第四章 距离保护

1、国家电网国家电网第第 四四 章章 电网距离保护国家电网国家电网第七章 电网距离保护一、距离保护基本原理与构成一、距离保护基本原理与构成 二、阻抗继电器及动作特性二、阻抗继电器及动作特性三、阻抗继电器的实现方法三、阻抗继电器的实现方法四、距离保护的整定计算与对距离保护的评价四、距离保护的整定计算与对距离保护的评价五、距离保护的振荡闭锁五、距离保护的振荡闭锁六、故障类型判别和故障选相六、故障类型判别和故障选相七、距离保护特殊问题的分析七、距离保护特殊问题的分析八、工频故障分量距离保护八、工频故障分量距离保护国家电网国家电网第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成一、距离保护的概念

2、一、距离保护的概念 电流保护：电流保护：反映故障电流大小。反映故障电流大小。 简单、经济、工作可靠，适用于简单、经济、工作可靠，适用于35kV及以下电网；及以下电网； 受系统运行方式变化的影响较大，难以满足高压和超高受系统运行方式变化的影响较大，难以满足高压和超高压电网快速、有选择性地切除故障的要求。压电网快速、有选择性地切除故障的要求。距离保护：距离保护：利用短路时电压、电流同时变化的特征，反应故障点至利用短路时电压、电流同时变化的特征，反应故障点至保护安装点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作保护安装点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时间。时间。 mmmIUZ通过选取适当的接线方式

3、，使得通过选取适当的接线方式，使得测量阻抗与故障距离测量阻抗与故障距离 L 成正比。成正比。国家电网国家电网 M N21setL1K2K3KLZk1ZSetZRj Xk2Zk3ZmmmmmmmjXRZIUZ依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的“差差异异”，保护就能够区分出系统是否发生故障以及，保护就能够区分出系统是否发生故障以及故障发生的范围。故障发生的范围。：是测量电流：是测量电流：是测量电压：是测量电压mUmI：是测量阻抗：是测量阻抗mZ：是测量电阻：是测量电阻mR：是测量电抗：是测量电抗mX第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家

4、电网国家电网二、三相系统中测量电压和测量电流的选取二、三相系统中测量电压和测量电流的选取若使距离保护正确工作，测量阻抗在不同故障类型情若使距离保护正确工作，测量阻抗在不同故障类型情况下均能正确反应故障距离，必须选取适当的接线方况下均能正确反应故障距离，必须选取适当的接线方式。对接线方式的基本要求：式。对接线方式的基本要求：测量电压、测量电流的选取形式，测量电压、测量电流的选取形式，称为接线方式。称为接线方式。mmmIUZ2 2）测量阻抗应该与故障类型无关，即在故障位置确定）测量阻抗应该与故障类型无关，即在故障位置确定 情况下，测量阻抗不随故障类型的变化而变化。情况下，测量阻抗不随故障类型的变化

5、而变化。lZml， 是故障距离。是故障距离。1 1）测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离；）测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离；lzZm1第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网阻抗继电器的接线方式主要有两种：阻抗继电器的接线方式主要有两种：1、0接线方式（相间距离继电器接线方式），反应相间故障；接线方式（相间距离继电器接线方式），反应相间故障；2、相电压和具有、相电压和具有K3I0补偿的相电流接线（接地距离继电器接补偿的相电流接线（接地距离继电器接线方式），反应接地短路故障。线方式），反应接地短路故障。第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保

6、护基本原理及构成国家电网国家电网(1) (1) 接地距离保护的接线方式接地距离保护的接线方式000333IKIUIKIUIKIUIUCCBBAAmm110103)3(ZZZKlZIKIUUd其中1) 1) 三相短路三相短路0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAAllZZUmdA10 M N21dkIU第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网2) 2) 单相接地短路单相接地短路假设假设A 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIKIUUd10)3(llZZUmdA10第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护

7、基本原理及构成0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAA国家电网国家电网3) 3) 两相接地短路两相接地短路假设假设AB 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIKIUUd10)3(llZZUmdA10第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAmmmAdAA国家电网国家电网4) 4) 两相相间短路两相相间短路 M N21dkIU假设假设AB 相间短路相间短路: :lZIKIUUd10)3(0101033)3(IKIUlZIKIUIUZlZIKIUUAdAAAm

8、mmAdAAlIKIUlZZUAdAmdA0130第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网（2 2）相间距离保护的）相间距离保护的 接线方式接线方式CACABCBCABABmmIUIUIUIUlZIUUd11) 1) 三相短路三相短路ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11llZZUmdAB10 M N21dkIU第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网2) 2) 两相相间短路两相相间短路 M N21dkIUABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11假设假设AB 相间短

9、路相间短路: :lZIUUd1llZZUmdAB10第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网3) 3) 两相接地短路两相接地短路假设假设AB 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIUUd1ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11llZZUmdAB10第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网4) 4) 单相接地短路单相接地短路假设假设A 接地短路接地短路: : M N21dkIUlZIUUd1ABdABABABmmmABdABABIUlZIUIUZlZIUU11lIUlZZUUUABdAB

10、mdBdAdAB10第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网(3)K1)(1,K(1)K(2)K接地距离保护接地距离保护 接线方式接线方式相间距离保护相间距离保护 接线方式接线方式为保证距离保护的正确工作，测量电压、测量电为保证距离保护的正确工作，测量电压、测量电流应取用流应取用故障环路（故障电流流通的回路）故障环路（故障电流流通的回路）上电压、上电压、电流量。电流量。接地短路的故障环路为接地短路的故障环路为 相地故障环路；相地故障环路；相间短路的故障环路为相间短路的故障环路为 相相故障环路相相故障环路。第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构

11、成国家电网国家电网三、阶段式距离保护（距离保护的时限特性）三、阶段式距离保护（距离保护的时限特性）每一线路装设有三段式距离保护，段、段、段之间，并与相邻线路三段式距离保护共同构成了较完善的保护系统。第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成国家电网国家电网四、距离保护的构成四、距离保护的构成第一节第一节 距离保护基本原理及构成距离保护基本原理及构成测量部分测量部分逻辑出口逻辑出口启动部分：判别系统是否发生故障，故障时能瞬间启动保护启动部分：判别系统是否发生故障，故障时能瞬间启动保护测量部分：测量故障距离（阻抗），由阻抗元件构成，三段测量部分：测量故障距离（阻抗），由阻抗元件构成

12、，三段振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动振荡闭锁：系统振荡时，防止距离保护误动PT 断线：断线： 防止由于测量电压消失而使测量部分误动防止由于测量电压消失而使测量部分误动逻辑出口：进行逻辑运算，满足动作条件出口跳闸逻辑出口：进行逻辑运算，满足动作条件出口跳闸国家电网国家电网第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 阻抗继电器：阻抗继电器： 测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗测量保护安装点至短路点之间的距离，与整定阻抗比较，确定故障范围，决定保护是否应该动作。比较，确定故障范围，决定保护是否应该动作。 LZk1ZSetZRj Xk2Zk3Z由于互感器误差、故障点过

13、由于互感器误差、故障点过渡电阻等因素的影响，渡电阻等因素的影响，Zm并并不能严格落在与不能严格落在与Zset同向直同向直线上，而是附近的一个区域线上，而是附近的一个区域中，为保证区内故障时正确中，为保证区内故障时正确动作，通常将动作区域设定动作，通常将动作区域设定为圆或四边形。为圆或四边形。国家电网国家电网阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗阻抗动作区动作区来表示。来表示。阻抗动作区：是阻抗复平面图上的一个区域，当测量阻抗落在区域内，则阻抗继电器认为是内部故障，继电器动作一、一、阻抗继电器的动作特性阻抗继电器的动作特性阻抗继电器动作区域的形阻抗继电器

14、动作区域的形状，称为动作特性（圆特性、状，称为动作特性（圆特性、四边形特性）；描述动作特性四边形特性）；描述动作特性的数学方程，称为动作方程。的数学方程，称为动作方程。第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网1 1）全阻抗圆特性）全阻抗圆特性以保护安装点为圆心，以整定阻抗以保护安装点为圆心，以整定阻抗Z Zsetset为半径所作的一为半径所作的一个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。mset M N21dkIU动作特性取决于短路点到保护安装动作特性取决于短路点到保护安装处之间的阻抗大小，与阻抗角无关。处之间的阻抗大小，与阻抗

15、角无关。（1）全阻抗继电器特性）全阻抗继电器特性（2）方向阻抗继电器特性）方向阻抗继电器特性（3）偏移阻抗继电器特性）偏移阻抗继电器特性1.三种圆特性的阻抗动作区：三种圆特性的阻抗动作区：第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网动作方程：动作方程： （1）幅值比较方式）幅值比较方式 （2）相位比较方式）相位比较方式setmmsetmZIUZZ90arg9090arg90setmmmsetmsetmmsetZIUUZIZZZZ第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 Rj XZsetZmZset -ZmZset+Zm-Zset国家电网国家电网

16、（2） 相位比较方式相位比较方式90arg9090arg90mmsetmmmsetUUZIZZZ方向阻抗元件在第三象限无方向阻抗元件在第三象限无动作区，当保护反方向发生故动作区，当保护反方向发生故障时不动作，阻抗元件本身具障时不动作，阻抗元件本身具有方向性。有方向性。2）方向圆特性）方向圆特性（1） 幅值比较方式幅值比较方式2222setmsetmmsetsetmZIZIUZZZ第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 msetZZmsetZZ国家电网国家电网3 3）偏移圆特性）偏移圆特性 有两个整定阻抗，即正方向整定阻抗有两个整定阻抗，即正方向整定阻抗Z Zset1set1

17、和反方和反方向整定阻抗向整定阻抗Z Zset2set2，以两整定阻抗对应矢量末端的连线为，以两整定阻抗对应矢量末端的连线为直径所作的一个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。直径所作的一个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。 M N21dkIU0ZZm第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网0ZZm圆心坐标：圆心坐标：)(21)(21212110setsetsetsetsetZZZZZZ圆的半径：圆的半径：2121setsetZZR动作方程：动作方程： （1）幅值比较方式：）幅值比较方式： RZZm0第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家

18、电网国家电网0ZZm动作方程：动作方程： （2）相位比较方式：）相位比较方式： 90arg9021setmmsetZZZZ偏移特性阻抗元件在第三象限有一段小的动偏移特性阻抗元件在第三象限有一段小的动作区，能够作区，能够消除方向阻抗元件在正向出口处的消除方向阻抗元件在正向出口处的保护死区保护死区，但同时反方向故障也存在误动的可，但同时反方向故障也存在误动的可能，所以能，所以没有完全的方向性没有完全的方向性。第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：幅值比较和相位比较之间的关系（互换性）：（1）幅值比较原理：）幅值比较原理：

19、（2）相位比较原理：）相位比较原理：BA90arg90DCABCDABCDABCD90arg90DCBA90argDCBA90arg270DCBA第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网 幅值比较方式与相位比较方式之间具有互换性，可以幅值比较方式与相位比较方式之间具有互换性，可以用其中任意一种来分析，但需要注意：用其中任意一种来分析，但需要注意：（1）只适用于）只适用于A、B、C、D为同一频率正弦交流量；为同一频率正弦交流量；（2）短路暂态过程中的非周期分量不成立。）短路暂态过程中的非周期分量不成立。22;BADBACDCBDCA第二节第二节 阻抗继电器及其

20、动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网2.其他形状阻抗动作区的阻抗继电器其他形状阻抗动作区的阻抗继电器1 1）苹果形特性和橄榄形特性阻抗继电器；）苹果形特性和橄榄形特性阻抗继电器；2 2）直线特性的阻抗继电器；）直线特性的阻抗继电器；3 3）多边形特性的阻抗元件；）多边形特性的阻抗元件；4 4）复合特性的阻抗元件）复合特性的阻抗元件橄榄形（透镜型）继电器：橄榄形（透镜型）继电器：苹果型继电器：苹果型继电器： 折线型继电器：折线型继电器：60arg600ZIUJJmmsetZZZarg 90,mmsetZZZarg 90第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电

21、网国家电网1）直线特性阻抗继电器）直线特性阻抗继电器常用于构成多边形特性阻抗继电器常用于构成多边形特性阻抗继电器功率方向继电器与电抗型阻抗继电器是其特例功率方向继电器与电抗型阻抗继电器是其特例第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 动作方程动作方程)arg(180setmZZ）（附：教材附：教材P152式式716有误，更改为上式有误，更改为上式国家电网国家电网2）四边形特性阻抗特性）四边形特性阻抗特性(微保中广泛采用微保中广泛采用)第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 (1)动作方程：动作方程：折线折线AOC:线段线段AB:线段线段BC:1490arg

22、mZ22arg180）（）（setmZZ33180arg）（setmRZ折线折线AOC线段线段AB线段线段BC(2)四个角度作用说明四个角度作用说明国家电网国家电网（1）精确测量出测量阻抗Zm，然后把它与事先确定的动作特性进行比较。如果Zm在动作区域内，判为内部故障，发出动作信号。（2）根据阻抗继电器的动作方程，即幅值比较不等式动作方程或相位比较不等式动作方程来实现。setmsetmmsetsetmZIZIUZZZ2121212190arg9090arg90mmsetmmmsetUUZIZZZ二二. .阻抗继电器的两种实现方法：阻抗继电器的两种实现方法：第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗

23、继电器及其动作特性 国家电网国家电网1 1、幅值（绝对值）比较原理和相位比较原理的实现、幅值（绝对值）比较原理和相位比较原理的实现setmsetmmZIZIU21211) 模拟式距离保护中的实现在模拟式距离保护中，绝对值比较原理都是以电压的形式实现的。模拟式距离保护的相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。90arg90mmsetmUUZI第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网setmmsetmZIUZZ90arg9090arg90setmmmsetmsetmmsetZIUUZIZZZZ第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国

24、家电网2 2）数字式距离保护中的实现）数字式距离保护中的实现在数字式保护（微机保护）中，利用微机强大的数值计算和存储能力，可以精确的计算出 、 和 。然后代入幅值比较不等式动作方程或相位比较不等式动作方程，如果满足不等式方程，则判断为内部故障，发出动作命令。mUmImZsetsetmZZZ212190arg90mmsetZZZ在数字式保护中，实现的关键是计算 、 和 。mUmImZ这些关键的相量在微机保护中，可以基于电流、电压的瞬时采样值，通过微机保护的算法计算得到。这些算法包括两点乘积算法、导数算法、傅氏算法和解微分方程算法得到。第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国

25、家电网国家电网以上分析阻抗继电器的动作特性时从理想的条件出发 执行元件的灵敏度很高 继电器的动作特性与工作电流的大小无关实际工作非理想的条件, 继电器的整定阻抗与工作电流具有非线性关系三、阻抗继电器的精确工作电流和精确工作电压三、阻抗继电器的精确工作电流和精确工作电压第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网setstZZopopII9 . 0min.|min.opopII定义最小精确工作电流定义最小精确工作电流: :要求：要求：阻抗继电器的动作阻抗误阻抗继电器的动作阻抗误差小于差小于10%，则，则必须满足必须满足不同整定阻抗对应不同最小精确不同整定阻抗对应不

26、同最小精确工作电流，则最小精确工作电流工作电流，则最小精确工作电流指标不便应用指标不便应用第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网setopopZIUmin.min.定义最小精确工作电压定义最小精确工作电压:最小精确工作电压指标不随整定阻抗变化，便于比较阻最小精确工作电压指标不随整定阻抗变化，便于比较阻抗继电器的工作灵敏度抗继电器的工作灵敏度第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网方向阻抗继电器存在电压死区方向阻抗继电器存在电压死区四、方向阻抗继电器的死区与消除方法四、方向阻抗继电器的死区与消除方法1.方向阻抗继电器死区方

27、向阻抗继电器死区当被保护线路始端发生金属性短路时，方向性阻抗继电器的测量电压为零当被保护线路始端发生金属性短路时，方向性阻抗继电器的测量电压为零|BA 幅值比较方式幅值比较方式:需要一定动作功率，则需要一定动作功率，则 时不能动作时不能动作相位比较方式相位比较方式:比相电压为零，无法进行相位比较，不能动作比相电压为零，无法进行相位比较，不能动作第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网2. 2. 消除方向阻抗继电器死区的方法消除方向阻抗继电器死区的方法（1 1）电压记忆回路）电压记忆回路 对于微机保护中的方向阻抗继电器，采用数字存储器保存故对于微机保护中的方向

28、阻抗继电器，采用数字存储器保存故障前的电压采样值，无需采用上述电压记忆回路障前的电压采样值，无需采用上述电压记忆回路uIRmUU ,线路始端发生三相短路线路始端发生三相短路 时，串联谐振电流时，串联谐振电流 逐渐衰减逐渐衰减,保持保持 相位基本一致，不影响正确比相相位基本一致，不影响正确比相RIUuRmUuI输入电压输入电压 经工频经工频LC串联谐振电路后产生工频谐振电流串联谐振电路后产生工频谐振电流 ，取取 为极化电压为极化电压第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 Um国家电网国家电网（2 2）引入第三相）引入第三相( (健全相健全相) )电压电压 对于保护出口两相短路

29、，两故障相的相间测量电压为零mU对第三相(健全相)电压进行适当的相移，使其输出电压与输入电压 同相，作为辅助极化电压不能消除出口三相短路的电压死区,一般与电压记忆回路同时采用两种方式均不用于微机保护两种方式均不用于微机保护（3 3）改变继电器的动作特性）改变继电器的动作特性叠加矩形动作区域（手合或自动重合时）国家电网国家电网五五. .以故障环路正序电压为参考电压的测量元件以故障环路正序电压为参考电压的测量元件opU工作电压 （又称为补偿电压）：setmmopZIUU当采用测量电压 作为参考电压 时，无法保证线路正向出口短路时的选择性。因为当正向出口短路时，有：参考电压 ：作为判断 相位的参考，

30、 也是一种参考电压。pUopUmUmUpU0mU，无法确定电压 的相位。mU在这种情况下，需要选择其它不同的电压来作为参考电压 。pU所以，引入正序电压 作为参考电压 ，即1UpU1UUp在接地距离接线方式下，以A相为例，A相正序电压为在相间距离接线方式下，以BC相为例，其正序电压为1AU1BCU第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网参考电压是正序电压参考电压是正序电压 时在各种故障情况下的分析时在各种故障情况下的分析1U（1）A相出口单相接地短路故障。000CCBBAUUUUU其中， 、 和 是故障前母线处B、C和A相的电压。0BU0CU0AU则则A相正

31、序电压为：相正序电压为：)0(31)(3102021CBCBAAUUUUUU032AU出口单相接地故障时，故障相正序电压的相位与该相故障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的电压相位相同，幅值等于其前的电压相位相同，幅值等于其2/3。保护安装处的三相电压为：保护安装处的三相电压为：第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网（2）A、B两相出口接地短路故障。两相出口接地短路故障。 保护安装处的三相电压为：保护安装处的三相电压为：000CCBAUUUU0022131)00(31)(31ACCBAAUUUUUU002131)00(31)(31BCCB

32、ABUUUUUU011131ABBAABUUUU出口两相接地短路故障时，两故障相正序电压的相位与该出口两相接地短路故障时，两故障相正序电压的相位与该两相故障前的电压相位相同，幅值等于其两相故障前的电压相位相同，幅值等于其1/3。参考电压是正序电压参考电压是正序电压 时在各种故障情况下的分析时在各种故障情况下的分析1U第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网（3）A、B两相出口相间短路故障。 保护安装处的三相电压为：060021CCjABAUUeUUU经过推导有：011121ABBAABUUUU出口两相相间短路故障时，两故障相正序电压的相位与该出口两相相间短路

33、故障时，两故障相正序电压的相位与该两相故障前的电压相位相同，幅值等于其两相故障前的电压相位相同，幅值等于其1/2。（4）A、B、C三相出口短路故障。三相出口短路故障。0CBAUUU0111CABCABUUU出口三相短路时，各相正序电压为出口三相短路时，各相正序电压为0，正序参考电压将无法应用，正序参考电压将无法应用参考电压是正序电压参考电压是正序电压 时在各种故障情况下的分析时在各种故障情况下的分析1U第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网正序电压正序电压 为参考电压的测量元件的动作特性为参考电压的测量元件的动作特性1U测量元件的动作方程为：测量元件的动作

34、方程为：90arg901mopUU对于按接地距离保护接线方式而言，有对于按接地距离保护接线方式而言，有setsetmmopZIKIUZIUU)3(0所以，测量元件的动作方程变为：所以，测量元件的动作方程变为：90)3(arg9010msetUZIKIU第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网正序电压正序电压 为参考电压的测量元件的动作特性为参考电压的测量元件的动作特性1U（1）在正向故障时的动作特性，即）在正向故障时的动作特性，即K1、K2点故障点故障 M N1setZ1K2K3KzmUmI10111112MMMMMMZZZECEZIEU)(3)(21 ()

35、21 (1001110111mMMMMMMZZIKIZZZCEZZZC最终有：最终有：90)(arg901mMsetmZZZZ第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 )(3()3(00mmZIKIZIKIU国家电网国家电网（2）在反向故障时的动作特性，即K3点故障 M N1setZ1K2K3KzmUmI10111112NNNNNNZZZECEZIEU)(3()3(00mmZIKIZIKIU)(3()21 ()21 (1001110111mNNNNNNZZIKIZZZCEZZZC最终有：90)(arg901mNmsetZZZZ正序电压正序电压 为参考电压的测量元件的动作特性为

36、参考电压的测量元件的动作特性1U第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网以记忆电压为参考电压的测量元件以记忆电压为参考电压的测量元件在以测量电压 或正序电压 为参考电压，在出口三相对称短路时三相电压都降为0，而失去比较的依据，从而产生动作死区。为了克服上述方法，可以利用故障前的记忆电压作为参考电压 。mU1UpU90arg90popUU，其中0ABpUU以相间距离保护接线方式为例分析，有：可得动作方程为：90)(arg900ABsetBAABUZIIU第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网假设系统两侧电源的电动势相等，系

37、统各部分的阻抗角相同。（1）系统正向故障时，有：mBAABZIIU)()(10mMBAABABZZIIEU动作方程为：90arg901mMsetmZZZZmBAABZIIU)()(10mNBAABABZZIIEU动作方程为：90)(arg901mNmsetZZZZ（2）当系统反向故障时，有：第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网故障分量阻抗继电器是指由电流、电压的故障分量构成，反应继电器工作电压（补偿电压）的阻抗继电器，国内通常称为突变量阻抗继电器。1、突变量概念及获取、突变量概念及获取电力系统发生短路时可以将系统分解为正常运行状态和短路附加状态。)()(

38、)(cba故障附加状态中0kkUE六、工频变化量阻抗继电器六、工频变化量阻抗继电器第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网故障分量的获取（故障分量的获取（突变量的获取突变量的获取）在非故障阶段的测量电流就是正常状态下的负荷电流。)()()(Ttititimmk故障分量电流（突变量电流）为：)2()()(Ttititimmk或0)()(ititim此时，故障分量会存在2个周期。第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网2 2、工频故障分量阻抗继电器、工频故障分量阻抗继电器工作原理工作原理（工频突变量阻抗继电器工频突变量阻抗继电

39、器）假设过渡电阻为零，在短路附加状态图中，有假设过渡电阻为零，在短路附加状态图中，有0kkUE其中其中 是短路点故障前的电压相量。是短路点故障前的电压相量。0kUmsetmopIZUU在短路附件状态图中，在短路附件状态图中，设补偿到保护范围末端设补偿到保护范围末端Z点的工作电压为：点的工作电压为：突变量阻抗继电器的动作方程为：突变量阻抗继电器的动作方程为：kopEUkE可以用保护安装处的母线电压来代替，即：可以用保护安装处的母线电压来代替，即：00mkkUUE第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网msetmopIZUU线路上任何一点发生短路故障时， 是基本

40、相等的。当故障点K距离保护安装处M点越近， 、 越大， 越大。kEIopUU2 2、工频故障分量阻抗继电器、工频故障分量阻抗继电器工作原理工作原理第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网3.3.工频变化量阻抗继电器动作特性分析工频变化量阻抗继电器动作特性分析（1 1）正方向故障分析）正方向故障分析setSmmsetmopZZIIZUUmsmmkZZIUE0有mSsetSZZZZ由上式可作出其动作特性图由上式可作出其动作特性图第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网（2 2）反方向故障分析）反方向故障分析第二节第二节 阻抗继

41、电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 setsmsetmmopZZIZIUU kSmkkZZIEU0有有kSsetSZZZZ由上式可作出其动作特性图由上式可作出其动作特性图国家电网国家电网工频故障分量距离保护的特点及应用工频故障分量距离保护的特点及应用（1）阻抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流）阻抗继电器以电力系统故障引起的故障分量电压、电流作为测量信号，不反映故障前的负荷量和系统振荡，动作性作为测量信号，不反映故障前的负荷量和系统振荡，动作性能不受非故障状态的影响；能不受非故障状态的影响；（2）阻抗继电器仅反应故障分量中的工频分量，不反应其中）阻抗继电器仅反应故障分量中的工频分

42、量，不反应其中的暂态分量，动作性能较稳定；的暂态分量，动作性能较稳定；（3）阻抗继电器的动作判据简单，实现方便，动作速度快；）阻抗继电器的动作判据简单，实现方便，动作速度快；（4）阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元）阻抗继电器具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，也可以作为方向元件使用；件，也可以作为方向元件使用；（5）阻抗继电器本身具有较好的选相能力。）阻抗继电器本身具有较好的选相能力。第二节第二节 阻抗继电器及其动作特性阻抗继电器及其动作特性 国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算一、距离保护的整定计算一、距离保护的整定计算距离保护也采用阶梯时

43、限配合的三段式配置方式，即分为距离段、距离段和距离段保护。国家电网国家电网1. 距离保护第距离保护第段的整定段的整定BArelABrelsetLzKZKZ11 .（1）整定阻抗，应该躲开本线路末端短路时的测量阻抗。）整定阻抗，应该躲开本线路末端短路时的测量阻抗。（2）动作时限，无延时速动。）动作时限，无延时速动。秒01t距离距离段只能保护线路首端一部分。段只能保护线路首端一部分。距离距离段的保护范围不受系统运行方式的影响，也不受段的保护范围不受系统运行方式的影响，也不受故障类型的影响。故障类型的影响。其中，距离其中，距离段可靠系数段可靠系数 取取0.80.85。relK第三节第三节 距离保护的

44、整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网2. 距离距离段的整定段的整定 分支电路对测量阻抗的影响分支电路对测量阻抗的影响12111 .IZIZIIUZkBAAmkbBAkBAZKZZIIZ12对于助增支路，分支系数对于助增支路，分支系数 1bK0 . 112过的短路电流前一级保护所在线路流故障线路流过的电流IIKbr对于外汲支路，分支系数对于外汲支路，分支系数 1bK对于无支路电路，分支系数对于无支路电路，分支系数 1bK第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网)(2 .min.1 .setbABrelsetZKZKZ其中，其中， 是最小分支系数。是最小分支系数。m

45、in. bK可靠系数可靠系数 8 . 0relK（1）与相邻距离保护第）与相邻距离保护第段配合，并考虑分支系数；段配合，并考虑分支系数；（2）与相邻变压器的快速保护相配合。其保护范围不超过下级）与相邻变压器的快速保护相配合。其保护范围不超过下级变压器快速保护的范围，按照躲开线路末端变压器低压侧出口变压器快速保护的范围，按照躲开线路末端变压器低压侧出口短路时的阻抗值，考虑分支系数。短路时的阻抗值，考虑分支系数。 距离距离段的整定阻抗段的整定阻抗)(min.1 .TbABrelsetZKZKZ整定阻抗取（整定阻抗取（1）和（）和（2）中的最小值。）中的最小值。第三节第三节 距离保护的整定计算距离保

46、护的整定计算国家电网国家电网tttx21距离距离段的灵敏度校验：段的灵敏度校验：25. 1ABsetsenZZK路阻抗保护范围末端金属性短动作阻抗 距离距离段的灵敏度校验段的灵敏度校验如果灵敏系数不满足，则距离如果灵敏系数不满足，则距离段应与下级线路的距离段应与下级线路的距离段段配合。配合。 距离距离段的动作时限段的动作时限，其中，其中 是下级线路距离是下级线路距离段或段或段段的动作时限。的动作时限。xt2第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网3. 距离距离段的整定段的整定min.1 .1LressrelsetZKKKZ，是最小负荷阻抗。max.max.min.mi

47、n.)95. 09 . 0(LNLLLIUIUZ距离距离段能够保护本线路全长、下级线路全长及更远。段能够保护本线路全长、下级线路全长及更远。整定阻抗一般情况下按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。整定阻抗一般情况下按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。3 . 12 . 1 ，一般取是距离段的可靠系数relK、自起动系数。是距离段的返回系数、ssKKre)cos(min.1 .LsetressrelLsetKKKZZ 距离距离段的整定阻抗段的整定阻抗整定阻抗为整定阻抗为考虑负荷阻抗角与整定阻抗角不同，考虑负荷阻抗角与整定阻抗角不同，第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电

48、网ttt21 距离距离段的动作时限段的动作时限，满足阶梯配合时限特性。，满足阶梯配合时限特性。 距离距离段的灵敏度校验段的灵敏度校验近后备的灵敏度校验：近后备的灵敏度校验：5 . 1)1(ABsetsenZZK远后备的灵敏度校验：远后备的灵敏度校验：2 . 1)2(BCbABsetsenZKZZK第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算二、采用四边形阻抗继电器的整定计算方法二、采用四边形阻抗继电器的整定计算方法、公用一电阻定值，一般取公用一电阻定值，一般取)30tansin(cosmin.LLLrelsetZKR电抗分

49、量整定，各段值为：电抗分量整定，各段值为：)tansin(cossensensetsetZX一般取一般取15国家电网国家电网比电流保护具有更高的选择性比电流保护具有更高的选择性一段不能保护全长一段不能保护全长较电流、电压保护具有更高的灵敏性较电流、电压保护具有更高的灵敏性接线复杂，可靠性低接线复杂，可靠性低三、对距离保护的评价三、对距离保护的评价第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网四、整定实例四、整定实例第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计

50、算距离保护的整定计算国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网第三节第三节 距离保护的整定计算距离保护的整定计算国家电网国家电网第四节第四节 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁一一. .振荡现象及振荡原因振荡现象及振荡原因电力系统振荡：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。电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角可能在0360范围内周期性变化。两侧电力系统失去同步，即两侧电气量的频率不相等， 。NMff电力系统失步振荡是不正常运行状态，继电保护装置不应该跳闸。1.1.电力系统振荡概念电力系统振荡概念国家电网国家电网第四节 距

51、离保护的振荡闭锁2.系统振荡的原因系统振荡的原因输电线路输送功率过大，超过静稳定极限输电线路输送功率过大，超过静稳定极限 无功功率不足而引起系统电压降低无功功率不足而引起系统电压降低 短路故障切除缓慢短路故障切除缓慢非同期自动重合闸不成功非同期自动重合闸不成功 3.系统振荡的影响系统振荡的影响 电压、电流的幅值和相位发生周期性地变化电压、电流的幅值和相位发生周期性地变化阻抗继电器的测量阻抗周期性地变化阻抗继电器的测量阻抗周期性地变化电压、电流、阻抗继电器都可能电压、电流、阻抗继电器都可能误动作误动作 国家电网国家电网二二. .电力系统振荡时电气量的变化规律电力系统振荡时电气量的变化规律电力系统

52、失步振荡时，两侧电源电动势间的夹角 在0360范围内周期性变化。第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网是左侧系统电动势相量与右侧系统电动势相量的相角差。是左侧系统电动势相量与右侧系统电动势相量的相角差。振荡电流振荡电流 ，随，随 而变化。而变化。)(NLMNMNMXXXjEEjXEEI1.1.振荡电流的变化规律振荡电流的变化规律第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网LNMMMjMNZZZEEEeEEargargarg|)3600:(00假定假定LNMZZZZ令令|)2sin(|2|ZEZEEINMOSC求得求得ZeEZEEIjMNMOSC)1(第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网

53、2.2.振荡电压变化规律振荡电压变化规律NOSCNNMOSCMMZIEUZIEU母线电压为母线电压为可作出相量图可作出相量图第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网NMEE线路上不同点电压向量的端点沿线路上不同点电压向量的端点沿 移动移动NMEEOSCU过原点作过原点作 的垂线得振荡中心电压的垂线得振荡中心电压OSCUZ 向量的端点位于向量的端点位于 中点中点,称称:振荡的电气中心振荡的电气中心| )2cos(| EUOSC振荡中心电压的幅值为振荡中心电压的幅值为 从相量图可以得出：从相量图可以得出：（1）当相差角）当相差角 大时，振荡电流大时，振荡电流 大，而母线电压大，而母线电压 小；小

54、；（2）当相差角）当相差角 小时，振荡电流小时，振荡电流 小，而母线电压小，而母线电压 大。大。MUMUII第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网振荡中心振荡中心Z：电气中心，位于两侧系统之间联络线：电气中心，位于两侧系统之间联络线 中心位置，中心位置，在振荡时该点的电压最低。当在振荡时该点的电压最低。当 180，振荡中心电压为零。，振荡中心电压为零。Z第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网3.3.电力系统振荡对测量阻抗影响电力系统振荡对测量阻抗影响212sin

55、cos11jctgjejMjMMMMMMMMMmZZeZIEIZIEIUZ11当当EMEN时测量阻抗变化轨迹：时测量阻抗变化轨迹：因为第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网jctgZjctgZjZjctgZjjctgZjctgZjZZZMm22,360022,180222,9022,022)21(0000时时时时最终求得测量阻抗为最终求得测量阻抗为ZZMM第四节 距离保护的振荡闭锁测量阻抗的变化规律测量阻抗的变化规律如右图所示：如右图所示：国家电网国家电网第四节 距离保护的振荡闭锁当保护安装位置变化和两侧电势大小不等时，测量阻抗的变化当保护安装位置变化和两侧电势大小不等时，测量阻抗的变化如

56、下图：如下图：国家电网国家电网三三. .电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡对距离保护的影响当电流系统振荡时，保护安装处M点的电压、电流会周期性变化，当电流变大时电压变小，测量阻抗Zm幅值变小，有可能进入阻抗动作区内，导致距离保护误动。当振荡中心落在母线M、N之间的线路上， 变化时M侧测量阻抗将沿着直流OO移动。当测量阻抗在轨迹o1和o2点范围以内时，测量阻抗落在阻抗动作区域内，导致距离保护误动。距离段不易受振荡影响。距离、段整定阻抗较大，容易受振荡的影响。第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网阻抗继电器受振荡影响阻抗继电器受振荡影响误动作的区域误动作的区域对全阻抗继电器，在振荡角 范

57、围内误动对方向阻抗继电器，在振荡角 范围内误动全阻抗继电器比方向阻抗继电器受振荡的影响更大（误动时间更长）一般地，阻抗继电器沿振荡轨迹方向的动作区域面积越大，受振荡的影响也越大1423第四节 距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网1.1.电力系统振荡与短路时电气量的差别电力系统振荡与短路时电气量的差别（1）振荡时，三相完全对称，没有负序和零序分量出现；短路时，总要出现负序或零序分量。 在三相短路的暂态期间，由于三相间的不平衡，会短时出现负序或零序分量。（2）振荡时，电气量呈现周期性的变化，其变化速度与系统功角变化速度一致，比较慢；短路时，从短路前到短路后电气量突然变化，变换速度快，而短路后短路电流

58、、各点的残余电压和测量阻抗是不变的。（3）振荡时，阻抗继电器在一个振荡周期内动作和返回一次；短路时，阻抗继电器会动作，或不动作，状态唯一。第四节 距离保护的振荡闭锁五五. . 距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施国家电网国家电网2. 2. 距离保护的振荡闭锁构成原理距离保护的振荡闭锁构成原理距离保护的振荡闭锁应满足以下要求：距离保护的振荡闭锁应满足以下要求：（1）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动作）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动作跳闸；跳闸；（2）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生各）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生各种类型的不对称故障，

59、保护装置应有选择性动作跳闸。种类型的不对称故障，保护装置应有选择性动作跳闸。（3）系统在全相振荡过程中再发生三相短路时，保护装置）系统在全相振荡过程中再发生三相短路时，保护装置应可靠动作跳闸，并允许带短延时。应可靠动作跳闸，并允许带短延时。振荡闭锁：在电力系统振荡时，要采取必要的措施，防止距振荡闭锁：在电力系统振荡时，要采取必要的措施，防止距离保护因振荡而误动，这种防止系统振荡时保护误动的措施，离保护因振荡而误动，这种防止系统振荡时保护误动的措施，称为振荡闭锁。称为振荡闭锁。振荡闭锁主要是利用短路与振荡时电气量变化特征的差异实现的振荡闭锁主要是利用短路与振荡时电气量变化特征的差异实现的第四节第

60、四节 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁国家电网国家电网3.3.距离保护的振荡闭锁措施距离保护的振荡闭锁措施( (正常与振荡时处于闭锁，故障时短时开放正常与振荡时处于闭锁，故障时短时开放) )第四节第四节 距离保护的振荡闭锁距离保护的振荡闭锁（1）启动元件（故障时短时开放保护）启动元件（故障时短时开放保护）利用系统短路时的负序、零序分量或电流突然变化，短时开利用系统短路时的负序、零序分量或电流突然变化，短时开放保护。如放保护。如IIIII),(,020266. 0,102mImII一般取max00minmax3IKIIKI或（2）振荡中发生不对称故障时的开放判据）振荡中发生不对称故障时的开放