距离保护原理,定值整定和应用难点
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. .
ZJ R
-α Zzd
3、相位比较原理
Z J Z zd 90 arg 270 Z J Z zd
90 arg U J I J Z zd U J I J Z zd
. . . .
jX Zzd
Zzd-ZJ
ZJ
270
R -α Zzd ZJ+α Zzd
总结三种阻抗的意义： 1、测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。 . UJ J arg . IJ 2、整定阻抗Zzd：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）Zdz.J：它表示当继电器刚好动作 时，加入继电器的电压UJ 和电流IJ的比值。 除全阻抗继电器以外：Zdz.J随ΨJ的不同而改变。当ΨJ=Ψlm时 ，Zdz.J=Zzd，此时最大 。
J J zd
jX Zzd Zzd-ZJ ZJ R
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 正方向：整定阻抗Zzd 反方向：偏移-αZzd(α<1) 圆内动作。
-α Zzd
jX Zzd
Z0 R
圆心
半径：
Z0
1 1 ( Z zd Z zd ) (1 ) Z zd 2 2
常见的阻抗继电器特性： 圆1：以oc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oc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
一、全阻抗继电器
特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。 圆内为动作区，圆外为不动作区。 Zdz.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。
四、继电器的极化电压和补偿电压
A、补偿电压：当发生金属性短路时，设电流和电压互感器变 比为1 ，则
I Z ,U 'I (Z Z ) U J J d J d Zd
当Ψd=Ψlm时， Zd与Zzd阻抗角相同。
', U 同相位 （1）当保护范围外部故障时Zd＞Zzd， U J ', U （2）当保护范围末端故障时，Zd=Zzd， U J ', U （3）当保护范围内部故障时，Zd＜Zzd， U J
环流式
UA整流后在R1上产生Ia； UB整流后在R2上产生Ib；
继电器反映Uab=Ua-Ub而动作
继电器反映Ia-Ib而动作
. .
，这也就是动作方程 。
jX Zzd ZJ R Zzd-ZJ
2、相位比较原理
90 arg Z J Z zd 270 Z J Z zd
分子分母同乘以IJ，
I Z U J J zd 90 arg 270 I Z U J J zd
ZJ+Zzd
I Z U 90 arg J J zd 270 I Z U J J zd
3、原理 电流变换为电压
K I I Z U 2 J J J
阻抗角的调整： 利用改变W3所接的电阻R来实现
二、全阻抗继电器交流回路的原理接线
I Z A J zd U B
J
Leabharlann Baidu
I Z U C J zd J U I Z D
J J
zd
三、方向抗继电器交流回路的原理接线
第一节 距离保护的作用原理 3.1.1 距离保护的基本概念
距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗）， 并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。 实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又 称阻抗保护。 实质是用整定阻抗 Zdz与测量阻抗 Zcl比较。当短路点在保护范 围以内时，即Zcl ＜ Zdz 时，保护动作；反之保护不动作。因此， 距离保护又称低阻抗保护。
1 (1 ) Z zd 2
Zdz.J随 ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。
2、幅值比较原理
ZJ Z0 Zzd Z0
jX Zzd Z0
ZJ-Z0
1 1 Z J (1 ) Z zd (1 ) Z zd 2 2
1. 1. U J I J (1 ) Z zd I J (1 ) Z zd 2 2
3.1.2 距离保护的时限特性
距离保护的动作时间与保护安装处至故障点之间距离的关系， 称为距离保护的时限特性 。 为了保证选择性，广泛应用的是阶梯形时限特性，这种时限特 性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也做成三阶梯式， 即有与三个动作范围相对应的三个动作时限。
~ 1 2 t1 t1 II t1 I t2 I
UJ
执行 （输出）
IJ
UB
IJ
电 压 形 成 交流回路
UC
UD
比 相 回 路
执行 （输出）
交流回路
UA﹑UB﹑UC﹑UD基本上是由UJ和IJZzd组合而成。 UJ可直接从PT二次侧取得，必要时经YB变换。而IJZzd则经过 DKB获得。
一、电抗变换器DKB的工作原理 1、作用 将电流互感器的二次电流变换成与之成 正比并超前其一定角度的电压； 将继电保护回路与电流互感器二次回路 隔离以降低干扰。 2、结构 铁芯中有气隙 二次侧接近开路工作状态 R用于改变次级绕组中感应电势的相位。
3、距离保护第Ⅲ段（距离Ⅲ段） 距离 III 段为本线路和相邻线路(元件)的后备保护，其动作时 限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线出 口保护的最大动作时限一个Δt ，其动作阻抗应按躲过正常运行 时的最小负荷阻抗来整定。
3.1.3 距离保护的主要组成元件
由 起动元件、 测量元件（核心部分）、 延时元件组成 。
动作延时。通常采用时间继电器或延时电路作为时间元件。
第二节
阻抗继电器
作用： 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，它主要用来作测量元 件，并与整定值进行比较，以确定是保护区内故障还是区外故 障；也可以作起动元件兼作功率方向元件。 分类： （1）根据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； （2）按其动作特性不同可分为圆特性、四边形特性、直线特 性、苹果形特性等； （3）按阻抗继电器的接线方式不同可分为单相式、多相式、 多相补偿式等。
电力系统的进一步发展，出现了容量大、电压高、距离长、 负荷重和结构复杂的网络，这时简单的电流、电压保护就难 于满足电网对保护的要求。 1、高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端 短路时，短路电流数值与负荷电流相差不大，故电流保护往 往不能满足灵敏度的要求； 2、对于电流速断保护，其保护范围因电网运行方式的变化 而变化，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往往 不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难于满足电力系 统对保护快速动作的要求。
单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（可 以是相电压或线电压）和一个电流IJ（相电流或两相电流之 差）的阻抗继电器。
ZJ
UJ IJ
.
.
U(B) ny U ( B ) nl nl Zd I BC I BC ny ny nl
3.2.2 利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器
1 A I J Z zd 2 1 B U J I J Z zd 2 U C J U I Z D J J zd
3.2.4幅值比较回路
一、基本原理 将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型
均压式
UA整流后在R1上产生Ua； UB整流后在R2上产生Ub；
jX ZZd
ZJ R
Z dz. J Z zd
由于这种特性是以原点为圆心的圆，故不论加入继电器的电压 与电流的角度多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻 抗。它没有方向性。
1.幅值比较原理：
.
.
Z J Z zd
.
两变同乘 I J ，且 I J Z J U J 所以
U J I J Z zd
lm d ，
jX
2、比相式方向阻抗继电器
ZJ 1 1 Z zd Z zd 2 2
Zzd
ZJ-1/2Zzd
Ψ lm
ZJ R
1I Z 1I Z U J J zd J zd 2 2
3、相位比较方向阻抗继电器
ZJ 90 arg 270 Z J Z zd U J 90 arg 270 U I Z
二、方向阻抗继电器
1、、方向阻抗继电器的动作特性 以Zzd为直径，通过坐标原点的圆，保 护安装处位于复平面坐标原点，圆内为 动作区。 当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限；只要测量阻抗落 在圆内时，继电器就动作。 当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不动作。
Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.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。
几个概念： 坐标原点到圆周的向量称为动作阻抗，用Zdz表示。 将Zzd此时的阻抗角称为最大灵敏角ψlm。 若ψJ=ψlm，则动作阻抗Zdz最大并且等于整定阻抗，此时保护范 围最长，继电器也最灵敏。 若ψJ为其他值，继电器的动作阻抗为
Zdz Z zd cos(zd J )
应调整继电器的灵敏角等于被保护线路的阻抗角 以便继电器工作在最灵敏的条件下。 特点：具有明确的方向性。
III
3 t2 III t2 II
1、距离保护第Ⅰ段（距离Ⅰ段） 为无延时的速动段，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间。 Ⅰ段的保护范围不能延伸到下一线路中去，而为本线路全长的 80%～85%，动作阻抗整定为80%～85%线路全长的阻抗 。 2、距离保护第Ⅱ段（距离Ⅱ段） 为带延时的速动段，为了有选择性地动作，距离II 段的动作时 限和启动值要与相邻下一条线路保护的I 段和II 段相配合。
1. 起动元件 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。通常启动元件采用过电流继电器或阻 抗继电器。为了提高元件的灵敏度，也可采用反应负序电流或 零序电流分量的复合滤过器来作为启动元件 。 2. 测量元件 测量元件用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判别短 路故障的方向。通常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。 如果阻抗继电器是不带方向性的，则需增加功率方向元件来判 别故障的方向。 3. 延时元件 用来提供距离保护Ⅱ段、Ⅲ段的动作时限，以获得其所需要的
C 比相式 90 arg 270 D
＞B 比幅式 A
B D A C C B D B A A C D
1、只适用于A、B、C、D为同一频率的正弦交流量； C ＞B ☞ 比相式 90 arg 270 ； 2、只适用于 比幅式 A D 3、继电器受暂态过程的影响。
距离保护原理，定值整定和应用难点
电网的距离保护
第一节 距离保护的原理
第二节 阻抗继电器
第三节 阻抗继电器的接线方式 第四节 集成电路型方向阻抗继电器的接线和分析 第五节 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价
第六节 影响距离保护正确动作的因素及防止方法
第一节 距离保护的原理 问题的提出—电流保护的局限性
差180° 实质上反映了短路阻抗Zd与整定阻抗Zzd的比较，阻抗继电器 正是反映于补偿电压相位的变化而动作。 B、极化电压： 临界动作
相位相
区别不同特性的阻抗继电器
3.2.3 阻抗继电器交流回路的原理接线
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。
UJ 电 压 形 成 UA 比 幅 回 路
U I Z U 极化电压： P J J zd
' U I Z U 补偿电压： J J zd
U 90 arg P 270 ' U
幅值比较方式与相位比较方式之间的关系：
如果把比幅式的两个向量看成平行四边形的两个边，则比相式 的两个向量就是该平行四边形的两条对角线。
ZJ R
-α Zzd
3、相位比较原理
Z J Z zd 90 arg 270 Z J Z zd
90 arg U J I J Z zd U J I J Z zd
. . . .
jX Zzd
Zzd-ZJ
ZJ
270
R -α Zzd ZJ+α Zzd
总结三种阻抗的意义： 1、测量阻抗ZJ：由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。 . UJ J arg . IJ 2、整定阻抗Zzd：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）Zdz.J：它表示当继电器刚好动作 时，加入继电器的电压UJ 和电流IJ的比值。 除全阻抗继电器以外：Zdz.J随ΨJ的不同而改变。当ΨJ=Ψlm时 ，Zdz.J=Zzd，此时最大 。
J J zd
jX Zzd Zzd-ZJ ZJ R
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 正方向：整定阻抗Zzd 反方向：偏移-αZzd(α<1) 圆内动作。
-α Zzd
jX Zzd
Z0 R
圆心
半径：
Z0
1 1 ( Z zd Z zd ) (1 ) Z zd 2 2
常见的阻抗继电器特性： 圆1：以oc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oc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
一、全阻抗继电器
特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd为半径的圆。 圆内为动作区，圆外为不动作区。 Zdz.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。
四、继电器的极化电压和补偿电压
A、补偿电压：当发生金属性短路时，设电流和电压互感器变 比为1 ，则
I Z ,U 'I (Z Z ) U J J d J d Zd
当Ψd=Ψlm时， Zd与Zzd阻抗角相同。
', U 同相位 （1）当保护范围外部故障时Zd＞Zzd， U J ', U （2）当保护范围末端故障时，Zd=Zzd， U J ', U （3）当保护范围内部故障时，Zd＜Zzd， U J
环流式
UA整流后在R1上产生Ia； UB整流后在R2上产生Ib；
继电器反映Uab=Ua-Ub而动作
继电器反映Ia-Ib而动作
. .
，这也就是动作方程 。
jX Zzd ZJ R Zzd-ZJ
2、相位比较原理
90 arg Z J Z zd 270 Z J Z zd
分子分母同乘以IJ，
I Z U J J zd 90 arg 270 I Z U J J zd
ZJ+Zzd
I Z U 90 arg J J zd 270 I Z U J J zd
3、原理 电流变换为电压
K I I Z U 2 J J J
阻抗角的调整： 利用改变W3所接的电阻R来实现
二、全阻抗继电器交流回路的原理接线
I Z A J zd U B
J
Leabharlann Baidu
I Z U C J zd J U I Z D
J J
zd
三、方向抗继电器交流回路的原理接线
第一节 距离保护的作用原理 3.1.1 距离保护的基本概念
距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗）， 并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。 实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又 称阻抗保护。 实质是用整定阻抗 Zdz与测量阻抗 Zcl比较。当短路点在保护范 围以内时，即Zcl ＜ Zdz 时，保护动作；反之保护不动作。因此， 距离保护又称低阻抗保护。
1 (1 ) Z zd 2
Zdz.J随 ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。
2、幅值比较原理
ZJ Z0 Zzd Z0
jX Zzd Z0
ZJ-Z0
1 1 Z J (1 ) Z zd (1 ) Z zd 2 2
1. 1. U J I J (1 ) Z zd I J (1 ) Z zd 2 2
3.1.2 距离保护的时限特性
距离保护的动作时间与保护安装处至故障点之间距离的关系， 称为距离保护的时限特性 。 为了保证选择性，广泛应用的是阶梯形时限特性，这种时限特 性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也做成三阶梯式， 即有与三个动作范围相对应的三个动作时限。
~ 1 2 t1 t1 II t1 I t2 I
UJ
执行 （输出）
IJ
UB
IJ
电 压 形 成 交流回路
UC
UD
比 相 回 路
执行 （输出）
交流回路
UA﹑UB﹑UC﹑UD基本上是由UJ和IJZzd组合而成。 UJ可直接从PT二次侧取得，必要时经YB变换。而IJZzd则经过 DKB获得。
一、电抗变换器DKB的工作原理 1、作用 将电流互感器的二次电流变换成与之成 正比并超前其一定角度的电压； 将继电保护回路与电流互感器二次回路 隔离以降低干扰。 2、结构 铁芯中有气隙 二次侧接近开路工作状态 R用于改变次级绕组中感应电势的相位。
3、距离保护第Ⅲ段（距离Ⅲ段） 距离 III 段为本线路和相邻线路(元件)的后备保护，其动作时 限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线出 口保护的最大动作时限一个Δt ，其动作阻抗应按躲过正常运行 时的最小负荷阻抗来整定。
3.1.3 距离保护的主要组成元件
由 起动元件、 测量元件（核心部分）、 延时元件组成 。
动作延时。通常采用时间继电器或延时电路作为时间元件。
第二节
阻抗继电器
作用： 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，它主要用来作测量元 件，并与整定值进行比较，以确定是保护区内故障还是区外故 障；也可以作起动元件兼作功率方向元件。 分类： （1）根据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； （2）按其动作特性不同可分为圆特性、四边形特性、直线特 性、苹果形特性等； （3）按阻抗继电器的接线方式不同可分为单相式、多相式、 多相补偿式等。
电力系统的进一步发展，出现了容量大、电压高、距离长、 负荷重和结构复杂的网络，这时简单的电流、电压保护就难 于满足电网对保护的要求。 1、高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端 短路时，短路电流数值与负荷电流相差不大，故电流保护往 往不能满足灵敏度的要求； 2、对于电流速断保护，其保护范围因电网运行方式的变化 而变化，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往往 不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难于满足电力系 统对保护快速动作的要求。
单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（可 以是相电压或线电压）和一个电流IJ（相电流或两相电流之 差）的阻抗继电器。
ZJ
UJ IJ
.
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U(B) ny U ( B ) nl nl Zd I BC I BC ny ny nl
3.2.2 利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器
1 A I J Z zd 2 1 B U J I J Z zd 2 U C J U I Z D J J zd
3.2.4幅值比较回路
一、基本原理 将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型
均压式
UA整流后在R1上产生Ua； UB整流后在R2上产生Ub；
jX ZZd
ZJ R
Z dz. J Z zd
由于这种特性是以原点为圆心的圆，故不论加入继电器的电压 与电流的角度多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻 抗。它没有方向性。
1.幅值比较原理：
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Z J Z zd
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两变同乘 I J ，且 I J Z J U J 所以
U J I J Z zd
lm d ，
jX
2、比相式方向阻抗继电器
ZJ 1 1 Z zd Z zd 2 2
Zzd
ZJ-1/2Zzd
Ψ lm
ZJ R
1I Z 1I Z U J J zd J zd 2 2
3、相位比较方向阻抗继电器
ZJ 90 arg 270 Z J Z zd U J 90 arg 270 U I Z
二、方向阻抗继电器
1、、方向阻抗继电器的动作特性 以Zzd为直径，通过坐标原点的圆，保 护安装处位于复平面坐标原点，圆内为 动作区。 当正方向发生短路时，测量阻抗位于第一象限；只要测量阻抗落 在圆内时，继电器就动作。 当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不动作。
Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.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。
几个概念： 坐标原点到圆周的向量称为动作阻抗，用Zdz表示。 将Zzd此时的阻抗角称为最大灵敏角ψlm。 若ψJ=ψlm，则动作阻抗Zdz最大并且等于整定阻抗，此时保护范 围最长，继电器也最灵敏。 若ψJ为其他值，继电器的动作阻抗为
Zdz Z zd cos(zd J )
应调整继电器的灵敏角等于被保护线路的阻抗角 以便继电器工作在最灵敏的条件下。 特点：具有明确的方向性。
III
3 t2 III t2 II
1、距离保护第Ⅰ段（距离Ⅰ段） 为无延时的速动段，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间。 Ⅰ段的保护范围不能延伸到下一线路中去，而为本线路全长的 80%～85%，动作阻抗整定为80%～85%线路全长的阻抗 。 2、距离保护第Ⅱ段（距离Ⅱ段） 为带延时的速动段，为了有选择性地动作，距离II 段的动作时 限和启动值要与相邻下一条线路保护的I 段和II 段相配合。
1. 起动元件 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。通常启动元件采用过电流继电器或阻 抗继电器。为了提高元件的灵敏度，也可采用反应负序电流或 零序电流分量的复合滤过器来作为启动元件 。 2. 测量元件 测量元件用来测量保护安装处至故障点之间的距离，并判别短 路故障的方向。通常采用带方向性的阻抗继电器作测量元件。 如果阻抗继电器是不带方向性的，则需增加功率方向元件来判 别故障的方向。 3. 延时元件 用来提供距离保护Ⅱ段、Ⅲ段的动作时限，以获得其所需要的
C 比相式 90 arg 270 D
＞B 比幅式 A
B D A C C B D B A A C D
1、只适用于A、B、C、D为同一频率的正弦交流量； C ＞B ☞ 比相式 90 arg 270 ； 2、只适用于 比幅式 A D 3、继电器受暂态过程的影响。
距离保护原理，定值整定和应用难点
电网的距离保护
第一节 距离保护的原理
第二节 阻抗继电器
第三节 阻抗继电器的接线方式 第四节 集成电路型方向阻抗继电器的接线和分析 第五节 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价
第六节 影响距离保护正确动作的因素及防止方法
第一节 距离保护的原理 问题的提出—电流保护的局限性
差180° 实质上反映了短路阻抗Zd与整定阻抗Zzd的比较，阻抗继电器 正是反映于补偿电压相位的变化而动作。 B、极化电压： 临界动作
相位相
区别不同特性的阻抗继电器
3.2.3 阻抗继电器交流回路的原理接线
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。
UJ 电 压 形 成 UA 比 幅 回 路
U I Z U 极化电压： P J J zd
' U I Z U 补偿电压： J J zd
U 90 arg P 270 ' U
幅值比较方式与相位比较方式之间的关系：
如果把比幅式的两个向量看成平行四边形的两个边，则比相式 的两个向量就是该平行四边形的两条对角线。