电力系统继电保护-3电网距离保护

1、电力系统继电保护3 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的概念距离保护-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，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。定距离Lset-与距离保护的范围相对应的距离。工作原理大致如下：工作原理大致如下：（图（图3-1：距离保护原理示意图）：距离保护原理示意图）3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系测量阻抗及其与故障距离的关系3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系测量阻抗及其与故障距离的关系3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取 以下图中以下图中K点发生

2、故障为例，求三相系统发生短路时点发生故障为例，求三相系统发生短路时M处处母线上各相电压：母线上各相电压：3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取 5 故障环路的概念及测量电压电流的选取故障环路的概念及测量电压电流的选取单相接地短路-一个故障相与大地之间的故障环（相地故障环）；两相接地短路-两个故障相与大地之间的（相-地

3、）故障环和一个两故障相之间的故障环（相-相故障环）；两相不接地短路-一个两故障相之间的（相-相）故障环；三相短路接地-三个（相-地）故障环和三个（相-相）故障环。（上图：接地故障环路测试仪）（上图：接地故障环路测试仪）3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取（电力系统故障录波及分析装置图）（电力系统故障录波及分析装置图）3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取三相系统中测量电压和测量电流的选取注：“+”表示能正确反应故障距离；“-”表示不能正确反应故障距离。3.1.4 距离保护的时限特性距离保护的时限特性距离保护的时限特性距离保护的动作时间与故障点

4、到保护安装处的距离之间的关系称为距离保护的时限特性。三段式的阶梯时限特性-目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性，如图3-4所示。距离I段为无延时的速动段，II段为带固定时限的速动段，延时的时限一般为0.30.6秒，III段时限需与相邻下级线路的III段保护配合，在其延时的基础上再加上一个时间级差t。3.1.5 距离保护的构成距离保护的构成启动部分要求当作为远后备保护范围末端发生故障时，启动部分应灵敏、快速（几毫秒）动作，使整套保护迅速投入工作。测量部分要求-在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的方向和距离相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。3.2

5、 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动作区域的概念 阻抗继电器的作用表示如下：阻抗继电器的作用表示如下：3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程 动作特性动作特性阻抗继电器动作区域的阻抗继电器动作区域的形状形状，称为动作特性。称为动作特性。 圆特性圆特性动作区域为圆形；动作区域为圆形； 四边形特性四边形特性动作区域为四边形。动作区域为四边形。 动作方程动作方程描述动作特性的复数的描述动作特性的复数的数学方程。数学方程。 绝对值（或幅值）比较动作方程绝对值（或幅值）比较动作方程比较两个量大小的绝对值比较原理表比较两个量大小的绝对值比较原理表达式。达式。

6、相位比较动作方程：比较两个量相位相位比较动作方程：比较两个量相位的相位比较原理表达式。的相位比较原理表达式。3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程 1 圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器动作阻抗动作阻抗Zop使阻抗元件处于临界动作状态对应的使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗。阻抗。最灵敏角最灵敏角当测量阻抗的阻抗角与正向整定阻抗的阻当测量阻抗的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，此时继电器抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，此时继电器最为灵敏，所以正向阻抗的阻抗角又称为最灵敏角。最最为灵敏，所以正向阻抗的阻抗角又称为最灵敏角。最灵敏角一般取为被保护线路的阻

7、抗角。灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角。应用应用偏移特性阻抗元件通常用在距离保护的后备段偏移特性阻抗元件通常用在距离保护的后备段中。中。当测量阻抗落在圆内或圆周上时，末端到当测量阻抗落在圆内或圆周上时，末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径。圆心的距离一定小于或等于圆的半径。当测量阻抗落在圆外时，末端到圆心的距当测量阻抗落在圆外时，末端到圆心的距离一定大于圆的半径。离一定大于圆的半径。动作阻抗动作阻抗Zop使阻抗元件处于临界动作状态对应的使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗。阻抗。最灵敏角最灵敏角当测量阻抗的阻抗角与正向整定阻抗的阻当测量阻抗的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角相等时，阻抗继电器的动

8、作阻抗最大，此时继电器抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，此时继电器最为灵敏，所以正向阻抗的阻抗角又称为最灵敏角。最最为灵敏，所以正向阻抗的阻抗角又称为最灵敏角。最灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角。灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角。应用应用偏移特性阻抗元件通常用在距离保护的后备段偏移特性阻抗元件通常用在距离保护的后备段中。中。图图3-7 方向阻抗特性圆：方向阻抗特性圆：阻抗元件本身具有方向性阻抗元件本身具有方向性在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为正好等于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0，反向，

9、反向故障时不会动作。故障时不会动作。应用应用方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护主保护段（方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护主保护段（I段和段和II段）中。段）中。图3-8 全阻抗特性圆阻抗元件本身不具方向性阻抗元件本身不具方向性全阻抗圆特性全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，它在正向在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。或反向故障的情况下具有相同的保护区。应用应用单侧电源的系统中，当应用于多测单侧电源的系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件配合。电源系统时，应与方向元件配合。图3-9 上抛阻抗特性圆抛圆阻抗特性的动作方程与偏移圆阻抗特性抛圆阻

10、抗特性的动作方程与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式，不同之的动作方程式具有完全相同的形式，不同之处在于所处的象限不同。处在于所处的象限不同。应用应用通常用在发电机的失磁保护中。通常用在发电机的失磁保护中。3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程以偏移圆特性为例，讨论当临界动作的边界不是90o和90o，但动作的范围仍是180o时测量元件的动作特性。方向圆特性、全阻抗特性和上抛特性也都可以作类似的偏转。当为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当为负角时，特性圆左偏。（图（图3-10：特性圆的偏转）：特性圆的偏转）3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程2 苹果形和橄榄形阻抗

11、元件苹果形和橄榄形阻抗元件苹果特性阻抗元件的特点：苹果特性阻抗元件的特点：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。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。3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程3 直线特性的阻抗元件直线特性的阻抗元件电抗特性的动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，电抗特性的动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很强的耐过渡电阻的能力。但是它本身不具有方向性，且负因而它有很强的耐过渡电阻的能力。但是它本身不具有方向性，且负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其它特荷阻抗情况下也

12、可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。（图（图3-13：电阻特性）：电阻特性）电阻特性通常也是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。电阻特性通常也是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。（图（图3-14：方向特性）：方向特性）（图解：电力工人在电线架上工作）（图解：电力工人在电线架上工作）3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程4 多边形特性的阻抗元件多边形特性的阻抗元件多边形特性的阻抗元件，能够同时兼顾耐受过渡电阻能力和躲负荷能多边形特性的阻抗元件，能够同时兼顾耐受过渡电阻能力和躲负荷能力，最

13、常用的多边形为四边形和稍做变形的准四边形特性。力，最常用的多边形为四边形和稍做变形的准四边形特性。（1） 四边形特性四边形特性当测量阻抗同时满足三个特性方程时，说明当测量阻抗同时满足三个特性方程时，说明Zm一定落在四边形内，阻抗继电一定落在四边形内，阻抗继电器动作；只要任一个方程不满足，说明器动作；只要任一个方程不满足，说明Zm一定落在四边形外，阻抗元件不动一定落在四边形外，阻抗元件不动。即用以上三个特性相。即用以上三个特性相“与与”，就可获得图，就可获得图3-15(a)所示的四边形特性。所示的四边形特性。当测量阻抗当测量阻抗Zm落在它们所包围的区域时，测量元件动作，落落在它们所包围的区域时，

14、测量元件动作，落在该区域以外时，测量元件不动。在该区域以外时，测量元件不动。直线直线1准电抗特性直线准电抗特性直线直线直线2准电阻特性直线准电阻特性直线折线特性折线特性azb对应的动作方程，由相位比较原理实现，由图对应的动作方程，由相位比较原理实现，由图3-15(a)可以看出，该特性可以用以下的动作方程来表示：可以看出，该特性可以用以下的动作方程来表示：（图（图3-15a：四边形特性）：四边形特性）3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程（2） 准四边形特性准四边形特性3.2.2 动作特性和动作方程动作特性和动作方程 5 复合特性的阻抗元件复合特性的阻抗元件复合特性复合特性将上述各种特

15、性复合而得到的动作特性称为复合特性。将上述各种特性复合而得到的动作特性称为复合特性。（图（图3-16a：方向圆与电：方向圆与电抗特性的复合特性图）抗特性的复合特性图）（图（图3-16b：方向圆与上：方向圆与上抛圆的复合特性图）抛圆的复合特性图）（图（图3-16c：方向圆与偏：方向圆与偏移圆的复合特性图）移圆的复合特性图）（图（图3-16d：四边形与：四边形与圆特性的复合特性图）圆特性的复合特性图）（图（图3-16e：圆与直：圆与直线特性的复合特性图）线特性的复合特性图）3.2.3 绝对值比较与相位比较之间的相互转换绝对值比较与相位比较之间的相互转换绝对值比较和相位比较的转换关系可用下表表示：绝

16、对值比较和相位比较的转换关系可用下表表示：在阻抗平面上，以ZA和ZB为邻边作平行四边形，平行四边形的两对角线分别记为ZC和ZD，其和设为ZC，其差设为ZD。图图3-17a图图3-17b图图3-17c图图3-17d3.3 阻抗继电器的实现方法3.3.1 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现3.3.1 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现1 模拟式距离保护中绝对值比较的实现模拟式距离保护中绝对值比较的实现传统的模拟式距离保护中，绝对值比较原理是以电压比较的形式实现传统的模拟式距离保护中，绝对值比较原理是以电压比较的形式实现的。以圆特性的方向阻抗元件为例，可用图的。以圆特性的方向阻抗元件为例

17、，可用图3-18所示的回路连接完成所示的回路连接完成电压形成。电压形成。电抗互感器输出电压近似为输入电流的导数，对输入电流中不同频率成分的影响是不同的，对输入信号中的直流分量，其输出基本没有反映，即可以滤除直流分量，而当输入中含有高频信号时，它将会有较大的放大作用。3.3.1 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现 2 数字式保护中绝对值比较的实现数字式保护中绝对值比较的实现若采用电压比较算法若采用电压比较算法直接根据动作特性要求用软件形成两个比较电压，并直接根据动作特性要求用软件形成两个比较电压，并比较它们的大小，决定是否动作；比较它们的大小，决定是否动作；若采用阻抗比较算法若采用阻抗比较

18、算法先算出先算出Zm，然后按动作特性要求形成两个比较阻抗，然后按动作特性要求形成两个比较阻抗，判断它们的大小，决定是否动作。判断它们的大小，决定是否动作。应用傅氏算法，数字式保护可以方便地从电压、电流的采样值中计算出测量应用傅氏算法，数字式保护可以方便地从电压、电流的采样值中计算出测量电压和测量电流基波相量的实部和虚部，从而进一步可以求出基波测量电压电压和测量电流基波相量的实部和虚部，从而进一步可以求出基波测量电压、测量电流和测量阻抗。设由傅氏算法算出的电压和电流实、虚部分别用、测量电流和测量阻抗。设由傅氏算法算出的电压和电流实、虚部分别用U UR R、U UI I 和和I IR R、I II

19、 I 表示，则表示，则3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式为：相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式为：（线路保护仿真图）（线路保护仿真图）3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现1 模拟式保护中相位比较的实现模拟式保护中相位比较的实现模拟式保护的相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。电压的形模拟式保护的相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。电压的形成依靠电路串并联连接。以圆特性的方向阻抗元件为例，比较电压可成依靠电路串并联连接。以圆特性的方向阻抗元件为例，比较电压可由图由图3-19所示的回路连接形成。所示的回路连接形成。（

20、图（图3-19：相位比较的电压形成）：相位比较的电压形成）得到式得到式(3-20)的形式，即用阻抗表示的形式，即用阻抗表示的方向阻抗特性。的方向阻抗特性。3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现2 数字式保护中相位比较的实现数字式保护中相位比较的实现数字式保护中，相位比较既可以用阻抗形式实现，也可以用电压形式数字式保护中，相位比较既可以用阻抗形式实现，也可以用电压形式实现。实现。阻抗比较：阻抗比较：电压比较电压比较 可以分为相量比较和瞬时采样值比较两种。可以分为相量比较和瞬时采样值比较两种。(1) 相量比较方式相量比较方式3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现3.3.2 相位

21、比较原理的实现相位比较原理的实现3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现(2)瞬时采样值比较方式瞬时采样值比较方式3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断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比较工作电压相位法的基本原理（图（图3-20d：正向：正向k1点短路时的电压分布）点短路时的电压分布）（图（图3-20b：区外：区外k2点短路时的电压分布）点短路时的电压分布）（图（图3-20c：反向：反向k3点短路时的电压分布）点短路时的电压分布）3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相

22、位法实现的故障区段判断实际系统中，考虑互感器误差、过渡电阻等因素，测量元件动作条件实际系统中，考虑互感器误差、过渡电阻等因素，测量元件动作条件可表示为：可表示为：方向圆阻抗元件的动作特性经过坐标原方向圆阻抗元件的动作特性经过坐标原点，在正向出口或反向出口短路时，测点，在正向出口或反向出口短路时，测量阻抗量阻抗Zm的阻抗值都很小，都会落在坐的阻抗值都很小，都会落在坐标原点附近，正好处于阻抗元件临界动标原点附近，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。时拒动或反向出口短路时误动的情况。3.3.3 比较工作电压相位法

23、实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断 2 以正序电压为参考电压的测量元件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。压，就相当于在参考电压中引入了非故障相电压。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断(1)不同故障情况下正序参考电压的变化分析不同故障情况下正序参考电压的变化分析002020010000112()(0)333ABBCCAABCBCAABCUUUUUUUaUa UaUa UUUUU式中，、分别为

24、故障前母线处的三相电压。出口出口A相单相接地短路时，保护安装处的三相电压为：相单相接地短路时，保护安装处的三相电压为：式式(3-77)表明，出口单相接地故障时，故障相正序电压的相位与该相故表明，出口单相接地故障时，故障相正序电压的相位与该相故障前电压的相位相同，幅值等于该相故障前电压的障前电压的相位相同，幅值等于该相故障前电压的2/3。出口出口AB相两相接地短路时，保护安装处的三相电压为：相两相接地短路时，保护安装处的三相电压为：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障前电压的相位相同

25、，幅值等于故障前电压的1/3；两故障相间；两故障相间正序电压的相位与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等正序电压的相位与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前相间电压的于故障前相间电压的1/3。出口出口A、B相两相不接地短路时，保护安装处的三相电压为：相两相不接地短路时，保护安装处的三相电压为：出口两相不接地故障时，两故障相正序电压的相位都与对应相故出口两相不接地故障时，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障前电压的相位相同，幅值等于故障前电压的1/2；两故障相间；两故障相间正序电压的相位与该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等于正序电压的相位与

26、该两相故障前相间电压的相位相同，幅值等于故障前相间电压的故障前相间电压的1/2。出口出口A、B、C三相对称短路和三相短路接地时，保护安装处的三相电压为：三相对称短路和三相短路接地时，保护安装处的三相电压为：在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正序电压都有较大的量值，相在出口发生各种不对称短路时，故障环路上的正序电压都有较大的量值，相位与故障前的环路电压相同。位与故障前的环路电压相同。出口三相短路时，各正序电压都为出口三相短路时，各正序电压都为0，正序参考电压将无法应用。但当发生，正序参考电压将无法应用。但当发生非出口三相短路时，正序电压将不再为非出口三相短路时，正序电压将不再为0，变成相应

27、相或相间的残余电压，变成相应相或相间的残余电压，如果残余电压不低于额定电压的如果残余电压不低于额定电压的1015，正序参考电压就可以应用。，正序参考电压就可以应用。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断 (2) 以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性 正序电压作为参考电压时，有两种应用方式正序电压作为参考电压时，有两种应用方式:3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断在右图所示的双侧电源的系统中正方向在右图所示的双侧电源的系统中正方向发生金属性单相接地故障时，设系

28、统的发生金属性单相接地故障时，设系统的正序、负序阻抗相等，则保护安装处故正序、负序阻抗相等，则保护安装处故障相的电压和正序电压可分别表示为：障相的电压和正序电压可分别表示为：011111111010110110(3 )(1)22(1)(3 )()2mMMMMMMMMMMMmUIK IZECZUEI ZECZEZZZZCZIK IZZZZ3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断对应特性是一个以对应特性是一个以Zset与与-Zml末端联线为直径的圆，如左所示。末端联线为直径的圆，如左所示。1）正向故）正向故障的情况下，以正序电压为参考电压的测量元件的动作

29、特性变为一个包括坐障的情况下，以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性变为一个包括坐标原点的偏移圆。正向出口短路时，测量阻抗明确地落在动作区内，能够可标原点的偏移圆。正向出口短路时，测量阻抗明确地落在动作区内，能够可靠地动作。（注靠地动作。（注: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意味着会失去方向性。）括原点并不意味着会失去方向性。）2）与整定阻抗相同的方向阻抗圆（图）与整定阻抗相同的方向阻抗圆（图中虚线所示）相比，该偏移圆的直径要大得多，因而其耐受中虚线所示）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

30、过渡电阻的能力要比方向阻抗强。要比方向阻抗强。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断反方向单相接地故障时，保护安装处实际电流的方向与规定的正方向反方向单相接地故障时，保护安装处实际电流的方向与规定的正方向相反，故障相的电压和正序电压可以表示为：相反，故障相的电压和正序电压可以表示为：0011111111010110110(3 )(3 ) ()(1)22(1) (3 )()2mmNNNNNNNNNNNmUIK IZIK IZEC ZUEI ZECZEZZZZC ZIK IZZZZ 3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现

31、的故障区段判断 反向出口短路时，测量阻抗在原反向出口短路时，测量阻抗在原点附近，远离动作区域，可靠不点附近，远离动作区域，可靠不动作。反向远处短路时，动作。反向远处短路时，Zm本本身位于第三象限，不可能落入动身位于第三象限，不可能落入动作圆内，所以也不会动作。这表作圆内，所以也不会动作。这表明，以正序电压为参考电压的测明，以正序电压为参考电压的测量元件具有明确的方向性。量元件具有明确的方向性。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断同理可以分析多相故障（两相接地同理可以分析多相故障（两相接地、两相不接地、三相短路）情况下、两相不接地、三相短路）情况下

32、，故障相测量元件的动作特性，并，故障相测量元件的动作特性，并可以得出与类似的结论。可以得出与类似的结论。实际情况下，当两侧电源的电动势实际情况下，当两侧电源的电动势不完全相等，各个部分的阻抗角都不完全相等，各个部分的阻抗角都不完全相同时，上述分析中的不完全相同时，上述分析中的KC和和KC将不再是实数，这时动作的将不再是实数，这时动作的特性将会有所偏转，但由于一般情特性将会有所偏转，但由于一般情况下它们接近为实数，所以偏转不况下它们接近为实数，所以偏转不会太明显。会太明显。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断 3 以记忆电压为参考电压的测量元件以记

33、忆电压为参考电压的测量元件利用故障前的记忆电压，作为测量元件比相的参考电压，以按相间距利用故障前的记忆电压，作为测量元件比相的参考电压，以按相间距离接线方式接线的离接线方式接线的AB相测量元件为例，分析其动作特性。相测量元件为例，分析其动作特性。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区段判断比较工作电压相位法实现的故障区段判断模拟式距离保护中：记忆电压通过模拟式距离保护中：记忆电压通过LC谐振记忆回路获得。谐振记忆回路获得。由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，故障一定时间后，记忆电压将衰减至故由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，故障一定时间后，记忆电压将衰减至故障后的测量电压，动作特

34、性将变成经过原点的方向圆特性。上面分析中得出的正向故障后的测量电压，动作特性将变成经过原点的方向圆特性。上面分析中得出的正向故障时为偏移圆特性、反向故障时为上抛圆特性的结论，仅在故障刚刚发生、记忆尚未障时为偏移圆特性、反向故障时为上抛圆特性的结论，仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，所以称之为初态特性。消失时是成立的，所以称之为初态特性。数字式保护中：记忆电压是存放在存贮器中的故障前电压的采样值。数字式保护中：记忆电压是存放在存贮器中的故障前电压的采样值。不存在衰减问题，但故障发生一定时间后，电源的电动势变化，将不再等于不存在衰减问题，但故障发生一定时间后，电源的电动势变化，将不再等于故

35、障前的记忆电压，因而式（故障前的记忆电压，因而式（3-97）和（）和（3-100）所示的关系将不再成立，）所示的关系将不再成立，再用故障前的记忆电压作为参考电压，特性也将会发生变化。所以记忆电压再用故障前的记忆电压作为参考电压，特性也将会发生变化。所以记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用。仅能在故障后的一定时间内使用。结论：在工作电压（或补偿电压）完全相同的情况下，选取不同的参考电压结论：在工作电压（或补偿电压）完全相同的情况下，选取不同的参考电压时，可以获得不同的动作特性。时，可以获得不同的动作特性。参考电压的相位与故障相电压的相位一致参考电压的相位与故障相电压的相位一致动作特性为具有方向性

36、的圆特动作特性为具有方向性的圆特性，即姆欧特性。性，即姆欧特性。参考电压的相位与故障相电压相位不一致参考电压的相位与故障相电压相位不一致特性将发生偏转。特性将发生偏转。3.3.4 阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压电压变换器的线性程度较好，其变比电压变换器的线性程度较好，其变比KU可以近似认为是常数。可以近似认为是常数。3.3.4 阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压（图（图3-23：动作阻抗随测量电流变化的曲线）：动作阻抗随测量电流变化的曲线）只有实际的测量电流只有实际的测量电流在最小和最大精确工在最小和最大精

37、确工作电流之间、测量电作电流之间、测量电压在最小精确工作电压在最小精确工作电压以上时，三段式距压以上时，三段式距离保护才能准确地配离保护才能准确地配合工作合工作3.3.4 阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压 测量元件精确工作电流的校验，一般是指对最小精确工作测量元件精确工作电流的校验，一般是指对最小精确工作电流的校验。要求在保护区内发生短路时，通入继电器的电流的校验。要求在保护区内发生短路时，通入继电器的最小电流不小于最小精确工作电流，并留有一定的裕度，最小电流不小于最小精确工作电流，并留有一定的裕度，裕度系数不小于裕度系数不小于1.52，即：，即：

38、在出口短路时的测量阻抗很小，动作阻抗的变化一般不会在出口短路时的测量阻抗很小，动作阻抗的变化一般不会影响保护的正确动作，所以最大精确工作电流一般不必校影响保护的正确动作，所以最大精确工作电流一般不必校验。验。 在阻抗继电器应用于较短线路情况下，由于线路末端短路在阻抗继电器应用于较短线路情况下，由于线路末端短路时测量电压可能较低，需对最小精确工作电压进行校验。时测量电压可能较低，需对最小精确工作电压进行校验。线路较长时，一般不用校验精工电压。线路较长时，一般不用校验精工电压。3.4 距离保护的整定计算与对距距离保护的整定计算与对距离保护的评价离保护的评价3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整

39、定计算距离保护的整定计算距离保护的整定计算目前电网中应用的距离保护装置，一般采用阶梯时限配合的目前电网中应用的距离保护装置，一般采用阶梯时限配合的三段式配置方式。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，确定三段式配置方式。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，确定计算出距离计算出距离I段、段、II段和段和III段测量元件的整定阻抗以及段测量元件的整定阻抗以及II段和段和III段的动作时限。段的动作时限。当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求:、段段-要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量

40、元件；要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件；段段-为后备段，包括对本线路为后备段，包括对本线路、段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第保护的后备，所以第段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。 1 距离保护第距离保护第I段的整定段的整定图图3-24：距离保护各段动作区域示意图：距离保护各段动作区域示意图（以各段测量元件均采用圆形动作特性为例）（以各段测量元件均采用圆形动作特性为例）整定原则整定原则距离距离I段为无延时速动段

41、，其段为无延时速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。端短路时的测量阻抗来整定。以图以图3-24中中A处保护为例：处保护为例：3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算 2 距离保护第距离保护第II段的整定段的整定图图3-25：分支电路对测量阻抗的影响：分支电路对测量阻抗的影响 （a）助增分支；（）助增分支；（b）外汲分支）外汲分支如图如图3-25所示所示,k点发生三相短路时，点发生三相短路时， A保护处的测量阻抗为：保护处的测量阻抗为：121.25 (3 113)IIsetsenZKZ（图解：发电厂冷却塔的爆破（图

42、解：发电厂冷却塔的爆破 -1）距离保护距离保护II段应能保护线路全长，段应能保护线路全长，本线路末端短路时应有足够灵敏本线路末端短路时应有足够灵敏度。考虑到各种误差因素，灵敏度。考虑到各种误差因素，灵敏系数应满足：系数应满足：如果灵敏系数不满足要求，则距如果灵敏系数不满足要求，则距离离II段应改为与相邻元件的段应改为与相邻元件的II段保段保护相配合。护相配合。（图解：发电厂冷却塔的爆破（图解：发电厂冷却塔的爆破-2）( )12( )2(3 114)IIxxttttIII与本保护配合的相邻元件保护段的（段或 段）的动作时间距离保护距离保护II段的动作时间，应比段的动作时间，应比与之配合的相邻元件

43、保护动作时与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差间大一个时间级差t，即，即时间级差的选取方法与阶段式电时间级差的选取方法与阶段式电流保护中时间级差选取方法一样。流保护中时间级差选取方法一样。3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算 3 距离保护第距离保护第III段的整定段的整定按上述三个原则进行计算，取其中的较小者作为距离III段的整定阻抗。当第III段采用偏移特性时，反向动作区的大小通常用偏移率来整定，一般情况下，偏移率取为5左右。与相邻下级线路距离保护与相邻下级线路距离保护II段配合时，段配合时，III段的整定阻抗为：段的整定阻抗为：如果与相邻下级线路距离保护如果与相邻下级线

44、路距离保护II段配合灵敏系数不满足要求，段配合灵敏系数不满足要求，则应改为与相邻下级线路距离保护的则应改为与相邻下级线路距离保护的III段相配合。段相配合。当线路上的负荷最大时且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为：当线路上的负荷最大时且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为：考虑到电动机自起动的情况下，考虑到电动机自起动的情况下，保护保护III段必须立即返回：段必须立即返回：3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算 4 将整定参数换算到二次测将整定参数换算到二次测3.4.1 距离保护的整定计算距离保护的整定计算在图3.26所示网络中，各线

45、路均装有距离保护，试对其中保护的相间短路保护I、II、III段进行整定计算。已知线路AB的最大负荷电流ID.max=350A,功率因数cosD=0.9，各线路每公里阻抗z1=0.4/km、阻抗角L=70，电动机的自启动系数Kss=1.5，正常时母线最低工作电压UL.min=0.9UN(UN=110kV)。3.4.2 对距离保护的评价对距离保护的评价距离保护的阻抗测量原理，除可以应用于输电线路的保护外，还可以距离保护的阻抗测量原理，除可以应用于输电线路的保护外，还可以应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接

46、线和算法都比较复杂相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性稍差。，装置自身的可靠性稍差。3.5 距离保护的振荡闭锁3.5.1 振荡闭锁的概念振荡闭锁的概念 电力系统的振荡电力系统的振荡-并联运行的电力系统或发电厂之间出现并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象。电力系统的振荡是属于功率角大范围周期性变化的现象。电力系统的振荡是属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态。严重的不正常运行状态，而不是故障状态。 振荡闭锁振荡闭锁-在系统振荡时，要采取必要的措施，防止保护在系统振荡时，要采取必要的措施，防止保护因测量元件动作而误动。这种用来防

47、止系统振荡时保护误因测量元件动作而误动。这种用来防止系统振荡时保护误动的措施，就称为振荡闭锁。动的措施，就称为振荡闭锁。 距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以必须考虑荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以必须考虑振荡闭锁问题。振荡闭锁问题。3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响 1 电力系统振荡时电流、电压的变化规律电力系统振荡时电流、电压的变化规律 现以图现以图3-29所示系统为例，分析系统振荡时电流、电压的所示系统为例，分析系统振荡时电

48、流、电压的变化规律。变化规律。（图（图3-29：双侧电源的电力系统）：双侧电源的电力系统）3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响（图（图3-30a：系统振荡时的相量图）：系统振荡时的相量图）3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响（图（图3-30a：系统振荡时的相量图）：系统振荡时的相量图）电流有效值随电流有效值随变化的曲线如图变化的曲线如图3-30b所示：所示：（图（图3-30b：系统振荡时的电流有效值变化曲线）：系统振荡时的电流有效值变化曲线）3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振

49、荡对距离保护测量元件的影响（图（图3-30a：系统振荡时的相量图）：系统振荡时的相量图）其有效值随其有效值随变化的曲线，如图变化的曲线，如图330c所示：所示：（图（图3-30c：系统振荡时电压有效值变化曲线）：系统振荡时电压有效值变化曲线）3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响 2 电力系统振荡时测量阻抗的变化规律电力系统振荡时测量阻抗的变化规律 系统振荡时，安装在系统振荡时，安装在M点处的测量元件的测量阻抗为点处的测量元件的测量阻抗为:3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3.5.2 电力系统振荡对

50、距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3 电力系统振荡对距离测量元件特性的影响电力系统振荡对距离测量元件特性的影响在图3-39所示的双侧电源系统中，假设M、N两处均装有距离保护，其测量元件均采用圆特性的方向阻抗元件，距离I段的整定阻抗为线路阻抗的80，则两侧测量元件的动作特性如右图所示，实线圆为M侧I段的动作特性，虚线圆为N侧I段的动作特性。3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响 电力系统振荡时，阻抗继电器是否电力系统振荡时，阻抗继电器是否误动、误动时间长短与保护安装位误动、误动时间长短与保护安装位置、保护动作范围、动作特性的形

51、置、保护动作范围、动作特性的形状和振荡周期长短等有关，安装位状和振荡周期长短等有关，安装位置离振荡中心越近、整定值越大、置离振荡中心越近、整定值越大、动作特性曲线在与整定阻抗垂直方动作特性曲线在与整定阻抗垂直方向的动作区越大时，越容易受振荡向的动作区越大时，越容易受振荡的影响，振荡周期越长误动的时间的影响，振荡周期越长误动的时间越长。并不是安装在系统中所有的越长。并不是安装在系统中所有的阻抗继电器在振荡时都会误动，但阻抗继电器在振荡时都会误动，但是，对阻抗继电器在出厂时都要求是，对阻抗继电器在出厂时都要求配备振荡闭锁，使之具有通用性。配备振荡闭锁，使之具有通用性。（保护装置端子排接线图例）（保

52、护装置端子排接线图例）3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响电力系统振荡对距离保护测量元件的影响 4 电力系统振荡与短路时电气量的差异电力系统振荡与短路时电气量的差异3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施 振荡闭锁措施的基本要求：振荡闭锁措施的基本要求： 利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁 短时开放短时开放为了提高保护动作的可靠性，在系统没有故为了提高保护动作的可靠性，在系统没有故障时，距离保护一直处于闭锁状态。当系统发生故障时，障时，距离保护一直处于闭锁状态。当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳

53、闸称为短时开放。短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开放。3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施故障判断元件故障判断元件又可称为启动元件，用来完成系统是否发生短路的判断。要求故障又可称为启动元件，用来完成系统是否发生短路的判断。要求故障判断元件灵敏度高、动作速度快，系统振荡时不误动作。判断元件灵敏度高、动作速度快，系统振荡时不误动作。目前距离保护中广泛应用的两种故障判断元件：（）反映电压、电流中负序分量或零序分量的故障判断元件。电力系统正常运行或因静稳定破坏而引发振荡时，系统均处于三相对称状态，电压、电流中不存在负序分量或零序分量。电力系统发生各种类型的不对称短路时，故障

54、电压、电流中都会出现较大的负序分量或零序分量；三相对称性短路时，一般由不对称短路发展而来，短时也会有负序、零序分量输出。利用负序分量或零序分量是否存在，作为系统是否发生短路的判断。（）反映电流突变量的故障判断元件。反映电流突变量的故障判断元件是根据在系统正常运行或振荡时电流变化比较缓慢，而在系统故障时电流会出现突变这一特点来进行故障判断的。电流突变的检测，既可以用模拟的方法实现，也可以用数字的方法实现。 整组复归元件-在故障或振荡消失后再经过一个延时动作，将 复原，它与启动元件、 配合，保证在整个一次故障过程中，保护只开放一次。但是对于先振荡后故障，保护也将被闭锁，尚需要有再故障判别元件。3.

55、5.3 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施 2 利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁它利用短路时阻抗的变化率较大，它利用短路时阻抗的变化率较大，Z1 、Z2的动作时间差小于的动作时间差小于t，短时开放。测量阻抗，短时开放。测量阻抗每次进入每次进入Z1的动作区后，都会开放一定时间。的动作区后，都会开放一定时间。由于对测量阻抗变化率的判断是由两个不同大小的阻抗圆完成的，所以这种振荡闭锁由于对测量阻抗变化率的判断是由两个不同大小的阻抗圆完成的，所以这种振荡闭锁通常俗称为通常俗称为“大圆套小圆大圆套小圆”振荡闭锁原理。振荡闭锁原理。3.5.3 距离保护的振荡闭

56、锁措施距离保护的振荡闭锁措施 3 利用动作的延时实现振荡闭锁利用动作的延时实现振荡闭锁3.5.4 振荡过程中再故障的判断振荡过程中再故障的判断对于利用负序、零序分量或电流突然变化短时开放保护的振荡闭锁措对于利用负序、零序分量或电流突然变化短时开放保护的振荡闭锁措施，如果系统在振荡过程中又发生了内部故障，保护的施，如果系统在振荡过程中又发生了内部故障，保护的I、II段也将不段也将不能动作，故障将无法被快速切除。因此，振荡闭锁元件中还可以增设能动作，故障将无法被快速切除。因此，振荡闭锁元件中还可以增设振荡过程中再故障判别逻辑振荡过程中再故障判别逻辑,判出振荡过程中又发生内部短路时，将判出振荡过程中

57、又发生内部短路时，将保护再次开放。保护再次开放。 1 当振荡过程中又发生不对称短路时当振荡过程中又发生不对称短路时 可用下列判据作为重新开放保护的条件可用下列判据作为重新开放保护的条件:3.5.4 振荡过程中再故障的判断振荡过程中再故障的判断 2 振荡过程中又发生三相对称性故障时振荡过程中又发生三相对称性故障时 对称故障判别元件的动作判据为：对称故障判别元件的动作判据为：3.6 故障类型判别和故障选相 目前数字保护常用相电流差突变量选相和目前数字保护常用相电流差突变量选相和相电流突变量选相。相电流突变量选相。 1 相电流差突变量的定义相电流差突变量的定义 2 故障类型判别和故障选相的方法和步骤

58、故障类型判别和故障选相的方法和步骤3.7 距离保护特殊问题的分析3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点过渡电阻对距离保护的影响 1 过渡电阻的性质过渡电阻的性质导线对铁塔放电的接地短路时：铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分。铁塔的导线对铁塔放电的接地短路时：铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分。铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧。当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。对于。当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。对于500kV的线路，最大

59、的线路，最大过渡电阻可达过渡电阻可达300欧，而对欧，而对220kV线路，最大过渡电阻约为线路，最大过渡电阻约为100欧。欧。3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点过渡电阻对距离保护的影响由图由图3-35 b可见，保护装置距短路点越近可见，保护装置距短路点越近时，受过渡电阻影响越大；同时，保护装时，受过渡电阻影响越大；同时，保护装置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响越大。短），受过渡电阻的影响越大。 2 单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点

60、过渡电阻对距离保护的影响3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点过渡电阻对距离保护的影响 4 克服过渡电阻影响的措施克服过渡电阻影响的措施采用能容许较大过渡电阻而不至于拒动的测量元采用能容许较大过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。在整定值相同的情况下，测量元件的偏移动作特在整定值相同的情况下，测量元件的偏移动作特性性(如图如图3-37中的圆中的圆2)在在R轴方向所占的面积比轴方向所占的面积比方向阻抗动作特性方向阻抗动作特性(如图如图3-37中的圆中的圆1)大，所以它大，所以它耐受过渡电阻能力要比方向阻抗特性强。