1、2023-1-6第2章 电网的距离保护12023-1-6第2章 电网的距离保护2l距离保护的基本原理与适用场合l单相式方向阻抗继电器的分析方法l微机常用方向阻抗继电器的原理l阻抗继电器的接线方式l振荡闭锁的原理l过渡电阻对距离保护的影响与消除措施 电压与电流的比值，110kV 比幅与比相动作方程分析 工频变化量、正序电压极化、电抗、四边形等方向阻抗继电器的构成原理 相间接线与接地接线 区分振荡与短路，从而构成闭锁措施 过渡电阻特点及对继电保护的影响2023-1-6第2章 电网的距离保护3l掌握距离保护与阻抗继电器原理l理解方向阻抗继电器接线l掌握实用阻抗继电器分析方法学习方法 要在对比中巩固三
2、段式原理并熟练比幅与比相的相互转化方法 联系应用范围掌握方向阻抗继电器的特殊问题 要联系电力系统故障分析的一些方法与结论2023-1-6第2章 电网的距离保护42.1 距离保护的基本原理kkkUZzlI而相间电流保护灵敏度低不适于高压网可见，距离保护电压电流的比值与故障点距离成正比，与系统的运行方式无关，即不受系统运行方式的影响，可以获得较为稳定的灵敏度。距离保护就是利用电压电流比值判断故障的一种保护。2.1.1距离保护的引入2023-1-6第2章 电网的距离保护5KKKUZI阻抗继电器测量阻抗距离保护利用阻抗继电器来判断故障所在区域。2.1.2距离保护原理Kset|ZZ阻抗继电器动作方程NK
3、LUZI正常运行时为负荷阻抗KkZzl故障时为保护安装处到故障点的线路阻抗整定阻抗2023-1-6第2章 电网的距离保护6注意与三段式电流保护的区别。三段式距离保护基本原理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。II1.actrelMNZK Z可靠系数，0.8 0.85II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IIIII1.actrelMNrelNP()ZKZK Z可靠系数，0.8III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2023-1-6第2章
4、电网的距离保护72.1.3距离保护组成系统发生故障时起动保护装置判断是否跳闸由I、II、III段的阻抗继电器1KR、2KR、3KR来判断故障区域2023-1-6第2章 电网的距离保护82.2 阻抗继电器分类与特性距离保护的核心元件，测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距离），与整定值进行比较，小于整定值为内部故障。2.2.1阻抗继电器基本原理与分类（1）阻抗继电器分类比较原理比幅：幅值比较式比相：相位比较式输入量第I型：单相式第II型：多相补偿式Kset|ZZKsetKset|arg|90ZZZZAA,UIABA,UI动作特性圆特性容易实现多边形特性2023-1-6第2章 电网的距离保护9mK
5、TVTAKmTVKmTA/UnnUZZnIIn（2）阻抗继电器的基本概念一次值继电器的动作方程KsetZZ整定阻抗阻抗继电器KR电压UK来自TV，电流IK来自TA。有测量阻抗继电器的动作特性注意：正方向故障时，ZK在第象限；反方向故障时ZK在第象限。2023-1-6第2章 电网的距离保护102.2.2单相式圆特性阻抗继电器全阻抗继电器Kset|ZZ由于构成方便，应用多。比幅动作方程setKsetK90arg90ZZZZ比相动作方程特点：无死区，无方向性KKset|UIZ电压比幅动作方程KKsetKKset90arg90IZUIZU电压比相动作方程以整定阻抗为半径的圆。应用：一般用作起动元件KK
6、KUZI2023-1-6第2章 电网的距离保护11偏移阻抗继电器set1set2set1set2K|22ZZZZZ比幅动作方程Kset2set1K90arg90ZZZZ比相动作方程特点：无死区，无方向性set1set2set1set2KKK|22ZZZZUII电压比幅动作方程KKset2KKset190arg90UIZIZU电压比相动作方程以Zset1Zset2为直径的圆。应用：手动合闸、自动重合闸时采用。KKKUZI2023-1-6第2章 电网的距离保护12方向阻抗继电器setsetK|22ZZZ 比幅动作方程setKK90arg90ZZZ比相动作方程特点：有电压死区，有方向性（正方向故障时
7、动作）setsetKKK|22ZZUII电压比幅动作方程KKsetK90arg90IZUU电压比相动作方程以整定阻抗Zset为直径的圆。应用：、段测量元件KKKUZI2023-1-6第2章 电网的距离保护132.2.5阻抗继电器的精确工作电流以圆特性全阻抗继电器为例Kset|ZZ比幅动作方程KKset|UIZ电压比幅动作方程可见，只要阻抗满足要求，继电器就应该动作。是不是真的如此？即KKset|0IZU比较元件都有最小的动作电压U0（比较电路）或最小的分辨率U0（微机保护的字长决定）。则上式变为KKset0|ZUUI结论：当电流很小时，继电器无法动作。2023-1-6第2章 电网的距离保护14
8、阻抗继电器的精确工作电流阻抗继电器在多大电流时能够正确动作。KsenKargUI精确工作电流：当电压电流夹角为最灵敏角，即图示如右且起动阻抗actset0.9ZZ使得继电器刚好动作的电流。其中的最小值称为最小精确工作电流Iac.min，最大值称为最大精确工作电流 Iac.max。2023-1-6第2章 电网的距离保护152.3 阻抗继电器的接线方式A1A2A0MAkA1 k2 k0 kB1B2A0MBkB1 k2 k0 kC1C2A0MCkC1AA0kA1 k01kBB0kB1 k01kCC0kC1 k01kk2 k0 k()()()UIz lIzz lUIz lIzz lUIz lIzUUI
9、z lIz lIz lUUIz lIz lIz lUUIz lIz lzIz llK点短路时母线电压为（1）测量阻抗与故障距离成正比与系统的运行方式无关（2）测量阻抗与短路类型无关。要求2.3.1故障时的测量阻抗考虑到IA IA1+IA2+IA0且 z1z22023-1-6第2章 电网的距离保护16A0101AA0A0MA1 k01kkk110(3()33()IKzzUIz lIzz lIIz lzIz lK点A相接地0113zzKz式中为零序补偿系数A1A2A0kA0UIII边界条件且AkBk1 kA0A3CUUUz lIK I结论：B、C相比 相多、，则MBCMBMCBC1 k()Uz l
10、UIIUK点BC相短路BC0kBkC,0UUIII 边界条件且BCkAkBkCkA1 kBCBCUUUUUz lII结论：AB、CA相比相多或,则2023-1-6第2章 电网的距离保护17（1）相间距离保护0接线2.3.2距离保护接线方式（2）接地距离保护零序补偿接线阻抗继电器相别 KU KI A AU A03IK I B BU B03IK I C CU C03IK I 2023-1-6第2章 电网的距离保护182.3.3阻抗继电器在各种故障时的动作情况结论：只有故障相阻抗继电器的可以正确测量短路阻抗。为提高计算速度，可以先选出故障相再进行阻抗计算。故障类型 AN BN CN ABN BCN
11、CAN AB BC CA ABC KRA KRB KRC KRAB KRBC KRCA 2023-1-6第2章 电网的距离保护192.4 实用方向阻抗元件的原理KKU0Z0考虑到线路出口短路时，继电器，则，继电器不动作，即有电压死区。（1）死区（1）正方向故障无电压死区（2）反方向故障可靠不误动要求2.4.1方向阻抗继电器的死区及消除方法（2）死区消除方法两种记忆将故障前电压加以记忆，微机保护中，可以直接利用故障前一个或两个周波的电压进行比较，从而达到记忆的作用。引入第三相电压如正序电压，相当于引入了第三相电压，因为计算正序电压需要A、B、C三相电压。2023-1-6第2章 电网的距离保护20
12、2.5 距离保护的振荡闭锁主要是稳定破坏引起振荡的原因a.短路故障快速开放保护；b.振荡可靠闭锁保护；c.外部故障切除后发生振荡保护不应误动；d.振荡过程中发生故障保护应当可靠动作要求振荡时保护不应当动作，由其他自动装置处理。2023-1-6第2章 电网的距离保护212.5.1振荡对距离保护的影响（1）系统振荡时电压电流的变化jMNMMSMMNSN(1)EEEeIZZZZa、所有的阻抗角相等b、振荡中心在电气中心O点c、两侧电源电势相等（M超前N角度)d、M侧为送电侧（fMfN)假设MMMSMUEIZ电流电压周期性变化，周期为振荡周期（1-3S），即osMN1|Tff2023-1-6第2章 电
13、网的距离保护2200.511.522.533.544.55-4-3-2-101234fM=50.2HZ,fN=49.8HZ时的振荡电流图振荡周期2.5s=180=02023-1-6第2章 电网的距离保护23（2）系统振荡时测量阻抗的变化MMMNMN/I/IEECEE由右图可见，振荡中心O到PQ阻抗比为因此，测量阻抗轨迹随着两侧电源电势的比值C变化。a、M侧为送电侧（C1）则其轨迹如图中的圆1。b、M侧为受电侧（C1）则其轨迹如图中的圆2。b、两侧电势相等（C1）则其轨迹如图中的直线AB。图中当180时，测量阻抗在PQ线上且最小，造成 图中的阻抗继电器误动。2023-1-6第2章 电网的距离保护
14、24（3）振荡对距离保护的影响由右图可见，测量阻抗从保护动作区（圆2）a点进b点出，中间相差的时间小于1s。测量阻抗轨迹继电器动作区I段无动作延时，只要测量阻抗进入动作区，保护就误动，故振荡时需闭锁；II 段动作延时可能小于ab段时间，保护可能误动，故振荡时需闭锁；III段的动作时间最长（超过1s），不受振荡的影响。2023-1-6第2章 电网的距离保护252.5.2振荡闭锁原理（1）振荡与短路的区别a、振荡电压、电流、测量阻抗均作周期性的缓慢变化，周期为振荡周期；b、振荡三相对称，无负序或零序分量。短路长期（不对称短路）或瞬间（对称短路）出现负序电流。短路电流、电压、阻抗突然变化，变化速度快
15、，但短路后又保持稳定。振荡短路dZdt中等dZdt大或很小2I无2I有周期性缓慢进入动作区快速进入动作区2023-1-6第2章 电网的距离保护262.6过渡电阻对距离保护的影响无过渡电阻Rg过渡电阻特点阻抗继电器ZKZk有过渡电阻Rg阻抗继电器ZKZk相间故障接地故障电弧电阻电弧、接地电阻纯电阻；随着时间逐渐变大。500kV线路接地短路的最大过渡电阻按300考虑，220kV线路则按照100考虑。2023-1-6第2章 电网的距离保护27（1）单侧电源过渡电阻的影响过渡电阻RgRg使得阻抗继电器在区内故障时拒动。KkgkZZRZZ 无Rg继电器动作有Rg继电器拒动2023-1-6第2章 电网的距
16、离保护28（2）双侧电源过渡电阻的影响过渡电阻Rg上电流不再是IMMMMkMgkMMNMUZIIRIZIZZNIM为送电侧，Z呈现容性出口故障拒动外部故障误动（超越）为提高抗过渡电阻能力，则继电器的特性希望为请联系四边形阻抗继电器2023-1-6第2章 电网的距离保护29（2）双侧电源过渡电阻的影响NIM为受电侧，Z呈现感性出口故障不拒动保护区末端故障拒动注意：重点防止过渡电阻引起的阻抗继电器超越。2023-1-6第2章 电网的距离保护30（3）过渡电阻对保护的影响I段 保护无延时，过渡电阻较小 影响小 段 经过延时，过渡电阻较大；整定阻抗较小，动作区小 影响大 段 整定阻抗大，动作区大 影响
17、小 2023-1-6第2章 电网的距离保护312消除过渡电阻的措施（1）动作特性的偏移及电抗特性动作特性向R轴偏移（2）采用四边形阻抗继电器带电抗线2023-1-6第2章 电网的距离保护322.7 距离保护的整定计算2.7.1分支电流对保护的影响与消除措施助增故障线路电流大于保护安装处电流1QF2QFMNPD13QFZ2ZSMZSNkZMMNMMNMNkMN()UUIZIIZIZkMNNkMakrMbIZZZKZZI则分支系数braK相邻故障线路电流本线路电流助增使得测量阻抗增大，保护区缩小。bra1KK点故障时，保护PD1的测量阻抗期望值？2023-1-6第2章 电网的距离保护33外汲电流对
18、保护的影响外汲故障线路电流小于保护安装处电流braNPMNkNMNkNMIZZZKZZI则分支系数外汲使得测量阻抗减小，保护区伸长，导致保护外部故障时误动。bra1K2023-1-6第2章 电网的距离保护34消除分支电流影响的措施整定距离保护II段分支系数取bra.minK主要防超范围动作，即外汲影响 校验III段远后备的灵敏系数分支系数取bra.maxK2023-1-6第2章 电网的距离保护352.7.2三段式距离保护的整定计算（1）圆特性阻抗继电器II1.setrelMNZK Z可靠系数取0.8-0.85I段：保护区不能伸出本线路IIIII1.setrelMNbra.min2.set()Z
19、KZKZ可靠系数取0.8-0.85II段保护区不伸出相邻元件I段的保护区，并取最小分支系数IIII1.setrelMNbra.minT()ZKZKZ取小值0.5灵敏度校验II1.setsenMNZKZ要求大于1.25，否则与相邻线路段配合2023-1-6第2章 电网的距离保护36IIIL.min1.setIIIrelreMsZZK K K可靠系数取1.2-1.3III段正常时不起动，外部故障切除后可靠返回，依靠时间的阶梯性保证选择性返回系数，取1.1自起动系数，1.53NL.max0.93UI2023-1-6第2章 电网的距离保护37III段灵敏度校验III1.setsenMNlLcos()Z
20、KZ近后备要求大于1.5III1.setsenMNbra.maxNPlL()cos()ZKZKZ远后备要求大于1.52023-1-6第2章 电网的距离保护38（2）采用四边型阻抗继电器的整定计算方法I、II、III段公用一个电阻整定值 setrelL.minLL(cossintan30)RK ZI、II、III段整定阻抗Zset与圆特性继电器相同，根据图中的几何关系可以求取Xset。setsetLL(cossintan)XZ2023-1-6第2章 电网的距离保护392.8 距离保护装置介绍110kV线路典型的三段式距离保护框图起动与振荡闭锁短时开放2023-1-6第2章 电网的距离保护4011
21、0kV线路典型的三段式距离保护框图三段式距离保护段动作段动作段动作2023-1-6第2章 电网的距离保护41110kV线路典型的三段式距离保护框图后加速回路距离加速动作带振荡闭锁段重合加速手合加速段重合加速、段2023-1-6第2章 电网的距离保护42 三段式距离保护各段由三个相间与三个接地方向阻抗继电器完成短路阻抗的测量，共18个方向阻抗继电器。方向阻抗继电器需采取措施消除出口电压死区。I段不受系统运行方式的影响，保护区稳定。II、III段受分支电流的影响，保护区随运行方式而变化。距离保护需要电压，在电压回路断线时需闭锁保护。距离保护需采取措施防止振荡、过渡电阻的影响。选相元件是为了提高保护的速度并与综合重合闸配合。110kV及以上电压等级的电网中受到了广泛的应用，并且与纵联通道配合，可以构成全线速动保护。
