1、第三章第三章 线路阶段式线路阶段式 距离保护距离保护 3.1 距离保护的基本原理距离保护的基本原理 3.3.1 距离保护工作原理距离保护工作原理 电流保护一般只适用于电流保护一般只适用于35kv35kv及以下电压等级的配电网。及以下电压等级的配电网。对于对于110kv110kv及以上电压等级的复杂电网，必须采用性能更加及以上电压等级的复杂电网，必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。原理。距离保护：距离保护：反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时限
2、的一种保护装置。据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。主要元件为主要元件为距离继电器距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电，可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范围通常用整定阻抗围通常用整定阻抗 的大小来实现的大小来实现。setZ故障时，首先判断故障的方向故障时，首先判断故障的方向：若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离安装处的距离Lk，并将，并将Lk与与Lset相比较，若相比较，若Lk小于小于Lset，说明故障发生在保护范围
3、之内，这时保护应立即动作，跳开说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开对应的断路器；若对应的断路器；若Lk大于大于Lset，说明故障发生在保护范围之，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判为区外故障。接判为区外故障。测量阻抗：测量电压与测量电流之比。测量阻抗：测量电压与测量电流之比。mmmIUZmmmmmjXRZZ正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗阻抗 ，即，即 L
4、mmmZIUZ在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗。为保护安装处到短路点的短路阻抗。KLZZIUIUZ1kkkmmm3.1.2 测量电压测量电流的选取测量电压测量电流的选取 在在单相系统单相系统中，测量电压就是保护安装处的电压，测量电流中，测量电压就是保护安装处的电压，测量电流就是线路中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：就是线路中的电流，系统金属性短路时两者之间的关系为：kmkmmmmLZIZIZIU1在实际三相系统的情况下在实际三相系统的情况下?故障电流可能流通的通路称为故障环故障电流可能流通的通路称为故障环。1、
5、单相接地故障的情况下，存在一个故障相与大地之间的故、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环(相相-地故障环地故障环)。2、两相接地故障的情况下，存在两个故障相与大地之间的、两相接地故障的情况下，存在两个故障相与大地之间的相相-地故障环和一个两故障相之间的故障环地故障环和一个两故障相之间的故障环(相相-相故障环相故障环)。3、两相不接地故障的情况下，存在一个两故障相之间的相、两相不接地故障的情况下，存在一个两故障相之间的相-相相故障环故障环。4、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-地故障环和三个相地故障环和三个相-相故相故障环障环。距离保护的正确工作是
6、以故障距离的正确测量为基础的，距离保护的正确工作是以故障距离的正确测量为基础的，所以应以故障环上的电压电流做出的测量作为判断故障范围所以应以故障环上的电压电流做出的测量作为判断故障范围的依据，对非故障环上电压电流做出的测量应不予反映。的依据，对非故障环上电压电流做出的测量应不予反映。以保护安装处故障相对地电压为测量电压、以带有以保护安装处故障相对地电压为测量电压、以带有零序电流补偿的故障相电流为测量电流的方式，就能够零序电流补偿的故障相电流为测量电流的方式，就能够正确地反应各种接地故障的故障距离，所以它称为正确地反应各种接地故障的故障距离，所以它称为接地接地距离保护接线方式距离保护接线方式。以
7、保护安装处两故障相相间电压为测量电压、以保护安装处两故障相相间电压为测量电压、以两故障相电流电流之差为测量电流的方式称为以两故障相电流电流之差为测量电流的方式称为相相间距离保护接线方式间距离保护接线方式。3.1.33.1.3、时限特性、时限特性 距离保护的动作时间距离保护的动作时间t t与保护安装处到故障点之间的距离与保护安装处到故障点之间的距离l l的的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的型时限特性，称为距离保护的、段段 3.1.4 距离保护的组成距离保护的组成 阻抗继电器阻抗继电器是距离保护装置的
8、核心元件，其主要作是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整用是测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。和和 的比值称为继电器的测量阻抗的比值称为继电器的测量阻抗 。由于由于 可以写成可以写成 的复数形式，所以可以的复数形式，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。一定的几何图形把它表示出来。mUmImZmZjXR 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 MN1mZ2P3
9、TVTAmImU123MRPjXIsetZ3.2.1 园特性阻抗继电器园特性阻抗继电器两种不同的表达形式，两种不同的表达形式，绝对值绝对值(或幅值或幅值)比较动作方程比较动作方程：比较两个量大小的绝对值比：比较两个量大小的绝对值比较原理表达式；较原理表达式；相位比较动作方程相位比较动作方程：比较两个量相位的相位比较原理表达式。：比较两个量相位的相位比较原理表达式。1、偏移圆特性、偏移圆特性 有两个整定阻抗：正方有两个整定阻抗：正方向整定阻抗和反方向整向整定阻抗和反方向整定阻抗，两整定阻抗对定阻抗，两整定阻抗对应矢量末端的连线就是应矢量末端的连线就是特性圆的直径。特性圆特性圆的直径。特性圆包括座
10、标原点。包括座标原点。)(2121setsetZZ)(2121setsetZZ 圆心：圆心：半径：半径：)(21)(212121setsetsetsetmZZZZZ2、方向圆特性、方向圆特性 特性特性：方向阻抗继电器的动作特性是以整定方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为直径并且圆周经过坐标原点的一个圆阻抗为直径并且圆周经过坐标原点的一个圆，圆内为动作区圆内为动作区，圆外为非动作区圆外为非动作区，圆周是圆周是动作边界动作边界。特点特点：动作具有方向性；：动作具有方向性；方向阻抗继电器特性圆方向阻抗继电器特性圆 oRjXsetZsetmZZ21setZ21setsetmZZZ2121全阻抗继电器
11、全阻抗继电器 特性特性：全阻抗继电器的动作特性是以保护安全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心装点为圆心、以整定阻抗以整定阻抗Zset为半径所作的一为半径所作的一个圆个圆。圆内为动作区圆内为动作区，圆外为非动作区圆外为非动作区，圆圆周是动作边界周是动作边界。特点特点：动作无方向性；动作无方向性；动作阻抗与整定阻抗相等动作阻抗与整定阻抗相等。全阻抗继电器特性圆全阻抗继电器特性圆 oRjXsetZmZ1setmZZ3.2.2多边形动作特性的阻抗继电器多边形动作特性的阻抗继电器 如图如图3-8所示，阻抗继电器准四边形动作特性，准四边形以所示，阻抗继电器准四边形动作特性，准四边形以内为动作区，以外
12、为不动区，即测量阻抗末端位于准四条边内为动作区，以外为不动区，即测量阻抗末端位于准四条边上为动作边界。上为动作边界。(b)Xset o Rset R jX 1 Zm 2 3 4设测量阻抗设测量阻抗 的实部为的实部为 ，虚部为，虚部为 ，则图，则图3-8在第在第象象限部分的特性可以表示为限部分的特性可以表示为 第第象限部分的特性可以表示为象限部分的特性可以表示为 第第象限部分的特性可以表示为象限部分的特性可以表示为 综合以上三式，动作特性可以表示为综合以上三式，动作特性可以表示为 mZmRmX1mmsetmtgRXRR2mmsetmtgXRRX4msetm3msetmtgctgRXXXRR4ms
13、etm1m3msetm2mtgtgctgtgRXXRXRRX其中其中 若取若取 ，则，则 ，式（式（3-11）又可表示为）又可表示为 (3-12)该式可以方便地在微机保护中实现。该式可以方便地在微机保护中实现。0 ,0 ,0mmmmXXXX0 ,0 ,0mmmmRRRR14214531.744125.0249.0tgtg211ctg381125.01245.0ctg4msetmmmsetmm814141RXXRXRRX3.3 3.3 距离保护整定计算与对距离保距离保护整定计算与对距离保护的评价护的评价 G G R jX 2 1 3 4 jX R C A B D 1、距离距离I I段段 整定原则
14、：躲过下一线路出口短路整定原则：躲过下一线路出口短路 10.8 0.8 5Is e tr e l A Br e lA Br e lZ K Z K Z lK2 2、距离、距离IIII段段 整定原则整定原则 （1 1）与下一相邻线路距离与下一相邻线路距离I I段配合。段配合。1 2.mi n 20.8 0.8 5,0.8I IIs e tr e lr e l b rs e tr e lr e lZ K Z K KZKK =（2 2）与）与相邻变压器的快速保护相配合。相邻变压器的快速保护相配合。两者取较小者作为整定阻抗。两者取较小者作为整定阻抗。1 2.mi n0.8 0.8 5,0.7 0.7 5
15、I Is e tr e lr e l b rtr e lr e lZ K ZK KZKK =保护安装处和故障点间分支线对距离保护影响保护安装处和故障点间分支线对距离保护影响 1 1、助增电流的影响助增电流的影响：KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ1111KbABlZKlZ11CABIKlBKKIZADDBI结论结论1 助增电流的存在助增电流的存在，使，使AB线路线路A侧侧阻抗继电器的测量阻抗增大，这阻抗继电器的测量阻抗增大，这意味着其保护范围将会缩短，相意味着其保护范围将会缩短，相当于灵敏度下降当于灵敏度下降 解决解决：在整定计算中解决。在整定计算中解决。灵敏灵敏度校验
16、时引入最大分支系数度校验时引入最大分支系数.2 2、外汲电流的影响、外汲电流的影响：KbABlZKlZ11KABKABABABABKKmlZIIlZIlZIlZIZ111111CABIKlBK1KIZAD2KI结论2 汲出电流的存在汲出电流的存在，使阻抗继电器，使阻抗继电器的测量阻抗减小，保护范围延长的测量阻抗减小，保护范围延长，可能造成保护无选择动作。，可能造成保护无选择动作。解决解决：在整定计算中解决：在整定计算中解决，计算计算动作电流时引入最小分支系数动作电流时引入最小分支系数。灵敏度校验：灵敏度校验：1 2()21.2 5I Is e ts e nI IxZKZttt 动 作 时 间：3、距离、距离III段段 整定原则：躲过本线路最小负荷阻抗整定原则：躲过本线路最小负荷阻抗 .m in.m in.m ax0.90.80.8 51.1 51.2 5a stIIIrelsetlrea stNllrelresKZZKKUZIKKK取取 1.5-2.5取若采用方向特性.m inc o s()IIIre llse trea stse tLse tLK ZZKK整 定 阻 抗 的 阻 抗