1、第4章 距離保護知識與能力要求知識與能力要求： 理解距離保護的基本工作原理，掌握各種特性的阻抗繼電器特征及接線；了解影響距離保護正確工作的因素及采取的措施。4.1 距離保護的基本原理 前面介紹的各種電流電壓保護，其保護范圍要隨系統運行方式的變化而變化 。對長距離、重負荷線路，由于線路的最大負荷電流可能與線路末端短路時的短路電流相差甚微，采用電流電壓保護，其靈敏性也常常不能滿足要求。距離保護是廣泛運用在110KV及以上電壓輸電線路中的一種保護裝置。一、距離保護的基本原理 輸電線路的長度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范圍內任何一點故障，故障點至線路首端的距離都不一樣，也就是阻抗不一樣，都會小于總

2、阻抗。 距離保護就是反應故障點至保護安裝處之間的距離，并根據該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護裝置。 距離保護的核心元件阻抗繼電器。 當被保護線路上發生短路故障時，阻抗繼電器的測量阻抗為Zm 設阻抗繼電器的工作電壓為 阻抗繼電器的整定阻抗 是指保護安裝處至保護末端的阻抗。 由此可見：保護區內短路故障，工作電壓小于0；而保護外或反方向短路故障，工作電壓大于0。二、距離保護的時限特性 距離保護時限特性與三段式電流保護相似。opmmsetUUI ZsetZ三、距離保護的構成 由起動元件、方向元件、測量元件、時間元件和執行部分組成。 起動元件起動元件：發生短路故障時瞬時起動保護裝置。 方向元件方向

3、元件：判斷短路方向。 測量元件測量元件：測量短路點至保護安裝處距離。 時間元件時間元件：根據預定的時限特性動作，保證保護動作的選擇性。 執行元件執行元件：作用于跳開斷路器。起動元件輸入信號方向元件時間元件跳閘阻抗元件出口元件4.2 阻抗繼電器阻抗繼電器 單相式阻抗繼電器是指加入繼電器只有一個電壓 （可以是相電壓或線電壓） 和一個電流 （可以是相電流或兩相電流差）的阻抗繼電器，加入繼電器的電壓與電流比值稱為繼電器的測量阻抗Zm。 測量阻抗可表示為： 一、圓特性阻抗繼電器 1、全阻抗繼電器 如圖所示，全阻抗繼電器的特性圓是一個以坐標原點為圓心，以整定阻抗的絕對值為半徑所作的一個圓。圓內為動作區，圓

4、外為非動作區。不論故障發生在正方向短路故障，還是反方向短路故障，只要測量阻抗落在圓內，繼電器就動作，所以叫全阻抗繼電器。不論加入繼電器電壓與電流的相位差如何，動作阻抗不變，即全阻抗繼電器動作不具有方向性。 動作阻抗動作阻抗：使繼電器動作的最大阻抗稱為動作阻抗，以 表示。rIrrmIUZrUopZ動作表達式： 即：上式表明：全阻抗繼電器實質是比較兩電壓的幅值，一為動作分量，一 為制動分量。其物理意義是：正常運行時，保護安裝處測量 到的電壓是正常額定電壓，電流是負荷電流，阻抗繼電器不 起動；在保護區內發生短路故障時，保護測量到的電壓為殘 余電壓，電流是短路電流，阻抗繼電器起動。 setmZZmur

5、muvIKUK二、方向阻抗繼電器 方向阻抗繼電器的特性圓是一個以整定阻抗為直徑而通過坐標原點的圓 ，圓內為動作區，圓外為制動區。保護動作具有方向性。 特點：當加入阻抗繼電器的電壓和電流之間的相位為不同數值時， 動作阻抗就不同。 為使繼電器工作在最靈敏狀態，應選擇整定阻抗角等于線路 短路阻抗角。三、偏移特性阻抗繼電器 此阻抗繼電器是介于全阻抗繼電器與方向阻抗繼電器之間，動作特性向第三象限偏移了一個量。 特性圓： Z Z Z特性圓： Z Z Z 還有其它特性的阻抗繼電器，比如多邊形特性、方向多邊形特性等等，不再贅述。基本特點可以歸納為以下幾點： 1、測量阻抗是由加入阻抗繼電器的測量電壓與測量電流的

6、比值所確定，測量阻抗角就是測量電壓與測量電流之間的相位差。 2、整定阻抗一般取保護安裝處到保護區末端的線路阻抗作為整定阻抗。 3、動作阻抗是使阻抗繼電器起動的最大測量阻抗。方向、偏移阻抗繼電器動作阻抗隨阻抗角而變。 4、當偏移度等于0時，為方向阻抗繼電器；偏移度等于1時，為全阻抗繼電器。4.3 阻抗繼電器的接線方式阻抗繼電器的接線方式一、基本要求二、反應相間故障的阻抗繼電器接線方式 1、0接線方式 假定同一相的相電壓與相電流同相位（即cos=1），則加在繼電器端子上的電壓與電流相位差為0的接線方式。繼電器類別A相阻抗元件B相阻抗元件C相阻抗元件 、阻抗繼電器的測量阻抗應正比于短路點到保護安裝地

7、點之間的距離； 、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； 3、 阻抗繼電器的測量阻抗應不受短路故障點過渡電阻的影響。rUrIABUBCUCAUBAIICBIIACII2、動作情況分析A、三相短路時 三相對稱，僅以A相為例。設短路點至保護安裝處的距離為LK，線路每公里正序阻抗為Z1，則保護安裝處的電壓為：此時阻抗繼電器的測量阻抗為：B、兩相相間短路時 以BC相間短路為例 KMBMAKMBKMABAABLZIILZILZIUUU111)(KMBMAABmLZIIUZ1保護安裝處電壓為：阻抗繼電器的測量阻抗為：C、中性點直接接地系統中兩相接地短路時 以BC相接地短路

8、為例kMCkMBCBBCLZILZIUUU1)2(1)2(kCBCBmLZIIUUZ1BC兩相接地短路保護安裝處母線電壓為：測量阻抗為： 由以上分析可知，對于0接線方式，在電網同一點發生各種相間故障時，接于故障相間的阻抗繼電器測得的阻抗相同，而且測得的阻抗只與故障點至保護安裝處的距離成正比，故滿足接線方式的要求。所以0接線方式廣泛運用于反應相間短路故障的距離保護中。kMMBkLMCCkMMCkLMBBLZILZIULZILZIU)1 . 1()1 . 1()1 . 1()1 . 1(kMCMBkMLMCMBCBCBmLZIILZZIIIIUUZ1)1 . 1()1 . 1()1 . 1()1

9、. 1()(二、反應接地故障的阻抗繼電器接線方式 在中性點直接接地電網中，當采用零序電流保護不滿足要求時，一般考慮采用接地距離保護，其接線方式如下：繼電器類別A相阻抗元件B相阻抗元件C相阻抗元件rUrIAUBUCU03IKIA03IKIC03IKIB反應接地短路時阻抗繼電器原理接線示意圖3I00K3I4.4 影響阻抗繼電器正確測量的因素 如前所述，阻抗元件能正確測量故障點至保護安裝處的阻抗，當故障發生在保護范圍內時，阻抗繼電器的測量阻抗小于其動作阻抗，繼電器動作。但實際使用時，有許多因素影響著阻抗繼電器的測量阻抗。使它增大或減小，導致保護的靈敏性降低甚至失去選擇性。 主要有： 1、故障點的過渡

10、電阻； 2、故障點與保護安裝處之間的分支電流； 3、系統振蕩； 4、電壓回路斷線； 5、電流互感器和電壓互感器的誤差； 6、串聯電容補償的影響等。一、故障點過渡電阻的影響 前面分析時都是假定短路為金屬性短路，實際故障點都存在過渡電阻，主要是電弧電阻。一般來說，過渡電阻的存在將使阻抗繼電器的測量阻抗增大，使保護范圍縮小、靈敏性降低。 方向阻抗繼電器受過渡電阻的影響最重，偏移特性阻抗繼電器次之，全阻抗繼電器受過渡電阻的影響相對最小。 由于過渡電阻主要是電弧電阻，故障后的電弧長度和電弧電流大小都是隨時間變化的。在短路的瞬間，過渡電阻最小，此后逐漸增大。大約0.10.5S后，該值急劇增大。降低影響的措施：降低影響的措施： 對于瞬時速斷距離保護不考慮該影響，帶有時限的距離保護應該采用瞬時測定回路，即：通過啟動元件把測量元件最初的動作狀態固定下來，電弧電阻增大時，即使測量元件返回，保護任能經預設的時限后跳閘。二、分支電流的影響 該影響只能通過整定值的修正來解決。三、系統振蕩的影響 為防止系統振蕩時距離保護的誤動作，在保護裝置中一般都設有振蕩閉鎖回路。工程實踐證明，阻抗繼電器誤動的持續時間一般不會超過1.0S，所以如果保護本身帶有較長的動作時間延遲，就可以不考慮系統振蕩的影響。 對振蕩閉鎖回路的要求是：系統沒有發生故障而振蕩時，應可靠閉鎖；在保護范圍內發生故障時，