电网距离保护第1讲(精品西安交通大学电力系统继电保护课件)
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综合利用可以提高灵敏度，所以就有了阻抗保 护，反映电流电压比值的保护
3.1.1 距离保护的概念
（一）测量阻抗和故障距离的关系 测量阻抗的定义
ZM
U M IM
对于单相输电线路，当发生故障时，上述测量阻抗 与故障点到测量点的距离关系如下：
M
N
UM
ZM zl
AC
IM
AC
l
其中z为线路单位长度的阻抗
3.1.1 距离保护的概念
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系
1. 单相金属性接地故障
同理得到 A相接地故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k
可见对于单相接地故 障，只有故障回路的 电流电压才能正确地
B相接地故障的测距公式
反映故障距离。
U B(IBK 3 I0)z1 L k
M UM
AC
IM l
N
AC
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（二）线路发生短路时保护安装处相间电压的统一表达式
U U k I Z 1 相 间 电 压 统 一 表 达 式
关于两个统一表达式的说明 在统一表达式的推导中，对故障类型、故障地点没有
任何假设，所以统一表达式与故障类型和地点无关
M
可见，AB相间故障时，采用保护安装处的故障相 相间电压 U AB 和故障相间电流差 IA IB 可以反 映故障距离
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系
2. 两相相间故障
同理得到 AB相间短路的测距公式
可见对于两相相间短 路，也只有故障回路
U AB (IAIB)z1L k
Z1
U k (I k • 3I0 )Z1
M
N
UM
AC
AC
IM
l
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（一）线路发生短路时保护安装处相电压的统一表达式
U U k ( I k • 3 I 0 ) Z 1 故 障 相 电 压 统 一 表 达 式
其中k称为零序电流补偿系数，定义如下
k Z0 Z1 3Z1
问题的引出
➢对于单相系统，测量阻抗不存在电流、电压的选择问题
➢对于三相系统，使用哪个电压和电流测得的阻抗与故障 距离之间存在上述的简单比例关系，这与故障回路有关。 阻抗继电器的接线方式是故障回路概念的应用
M UM
AC
IM l
N
AC
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（一）线路发生短路时保护安装处相电压的统一表达式
（二）距离保护的工作原理
由上述分析可见，输电线路故障时，测量阻抗和故障点 到测量点的距离成正比关系，所以阻抗的大小反映了故 障点和保护安装处之间的距离。 利用该阻抗（或距离）和线路全长阻抗（距离）的比较 结果可以识别故障的具体位置，由此可以构成阻抗保护 （习惯上称为距离保护）
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
的电流电压才能正确 地反映故障距离。
BC相间短路的测距公式
U BC (IBIC )z1L k
CA相间短路的测距公式
U C A(ICIA)z1L k
对于两相相间短路， 同样只有一个故障回 路，即故障相经故障 点和另一故障相构成 的回路
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障 ABG故障边界条件
N
UM
AC
AC
IM
l
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 1. 单相金属性接地故障 AG故障
边界条件 UkA0
A相接地故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k
可见，A相接地故障时，采用保护安装处的故障相 电压 U A 和经零序补偿的故障相电流 IAk3I0 可 以反映故障距离
U U1 U 2 U 0 U k1 I1Z1 U k 2 I 2Z2 U k 0 I 0Z0 U k I1Z1 I 2Z2 I 0Z0 U k I源自文库Z1 I 2Z1 I 0Z1 (I 0Z0 I 0Z1)
U k
( I 1
I 2
I 0 )Z1
3I0
Z0 Z1 3Z1
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障
4. 同理得到
U BC (IBIC )z1L k
BCG故障 U B(IBK 3 I0)z1 L k
U C(ICK 3 I0)z1 L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障
C相接地故障的测距公式
对于单相接地故障， 只有一个故障回路， 即故障相经故障点和
U C(ICK 3 I0)z1 L k 大地构成的回路
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 2. 两相相间故障 AB故障
边界条件 UkAB0
AB相间短路的测距公式
U AB (IAIB)z1L k
4. 同理得到
U C A(ICIA)z1L k CAG故障 U C(ICK 3 I0)z1 L k
U A(IAK 3 I0)z1 L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 4. 三相短路 ABC故障边界条件
U 0
U 0
ABG故障的测距公式
U (Ik•3I0)Z1
Uk A 0
UkB 0
UkAB0
ABG故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k U B(IBK 3 I0)z1 L k
U AB (IAIB)z1L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障 对于ABG两相相间接地故障，有三个故障 回路，即故障相A经故障点和另一故障相B 构成的回路，故障相A经故障点和大地构成 的回路，故障相B经故障点和大地构成的回 路，三个故障回路的电流、电压均可实现 测距目的
电网距离保护第1讲(精品西安交通大 学电力系统继电保护课件）
3.1 距离保护的基本原理与构成
电流保护的主要不足
➢ 灵敏度不足（最根本的缺点） ➢ 运行方式对保护影响大 ➢ 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
故障特点：
电流保护仅仅利用了故障时电流增大的特征 故障时电压降低
3.1.1 距离保护的概念
（一）测量阻抗和故障距离的关系 测量阻抗的定义
ZM
U M IM
对于单相输电线路，当发生故障时，上述测量阻抗 与故障点到测量点的距离关系如下：
M
N
UM
ZM zl
AC
IM
AC
l
其中z为线路单位长度的阻抗
3.1.1 距离保护的概念
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系
1. 单相金属性接地故障
同理得到 A相接地故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k
可见对于单相接地故 障，只有故障回路的 电流电压才能正确地
B相接地故障的测距公式
反映故障距离。
U B(IBK 3 I0)z1 L k
M UM
AC
IM l
N
AC
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（二）线路发生短路时保护安装处相间电压的统一表达式
U U k I Z 1 相 间 电 压 统 一 表 达 式
关于两个统一表达式的说明 在统一表达式的推导中，对故障类型、故障地点没有
任何假设，所以统一表达式与故障类型和地点无关
M
可见，AB相间故障时，采用保护安装处的故障相 相间电压 U AB 和故障相间电流差 IA IB 可以反 映故障距离
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系
2. 两相相间故障
同理得到 AB相间短路的测距公式
可见对于两相相间短 路，也只有故障回路
U AB (IAIB)z1L k
Z1
U k (I k • 3I0 )Z1
M
N
UM
AC
AC
IM
l
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（一）线路发生短路时保护安装处相电压的统一表达式
U U k ( I k • 3 I 0 ) Z 1 故 障 相 电 压 统 一 表 达 式
其中k称为零序电流补偿系数，定义如下
k Z0 Z1 3Z1
问题的引出
➢对于单相系统，测量阻抗不存在电流、电压的选择问题
➢对于三相系统，使用哪个电压和电流测得的阻抗与故障 距离之间存在上述的简单比例关系，这与故障回路有关。 阻抗继电器的接线方式是故障回路概念的应用
M UM
AC
IM l
N
AC
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（一）线路发生短路时保护安装处相电压的统一表达式
（二）距离保护的工作原理
由上述分析可见，输电线路故障时，测量阻抗和故障点 到测量点的距离成正比关系，所以阻抗的大小反映了故 障点和保护安装处之间的距离。 利用该阻抗（或距离）和线路全长阻抗（距离）的比较 结果可以识别故障的具体位置，由此可以构成阻抗保护 （习惯上称为距离保护）
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
的电流电压才能正确 地反映故障距离。
BC相间短路的测距公式
U BC (IBIC )z1L k
CA相间短路的测距公式
U C A(ICIA)z1L k
对于两相相间短路， 同样只有一个故障回 路，即故障相经故障 点和另一故障相构成 的回路
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障 ABG故障边界条件
N
UM
AC
AC
IM
l
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 1. 单相金属性接地故障 AG故障
边界条件 UkA0
A相接地故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k
可见，A相接地故障时，采用保护安装处的故障相 电压 U A 和经零序补偿的故障相电流 IAk3I0 可 以反映故障距离
U U1 U 2 U 0 U k1 I1Z1 U k 2 I 2Z2 U k 0 I 0Z0 U k I1Z1 I 2Z2 I 0Z0 U k I源自文库Z1 I 2Z1 I 0Z1 (I 0Z0 I 0Z1)
U k
( I 1
I 2
I 0 )Z1
3I0
Z0 Z1 3Z1
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障
4. 同理得到
U BC (IBIC )z1L k
BCG故障 U B(IBK 3 I0)z1 L k
U C(ICK 3 I0)z1 L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障
C相接地故障的测距公式
对于单相接地故障， 只有一个故障回路， 即故障相经故障点和
U C(ICK 3 I0)z1 L k 大地构成的回路
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 2. 两相相间故障 AB故障
边界条件 UkAB0
AB相间短路的测距公式
U AB (IAIB)z1L k
4. 同理得到
U C A(ICIA)z1L k CAG故障 U C(ICK 3 I0)z1 L k
U A(IAK 3 I0)z1 L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 4. 三相短路 ABC故障边界条件
U 0
U 0
ABG故障的测距公式
U (Ik•3I0)Z1
Uk A 0
UkB 0
UkAB0
ABG故障的测距公式
U A(IAK 3 I0)z1 L k U B(IBK 3 I0)z1 L k
U AB (IAIB)z1L k
3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线
（三）不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系 3. 两相相间短路接地故障 对于ABG两相相间接地故障，有三个故障 回路，即故障相A经故障点和另一故障相B 构成的回路，故障相A经故障点和大地构成 的回路，故障相B经故障点和大地构成的回 路，三个故障回路的电流、电压均可实现 测距目的
电网距离保护第1讲(精品西安交通大 学电力系统继电保护课件）
3.1 距离保护的基本原理与构成
电流保护的主要不足
➢ 灵敏度不足（最根本的缺点） ➢ 运行方式对保护影响大 ➢ 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
故障特点：
电流保护仅仅利用了故障时电流增大的特征 故障时电压降低