电网距离保护第1讲课件

3.电网距离保护3.1距离保护的基本原理与构成电流保护的缺陷缺点灵敏度不足运行方式对保护影响大配合困难问题无法满足更高电压等级电网对保护的速动性，选择性，灵敏性的要求3.1距离保护的基本原理与构成故障特征分析特征故障时电流增大故障时电压降低思路综合利用电流、电压可以提高灵敏度，所以就有了阻抗保护，利用电流电压比值作为故障特征量3.1.1距离保护的概念测量阻抗和故障距离的关系测量阻抗的定义（以单相系统为例）思想：试图找到与系统运行方式、短路类型无关,只与短路点到保护安装处有关的测量参量！3.1.1距离保护的概念测量阻抗和故障距离的关系测量阻抗和故障距离的关系对于单相输电线路，当发生故障时，上述测量阻抗与故障点到测量点的距离关系如下z为线路单位长度的阻抗3.1.1距离保护的概念距离保护的工作原理输电线路故障时，短路回路上测量阻抗与故障点到测量点的距离成正比关系，所以阻抗的大小反映了故障点和保护安装处之间的距离。短路回路短路电流流过的回路。保护原理利用该阻抗（或距离）和线路全长阻抗（距离）的比较可以识别故障的是否在本线路上，由此可以构成阻抗保护（也称为距离保护）。仍然存在本线路末端与下级线路出口短路无法区分的问题，需要阶段式配合的工作方式。3.1.2故障环路与阻抗继电器的接线问题的引出对于单相系统，求取测量阻抗不存在电流、电压的选择问题，接入继电器的就是故障环路的电压、电流，接线方式唯一。对于三相系统，使用故障回路上的电压和电流测得的阻抗才与故障距离之间存在上述的简单比例关系，而非故障回路不存在上述关系。结论阻抗继电器欲达到正确保护的目的，需要解决的是电流、电压正确选取问题即接线方式。3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线保护安装处特殊相电压的序分量统一表达式：

Ф=A，BorC其中：Uk为故障点电压3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线线路发生短路时保护安装处相地电压的统一表达式

说明：上式结论与故障类型无关

k称为零序电流补偿系数，定义如下3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线线路发生短路时保护安装处相间电压的统一表达式

在统一表达式的推导中，对故障类型、故障地点没有任何假设，所以统一表达式与故障类型和地点无关3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE1：单相金属性接地故障AG故障边界条件

A相接地故障相非故障相结论A相接地故障时，采用保护安装处的故障相电压和经零序补偿的故障相电流可以反映故障距离。而非故障相测量阻抗一般远大于故障阻抗。3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE1：单相金属性接地故障，故障回路上：A相接地故障的测距公式B相接地故障的测距公式C相接地故障的测距公式3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE1：单相金属性接地故障结论对于单相接地故障，只有与故障回路相关的电流、电压才能正确地反映故障距离对于单相接地故障，只有一个故障回路，即故障相经故障点和大地构成的回路非故障相的测量阻抗接近负荷阻抗一般大于线路阻抗。

3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE2：两相相间故障AB故障边界条件

AB相间短路故障的测距公式结论AB相间短路故障时，采用保护安装处的故障线电压和故障相电流差可以反映故障距离3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE2：两相相间故障同理得到

AB相间短路的测距公式BC相间短路的测距公式CA相间短路的测距公式3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE2：两相相间故障结论对于两相相间短路，也只有与故障回路相关的电流、电压才能正确地反映故障距离。对于两相相间短路，同样只有一个故障回路，即故障相经故障点和另一故障相构成的回路。非故障相的测量阻抗一般大于线路阻抗，不会动作。

3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE3：两相短路接地故障ABG故障边界条件

AB相间短路接地故障的测距公式3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE3：两相短路接地故障同理可得

BCG故障的测距公式CAG故障的测距公式3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE3：两相短路接地故障结论对于两相短路接地故障，也只有与故障回路相关的电流、电压才能正确地反映故障距离。对于两相短路接地故障，共有三个故障回路，即故障相经故障点和另一故障相构成的回路；故障相1经故障点和大地构成的回路；故障相2经故障点和大地构成的回路三个故障回路的电流、电压均可实现测距目的非故障相的测量阻抗一般大于线路阻抗，不会动作。3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE4：三相短路接地故障ABC故障边界条件

三相短路接地故障的测距公式3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系CASE4：三相短路接地故障结论对于三相短路接地故障，也只有与故障回路相关的电流、电压才能正确地反映故障距离。对于三相短路接地故障，共有六个故障回路六个故障回路的电流、电压均可实现测距目的

3.1.2故障回路与阻抗继电器的接线不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系总结只有采用与故障回路相关的电流、电压才能实现距离的测量。继电器接入不同电压、电流，称为不同的接线方式。存在相间故障回路时，采用保护安装处的故障相相间电压和故障相间电流差可以反应故障距离，称为相间距离保护。存在接地故障回路时，采用保护安装处的相电压和经零序补偿的相电流可以反映故障距离，称为接地距离保护。为了保护接地故障和相间故障，需要配备接地距离保护和相间距离保护。短路形成几个故障回路，就有几个阻抗继电器可以实现阻抗测量。3.1.3距离保护的构成和时限特性距离保护的构成启动部分：用于检测故障，要求远后备保护范围末端故障时，可靠启动，投入整组保护。测量部分：快速准确测量出故障阻抗，并与预先设定的保护动作特性比较，测量阻抗落入动作区可靠动作，否则不动作。振荡闭锁部分：系统发生振荡时闭锁保护。电压回路断线检测：防止电压回路断线引起保护的误动。逻辑配合部分：出口部分：3.1.3距离保护的构成和时限特性阶段式距离保护的配置与时限特性因为测量阻抗是连续值，距离保护原理上无法区分本线路末端与下级线路的出口短路，为保证选择性，仍需要采用阶段式配置、配合，切除全线故障。3.2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特性概念动作区域阻抗继电器能够动作的所有测量阻抗值在阻抗复平面上形成的点集。称为阻抗继电器的动作区域点集以外的区域称为不动作区动作特性阻抗继电器动作区域边界曲线称为其动作特性曲线的方程称为动作特性方程3.2.1阻抗继电器动作区域的概念阻抗继电器动作特性概念动作方程的数学描述

幅值比较方程（常用）相位比较方程（常用）点坐标判定方程（数字保护）常见动作特性：特性在各种运行状态下、误差下、过渡电阻下等有更好的区分能力，且易于实现。圆特性，苹果形，透镜型，多边形和直线3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程圆特性阻抗继电器及其动作方程电流、电压参考方向的规定动作边界曲线是一个圆称为园特性继电器圆特性阻抗继电器动作方程的一般形式幅值形式圆特性方程相位形式圆特性方程其中：为圆心；为半径为圆上任一直径的两个端点3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE1:全阻抗圆继电器动作特性描述：以原点为圆心，以特征阻抗为半径的圆特征阻抗：又称整定阻抗幅值形式全阻抗圆特性方程相位形式全阻抗圆特性方程3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE1:全阻抗圆继电器工程习惯：一般使用电流、电压相量表示的阻抗继电器动作方程（可测量）幅值形式全阻抗圆特性方程相位形式全阻抗圆特性方程3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE1:全阻抗圆继电器全阻抗圆动作特性的特点及应用动作特性不具有方向性用于多端电源网络时，需另加方向元件一般应用在距离Ⅲ段3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE2:方向阻抗圆继电器动作特性描述：通过原点，以特征阻抗（整定阻抗）为直径的圆特征阻抗：又称整定阻抗幅值形式方向阻抗圆特性方程相位形式方向阻抗圆特性方程3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE2:方向阻抗圆继电器方向阻抗圆特性在出口处短路有方向死区幅值形式方向阻抗圆特性方程相位形式方向阻抗圆特性方程3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几种常见的圆特性阻抗继电器TYPE3:偏移阻抗圆继电器特点有一定方向性，动作区包括反向出口一般作为距离Ⅲ段动作特性整定需要确定整定阻抗和偏移率ρ3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程几个需要清晰的概念测量阻抗(感受阻抗)：整定阻抗(特征阻抗)：动作阻抗：方向圆特性的最灵敏角：在该方向上保护范围最大，一般为线路阻抗角。3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程复合特性阻抗继电器CASE1:圆特性的复合以Zset1和Zset2为弦长的圆特性方程图3-10特性圆的偏转Zset2Zset1RjXoα＝-30oα＝-15oα＝0oα＝30oα＝15oα＝0o3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程复合特性阻抗继电器CASE1:圆特性的复合3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程复合特性阻抗继电器CASE2:直线特性的复合多边形特性有方向性电抗特性下倾，防止稳态超越电阻特性倾斜，提高躲负荷能力α2区提高金属性短路保护动作可靠性

α1区提高出口短路耐受过渡电阻能力3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程幅值形式动作特性和相位形式动作特性的转换幅值形式动作方程可以实现等价变换相位形式动作方程其中或者3.2.2常见阻抗继电器动作特性及其动作方程当时，则有3.4阻抗继电器的整定计算3.4距离保护的定值整定及评价

3.4.1距离保护的整定计算

距离保护一般采用阶段式的配合思想，各段之间的配合关系，类似于三段式电流保护通常配置距离Ⅰ段、距离Ⅱ段、距离Ⅲ段。其中，距离Ⅰ段、距离Ⅱ段一般采用具有方向性的动作特性，作为被保护线路的主保护；距离Ⅲ段，通常采用带有偏移特性的动作特性，作为本线路、下级线路及反向出口故障的后备距离保护的整定，实际上是确定与保护动作特性有关的特征阻抗3.4距离保护的定值整定及评价采用圆特性的距离保护I、II、III段保护范围与动作时限。3.4.1距离保护的整定计算

距离Ⅰ段整定作用：无延时的速动段，只反映本线路内部故障，下级线路出口应可靠不动作。原则：躲过本线路末端短路时的测量阻抗，确保区外故障不误动L线路全长z单位长度线路正序阻抗Krel可靠系数，一般取0.8-0.853.4.1距离保护的整定计算

距离Ⅱ段整定作用：距离Ⅰ段无法保护线路全长，增加距离Ⅱ段；其保护范围应涵盖线路全长，且有一定灵敏度。因此距离Ⅱ段的保护范围应延伸至下一级线路，并在动作时间上与下一级线路进行配合，以实现选择性跳闸原则：动作阻抗应不超过下级线路配合段的保护范围，动作时间应比下级线路配合段提高一个时限级差3.4.1距离保护的整定计算

灵敏度校验距离Ⅱ段要保护线路全长，因此其灵敏度校验要求在线路末端故障时，有足够的灵敏度灵敏度不满足要求时，应考虑进一步扩大距离Ⅱ段保护范围，与下级线路距离Ⅱ段配合动作时间为保证下级线路出口的选择性，距离Ⅱ段动作时间应比配合段多一个时间级差3.4.1距离保护的整定计算

距离Ⅲ段整定作用：本线路的近后备或下级线路的远后备整定原则：CASE1：相邻线路配合段为距离Ⅱ段或距离Ⅲ段时CASE2：相邻元件配置电流、电压保护时的配合

等于相邻线电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值3.4.2对距离保护的评价3.4.2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、接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性稍差。存在一些特殊影响距离保护正确动作的因素，需要专门的技术手段来解决。3.5影响距离保护正确工作的因素及其防止方法3.5影响距离保护正确工作的因素及其防止方法3.5.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3.5.2电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路影响因素短路点过渡电阻电力系统振荡保护装置电压回路断线输电线路的串联电容补偿电流互感器和电压互感器的过渡过程短路电流中的暂态分量输电线路的非全相运行等3.5.1短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点的过渡电阻Rg是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质的电阻，相导线与地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。短路初瞬间，电弧电流最大，弧长最短，弧阻Rg

最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻Rg迅速增大，因此电弧电阻属于非线性电阻。目前我国对500kV线路接地短路的最大过渡电阻按300估计；对220kV线路，则按100估计。

结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大瞬时测量装置相间短路时，过渡电阻