电网距离保护

（3）全阻抗圆特性 令Zset2 = - Zset1 ，Zset1=Zset 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
全阻抗圆特点：各个方向上的动作阻抗都相同，它在正向或反向故障的情况下具有 相同的保护区，即阻抗元件本身不具方向性。全阻抗圆特性的阻抗元件可以应用于 单侧电源的系统中；当应用于多测电源系统时，应与方向元件相配合。
方向圆阻抗特性
3 . 3 . 3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断 1 ．比较工作电压相位法的基本原理 工作电压又称为补偿电压：保护安装处测量电压Um与测量电流 Im 的线 性组合。即
正方向区外 k2点短路时
母线 M 处的残余电压 整定点 z 点的残余电压
相位相同
K1 K2
正方向区内 k1 点短路时
设相位比较动作方程中分子、分母的阻抗分别用 Zc 和ZD表示，则相位 比较动作条件的一般表达式为
4 个量之间关系为
3 . 3 阻抗继电器的实现方法
阻抗继电器一般根据已经导出的绝对值比较动作方程和相位比较动作方 程来实现.
3 . 3 . 1 绝对值比较原理的实现 电压形式的绝对值比较方程
绝对值比较阻抗继电器的实现
Kc 为大于 0 的实常数不会对比相有任何影响
对照偏移圆阻抗特性得到： 方向圆变为偏移圆，正向出 口短路时，测量阻抗明确地落在 动作区内，不再处于临界动作的 边沿，能够可靠地动作。 与整定阻抗相同的方向圆特 性相比，该偏移圆的直径要大得 多因而其耐受过渡电阻的能力要 比方向圆特性强。 该偏移特性是在正向故障 的前提下导出的，所以动作区域 包括原点并不会失去方向性。
电抗变换器:电 流变换为电压, 成导数关系。故 可滤除直流分量
改变匝数可以改变变换系 数的值，改变调节绕组中 的调节电阻，可以改变其 阻抗角。
KI :阻抗量纲
同除以
令
电压变换器
方向圆特性阻抗继电器
输出电压与输人电压同相位幅值为
3 . 3 . 2 相位比较原理的实现 电压形式相位比较方程
分子、分母同除以 令
相位比较动作方程 当测量阻抗落在右下部分圆周的任一点上时，有 当测量阻抗落在左上部分圆周的任一点上时，有
当测量阻抗落在圆内任一点时，有
当测量阻抗 Zm 的阻抗角与正向整定阻抗 Zset1 的 阻抗角相等时，此时继电器最为灵敏，所以Zset1 的阻抗角也称为最灵敏角。一般取为被保护线路的 阻抗角。
3 . 2 . 2 阻抗继电器的动作特性和动作方程 阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状，称为动作特性. 1 ．圆特性阻抗继电器 偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性 (1) 偏移圆特性:圆内为动作区，圆外为非动作区.
绝对值比较原理 正方向整定阻抗 测量点到圆心的距离≤半径
圆心 反方向整定阻抗
苹果形特性的阻抗元件有较高的耐受过渡电阻的能力。耐受过负荷的能力比 较差。橄榄特性的阻抗元件耐受过负荷能力较强，但耐过渡电阻能力较差。
3 ．直线特性的阻抗元件 是圆特性阻抗元件的特例：圆心在无穷远处，而直径趋向于无穷大. 直线特性可分为电抗特性、电阻特性和方向特性几种。 (1)电抗特性 Zm 处于临界时：
接地距离保护：带零序电流补偿的接线方式不能正确反应两 相短路。
4 ．三相对称短路
任何一相的电压、电流或任何两相的相间电压、两相电流 差作为距离保护的测量电压和电流，都可以用来进行故障 判断。 两种接线方式的阻抗继电器在各种不同类型的短路时动作情 况，见表 3 . 1 思考：若要反映各种故障，实际接线中要采用多少个继电器？ 为什么？
故障距离
3.1.2测量阻抗及其与故障距离的关系
在距离保护中，测量阻抗Zm 来表示，它定义为保护安装处测量电压 与 测量电流 之比，即
在电力系统正常运行时，Um近似为额定电压，Im 为负荷电流，Zm为负荷阻抗。
电力系统发生金属性短路时，Zm 变为短路点与保护安装处之间的线路阻抗Zk。 与短路距离 Lk 成线性正比关系，即
K1
K2
母线 M 处的残余电压 整定点 z 点的残余电压
相位相反
反方向 k3 点短路时
K1
K2
N侧电源在母线 M 处的残余电压
N侧电源整定点 z 点的残余电压
相位相同
动作条件为
=180°
在实际的系统中，由于互感器误差、过渡电阻等因素的存在，相位差在 180°左右 的一个范围内，测量元件就应该动作
多个负号，两边减180° 方向圆特性
阻抗继电器的死区
中
在
Um称为参考电压或极化电压作为判断口 Uop 相位的参考 当在保护安装处正方向出口发生金属性相间短路时，母线电压降到零或很 小，加到继电器的电压（Um）为零或者小于继电器动作所需的最小电压 时，方向继电器会出现死区。测量阻抗 Zm 的阻抗值都很小，正好处于阻 抗元件临界动作的边沿上，有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短 路时误动的情况。
左侧 右侧 Zm在动作特性直线下方（动作区）
不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作
(2)电阻特性。
电阻特性阻抗形式的绝对值比较动作方程和 相位比较动作方程分别为
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准电阻特性
( 3 )方向特性。
绝对值比较动作方程和相位比较动作方程分别为
4 ．多边形特性的阻抗元件 圆特性的阻抗元件的不足： 在整定值较小时，动作特性圆也就比较小，区内经过渡电阻短路时， 测量阻抗容易落在区外，导致测量元件拒动作； 而当整定值较大时，动作特性圆也较大，负荷阻抗有可能落在圆内， 从而导致测量元件误动作。 具有多边形特性的阻抗元件可以克服这些缺点，能够同时兼顾耐受过渡 电阻的能力和躲负荷的能力
常用接线方式
各种短路故障只有符合：
才能得到正确的故障阻抗
在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点的 线路正序阻抗。三个继电器均能正确动作。
在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点 到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大， 不会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间 的原因
以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性。
参考电压等于相应相 或相间的正序电压
参考电压等于正序电压负值
动作特性完全相同
以正序电压负值做参考电压
为例分析动作特性
按接地距离接线方式，设发生区内K2点单相接地故障时：
M侧保护处 正序电压
由复合序网得到
M侧系统电源电动势
短路点的等值电动势，假设 短路点看入的等值正序、零序阻抗 M 侧系统的正序阻抗 正序电流 M 侧分流系数
3 .1 . 4距离保护的延时特性 ：时限整定同三段式保护
3 . 1 . 5 距离保护的构成
1 ．启动部分：来判别电力系统是否发生故障 2 ．测量部分：测定出故障方向和距离并与预先设定的保护范围相比较。 3 ．振荡闭锁部分：防止出现保护误动 4 ．电压回路断线部分：防止出现保护误动 5 ．配合逻辑部分： 6 ．出口部分
故障环路的概念
在系统中性点直接接地系统中故障电流流通的通路称为故障环路 单相接地短路：故障电流在故障相与大地之间流通； （相一地） 两相接地短路:故障电流在两个故障相与大地之间、以及两个故障相之 间流通； （相一地） （相一相） 两相短路时:故障电流在两个故障相之间流通； （相一相） 三相短路时:故障电流在三相之间流通。 （相一地） （相一相） 为保护接地短路，取接地短路的故障环路为相一地故障环路，测量电压为 保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流。 称为接地距离保护接线方式。 对于相间短路，故障环路为相一相故障环路，取测量电压为保护安装处两 故障相的电压差，测量电流为两故障相的电流差，称为相间距离保护接线方 式。
A相测量阻抗能够正确反应故障的距离
非故障相 B， C的UKB与UKC不为0.测量阻抗接近负荷阻抗， 测量距离大于整定距离，不会动作。
2 ．两相接地短路 以 B C两相接地故障为例
B、C能够正确地反应故障距离
非故障相 A 相由于UKA不能够正确地反应故障距离
3 ．两相不接地短路
以 BC 两相故障为例
在两相接地短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测 量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余 两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。
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。
具有零序电流补偿的0°接线方式的分析
1 ．单相接地短路 以 A 相单相接地短路故障为例
第三章 电网距离保护
3 . 1 距离保护的基本原理与构成 3 . 1 . 1 距离保护的概念 距离保护（ distance protection ）是利用短路发生时电压、电流 同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安 装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。
整定距离
故障距离 故障距离
U[0]C
UC
3 ) AB 两相短路。
U[0]B UA
60° UB
U[0]A
两故障相正序电压的相位都与对应相故障前电压的相位相同，幅值等于 故障前电压的1/2。 故障相间正序电压的相位与该故障前相间电压的相位相同，幅值等于 故障前相间电压的1/2。
4 ）三相对称短路。
出口三相短路时，各相正序电压都为0 ，正序参考电 压将无法应用。
Zm-Zset2
Zm-Zset2
方向四边形特性：设测量阻抗 Zm 的实部为 Rm ，虚部为 Xm 第 4象限部分
第 2象限部分
第 1象限部分
3 . 2 . 3 绝对值比较与相位比较之间的相互转换 设绝对值比较动作方程中≤左侧的阻抗记为ZB，右侧的阻抗记为ZA，则 绝对值比较动作条件的一般表达式为
(4)上抛圆与下抛圆特性---与偏移圆特性的动作方程式完全相同
上抛圆特性与另一方向圆特性组合成 8 字形特性，可作为距 离保护的启动元件
（5）特性圆的偏转
圆的直径变大，测量元件在整定方向上的保护区不变，但其他方向的保护区 有可能会伸长，应采取必要的措施，防止区外故障时测量元件误动作。
2 .苹果形特性和橄榄形特性阻抗元件
3 . 2 阻抗继电器及其动作特性
3.2.1 阻抗继电器动作区域的概念 阻抗继电器的作用通过测量故障环路上的测量阻抗Zm， 并将它与整定阻抗 Zset 相比较，以确定故障所处的区段， 在保护范围内部故障时，给出动作信号。 Zm 一般并不能严格地落在与 Zset 相同的直线上，而 是落在该直线附近的一个区域中。在阻抗复平面上，其动作 的范围应该是一个包括Zset对应线段在内，但在 Zset 的方 向上不超过 Zset 的区域. 区域以内时，判断为区内故障 区域以外时，判断为区外故障， 区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。
短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大（对于 220kv 及以上电压等级的线路，阻抗角一般不低于 75 °) ，阻抗性质以 电感性为主。
保护区外 整定阻抗 保护区内 短路阻抗的阻抗角
正常运行时阻抗角为数值较小的功率因数角
保护区外
3 . 1 . 3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
+IA0Z1LK - IA0Z1LK
偏移圆特性的阻抗继电器特点：在反向故障时有一 定的动作区。偏移特性的阻抗元件通常用在距离保 护的后备段（如第 3 段）中。
（2）方向圆特性 令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
方向圆特点： 在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗 都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作， 阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段 （1段和 2段）中。
应选择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的 参考电压
参考电压用Uref表示 动作的条件
2 ．以正序电压为参考电压的测量元件
正序电压是由三相电压组合而成的，用它 来作为参考电压就相当于在参考电压中引 入了非故障相电压。
接地距离接线方式参考电压取相电压 如：Uref=UA1 相间距离接线方式参考电压取线电压 如：Uref=UAB1
不同故障情况下正序参考电压的变化分析
l ) A 相单相接地短路。
U[0]A
正序电压与故障前相电压 相位相同，幅值等于该相 故障前电压的2/3
U[0]C UC UB U[0]B
2 ) AB 两相接地短路。
出口两相接地故障时，两故障相正序电压的相位都与对应相故障前电压的相位相 同。幅值等于故障前电压的1/3。 故障相间正序电压的相位与故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前电压的 1/3.