电力系统继电保护-第三章电网的距离保护1-5节

结论
（1）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。
（2）接地距离保护－－－带零序电流补偿的接 线方式，可以正确反应单相接地短路、两相接地短 路和三相短路时。不能正确反应两相短路。
相间距离保护的接线方式（0°接线）
AB相 BC相 CA相
正常运行时 为负荷阻抗
故障时为保 护安装处到 故障点的线 路阻抗
ZK U N IL





方法2：取UmBC UB UC, ImBC IB IC


则：UmBC ImBC z1lk
非故障相：两种方法都不能反映故障距离！
3.两相不接地短路故障（BC两相短路为例）





故障分析：UkB UkC ,U A EA, I A 0, IB IC , I0 0

其他相间阻抗：Z mAB

UA-UB


z1lk
IA- IB


Z mCA

UC

-U

A
z1lk
IC - I A
不能反应故障距离！
4.三相短路接地



故障分析：UkA UkB UkC 0




所有测量阻抗：Z mAB

UA

-
U

B
，Z
mBC

UB -UC
3.1.3 测量电压和测量电流的选取
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：

Hale Waihona Puke Baidu


U B UkB (IB K 3 I0 )z1lk






UB UC （IB IC） z1lk
UC UkC (IC K 3 I0 )z1lk





方法：取UmBC UB UC, ImBC IB IC


则：UmBC ImBC z1lk





故障分析：UkB UkC 0, I A 0,U A EA




U B UkB (IB K 3 I0 )z1lk




UC UkC (IC K 3 I0 )z1lk
故障相：
方法1：取UmB U B，ImB IB K3I0


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。
由三段构成
Ⅰ段 Ⅱ段
主保护
Ⅲ段 后备保护
距离Ⅰ段： （1）保护本线路全长的80～85％； （2）瞬时动作，即动作时限为0s。
距离Ⅱ段： （1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离Ⅰ段的保 护范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。
故障环路：故障电流可以流通的通路称为故障环路。
故障环路上的电压和环路中流通的电流之间满足：


Um Im z1lk
即用它们作为测量电压和测量电流得出的测量阻抗可以 正确反映保护安装处到故障点之间的距离。
接地距离接线方式：
保护接地短路故障 采用相-地故障环路 测量电压取保护安装处故障相对地电压 测量电流取带有零序电流补偿的故障相电流 可反映单相接地故障、两相接地故障和三相 接地故障 不能反映相间短路
三、距离保护的主要组成元件
1、起动元件（ I2 ）3—I0判断系统是否发生故障；
过电流继电器、低阻抗继电器、 反映负序、零序电流的继电器。
2、测量元件(距离元件）—阻抗继电器；
阻抗继电器：计算保护安装点至短路点之间的测量阻抗，与整定阻抗比较，确定保护 是否应该动作。是距离保护中的核心元件。
3、时间元件—时间继电器；
4、振荡闭锁回路—故障时短时开放距离保护I、II段，
振荡时 立即闭锁I、II段；
5、断线闭锁元件—电压互感器二次断线时闭锁距离保
护；
6、出口执行元件；
距离保护原理
Ik
阻抗继电器
延时
Uk
阻抗继电器测量阻抗 ZK U K
IK
负
jX
短 路
荷 阻
阻
抗
抗
距离保护利用阻抗 继电器来判断故障 出口 所在区域。
3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系
测量阻抗：保护安装处测量电压Um和测量电流Im
的比值
Zm

Um


Zm
m

Rm

jX m
Im
1) 正常运行时：
jX
Um：近似为额定电压
Im ：为负荷电流
Zm ：为负荷阻抗，量值较大，
其阻抗角为数值较小的功率
ZL
因数角，阻抗性质以电阻性
为主。（ZL）
R
解决方法：
采用一种新的保护方式——距离保护。
第三章 电网的距离保护
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对距离保护的评价 3.5 距离保护的振荡闭锁 3.6 故障类型判别和故障选相 3.7距离保护特殊问题的分析
3.1 距离保护的基本原理与构成



UkA (I A1 I A2 I A0)z1lk I A0(z0 z1)lk



UkA I A z1lk I0 (z0



UkA (I A K 3I0 )z1lk

z1)lk
K

z0 z1 3z1
(零序补偿系数)
（一）母线电压的计算公式




U A UkA (I A K 3I0)z1lk




故障相：取UmA U A，ImA I A K 3 I0


UmA ImA z1lk






非故障相：UmB UB EB（大），ImB IB K I0（小）
不能反映故障距离
2.中性点直接接地电网两相接地短路(BC相为例）
2) 系统发生金属性短路时
jX
Um：降低
ZK2
Im ：增大
Zset
Zm ：为短路点与保护安装处
ZK1
ZL
的线路阻抗
R
ZK3
对具有均匀参数的输电线路，忽略分布电容和电导，有：
Zm= Zk = z1·Lk，其中z1为单位长度线路的复阻抗
jX
ZK2 Zset ZK1
ZK3
整定阻抗：和整定长度Lset
相对应的阻抗Zset
U Z
K
I
lk
U A UkA (IA K 3I0 )Z1lk U B UkB (IB K 3I0 )Z1lk
UC UkC (IC K 3I0 )Z1lk
——保护安装处的残压：
1.单相接地（A相）




UkA 0, IB IC 0，UB EB ，UC EC
电压与电流的这个比值被称为测量阻抗，
表示为
Zm
3.1.1 距离保护的基本概念
距离保护是反应保护安装处至短路点之间的 距离，并根据短路点至保护安装处的距离确 定动作时限的一种保护。
1
. EI
k3
. M Im
k1 Lset
2 k2
N
. EII
Lk3
Lk1
Lk2
.
Um
1
. EI
k3
. M Im
k1 Lset
2 k2
N
. EII
Lk3
Lk1
Lk2
.
Um
整定距离Lset：与距离保护的范围相对应的距离。
1) 故障发生在保护区正方向，设法测出故障点至保护安装处
的距离Lk，并与Lset比较： Lk< Lset：保护范围内故障，保护动作（k1） Lk> Lset：保护范围外故障，保护不动作（k2）
2) 故障发生在保护区反方向，直接判区外故障不动作（k3）


，Z mCA

UC

-UA，

IA- IB
IB - IC
IC - IA




ZmA

UA

，ZmB

UB

，ZmC
UC

IA K 3 I0
IB K 3I0
IC K 3I0
均 z1lk
各种测量阻抗都能正确反映故障点到保护安装处 的距离！
5.故障环路的概念及测量电压、电流的选取
I段：保护区为本线路全长的80%-85%瞬时 动作于本线路出口断路器； II段：保护区为本线路全长，t=0.5s动作于 本线路出口断路器； III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性，延 时动作于本线路出口断路器 I、II段为主保护，III段为后备保护。
3.1.5 距离保护的组成
由起动元件、测量元件、时间元件和执行 元件组成。
一、距离保护的基本概念
距离保护是反应故障点至保 护安装点之间的距离（或阻 抗），并根据距离的远近而确 定动作时间。
利用短路时电压、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。
测量保护安装处至故障点的距离，实际 上是测量保护安装处至故障点之间的阻 抗大小，故有时又称之为阻抗保护。
距离Ⅲ段：
（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；
（2）延时动作，一般动作时限为：t1 t2＋ t
I段： 保护区不能伸出本线路，即测量阻
抗小于本线路阻抗时动作。
Z' set.2

K
' rel
Z
AB
可靠系数， 0.8 ～0.9
II段 保护区不能伸出相邻线路I段保护区，
即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路I 段动作阻抗之和。 靠延时保证选择性
ZL
Zset = Z1 ·Lset
R
在线路阻抗的方向上，比较Zm（或Zk）与 Zset的 大小，即可实现Lk与Lset的比较。
Zk< Zset 说明Lk< Lset ：在保护区内，保护动作（k1） Zk> Zset 说明Lk > Lset：在保护区外，保护不动作（k2） Zk在Zset 的反方向：区外故障，保护不动作（k3）
第三章 电网距离保护
电流保护
优点： 简单、经济、可靠，广泛应用于
35KV及以下等级的电网。 缺点：
定值、保护范围以及灵敏度受系 统运行方式变化的影响较大。
思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可 靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构 复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求 。电流、电压保护一般只适用于35kV及以下电 压等级的配电网。对于110kV及以上电压等级 的复杂网，线路保护采用何种保护方式？
※ 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。
(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;
假设：Z1 = Z2
不计负荷电流
保护安装处的残压：




U A UkA I A1 z1lk I A2 z2lk I A0 z0lk





UkA I A1 z1lk I A2 z2lk I A0 z0lk (I A0 z1lk I A0 z1lk )


UmC UC ，ImC IC K3 I0




则：UmB ImB z1lk，UmC ImC z1lk




U B UkB (IB K 3 I0 )z1lk




UC UkC (IC K 3 I0 )z1lk



UB UC （IB IC ） z1lk
测量电压
UmAB UA U B
U mBC U B UC U mCA UC U A
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。
Z '' set.2

K
'' rel
(Z
AB

K
' rel
Z
BC
)
可靠系数， 0.8
III段: 在系统正常时不起动，故障时起动
，即测量阻抗小于最小的负荷阻抗时保 护动作。依靠时间的阶梯性来保证选择 性
Z AB Zk
k zk
t
t
I 1
t III 1
t
II 1
t
II 2
t
I 2
t III 2 l
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
A相
UmA UA
ImA IA K 3I0
B相
UmB UB
ImB IB K 3I0
C相
UmC UC
ImC IC K 3I0
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