第四章 电网的距离保护

第三章 电网的距离保护第一节 距离保护的作用原理一、距离保护的的基本概念：距离保护是反应被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作的一种保护，这个比值被称为测量阻抗。

当测量阻抗小于预先规定的的整定阻抗zd z 时，保护动作。

使距离保护刚能动作的最大测量阻抗称为动作阻抗（dz z ）或起动阻抗。

因为距离保护是根据测量阻抗的大小来反应故障点的远近，故称距离保护。

然而，由于它时反应阻参数而工作的，故有时称之为阻保护。

其性能基本上不受系统运行方式的影响。

故在复杂电网中都有可能选择性地切除故障，而且具有足够的灵敏性和快速性。

二、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间特性。

目前广泛采用具有三段保护范围的阶梯式时限特性台下图所示，并分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。

以保护Ⅰ为例：第Ⅰ段：1(0.8~0.5)zd AB Z Z = 瞬时动作，1t 是保护本身的固有动作时间。

第Ⅱ段：12()dz k AB fz dz Z K Z K ZZ =+ 0.5t s =（前两种合称为主保护） 第Ⅲ段：其起动阻抗按躲最小负荷阻来整定，而动作时限按阶梯时限特性整定。

（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。

（1），单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一下电压J U （相电压或线电压）和一个电流J I （相电流或两相电流之差），可以用一个变量——继电器的测量阻抗进行分析，其特性可以在阻抗平面上表示出来。

测量阻抗 J J JUZ R j X I ==+它只能反应一定相别的故障，帮需多个继电器反映不同相别故障。

（2）多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压，其动作原理是按照短路点的电压边界建立动作判据，当故障发生在保护范围末端时，动作判据处于临界状态。

它能反映多相故障，但不能利用故障测量阻抗的概念来分析它的特性。

而必须结合系统参数、运行方式、故障地点和故障类型进行分析。

本节只讨论单相式阻抗继电器。

一、 阻抗继电器的动作特性。

以下图网络中BC 线路的B 侧保护中的距离Ⅰ段为例：当BC 线路距离Ⅰ段内发生故障，d Z 的端点将落在图中阴影内。

然而，阻继电器的动作特性如果是一条线段（BF ），则是不行的。

由于1）线路参数是分布的，d ϕ有差异； 2）LH ，YH 有误差； 3）故障点过渡电阻； 4）分布电容等。

所以d Z 的端点将会超越阴影区。

为了尽量简化继电器接线，且便于制造的调试，通常把继电器的动作特性扩大为圆或四边形（多边形）等。

圆1：圆心位于坐标原点的圆——全阻抗特性圆（反方向故障时会误动，没有方向性）；圆2：圆周过坐标原点的圆——方向阻抗特性圆（本身具有方向性）； 圆3：圆心偏离坐标原点，但坐标原点仍在圆内的圆——偏移特性阻抗圆。

、另外，还有四边形、椭圆形等。

二、利用复数平面分析阻抗继电器 单相式阻抗继电器的构成方法有两种：对两个电气量的幅值进行比较和对两个电气量的相位进行比较。

1，幅值比较原理和相位比较原理的互换关系：||||BA ≤幅值比较原理的动作条件：90arg 270oo CD≤≤结论：可见，A、B 和C 、D 之间的关系是平行四边形的两边和两个对角线的关系并且可以互换。

C B AD B A⎧=+⎪⎨=-⎪⎩ 或 1()21()2A C DBCD ⎧=+⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩注：1）它只适用于A、B 、C 、D 为同一频率的正弦交流量： 2）只适用于相位比较方式动作条件为90arg 270oo CD≤≤ 。

2，全阻抗继电器全阻抗继电器的动作特性是以继电器安装点为圆心，发整定阻抗zd Z 为半径所作的一个圆，如右图所示，圆内为动作区。

其构成方法有两种： （1），对两个电气量的幅值进行比较——比幅式比幅式全阻抗继电器的动作条件表达式：||||J zd Z Z ≤ 或||||J J zdU I Z ≤比幅式全阻抗继电器的动作特性操作说明：拖动J Z 端点上的小圆点到圆内、圆外和圆周上。

动作量和制动量的关系：||||J zd Z Z ≤ 继电器的动作行为：临界动作！（2），对两个电气量的相位进行比较——比相式比相式全阻抗继电器的动作条件表达式：90arg270o o J zdJ zdZ Z Z Z +≤≤-或90arg 270oo J J zdJ J zdU I Z U I Z +≤≤-操作说明：拖动J Z 端点上的小圆点到圆内、圆外和圆周上。

两个向量之间的夹角：arg90o J zdJ zdZ Z Z Z +=-继电器的动作行为：临界动作！ 3． 方向阻抗继电器方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗zd Z 为直径而通过坐标原点的一个圆，如右图所示，圆内为动作区。

其构成方法有两种： （1），对两个电气量的幅值进行比较——比幅式比幅式方向阻抗继电器的动作条件表达式：11||||22J zd zd Z Z Z -≤或11||||22J J zd J zdU I Z I Z -≤操作说明：拖动J Z 端点上的小圆点到圆内、圆外和圆周上。

动作量与制动量的关系：11||||22J zd zd Z Z Z ->继电器的动作行为：不动作！ （2），对两个电气量的相位进行比较——比相式比相式方向阻抗继电器的动作条件表达式：90arg270o o JJ zdZ Z Z ≤≤-或90arg 270oo JJ J zdU U I Z ≤≤-两个向量之间的夹角：arg 82o JJ J zdU U I Z ≤-继电器的动作行为：不动作！4，偏移特性阻抗继电器偏移特性阻抗继电器的动作特性是当正方向的整定阻抗为zd Z 时，同时向反方向偏移一个zd Z α，式中01α≤≤，继电器的动作特性如右图所示，圆内为动作区。

其构成方法有两种： （1），对两个电气量的幅值进行比较——比幅式比幅式偏移特性阻抗继电器的动作条件表达式||||J O zd O Z Z Z Z -≤- 或：11|(1)||(1)|22J J zd J zdU I Z I Z αα--≤+动作量与制动量的关系：||||J O zd O Z Z Z Z -≤- 继电器的动作行为：动作！（2），对两个电气量的相位进行比较——比相式比相式方向阻抗继电器的动作条件表达式：90arg270o o J zdJ zdZ Z Z Z α+≤≤-或90arg 270oo J J zdJ J zdU I Z U I Z α+≤≤-两个向量之间和夹角：arg91o J zdJ zdZ Z Z Z α+=-继电器的动作行为：动作！ 5，三个阻抗的意义和区别：（1） 测量阻抗J Z ：由加入继电器的电压J U 与电流JI 的比值确定。

J Z 的 阻抗角就是J U 与JI 之间的夹角J ϕ 。

（2），整定阻抗zd Z ：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。

（3），起动阻抗（动作阻抗）dzJ Z ，它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压J U 与电流JI 的比值。

三、 阻抗继电器的构成：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相位方法来实现。

它主要由两在基本部分组成：电压形成回路和幅值比较或相位比较回路。

3 阻抗继电器的接线方式 一、基本要求：（1）继电器的测量阻抗J Z 正比于短路点到保护安装点之间的距离d L ； （2）继电器的测量阻抗J Z 应故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。

二、常用接线方式：阻抗继电器常用 的接线方式有四类，如下表所示：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03k I 补偿还的相电流接线用于反映各种接地故障。

三只阻抗继电器1J 、2J 、3J 经过“或”门控制跳闸出口回路。

三、各种接线方式的分析： （一）母线残压计算公式：假设：12Z Z =，不计负荷电流112200*********1 () (3)A Ad A d A d A d A d A dAd A d A d AdAdU U I Z l I Z l I Z l I Z l I Z l U I Z l I Z Z l UI K I Z l =++++-=++-=++ 其中：011()/3K Z Z Z =-零序补偿系数。

同理：0101(3)(3)B Bd B dC Cd C dU U I K I Z l U U I K I Z l =++=++（二）0o 接线方式的分析（设1pt l n n ==）1．三相短路因为三相对称，1J 、2J 、3J 工作情况完全相同，所以就1J 为例分析。

此时0Ad Bd Cd U U U === 030I =故 111()A B d A BJ d A B A B I I Z l U U Z Z l I I I I --===--同理： 231J J dZ Z Z l == 结论：在三相短路时，1J Z 、2J Z 、3J Z 均等于短路点到保护安装点之间的线路正序阻抗。

2．两相短路（以BC 两相短路为例）：此时0110,,30,,,A B C A A B Bd B d C Cd C d Bd CdI I I I U E U U I Z l U U I Z l U U ⎧==-=⎪⎨==+=+=⎪⎩故12111111311()B C B C dJ d B C B CA BdB d Bd A A BJ d d A B B BC A Cd C d A Cd A J d dC A C C U U I I Z l Z Z l I I I I E U I Z l U E U U Z Z l Z l I I I I U U U I Z l E U E Z Z l Z l I I I I ⎧--===⎪--⎪⎪----⎪===+>⎨--⎪⎪-+--⎪===+>-⎪⎩结论：接于故障球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下序阻抗。

其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。

这敢就是为什么要用不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（以BC 两相接地短路为例）此时0Bd Cd U U == 030I ≠ 故1010121()33B C B C d d d J d B C B CU U I I Z l K I Z l K I Z l Z Z l I I I I --+-===-- 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，此时0Ad U = 故011100(3)33A d AJ d A A I K I Z l U Z Z l I K I I K I +===++结论：接于故障相的阻抗继电器能正确测量从短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。