电力系统继电保护 第三章电网的距离保护1-5节

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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
2
k1
Lset
k2
. EII N
Lk3 . Um
Lk1
Lk2
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）
U B U kB ( I B K 3 I 0 ) z1lk U C U kC ( I C K 3 I 0 ) z1lk










UB UC （I B IC ） z1lk





方法：取U mBC U B U C , I mBC I B IC

UB

， Z mC

IC K 3 I0


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。 故障环路上的电压和环路中流通的电流之间满足：
U m I m 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。
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。
Ⅰ段
由三段构成 Ⅱ段
主保护
后备保护
Ⅲ段
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：
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。
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？


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

※
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
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 Im

Z m m Rm jX m
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 因数角，阻抗性质以电阻性 为主。（ZL）


采用相Baidu Nhomakorabea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。
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。
U kA ( I A1 I A2 I A0 ) z1lk I A0 ( z0 z1 )lk
U kA I A z1lk I 0 ( z0 z1 )lk



U kA ( I A K 3I 0 ) z1lk



z0 z1 K (零序补偿系数) 3z1
方法2：取U mBC U B U C , I mBC I B IC





则： U mBC 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： U kB U kC ,U A E A , I A 0, I B I C , I 0 0


则： U mB ImB z1lk， U mC ImC z1lk
U B U kB ( I B K 3 I 0 ) z1lk U C U kC ( I C K 3 I 0 ) z1lk





UB UC （IB IC ） z1lk
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： (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;
所有测量阻抗： Z mAB




U A-UB I A - IB



， Z mBC


U B - UC I B - IC



， Z mCA UC


UC - U A IC - I A



，
Z mA
I A K 3 I0

UA


， Z mB

I B K 3 I0
（一）母线电压的计算公式
U
Z
lk
K
I
U (I K 3I )Z l U A kA A 0 1 k U B U kB ( I B K 3 I 0 ) Z1lk
U C U kC ( I C K 3 I 0 ) Z1lk
——保护安装处的残压：
1.单相接地（A相）

U kA 0, I B I C 0， UB EB ， UC EC
U A U kA ( I A K 3I 0 ) z1lk





故障相：取U mA U A ， I mA I A K 3 I 0
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 z2lk I A0 z0lk







U kA I A1 z1lk I A2 z2lk I A0 z0lk ( I A0 z1lk I A0 z1lk )
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
ZL R
2) 系统发生金属性短路时
jX
Um：降低 Im ：增大 Zm ：为短路点与保护安装处 的线路阻抗
ZK2 Zset ZK1 ZK3 ZL R
对具有均匀参数的输电线路，忽略分布电容和电导，有： Z m= Z k = z 1· Lk，其中z1为单位长度线路的复阻抗
jX ZK2 Zset ZK1 ZK3 ZL R
则： U mBC I mBC z1lk
U A - UB 其他相间阻抗：Z mAB z1lk I A - IB



UC - U A Z mCA z1lk IC - I A


不能反应故障距离！
4.三相短路接地
故障分析： U kA U kB U kC 0
（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； t2 ＋ t t1 （2）延时动作，一般动作时限为：
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 ZAB
' rel
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
U B U kB ( I B K 3 I 0 ) z1lk U C U kC ( I C K 3 I 0 ) z1lk






故障相： U ，I I K 3I 方法1 ：取U mB B mB B 0
U mC U C ， I mC I C K 3 I 0



U mA I mA z1lk



非故障相： U mB U B EB （大）， I mB I B 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）
故障分析： U kB U kC 0, I A 0,U A E A
相间距离保护的接线方式（0°接线）
测量电压
AB相 BC相
U mAB U A U B
测量电流
I I I mAB A B
U U U mBC B C
U U U mCA C A
I I I mBC B C
I I I mCA C A


电压与电流的这个比值被称为测量阻抗， 表示为 Z
m
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。
. EI k3
1 . M Im 2
k1
Lset
k2
. EII N
Lk3 . Um
Lk1
Lk2
. EI
k3
1 . M Im
CA相
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）
测量电压
测量电流
I mA I A K 3I 0
A相
B相 C相
U mA U A
U mB U B
U mC U C
I mB I B K 3I 0
整定阻抗：和整定长度Lset 相对应的阻抗Zset Zset = Z1 ·Lset
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）
Z
'' set.2
K (ZAB K ZBC )
'' rel ' rel
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
k
Z AB Zk
zk
t
t
t
II 1
III 1
t
t
II 2
III 2
t
I 1
t
I 2