 3.2 阻抗继电器及其动作特性 ❖ 3.3 阻抗继电器的实现方法 ❖ 3.4 距离保护的整定计算与评价 ❖ 3.5 距离保护的振荡闭锁 ❖ 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
比较工作电压相位法 实现故障区段判断
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
比较工作电压相位法
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
比较工作电压相位法
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
❖ 补偿电压的相位在区内外故障时有明显的差异，需 要找到一个参考相量判别这种差异。
❖ Um作为参考电压：正向出口短路时拒动
❖ 对参考电压的要求
电力系统继电保护3电网 距离保护
圆特性阻抗继电器
❖ 特性圆的偏移
直线特性阻抗继电器
❖ 电阻特性 ❖ 电抗特性
直线特性阻抗继电器
❖
其他特性
❖ 苹果形、橄榄形、多边形、折线形、复合特性
绝对值比较与相位比较间的转换
❖ 绝对值比较 ❖ 相位比较
三个阻抗意义和区别
❖
3 电网距离保护
❖ 3.1 距离保护的基本原理与构成 ❖ 3.2 阻抗继电器及其动作特性 ❖ 3.3 阻抗继电器的实现方法 ❖ 3.4 距离保护的整定计算与评价 ❖ 3.5 距离保护的振荡闭锁 ❖ 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
❖ 距离III段
保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； 延时动作，逆向阶梯原则
距离保护的延时特性
距离保护的构成
❖ 启动部分、测量部分（核心）、振荡闭锁、电压回 路断线部分、配合逻辑部分、出口部分。
❖ 主要组成元件
3 电网距离保护
❖ 3.1 距离保护的基本原理与构成 ❖ 3.2 阻抗继电器及其动作特性 ❖ 3.3 阻抗继电器的实现方法 ❖ 3.4 距离保护的整定计算与评价 ❖ 3.5 距离保护的振荡闭锁 ❖ 3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
比较工作电压相位法 实现故障区段判断
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
比较工作电压相位法
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
比较工作电压相位法
❖ 基本原理
工作电压：补偿电压
❖ 补偿电压的相位在区内外故障时有明显的差异，需 要找到一个参考相量判别这种差异。
❖ Um作为参考电压：正向出口短路时拒动
❖ 对参考电压的要求
电力系统继电保护3电网 距离保护
电力系统继电保护第三章+距离保护
Z3 ~ t
Z2
Z1
t3
t t3
t
保护3的II段
保护3的I段
3
t2
t2
பைடு நூலகம்
t
2
t1
L
保护3的III段
距离保护的时限特性
两种接线方式的距离保护在不同故障时的动作情况
接线方式
故障类型
.
.
接地距离保护接线方式
相间距离保护接线方式
A相
.
.
B相
. .
C相
.
. .
.
AB相
I A IB
. .
BC相
.
CA相
.
.
U A I A K 3 I 0 U B I B K 3 I 0 U C IC K 3 I 0 U AB
U BC
rel
Krel
一般取0.8~0.85
Z
set .1
因此，距离Ⅰ段只能保护本线路全长的80~85%， 为切除本线路末端15~20%范围内的故障，需要设 置距离保护Ⅱ段。
A
2
B
1
Zset .1
C
保护1距离Ⅰ段的保护范围末端
4)
Ⅱ段
保护2距离Ⅱ段的保护范围
距离Ⅱ段整定值的选择类似于限时电流速断， 即应使其不超出相邻下一条线路距离Ⅰ段的保护范 围，同时动作时间上带有比相邻下一条线路距离Ⅰ 段高出一个 t 的时限，以满足选择性。
m m . .
电力系统发生短路时，Um降低，Im增大，Zm变为 短路点与保护安装处之间的短路阻抗。对于具有均匀 分布参数的输电线路来说， Zm与短路距离Lk成线性 正比关系，即：
Zm Zk z1 Lk (r1 jx1 )Lk
电力系统继电保护原理第三章
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，它基本上不受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 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Z zd 为半径的圆。
电气系统继电保护第3章电网的距离保护
D
则它们之间的关系符合下式：
•
C
•
B
•
A
•
• •
D B A
3.12
于是，已知
•
•
A和B
时，可以直接求出
•
C
和
•
D
；反之，如已
知
•
C
和
•
D
，也可以利用上式求出
•
•
A和 B
。
•
B
•
C
•
D
•
•
•
A C D
3.13
由此可见，幅值比较原理与相位比较原理之间具有互换性。
必须注意：
①
它只适用于
••
所示，当测量阻抗Zr 位于圆周上时，相量（Zr+Zset）超前 于（Zr-Zset）的角度 90 ，而当Zr位于圆内时， 90； Zr位于圆外时， 90 ，如图3.5(a）和（b）所示。因此， 继电器的启动条件即可表示为：
270 arg Zr Zset 90 3.9
Zr Zset
将两个相量均以电流乘之，即可得到可比较其相位的两 个电压，继电器的启动条件可表示为：
① 用幅值比较方式分析，如图3.8(a)所示，继电器能够启动的条件
为：
Zr Z0 Leabharlann set Z03.17 或等式两端均以电流乘之，即变为如下两个电压的幅值的比较：
•
•
•
U r I r Z0 I r (Zset Z0 )
3.18
② 用相位比较方式的分析，如图3.8(b)所示，当Zr位于圆周上时，
① 用幅值比较方式分析：
Zr
1 2
Z set
1 2
电力系统继电保护-3 电网距离保护
( Z set1 Z set 2 ) 处，半径为 ( Z set1 Z set 2 ) 。 特性圆不包括坐标原点，圆心位于 Z Zm 2 (3-22) 2 90o arg set 90o Z set Z m 偏移圆特性阻抗继电器的绝对值比较动作方程 Z set 2 0 ， Z set1 Z set 代入式（3-18） 将 ，可得到方 偏移圆特性阻抗继电器的相位比较动作方程 1 1 (3-13) Z m ( Z set1 Z set ( Z set1全阻抗圆特性 Z set 2 ) 2) 阻抗元件本身不具方向性 —— Z set 抛圆阻抗特性的动作方程与偏移圆阻抗特性 o o 1 Z m 向园特性的相位比较动作方程： 2 2 (3-18) 90 arg 90 Z m Z set 2 在各个方向上的动作阻抗都相同，它在正向
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
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
电力系统继电保护PPT课件第3章电网的距离保护
电力系统继电保护 ppt课件第3章电网 的距离保护
contents
目录
• 引言 • 距离保护基本原理 • 距离保护的配置与整定 • 距离保护的优缺点 • 实际应用中的问题与对策
01
CATALOGUE
引言
背景介绍
01
电力系统规模不断扩大，对继电 保护的要求也越来越高。
02
距离保护作为继电保护的重要手 段，在保障电网安全稳定运行中 发挥着重要作用。
某地区电网改造项目
针对原有距离保护存在的问题，采用上述解决对策进行改造，提高了保护的可靠 性和准确性，减少了误动作和越级跳闸等问题。
某高压输电线路的运维实践
在高压输电线路的运维中，采用先进的监测技术和自适应算法动态调整保护定值 ，有效避免了因运行方式变化和故障电流过大导致的误动作问题。
THANKS
距离保护的意义
提高电网的稳定性和可靠性
距离保护能够快速准确地切除故障线路，减少故障对整个电网的 影响，提高电网的稳定性和可靠性。
降低设备损坏和停电损失
距离保护能够有效地避免设备损坏和停电事故，减少经济损失和社 会影响。
提高运行管理的智能化水平
距离保护能够实现自动化和智能化控制，提高运行管理的效率和智 能化水平。
总结词
距离保护通常由启动元件、测量元件和执行元件三部分组成 。
详细描述
启动元件的作用是检测故障发生，一旦检测到故障，启动元 件会立即动作；测量元件用于测量故障距离，根据测量结果 判断故障位置；执行元件则根据测量元件的输出信号，执行 相应的动作，如切断故障线路。
距离保护的工作原理
总结词
距离保护通过比较故障点的距离与设定值，来判断是否发生故障。
改进距离保护算法，降低对系统运行 方式和故障类型的敏感度，提高保护 的可靠性和选择性。
contents
目录
• 引言 • 距离保护基本原理 • 距离保护的配置与整定 • 距离保护的优缺点 • 实际应用中的问题与对策
01
CATALOGUE
引言
背景介绍
01
电力系统规模不断扩大，对继电 保护的要求也越来越高。
02
距离保护作为继电保护的重要手 段，在保障电网安全稳定运行中 发挥着重要作用。
某地区电网改造项目
针对原有距离保护存在的问题，采用上述解决对策进行改造，提高了保护的可靠 性和准确性，减少了误动作和越级跳闸等问题。
某高压输电线路的运维实践
在高压输电线路的运维中，采用先进的监测技术和自适应算法动态调整保护定值 ，有效避免了因运行方式变化和故障电流过大导致的误动作问题。
THANKS
距离保护的意义
提高电网的稳定性和可靠性
距离保护能够快速准确地切除故障线路，减少故障对整个电网的 影响，提高电网的稳定性和可靠性。
降低设备损坏和停电损失
距离保护能够有效地避免设备损坏和停电事故，减少经济损失和社 会影响。
提高运行管理的智能化水平
距离保护能够实现自动化和智能化控制，提高运行管理的效率和智 能化水平。
总结词
距离保护通常由启动元件、测量元件和执行元件三部分组成 。
详细描述
启动元件的作用是检测故障发生，一旦检测到故障，启动元 件会立即动作；测量元件用于测量故障距离，根据测量结果 判断故障位置；执行元件则根据测量元件的输出信号，执行 相应的动作，如切断故障线路。
距离保护的工作原理
总结词
距离保护通过比较故障点的距离与设定值，来判断是否发生故障。
改进距离保护算法，降低对系统运行 方式和故障类型的敏感度，提高保护 的可靠性和选择性。
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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全阻抗继电器动作特性
方向阻抗继电器的动作特性
偏移特性阻抗继电器的动作特性
苹果型动作特性
橄榄型动作特性
多边形特性（一）
3.2.3 阻抗继电器的特性分析
1）幅值比较动作方程
2）相位比较动作方程
1）幅值比较动作方程（比幅式）
2）相位比较动作方程
1）幅值比较动作方程
1）幅值比较动作方程
' • 继电器的动作特性在阻抗平面上沿 OO 方向 所占面积越大，受振荡的影响就越大 • 当保护的动作带有较大的延时 ( 1.5s) 时，可 躲过振荡的影响 • 距离保护的第I段和第II段， 必须经过振荡闭锁控制； 距离保护的第三段， 可以利用延时躲过振荡的 影响
5.振荡闭锁措施
基本要求
当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护 区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护 区内故障，不管系统是否发生振荡，都不应闭锁 保护
中国石油大学 信控学院 张丽霞
正常运行时电压、电流和测量阻抗的关系
• 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l的关系称为距离保护的时限 特性
断路器2的 三段t2III应 与继电器3 的三段配 合
3.1.3 距离保护的具体组成元件
3.2 阻抗继电器
• 3.2.1 阻抗继电器的分类 按加入继电器的补偿电压分类 单相式，多相式 按继电器的动作特性分类 圆特性、非圆特性 按比较回路实现方法分类 比幅式、比相式
振荡闭锁措施
①利用短路出现负序分量而震荡时无负序分量 ②利用振荡和短路时电气量变化速度不同
• ①利用短路出现负序分量而震荡时无负序分量
② 利用振荡和短路时电气量变化速度不同
• 利用振荡和短时电气 量变化速度不同
t0 t2 t1
ZK
ห้องสมุดไป่ตู้t2
t1
3.8 距离保护的整定计算及对距离保护的评价
• 3.8.1 距离保护的整定计算 1距离保护Ⅰ段整定阻抗
3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响
M1
M2
3.7.2 电力系统振荡对距离保护的影响
此处 有错 讲完 改
当保护安装处越靠近振荡中心时，受 到影响越大 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
系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响
解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为C相，它通 过高阻值的电阻R接到记忆 回路中 Cj和Rj的连接点上。
正常时 ：电压 U AB较高且Lj、Cj处于工频谐振状态，而R值又 很大，第三相电压 U C 基本上不起作用。
(2)．引入第三相电压
当系统中AB相发生突然短路时：
R j jxcj jxLj U R I cj R j jI R X Lj
I fc fc
U KB U KC 0
I fb
U KB U KC
I fa 0 U fb U fc 0
， ，
I fa(1 ) I fa( 2 ) I fa( 0 ) 0
1 U fa(1) U fa( 2) U fa( 0) U fa 3
3.5 阻抗继电器的精确工作电流 与精确工作电压
在灵敏角条件下，方向阻抗继电器的实际动作条件
0.9Z set
I ac.min
3.6 阻抗继电器的死区
(1) 记忆回路 记忆回路是一个由R、L、C组成的电路
(2)．引入第三相电压
思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过 程中正确动作，但它的作用时间有限。
（1）测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间的距离 （2）测量阻抗与故障类型无关
2 常用的几种接线方式
3.母线残压的计算公式
零序电流补偿系数
4. 0o 接线方式分析
• (1) 三相(金属性)短路时
（2）BC两相短路时
.
UB
E B EC
. .
1 2
(E B EC )
.
.
（2）BC两相短路时
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析 （2）两相接地短路
a b c
1 a a 2 U fa U fa(1) 1 2 a U fb U fa( 2) 3 1 a 1 1 1 U fc U fa( 0)
2）相位比较动作方程
3.3 阻抗继电器的实现方法
回顾（比幅与比相的关系）
1）幅值比较动作方程（比幅式）
3.3.1 幅值比较原理的实现
比幅式阻抗继电器构成框图
Ku为实数
幅值比较回路
• （1）均压式
• （2）环流式
（回顾）相位比较动作方程
3.4 距离保护的实现方法
1 基本要求
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析 （2）两相接地短路
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析
在两相接地短路时 • 接在故障相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。 • 接在非故障相的两只阻抗继电器的测量阻 抗较大，不会误动作。
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析 （3）两相短路
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析 （1）A相接地短路
5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析
• 在单相接地短路时，只有接于故障相的阻 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 电器的测量阻抗偏大，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 于不同相的原因
• (2) 引入非故障相电压
出口两相短路时，引入第三相电压而产生 的UP 可保证继电气的方向性 三相短路时，无第三相电压，故不能消除 出口三相短路的死区
3.7 影响距离保护正确工作的 因素及对策
影响阻抗继电器正确工作的因素
短路点的过渡电阻 电力系统振荡 保护安装处与故障点之间的分支电路 TA、TV的误差 TV二次回路断线 串联补偿电容
I cj I R
jxLj
IR
jxLj Rj
(2)．引入第三相电压
U 结论：Icj 超前I R 近90º ，电阻Rj上电压降U R 超前AC 90º ，即极化 电压与故障前电压 AB 同相位。因此，当出口两相短路时， U 第三相电压可以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消 除死区。
• 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 器的测量阻抗偏大，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。
（3）中性点直接接地电网的两相（金属性） 接地短路时
• 在两相接地短路时，只有接于故障环路得阻抗继 电器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
2.距离保护Ⅱ段整定阻抗
2.距离保护Ⅱ段整定阻抗
距离保护动作时间的配合
欠量保护，灵敏度表示方法与 电流保护不同
Zset1
III
φset
4.整定计算举例