第3章 电网距离保护

（2）延时动作，一般动作时限为：t2 t1＋ 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
ZAB
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
R
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




U A UkA (IA K 3I0 )z1lk




故障相：取UmA U A ，ImA IA K3 I0


U mA ImA z1lk 可以反映故障距离

非故障相：UmB


UB



EB（大），ImB


IB
K
I（0 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）
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 jXm
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）
三、距离保护的主要组成元件
1、启动元件（ 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。
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。
距离Ⅲ段：
（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；
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




故障分析：UkB UkC 0,U A EA




U B U kB (I B K 3 I0 )z1lk




UC U kC (IC K 3 I0 )z1lk
故障相：
方法1：取U&mB U&B，&ImB I&B K3I&0





U mC UC ，ImC IC K 3 I0
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？
Z '' set.2

K '' rel
(Z
AB

K
' rel
Z
BC
)
可靠系数， 0.8
III段: 在系统正常时不启动，故障时启动
，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 2
t
II 2
t
I 1
t III 2
t
II 1
t III 1 l




则：UmB ImB z1lk，UmC ImC z1lk




U B U kB ( I B K 3 I 0 ) z1lk




U C U kC (IC K 3 I0 ) z1lk



UB UC （IB IC ） z1lk





方法2：取UmBC UB UC , ImBC IB IC




UC UkC (IC K 3 I0 )z1lk


UB UC （IB IC ） z1lk



方法：取UmBC UB UC, ImBC IB IC


则：UmBC ImBC z1lk


其他相间阻抗：Z&mAB

UA

- UB


z1lk
3、配合逻辑部分—实现各部分间逻辑及时间配合；
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
负
jX
短 路
荷 阻
阻
抗
抗
g
ZK

UK
g
IK
距离保护利用阻抗





UkA (IA1 IA2 IA0 )z1lk I A0 (z0 z1)lk



UkA I A z1lk I0 (z0 z1)lk



UkA (I A K 3I0 )z1lk
K z0 z1 (零序补偿系数) 3z1
（一）母线电压的计算公式


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




U B UkB (IB K 3 I0 )z1lk
IA - IB


Z&mCA

UC - UA

来自百度文库

z1lk
IC - IA
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：ZmAB

UA

- UB


，ZmBC

UB

- UC


，ZmCA

UC

- UA

，
IA -IB
IB -IC
IC -IA




ZmA
UA

，ZmB
UB

，ZmC
UC

IA K 3I0
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
故障环路：故障电流可以流通的通路称为故障环路。
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：
测量电压 测量电流
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。
继电器来判断故障
出口 所在区域。
正常运行时 为负荷阻抗
故障时为保
g
ZK

UN
g
IL
护安装处到 ZK zlk
故障点的线
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）
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。
U Z
K
I
lk
UA UkA (IA K 3I0 )Z1lk
UB 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, 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
(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

U

kA

I
A1
z1lk

I
A2
z 2lk

I A0
z0lk

UkA IA1 z1lk IA2 z2lk IA0 z0lk (IA0 z1lk IA0 z1lk )
※ 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。
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
由启动元件、测量元件、时间元件和执行 元件组成。
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
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
相对应的阻抗Zset
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）
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）