1、 第六章第六章 電網的距離保護電網的距離保護 距離保護：距離保護：反映故障點至保護安裝點之間的反映故障點至保護安裝點之間的距離距離（或阻抗），并根據（或阻抗），并根據距離遠近而確定動作時間距離遠近而確定動作時間的一種的一種保護裝置。保護裝置。 測量阻抗：測量阻抗：由施加于繼電器的電壓和電流測得的由施加于繼電器的電壓和電流測得的保護安裝處至短路點的阻抗值。保護安裝處至短路點的阻抗值。 當短路點距保護安裝處當短路點距保護安裝處近近時，其測量阻抗時，其測量阻抗小小，動，動作時間作時間短短；當短路點距保護安裝處；當短路點距保護安裝處遠遠時，其測量阻抗時，其測量阻抗增加增加，動作時，動作時間間增長增長；

2、保證有選擇性地切除故障線路；保證有選擇性地切除故障線路。 第一節第一節 距離保護的作用原理距離保護的作用原理一、基本原理一、基本原理。 fffrrrZIUIUZ 在被保護線路任一點發生故障時，測在被保護線路任一點發生故障時，測量阻抗為保護安裝地點到短路點的短路阻量阻抗為保護安裝地點到短路點的短路阻抗，即抗，即 距離保護反應的信息量比反應單一距離保護反應的信息量比反應單一物理量的電流保護靈敏度高。物理量的電流保護靈敏度高。 ddresrrrZIUIUZ 當當d d點短路時，保護點短路時，保護1 1測量的阻抗是測量的阻抗是 dZ，保，保 護護2 2測量的阻抗是測量的阻抗是 。 dABZZ 由于保護

3、由于保護1 1距短路點距短路點較近，保護較近，保護2 2距短路點距短路點較遠，所以保護較遠，所以保護1 1的動的動作時間可以做得比保作時間可以做得比保護護2 2的動作時間短。這的動作時間短。這樣故障由保護樣故障由保護1 1切除，切除，而保護而保護2 2不動作。不動作。這種這種選擇性的配合，是靠選擇性的配合，是靠適當地選擇各個保護適當地選擇各個保護的整定值和動作時限的整定值和動作時限來完成的。來完成的。 )(Lft BCdzZZ)85. 08 . 0(1 . 定義定義：動作時間與保護安裝處至短路點之間距：動作時間與保護安裝處至短路點之間距離關系離關系 三段階梯型時限特性，稱距離保護三段階梯型時限

4、特性，稱距離保護的的、段。段。)(Lft 距離距離段段 希希 望望：保護被保護范圍全長，但滿足選擇性要求：保護被保護范圍全長，但滿足選擇性要求 動作值動作值： ABABrelopZZKZ)85. 08 . 0(2 .動作時間動作時間： 1t= =保護本身固有動作時間保護本身固有動作時間 BCopZZ)85. 08 . 0(1 .二、距離保護的時限特性二、距離保護的時限特性 距離距離段段 希希 望望：保護范圍不超出下一條線路距離：保護范圍不超出下一條線路距離段的保護范圍，段的保護范圍，同時帶有高出一個同時帶有高出一個 的時限。的時限。t動作值動作值：當保護：當保護1 1第第段末端短路時，保護段末

5、端短路時，保護2 2的測量阻抗為的測量阻抗為 1 .2opABZZZ)85. 08 . 0(8 . 0)(1 .2 .BCABopABKopZZZZKZ 動作時間動作時間： ttt 12 距離保護距離保護段和段和段聯合構成本線路的段聯合構成本線路的主保護主保護。 距離距離段段 希希 望：望：作為相臨線路保護裝置和斷路器拒絕動作的后作為相臨線路保護裝置和斷路器拒絕動作的后備保護，同時也作為距離備保護，同時也作為距離、段的后備保護。段的后備保護。 動作值：動作值： 2 .opZ = 按躲開正常運行的最小負荷阻抗來整定按躲開正常運行的最小負荷阻抗來整定， 不同工作特性阻抗繼電器整定方法有差別。不同工

6、作特性阻抗繼電器整定方法有差別。 tttnextself 動作時間：動作時間：距離保護的動作時間t與保護安裝處到故障點之間的距離l的關系稱為距離保護的時限特性，目前獲得廣泛應用的是三階梯型時限特性。 阻抗繼電器是距離保護裝置的阻抗繼電器是距離保護裝置的核心核心元件，主要元件，主要作用作用：測：測量短路點到保護安裝處之間的距離，并與整定阻抗值進行比量短路點到保護安裝處之間的距離，并與整定阻抗值進行比較，以確定保護是否應該動作。較，以確定保護是否應該動作。 r IrUrZrZ可以寫成可以寫成 jXR的復數形式，利用復數平面來分析的復數形式，利用復數平面來分析 這種繼電器的動作特性這種繼電器的動作特

7、性。第二節第二節 阻抗繼電器阻抗繼電器 單相式阻抗繼電器單相式阻抗繼電器：加入繼電器的只有一個電壓：加入繼電器的只有一個電壓 rU（可（可 以是相電壓或線電壓）和一個電流以是相電壓或線電壓）和一個電流 rI（可以是相電流或兩相（可以是相電流或兩相 電流之差）的阻抗繼電器，電流之差）的阻抗繼電器， 和和 的比值稱為繼電器的測量的比值稱為繼電器的測量 阻抗阻抗 ，即，即 rZrUrI 以以線路線路B-CB-C的保護的保護1 1為為例，將阻抗繼電器的測量例，將阻抗繼電器的測量阻抗畫在復數阻抗平面上。阻抗畫在復數阻抗平面上。 線路的線路的始端始端B B位于坐位于坐標原點標原點，正方向線路的測，正方向線

8、路的測量阻抗在第一象限，反方量阻抗在第一象限，反方向線路的測量阻抗在第三向線路的測量阻抗在第三象限，正方向線路測量阻象限，正方向線路測量阻抗與抗與R R軸之間角度為線路軸之間角度為線路B-CB-C的阻抗角的阻抗角 。對保對保護護1 1的的距離距離段，起動阻段，起動阻抗應整定為抗應整定為 dBCopZZ85. 0/1一、構成阻抗繼電器的基本原則一、構成阻抗繼電器的基本原則BCopZZ85. 0/1CBAd 為了減少為了減少過渡電過渡電阻阻以及以及互感器誤差互感器誤差的的影響，盡量簡化繼電影響，盡量簡化繼電器的接線，并便于器的接線，并便于制制造和調試造和調試，通常把阻，通常把阻抗繼電器的抗繼電器的

9、。如圖。如圖所示，其中所示，其中1 1為全阻抗為全阻抗繼電器的動作特性，繼電器的動作特性，2 2為方向阻抗繼電器的為方向阻抗繼電器的動作特性，動作特性，3 3為偏移特為偏移特性的阻抗繼電器的動性的阻抗繼電器的動作特性作特性。BCopZZ85. 0/1CBAd正方向短路時：測量阻抗在第一象限，正向測量正方向短路時：測量阻抗在第一象限，正向測量阻抗阻抗ZrZr與與R R軸的夾角為線路的阻抗角軸的夾角為線路的阻抗角 d d；反方向短路時：測量阻抗在第三象限。如果測量反方向短路時：測量阻抗在第三象限。如果測量阻抗的相量，落在向量以內，則阻抗繼電器阻抗的相量，落在向量以內，則阻抗繼電器動作；反之，阻抗繼

10、電器不動作。動作；反之，阻抗繼電器不動作。 IsetZ 阻抗繼電器都接于流互和壓互的二次側，測量阻抗繼電器都接于流互和壓互的二次側，測量阻抗與系統一次側阻抗之間存在關系阻抗與系統一次側阻抗之間存在關系 yllBCyBrrnndnInUIUrZZ)(二、阻抗繼電器的特性分析 1.1.全阻抗繼電器全阻抗繼電器 特性特性：以：以B B點（繼電器安裝點）為圓心，以整定阻抗點（繼電器安裝點）為圓心，以整定阻抗 為為半徑所作的一個圓，如圖所示。當測量阻抗半徑所作的一個圓，如圖所示。當測量阻抗 位于圓內時繼位于圓內時繼電器動作，圓內為動作區，圓外為不動作區。當測量阻抗正好電器動作，圓內為動作區，圓外為不動作

11、區。當測量阻抗正好位于圓周上時，繼電器剛好動作，此時阻抗為起動阻抗位于圓周上時，繼電器剛好動作，此時阻抗為起動阻抗setZrZopZjXRsetZrZopZ 該特性是以原點為圓心作的圓，因此不論加入繼電器的 電壓和電流之間的角度r為多大，繼電器起動阻抗在數值上等于整定阻抗，即|setopZZ，全阻抗繼電器沒有方向性。幅值比較方式。當測量阻抗 位 rZ于圓內時，繼電器能夠起動，用阻抗的幅值表示，即|setrZZ |setrrZIU 這是比幅式繼電器（比較兩電壓向量幅值大小）的動 作與邊界條件。setrZI為電流在某一恒定阻抗setZ上的電壓降落，利用電抗互感器或其它補償裝置獲得。|setrZZ

12、jXRsetZrZopZ（2 2）相位比較）相位比較 繼電器的動作邊界條件為繼電器的動作邊界條件為: :90arg90rsetrsetZZZZjXRsetZrZjXRsetZrZjXRsetZrZ繼電器的動作邊界條件為繼電器的動作邊界條件為: :90arg90rsetrsetZZZZ分子分母同乘以測量電流得分子分母同乘以測量電流得 90arg90rrrsetrrrsetIZIZIZIZjXRsetZrZ 特性特性：以整定阻抗：以整定阻抗 為直徑而通過坐標原點的一個圓。為直徑而通過坐標原點的一個圓。 當加入繼電器的電壓當加入繼電器的電壓和電流之間的相位差和電流之間的相位差 為不同數值時，繼電器的

13、起動阻抗也為不同數值時，繼電器的起動阻抗也將隨之改變。將隨之改變。 當當 等于的阻抗角等于的阻抗角 時，繼電器的起動阻抗達到最大，時，繼電器的起動阻抗達到最大，等于圓的直徑，此時，阻抗繼電器的保護范圍最大，工作最等于圓的直徑，此時，阻抗繼電器的保護范圍最大，工作最靈敏。靈敏。 setZrrset2. 2. 方向阻抗繼電器方向阻抗繼電器rZrZ|2121setsetrZZZ起動（即測量阻抗 位于圓內）條件為 當反方向發生短路時，測量阻抗當反方向發生短路時，測量阻抗 位于第三象限，繼電位于第三象限，繼電器不能動作，它本身具有方向性，稱方向阻抗繼電器。器不能動作，它本身具有方向性，稱方向阻抗繼電器。

14、rZ（1 1）幅值比較）幅值比較rZ（2 2）相位比較）相位比較 相位比較的方向阻抗繼電器動作特性如下圖所示：相位比較的方向阻抗繼電器動作特性如下圖所示：其動作與邊界條件為其動作與邊界條件為90arg90rrsetZZZrZrZ90arg90rrsetZZZrZ 特性特性：當正方向的整定阻抗為：當正方向的整定阻抗為 時，同時向反方向偏移一個時，同時向反方向偏移一個 ，其，其中中 。圓內為動作區，圓外為不動作區。圓的直徑為。圓內為動作區，圓外為不動作區。圓的直徑為 ，圓心，圓心坐標坐標 該特性介于方向阻抗繼電器和全阻抗繼電器之間，當該特性介于方向阻抗繼電器和全阻抗繼電器之間，當 時，為方向阻時，

15、為方向阻抗繼電器，而當抗繼電器，而當 時，為全阻抗繼電器，其起動阻抗既與時，為全阻抗繼電器，其起動阻抗既與 有關，但又有關，但又沒有完全的方向性，所以一般稱為具有沒有完全的方向性，所以一般稱為具有偏移特性的阻抗繼電器偏移特性的阻抗繼電器。 setZsetZ10setsetZZ)(210setsetZZZ01r3. 3. 偏移特性的阻抗繼電器偏移特性的阻抗繼電器|00ZZZZsetrjXRsetZrZsetZ0ZZr0Z1、比幅式動作方程：setsetrZZZ)1 (5 . 0)1 (5 . 0（2 2）相位比較）相位比較 其相位比較的動作與邊界條件為其相位比較的動作與邊界條件為 90arg90

16、21rsetrsetZZZZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2ZjXRrZ0Zset2Z90arg9021rsetrsetZZZZ90arg9021rrsetrrsetUIZUIZ第三節第三節 阻抗繼電器的接線方式阻抗繼電器的接線方式（）阻抗繼電器的測量阻抗應正比于短路點到保護安裝處之間的距離；（）阻抗繼電器的測量阻抗應與故障類型無關，也就是保護范圍不隨故障類型而變化；1、對阻抗繼電器接線要求（1）接線定義02、反映相間短路故障接線1cos當 時，加在繼電器端子上電壓與電流的相位差為零。 繼電器1繼電器2繼電器3BAUUBAIICBUUCBIIACUUACI

17、I3、反映接地短路故障的阻抗繼電器接線作用：作為接地短路故障測量元件。 當發生單相金屬性接地短路故障時，只有故障相的電壓降低，故障點相對地電壓為零。以A相為例，故障點對地電壓為零。kAU) 1 (kAI將電壓和電流分解為序分量，則)1(0)1(2)1(1)1(021KAKAKAKAKAKAKAKAIIIIUUUU三序分量電壓為kKKAAkKKAAkKKAALZIUULZIUULZIUU000012221111021AAAAUUUUkKKKKAKAKALZIZIZIUUU)()(001211021)(100211ZZIIILZKKKk)(11001ZZZIILZKAk若加入繼電器電壓、電流為Ar

18、UUArII則測量阻抗為kAKkmLZZIILZZ)(1001 為了正確測量阻抗，加入繼電器電壓、電流應為：03 IKIIUUArAr1103ZZZK其中：測量阻抗kAkAmLZIKILZIKIZ10103)3( 顯然，加入相電壓、帶零序電流補償的相電流，阻抗繼電器就能正確測量保護安裝處至短路點間距離。繼電器1繼電器2繼電器3AUBUCU03 IKIA03 IKIB03 IKICrZrZ90arg90rsetrsetZZZZ90arg90rrsetZZZ|setrZZ |2121setsetrZZZjXRsetZrZsetZ0ZsetsetrZZZ)1 (5 . 0)1 (5 . 090arg

19、9021rsetrsetZZZZ；教學要求： 通過學習要求掌握系統振蕩時電氣量變化的特點；測量阻抗變化特性；短路與振蕩的區分原理。3600。1LZ1MZ1NZmI2sin201ZEIL若EEENM，正常運行時夾角為 ，0負荷電流為：MENE11111)1 (ZeEZEEZZZEEIjNMNLMNMswi11RXarctg當1801max.2ZEIswi最大。1MZMENELZ1NZswiI11111)1 (ZeEZEEZZZEEIjNMNLMNMswi當1801max.2ZEIswi最大。系統M、N點的電壓為：)(1111LMswiMNswiNNMswiMMZZIEZIEUZIEUMENEZM

20、MUNNUswiIZ點位于15 . 0Z處。當1801max.2ZEIswi最大。1MZMENELZ1NZswiINMEE母線母線M M的電壓：的電壓：1)1 (MjMMZZeEEU=0, 90, =180, 270, =360, MMEU MUMMMMZZE2EUU , MUMMEU ,MU1MswiMMZIEU稱為系統振蕩中心ZU三相短路三相短路。 因此，繼電保護裝置必須具備區別三相短路和系統因此，繼電保護裝置必須具備區別三相短路和系統振蕩的能力，才能保證在系統振蕩狀態下的正確工作。振蕩的能力，才能保證在系統振蕩狀態下的正確工作。 此點的電氣參數與什么故障相此點的電氣參數與什么故障相類似？

21、類似？在在Z Z點位于點位于Z Z /2/2處，當處，當 =180=180 時：時：電壓電壓UzUz=0=0，ZIEUswiMZ211max.2ZEIMswi最大。2.2.電力系統振蕩對距離保護的影響電力系統振蕩對距離保護的影響 M M母線上阻抗繼電器的測量阻抗為母線上阻抗繼電器的測量阻抗為111111MjMNMMMMMMMMrZZeZZEEEZIEIZIEIUZ1MZMENELZ1NZswiI應用歐拉公式及三角公式，有應用歐拉公式及三角公式，有 于是于是 221)21(1ctgZjZZZMMr2jctg12e1j jej sincos結論：阻抗繼電器的測量阻抗將在結論：阻抗繼電器的測量阻抗將

22、在Z Z 的垂直平的垂直平分線分線OOOO 上移動。上移動。 221)21(1ctgZjZZZMMr221)21(1ctgZjZZZMMr1MZMENELZ1NZswiIZ21121MZZ 221ctgZjOOMrZMrZCB123456結論：在同樣整定值的條件下全結論：在同樣整定值的條件下全阻抗繼電器受振蕩的影響阻抗繼電器受振蕩的影響最大，而方向阻抗繼電器最大，而方向阻抗繼電器所受的影響最小。所受的影響最小。 MENEZMMUNNUswiINMEE(1)(1)繼電器的動作特性在阻抗平繼電器的動作特性在阻抗平面沿面沿oooo方向所占的面積越大，受方向所占的面積越大，受振蕩的影響就越大。振蕩的影

23、響就越大。(2)(2)保護安裝地點越靠近于振蕩保護安裝地點越靠近于振蕩中心，距離保護受振蕩的影響越大，中心，距離保護受振蕩的影響越大，而振蕩中心在保護范圍以外時，距而振蕩中心在保護范圍以外時，距離保護不會誤動。離保護不會誤動。 （3 3）當保護的動作帶有較大）當保護的動作帶有較大的延時時，如距離的延時時，如距離段，可利用段，可利用延時躲開振蕩的影響。延時躲開振蕩的影響。 雙穩態22( )U I1t01KT2KT02tKRZ &123去邏輯元件11KT延時t 輸出22KT將原來輸入記憶一個時間tRS11111158ts20.1 0.2ts保護范圍內短路外部短路引起系統振蕩001t內雙穩輸

24、出12KTt 內2輸出為13門 開放Zr振蕩時進入動作圓所需要時間為t2ttKTt032412KR1KR2Z 1Z &去邏輯元件1KT延時t輸出，t t1KR為振蕩閉鎖元件2KR為距離保護測量元件21Z12rttt 振蕩時從圓 進入圓 所需要時間：KTt032412KR1KR2Z 1Z &去邏輯元件1KT延時t輸出，t t1KR為振蕩閉鎖元件2KR為距離保護測量元件21Z12rttt 振蕩時從圓 進入圓 所需要時間：KR振蕩時，首先1進入圓101110 t時間內，門2開放012KR不動00KTt時間一過，輸出為1KR2,2即使2進入圓 但門 已被閉鎖第第7 7節節 影響距離保護

25、正確工作的因素影響距離保護正確工作的因素短路點過渡電阻對距離保護的影響短路點過渡電阻對距離保護的影響電力系統振蕩對距離保護的影響電力系統振蕩對距離保護的影響分支電流的影響分支電流的影響 電壓回路斷線對距離保護的影響電壓回路斷線對距離保護的影響 1、過渡電阻對距離保護的影響 為了分析問題的簡便，前面分析問題時總是假設金屬性短路故障。事實上，短路點通常是經過渡電阻短路的。 過渡電阻的特點過渡電阻的特點：短路點的過渡電阻主要是短路點的過渡電阻主要是的電弧電阻的電弧電阻RgRg，且電弧的長度和電流的大小都隨時間而變化，且電弧的長度和電流的大小都隨時間而變化，。隨著電弧電流的衰減和電弧長度的增長，隨著電

26、弧電流的衰減和電弧長度的增長，RgRg隨著增大，隨著增大，大約經大約經0.10.10.150.15秒后，秒后，RgRg劇烈增大。劇烈增大。 保護保護1 1的測量阻抗為的測量阻抗為 ，gR 保護保護2 2的測量阻抗為的測量阻抗為 。 gABRZ結論：保護裝置結論：保護裝置時，受過渡電阻的影響越時，受過渡電阻的影響越大，同時保護裝置的大，同時保護裝置的，則相對地受過，則相對地受過渡電阻的影響也越大。渡電阻的影響也越大。 對于雙側電源的網絡，短路點的過渡電阻可能使對于雙側電源的網絡，短路點的過渡電阻可能使測量阻抗增大，也可能使測量阻抗減小。測量阻抗增大，也可能使測量阻抗減小。 保護保護1 1和保護和

27、保護2 2的測量阻抗分別為的測量阻抗分別為 當當 為正時，測量阻抗增大，當為正時，測量阻抗增大，當 為負時，測量為負時，測量阻抗的電抗部分將減小。在后一種情況下，可能導致阻抗的電抗部分將減小。在后一種情況下，可能導致保護無選擇性的動作。保護無選擇性的動作。 jgkkABkAreRIIZIUZ112jgkkgkkkBreRIIRIIIUZ1111=rZ1rZZBCsetZZ85. 0/1CBA2 2、采用瞬時測定裝置、采用瞬時測定裝置 “ “瞬時測定瞬時測定”就是把距離元件的最初動作狀態，通過起動元就是把距離元件的最初動作狀態，通過起動元件的動作而固定下來，當電弧電阻增大時，仍以預定的時限動作件

28、的動作而固定下來，當電弧電阻增大時，仍以預定的時限動作跳閘。它通常應用于距離保護第跳閘。它通常應用于距離保護第段段。在短路的初瞬間，在短路的初瞬間，KAKA及及KRKR均動作均動作，KMKM、KTKT起動，通過起動，通過KAKA的接的接點及點及KMKM，此后，此后KMKM的的動作與動作與KRKR無關無關發出跳閘發出跳閘脈沖。脈沖。經過經過KTKT的的延時延時既使電弧電阻增大，使既使電弧電阻增大，使KRKR返回，返回，保護仍能以預定的延時跳閘。保護仍能以預定的延時跳閘。-+KMKRKAKTKMKMKT圖6-63 瞬間測定裝置的原理接線圖二、分支電流的影響二、分支電流的影響 使故障線路電流增大的現

29、象，稱為助增。如下圖所示電使故障線路電流增大的現象，稱為助增。如下圖所示電路，當在路，當在BCBC線路上的線路上的D D點發生短路時，在變電所點發生短路時，在變電所A A距離保護距離保護1 1的測量阻抗為的測量阻抗為結論：助增電流，使測量阻抗增大，保護范圍縮短。結論：助增電流，使測量阻抗增大，保護范圍縮短。 1.1.助增電流的影響助增電流的影響dbABZKZdABBdABABdBdABABABArZIIZIZIZIIUZ1 .使故障線路中電流減小的現象稱為外汲。如下圖所使故障線路中電流減小的現象稱為外汲。如下圖所示電路，當在平行線路上的示電路，當在平行線路上的D D點發生短路時，在變電所點發生

30、短路時，在變電所A A距離保護距離保護1 1的測量阻抗的測量阻抗 結論：外汲電流時使測量阻抗減小，保護范圍增大，可結論：外汲電流時使測量阻抗減小，保護范圍增大，可能引起無選擇性動作。能引起無選擇性動作。 2.2.外汲電流的影響外汲電流的影響dbABdABBdABABdBdABABABAmZKZZIIZIZIZIIUZ1 .第八節第八節 距離保護的整定計算距離保護的整定計算一、距離保護一、距離保護 段段 1.1.動作阻抗動作阻抗 2.2.動作時限動作時限 ABrelop1ZKZ01t 二、距離保護二、距離保護段段 1. 1.動作阻抗動作阻抗 （1 1）與下一線路的第一段保護配合）與下一線路的第一

31、段保護配合式中式中 KbKb為分支系數為分支系數，（2 2）與相鄰變壓器的快速保護相配合）與相鄰變壓器的快速保護相配合 取（取（1 1）、（）、（2 2）計算結果中的小計算結果中的小者作為者作為 。 BCABZKKZKZrelbrel1 .opminbABBCIIKBABZKZKZbrel1 .op1 .opZ2.2.動作時限動作時限 3. 3.靈敏度校驗靈敏度校驗 如靈敏度不能滿足要求，可按照與下一線路保護第如靈敏度不能滿足要求，可按照與下一線路保護第段相配合的原則選擇動作阻抗，即段相配合的原則選擇動作阻抗，即第第段的動作時限應比下一線路第段的動作時限應比下一線路第段的動作時段的動作時限大一個時限階段，限大一個時限階段， tttt215 . 1op1ABsenZZK2 .opbrel1 .opZKZKZABttt21三、三、 距離保護距離保護段段 1.1.動作阻抗動作阻抗 按躲開最小負荷阻抗來選擇，若第按躲開最小負荷阻抗來選擇，若第段采用全阻段采用全阻抗繼電器，其動作阻抗