电自-距离保护

1、第第3 3章章线路阶段式距离保护线路阶段式距离保护任务任务1.设计单侧电源辐射形线路的三段式距离保护，并设计单侧电源辐射形线路的三段式距离保护，并进行整定计算。进行整定计算。2.分析影响距离保护正确工作的因素。分析影响距离保护正确工作的因素。知识点知识点1.距离保护工作原理与整定计算。距离保护工作原理与整定计算。2.距离保护的特殊问题。距离保护的特殊问题。目标目标1.掌握距离保护的工作原理与整定计算方法。掌握距离保护的工作原理与整定计算方法。2.理解过渡电阻、振荡对距离保护的影响。理解过渡电阻、振荡对距离保护的影响。3.1 3.1 距离保护的基本原理距离保护的基本原理k1 kkkUZz lI可

2、见，保护安装处电压电流的比值与故障点距离可见，保护安装处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。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距离保护就是利用电压电流比值判断故障压电流比值判断故障的一种保护。的一种保护。即反映故障点到保护即反映故障点到保护安装处的距离，并根安装处的距离，并根据距离远近确定动作据距离远近确定动作时间的保护。时间的保护。3.1.1距离保护工作原理距离保护工作原理KKKUZI阻抗继电器测量阻抗阻抗继电器测量阻抗距离保护利用距离保护利用阻抗阻抗继电

3、器继电器来判断故障来判断故障所在区域。所在区域。Kset| |ZZ阻抗继电器动作方程阻抗继电器动作方程NKLUZI正常运行时正常运行时为负荷阻抗为负荷阻抗K1 kZz l故障时为保故障时为保护安装处到护安装处到故障点的线故障点的线路阻抗路阻抗整定阻抗整定阻抗三段式距离保护基本原理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。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.setrelMNZK Z可靠系数，可靠系数，0.8 0.85II段保护区不能伸出相邻线路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段保护区，即测量阻抗小于本线路

4、阻抗与相邻线路抗与相邻线路I段动作阻抗之和。段动作阻抗之和。 靠延时保证选择性靠延时保证选择性IIIII1.setrelMNrelNP()ZKZK Z可靠系数，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荷阻抗时保护动作。依靠时间的阶梯性来保证选择性 选取故障环上的电压和电流选取故障环上的电压和电流 电压：电压：对于相对于相-地环来说为故障相母线对地电地环来说为故障相母线对地电压，对于相压，对于相-相环来说为两故障相相间的电压。相环来说为两故障相相间的电压。

5、电流：电流：对于相对于相-地环来说为带有零序电流补偿地环来说为带有零序电流补偿的故障相电流，对于相的故障相电流，对于相-相环来说为两故障相相环来说为两故障相电流之差。电流之差。3.1.2 测量电压和测量电流的选取测量电压和测量电流的选取（1）测量阻抗与故障距离成正比）测量阻抗与故障距离成正比与系统的运行方式无关。与系统的运行方式无关。（2）测量阻抗与短路类型无关。）测量阻抗与短路类型无关。要求要求 故障环：故障电流可能流通的通路。故障环：故障电流可能流通的通路。 单相接地故障的情况下，存在一个故单相接地故障的情况下，存在一个故障相与大地之间的故障环障相与大地之间的故障环( (相相- -地故障环

6、地故障环) )； 两相接地故障的情况下，存在两个故两相接地故障的情况下，存在两个故障相与大地之间的相障相与大地之间的相- -地故障环和一个两故地故障环和一个两故障相之间的故障环障相之间的故障环( (相相- -相故障环相故障环) )； 两相相间故障的情况下，存在一个两两相相间故障的情况下，存在一个两故障相之间的相故障相之间的相- -相故障环；相故障环； 三相故障的情况下，存在三个相三相故障的情况下，存在三个相- -地故地故障环和三个相障环和三个相- -相故障环。相故障环。 电力系统故障状态下，故障环上的电电力系统故障状态下，故障环上的电压压(对于相对于相-地环来说为故障相母线对地电压，地环来说为

7、故障相母线对地电压，对于相对于相-相环来说为两故障相相间的电压相环来说为两故障相相间的电压)和和电流电流(对于相对于相-地环来说为带有零序电流补偿地环来说为带有零序电流补偿的故障相电流，对于相的故障相电流，对于相-相环来说为两故障相环来说为两故障相电流之差相电流之差)之间满足式之间满足式(3-4)，用它们作为，用它们作为测量电压和测量电流所算出的测量阻抗，测量电压和测量电流所算出的测量阻抗，能够正确地反应保护安装处到故障点的距能够正确地反应保护安装处到故障点的距离。离。 （1）相间距离保护）相间距离保护0接线接线*距离保护接线方式距离保护接线方式（2）接地距离保护零序电流补偿接线接地距离保护零

8、序电流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 *阻抗继电器在各种故障时的动作情况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可以正确测量短路阻抗。结论：只有故障相阻抗继电器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。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 CAN AB BC CA ABC KRA KRB KRC KRAB KRBC KRCA 3.1.3 距离保护的时限特性距离保护的时限特性系统发生故障时系统发生故障时起动保护装置起

9、动保护装置判断是判断是否跳闸否跳闸由由I、II、III段的阻抗继电器段的阻抗继电器1KR、2KR、3KR来判断故障区域来判断故障区域3.1.4 距离保护的组成距离保护的组成3.2 3.2 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性距离保护的核心元件，作用是测量保护安装处到故障点的阻抗（距距离保护的核心元件，作用是测量保护安装处到故障点的阻抗（距离），与整定值进行比较，以确定是保护区内故障还是区外故障。离），与整定值进行比较，以确定是保护区内故障还是区外故障。 *阻抗继电器基本原理与分类：阻抗继电器基本原理与分类：（1）阻抗继电器分类）阻抗继电器分类比较原理比较原理比幅：幅值比较式比幅：幅值比

10、较式比相：相位比较式比相：相位比较式输入量输入量第第I I类：单相式类：单相式第第IIII类：多相补偿式类：多相补偿式set| |mZZsetset|arg| 90mmZZZZ动作特性动作特性圆特性圆特性容易实现容易实现多边形特性多边形特性mmmUZI（2）阻抗继电器的基本概念）阻抗继电器的基本概念一次值一次值继电器的动作方程继电器的动作方程setmZZ整定阻抗整定阻抗阻抗继电器阻抗继电器KR电压电压Um来自来自TV，电流，电流Im来自来自TA。有。有测量阻抗测量阻抗继电器的继电器的动作特性动作特性注意：正方向故注意：正方向故障时，障时，Z Zm m在第在第象象限；反方向故障限；反方向故障时时

11、Z Zm m在第在第象限。象限。3.2.1圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器全阻抗继电器全阻抗继电器set| |mZZ由于构成方便，应用多。由于构成方便，应用多。比幅动作方程比幅动作方程setset90arg90mmZZZZ比相动作方程比相动作方程特点：无死区，无方向性特点：无死区，无方向性set| |mmUIZ电压比幅动作方程电压比幅动作方程setset90arg90mmmmIZUIZU电压比相动作方程电压比相动作方程以整定阻抗为半径的圆。以整定阻抗为半径的圆。应用：一般用作起动元件应用：一般用作起动元件mmmUZI偏移阻抗继电器偏移阻抗继电器set1set2set1set2| |22mZZZ

12、ZZ比幅动作方程比幅动作方程set2set190arg90mmZZZZ比相动作方程比相动作方程特点：无死区，无方向性特点：无死区，无方向性set1set2set1set2| |22mmmZZZZUII电压比幅动作方程电压比幅动作方程set2set190arg90mmmmUIZIZU电压比相动作方程电压比相动作方程以以Zset1Zset2为直径的圆。为直径的圆。应用：手动合闸、自动重应用：手动合闸、自动重合闸时采用。合闸时采用。mmmUZI方向阻抗继电器方向阻抗继电器setset| |22mZZZ 比幅动作方程比幅动作方程set90arg90mmZZZ比相动作方程比相动作方程特点：有电压死区，有

13、方向特点：有电压死区，有方向性（正方向故障时动作）性（正方向故障时动作）setset| |22mmmZZUII电压比幅动作方程电压比幅动作方程set90arg90mmmIZUU电压比相动作方程电压比相动作方程以整定阻抗以整定阻抗Zset为直径的圆。为直径的圆。应用：应用：、段测量元件段测量元件mmmUZI3.2.2多边形特性阻抗继电器多边形特性阻抗继电器（1）直线特性继电器）直线特性继电器电抗继电器电抗继电器直线与四边形特性居多直线与四边形特性居多set180arg()360mZZ比相动作方程比相动作方程set180arg360mmmUIZI电压比相动作方程电压比相动作方程直线下方为动作区直线

14、下方为动作区mmmUZI（2）多边形特性阻抗继电器）多边形特性阻抗继电器1tgRXRRmmsetm2tgXRXXmmsetm34msetmmsetmRRXctgXXRtg在第在第IV象限部分的特性可以表示为：象限部分的特性可以表示为：第第II象限部分的特性可以表示为：象限部分的特性可以表示为：第第I象限部分的特性可以表示为：象限部分的特性可以表示为：4132tgRXXtgRctgXRRtgXmsetmmmsetmm0,0,0mmmmXXXX0,0,0mmmmRRRR其中其中: 综合后，动作特性可以表示为：综合后，动作特性可以表示为：3.2.3 阻抗继电器的实现阻抗继电器的实现以圆特性方向阻抗继

15、电器为例以圆特性方向阻抗继电器为例setset| |22mmmZZUII电压比幅动作方程电压比幅动作方程令令setop2mZUI工作电压工作电压setp2mmZUUI极化电压极化电压则利用微机保护算法实现下面方程，就形成了方向阻抗继电器则利用微机保护算法实现下面方程，就形成了方向阻抗继电器opp| |UUset90arg90mmmIZUU同理，电压比相动作方程同理，电压比相动作方程令opsetmmUUIZ工作电压工作电压pKUU 极化电压极化电压则利用微机保护算法实现下面方程，就形成了方向阻抗继电器则利用微机保护算法实现下面方程，就形成了方向阻抗继电器opp90arg90UU* * * 实用方

16、向阻抗元件的原理实用方向阻抗元件的原理U0Z0mm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）死区（1）正方向故障无电压死区）正方向故障无电压死区（2）反方向故障可靠不误动）反方向故障可靠不误动要求要求*方向阻抗继电器的死区及消除方法方向阻抗继电器的死区及消除方法（2）死区消除方法）死区消除方法两种两种记忆记忆将故障前电压加以记忆，微机保护中，可以直接利用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。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。引入第三相电压。3.33.3 距离保护

17、的整定计算距离保护的整定计算*三段式距离保护三段式距离保护各段各段的整定的整定原则：原则：（测量元件采用圆特性阻抗继电器）（测量元件采用圆特性阻抗继电器）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 1. 距离保护距离保护第第I段段的整定的整定：距离距离I段：保护区不能伸出本线路。整定阻抗按段：保护区不能伸出本线路。整定阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。IIIset.1relABrel1 ABZK ZK Z l可靠系数取可靠系数取0.8-0.85*分支电流对保护的影响与消除措施分支电流对保护的影响与消除措施助增助增故障线路电流大故障线路电

18、流大于保护安装处电流于保护安装处电流MMNMMNMNkMN()UUIZIIZIZkMNkMNkMbrIZZZZK ZI则分支系数分支系数brK相邻故障线路电流本线路电流助增使得测量阻抗增助增使得测量阻抗增大，保护区缩小。大，保护区缩小。br1KK点故障时，保护点故障时，保护1的测量阻抗是多的测量阻抗是多少？少？助增助增电流对保护的影响：电流对保护的影响：2. 距离保护距离保护第第IIII段段的整定的整定：外汲外汲电流对保护的影响：电流对保护的影响：外汲外汲故障线路电流小故障线路电流小于保护安装处电流于保护安装处电流brNPMNkNMNkNMIZZZKZZI则分支系数分支系数外汲使得测量阻抗减外

19、汲使得测量阻抗减小，保护区伸长，导小，保护区伸长，导致保护外部故障时误致保护外部故障时误动。动。br1K消除消除分支电流影响分支电流影响的的措施：措施：在距离保护的整定计算中引入分支系数。在距离保护的整定计算中引入分支系数。br.minK校验校验III段远后备的灵敏系数时段远后备的灵敏系数时分支系数取：分支系数取：br.maxK整定距离保护整定距离保护II段的整定阻抗时段的整定阻抗时分支系数取：分支系数取：2. 距离保护距离保护第第IIII段段的整定的整定：IIIIIset.1relABbr.minset.2()ZKZKZII段段可靠系数取可靠系数取0.8IIII段保护区不伸出相邻元件段保护区

20、不伸出相邻元件I I段的保护区，并段的保护区，并取取最小分支系数最小分支系数IIIIset.1relABbr.mint()ZKZKZ取小值取小值II段段可靠系数取可靠系数取0.71)1)与与相邻相邻线路距离线路距离I I段段配合配合，并，并取取最小分支系数最小分支系数2)2)与与相邻相邻变压器快速保护配合变压器快速保护配合，并，并取取最小分支系数最小分支系数灵敏度校验：灵敏度校验：IIset.1senABZKZ要求不小于要求不小于1.25，否则与相，否则与相邻线路邻线路段配合段配合动作时间：动作时间：tttxII)(21动作时间应在与之配合的相邻元件保护动作动作时间应在与之配合的相邻元件保护动

21、作时间的基础上，加上一个时间级差时间的基础上，加上一个时间级差 t IIIIIIrelL.minset.1astreKZZKK可靠系数取可靠系数取0.8-0.85IIIIII段正常时不起动段正常时不起动，外部故障切除后可靠返回，依靠时，外部故障切除后可靠返回，依靠时间的阶梯性保证选择性。间的阶梯性保证选择性。返回系数，取返回系数，取1.151.25自起动系数，自起动系数，1.52.5NL.max0.9UI3. 距离保护距离保护第第IIIIII段段的整定的整定：测量元件采用全阻抗特性：测量元件采用全阻抗特性： 测量元件采用方向阻抗特性：测量元件采用方向阻抗特性： min1cos()IIIrelL

22、setastresetLKZZKKIIIIII段段灵敏度校验：灵敏度校验：IIIset.1senABZKZ近后备要求要求不小于不小于1.5IIIset.1senABbr.maxBCZKZKZ远后备要求要求不小于不小于1.2动作时间的整定：动作时间的整定： 距离保护距离保护III段的动作时间应在与之配合的相邻元件段的动作时间应在与之配合的相邻元件保护动作时间的基础上，加上一个时间级差。保护动作时间的基础上，加上一个时间级差。12IIIIIIttt3.3.2 对距离保护的评价对距离保护的评价 1.灵敏度高；灵敏度高； 2.可靠性稍差；可靠性稍差； 3.阻抗测量原理可应用于其他保护；阻抗测量原理可应

23、用于其他保护； 4.不能做到全线速动。不能做到全线速动。3.43.4 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁3.4.13.4.1 振荡闭锁的振荡闭锁的概念及要求概念及要求主要是稳定破坏主要是稳定破坏引起振荡的原因引起振荡的原因a.振荡振荡可靠闭锁保护；可靠闭锁保护；b.短路故障短路故障快速开放保护；快速开放保护；c.振荡过程中发生故障振荡过程中发生故障保护应当可靠动作；保护应当可靠动作；d.外部故障切除后发生振荡外部故障切除后发生振荡保护不应误动。保护不应误动。要求要求振荡是不正常运行状态，不是故障。振荡时保护不振荡是不正常运行状态，不是故障。振荡时保护不应当动作，应由其他自动装置处理。应当动作

24、，应由其他自动装置处理。振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施。振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施。3.4.23.4.2系统振荡对距离保护测量元件的影响系统振荡对距离保护测量元件的影响（1）系统振荡时电压电流的变化）系统振荡时电压电流的变化-jMNMMMMNN(1)EEEeIZZZZa a、两侧电源电势相等（、两侧电源电势相等（M M超前超前N N角度角度 ) ) b b、所有的阻抗角相等、所有的阻抗角相等c c、M M侧为送电侧侧为送电侧d d、振荡中心在电气中心、振荡中心在电气中心O O点点假设假设MMMMUEIZ-jMNMMMMNN(1)EEEeIZZZZMMMMUEIZ电流电压周期

25、性变化。电流电压周期性变化。NNMNUEIZ2sin2MMEEIZZ2cosMosEU振荡中心电压：振荡中心电压：电流有效值：电流有效值：00.511.522.533.544.55-4-3-2-101234fM=50.2HZ,fN=49.8HZ时的振荡电流图时的振荡电流图振荡周期2.5s=180=0（2）系统振荡时测量阻抗的变化）系统振荡时测量阻抗的变化MNEE时，阻抗继电器的测量阻抗为：时，阻抗继电器的测量阻抗为：MMMMmMMMM11()ct22211()ct222EIZUZZZjZgIIZjZgMjMMMMMMMMMmZZeZIEIZIEIUZ11212sincos11jctgjejZZ

26、MM系统振荡时测量阻抗的变化轨迹系统振荡时测量阻抗的变化轨迹 保护安装处保护安装处M到振荡中心到振荡中心z一段线一段线路的阻抗为路的阻抗为 ，它与比值它与比值 的大小密切相关。的大小密切相关。ZM)21(M系统振荡对测量阻抗的影响系统振荡对测量阻抗的影响 （3）振荡对距离保护的影响）振荡对距离保护的影响I段无动作延时，只要测量阻抗进入动作区，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；保护就误动，故振荡时需闭锁；II 段动作延时可能，保护可能误动，故振荡时段动作延时可能，保护可能误动，故振荡时需闭锁；需闭锁；IIIIII段的动作时间最长（超过段的动作时间最长（超过1s1s

27、），不受振荡的），不受振荡的影响。影响。3.4.3 振荡闭锁措施振荡闭锁措施* * * 振荡与短路的区别振荡与短路的区别a、振荡、振荡电压、电流、测量阻抗均作周期性的缓慢变化，周期电压、电流、测量阻抗均作周期性的缓慢变化，周期为振荡周期；为振荡周期；b、振荡、振荡三相对称，无负序或零序分量。三相对称，无负序或零序分量。 短路短路长期（不对称短路）或瞬间（对称短路）出现负序电长期（不对称短路）或瞬间（对称短路）出现负序电流。流。 短路短路电流、电压、阻抗突然变化，变化速度快，但短路后电流、电压、阻抗突然变化，变化速度快，但短路后又保持稳定。又保持稳定。振荡闭锁措施：振荡闭锁措施：1、利用系统故障

28、时短时开放的措施实现振、利用系统故障时短时开放的措施实现振荡闭锁荡闭锁所谓系统故障时短时开放，就是在系统没有故所谓系统故障时短时开放，就是在系统没有故障时，距离保护一直处于闭锁状态，当系统发障时，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。生故障时，短时开放距离保护。 * *振荡闭锁一（短时开放距离振荡闭锁一（短时开放距离、段）段）振荡振荡D10动作不动作D30短路短路D10D31动作先振荡后短路先振荡后短路D11不开放保护不开放保护开放保护开放保护160ms160ms开放保护开放保护注：非全相振荡中开放注：非全相振荡中开放保护保护选相元件选出选相元件选出的故障相为运行相。的

29、故障相为运行相。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4、静稳定破坏引起的振荡的闭锁、静稳定破坏引起的振荡的闭锁* *振荡振荡闭锁二（基于阻抗变化率）闭锁二（基于阻抗变化率）测量阻抗轨迹测量阻抗轨迹四边形四边形1 1、2 2整定阻抗不同整定阻抗不同ba40ttms振荡ba40ttms短路测量阻抗变化慢测量阻抗变化慢测量阻抗变化快测量阻抗变化快3.5 3.5 距离保护特殊问题的分析距离保护特殊问题的分析 过渡电阻特点过渡电阻特点 过渡电阻对距离保护的影响与消除措施过渡电阻对距离保护的影响与消除措施 距离

30、保护受电压回路断线的影响距离保护受电压回路断线的影响3.5.1 3.5.1 过渡电阻对距离保护的影响过渡电阻对距离保护的影响无过渡电阻无过渡电阻Rg过渡过渡电阻电阻特点特点阻抗继电器阻抗继电器ZKZk有过渡电阻有过渡电阻Rg阻抗继电器阻抗继电器ZKZk相间故障相间故障接地故障接地故障电弧电阻电弧电阻电弧、接地电阻电弧、接地电阻纯电阻；随着时纯电阻；随着时间逐渐变大。间逐渐变大。500kV线路接地短路的最大过线路接地短路的最大过渡电阻按渡电阻按300 考虑，考虑，220kV线线路则按照路则按照100 考虑。考虑。 （1 1）单侧电源线路上过渡电阻的影响）单侧电源线路上过渡电阻的影响过渡电阻过渡电阻RgRg使得阻抗继电器在区内故障使得阻抗继电器在区内故障时拒动。时拒动。 mkgkZZRZZ无无Rg继电器动作继电器动作有有Rg继电器拒动继电器拒动（2 2）双侧电源线路上过