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1、中国电力出版社,教材配套电子教案,继电保护原理,刘学军 编制,第六章 电网的距离保护,第六章电网的距离保护,第一节 距离保护的基本原理（理解） 第二节 单相式阻抗继电器的动作特性及构成原理（本章重点，掌握） 第三节 阻抗继电器的接线方式(重点理解0及正负30接线)。 第五节 距离保护的震荡闭锁（理解） 第六节 距离保护电压回路的断线闭锁（理解） 第七节 影响距离保护正确动作的因素（掌握）,第六章学习主要内容及学习要点,本章讲述了距离保护的基本工作原理主要组成元件及动作时限，重点讲述了单相式阻抗继电器的构成原理及其动作特性。应用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析单相式阻抗继电器的动作特性，
2、以及用这两种原理构成各种单相式阻抗继电器的方法。 本章讲述了相间短路保护的基本接线方式及方向阻抗继电器产生死区的原因，消除死区的措施及引入极化电压。分析了过渡电阻、分支电流、系统振荡、电压回路断线对测量阻抗的影响。,第六章学习主要内容及学习要点,1、要求了解距离保护的工作原理，主要组成元件及动作时限特性 2、重点掌握下述内容： （1）常用阻抗继电器名称、特点及动作参数（动作阻抗、返回阻抗、测量阻抗和整定阻抗）的基本概念。 （2）熟练掌握用幅值比较原理和相位比较原理，在复平面上分析单相阻抗继电器的动态特性。以及用这两种原理构成常用单相式阻抗继电器的方法。 （3）掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接
3、线方式；用于接地保护的基本接线方式。 （4）掌握方向阻抗继电器产生死区原因及消除死区的措施，并了解由于引入极化电压对阻抗继电器暂态特性的影响。 （5）了解过渡电阻、电力系统振荡、电压回路断线，分支电流对距离保护工作的影响及其防止措施。 （6）熟练掌握三段式距离保护的整定计算。,第一节 距离保护的基本原理,距离保护的作用： 电流电压保护，其保护范围随系统运行方式的变化而变化 。对长距离、重负荷线路，由于线路的最大负荷电流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微，采用过电流保护，其灵敏性也常常不能满足要求。在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中的一种。,距离保护：是反
4、应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。短路点越靠近保护安装处，其测量阻抗就越小，则保护的时限就越短，反之，短路点越远，其测量阻抗就越大，则保护动作时限就越大。 测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗。该阻抗为保护安装处的电压与电流的比值，即 。保护装置的动作时限是距离（或阻抗）的函数。即 。,一、距离保护的基本原理,二、距离保护的时限特性,距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是三阶梯型时限特性。,三、距离保护的组成,1.起动元件:,2.方向元件:,3.距离
5、元件：,4.时间元件 ：,其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。 采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。,作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），一般采用阻抗继电器。,作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继电器，或方向元件和阻抗元件相结合。,作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。,三、距离保护的组成,正常运行时:起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。,正方向发生故障时:起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。,如果故障点位于距离段之外的距离段保护范围内，启动元件和方向元件启动则阻抗继电器4、6启动，由于时间元件t5t6故
6、由距离保护5，II段通过出口元件去跳闸。,如果故障点位于距离段之外的距离III段保护范围内，启动元件和方向元件启动,阻抗继电器6启动，III段通过出口元件跳闸。,如果故障点位于第段保护范围内，启动元件和方向元件启动则阻抗继电器3、4、6启动，由于时间元件5、6时限常长。故由距离保护3，I段通过出口元件去跳闸。,三段式距离保护动作情况分析,1、距离保护1第I段：瞬时动作， 是保护本身固有的动作时间，其保护范围最好能保护线路AB全长，即整定阻抗为ZAB ，实际上当线路末端短路和 BC线路出口短路时，电流相差不多，距离保护1的II段会误动。为此，距离保护1的I段的动作阻抗 ZOP.1ZAB，引入一个
7、小于1的可靠系数Krel，使式中 当为计算值时，取0.8，当为测量值时，取0.85。 同理，保护2 的I段一次整定值为：按上述原则整定动作阻抗后，它与瞬时电流速断保护一样，只能保护线路全长的8085。为切除线路末端1520范围内故障，需要设置距离保护II段。 2、距离保护II段： II段整定值以使保护范围不超出下一条线路（如有多条线路取最短者）距离保护第I段的保护范围为准则。 则保护1的II段一次侧整定值为 ：,三段式距离保护整定计算,3、距离保护第III段：动作阻抗应按躲过最大负荷电流时的最小阻抗 整定，其整定值为 第III段动作时限比相邻线路保护第III 段动作时限最大者大一个时间阶梯。即
8、 三段式距离保护的原理框图 它由启动回路、测量回路和逻辑回路三部分组成。1、启动回路： 启动回路由启动元件组成，启动元件可以采用电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器或 负序电流增量继电器。一般采用负序电流继电器。2、测量回路 测量回路的作用是通过测量阻抗来判断短路点至保护安装地点之间的距离， 3、逻辑回路 逻辑回路的作用是对启动、测量回路送来的信号进行分析判断，作出正确的跳闸决定。,三段式距离保护整定计算,三段式距离保护的原理框图,分析下图三段式距离保护原理框图动作情况,启动 回路,第二节 单相式阻抗继电器,单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压 （可以是相电压或线电压) 和一个电流 （
9、可以是相电流或两相电流差) 的阻抗继电器，加入继电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。作用是测量故障点到保护安装处之间的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定保护是否动作。 测量阻抗可表示为：,反方向短路时：测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在 向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。,阻抗继电器,正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zr与R轴的夹角为线路的阻抗角L；,方向阻抗继电器,阻抗继电器的动作特性为一个圆。如下图所示的阻抗继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。,阻抗继电器的动作特性,由于母线电压UN大于残压Ures，负荷电流IL
10、小于短路电流IK。所以，正常负荷时阻抗 大于继电器动作阻抗， 所以阻抗继电器不动作。,当保护范围内发生短路故障时，母线电压降低母线残压大大小于额定电压，同时线路电流大大增加，短路电流大大大于负荷电流。故短路阻抗大大小于继电器动作阻抗，阻抗继电器动作。,图6-3阻抗继电器动作特性,按幅值比较原理构成的阻抗继电器的原理框图,图6-4幅值比较原理构成的阻抗继电器继电器的原理框图,方向阻抗继电器的特性圆是一个以整定阻抗为直径而通过坐标原点的圆 ，圆内为动作区，圆外为制动区。当正方向短路时，测量阻抗Zr 在第I象限，如故障在保护范围内，Zr 落在园内，继电器动作。反向短路，测量阻抗在第三象限，继电器不动
11、作。保护动作具有方向性。其阻抗动作方程为：,一、比较幅值的圆特性阻抗 继电器,1、方向阻抗继电器,方向阻抗继电器动作特性,1、方向阻抗继电器,特点：当加入阻抗继电器的电压和电流之间的相位为不同数值时，动作阻抗就不同。 为使继电器工作在最灵敏状态，应选择整定阻抗角Zset等于线路短路阻抗角ZL。,1、幅值比较动的作方程,将电流 乘以上式两边得到方向阻抗继电器的动作电压方程:,对于 电压降可以用电抗变换器UX来获得,对于Ur 可直接从母线电压互感器TV二次侧获得。,方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路,（6-12）,将,代入上式得出幅值比较形式的电压动作阻抗方程,动作量,制动量,动作与边界条件 为：
12、,（6-13）,图6-6电压形成回路,2、偏移特性阻抗继电器,2、偏移特性阻抗继电器,它是以 为直径的圆，坐标原点在圆内，正向整定 阻抗 ，偏移第III象限的反向阻抗为 ，圆内为动作 区，特性圆半径为 圆心坐标为 。,2、偏移特性阻抗继电器,以电流Ir乘以上式两边，得出偏移 特性阻抗圆继电器动作特性方程为,将,代入式（6-28）得电压动作方程：,（6-28）,（6-27 ）,幅值比较形式的动作阻抗方程为 ：,、,2、偏移特性阻抗继电器,偏移特性阻抗继电器动作特性的偏移情况可用偏移度表示：,动作量：,制动量：,故电压形成回路输出比较幅值两电气量分别为：,3、全阻抗继电器,全阻抗继电器的特性圆是一
13、个以坐标原点为圆心，以整定阻抗的绝对值为半径所作的一个圆。圆内为动作区，圆外为非动作区。不论故障发生在正方向短路故障，还是反方向短路故障，只要测量阻抗落在圆内，继电器就动作，所以叫全阻抗继电器。 不论加入继电器电压与电流的相位差如何，动作阻抗不变，即全阻抗继电器动作不具有方向性。它的幅值比较形式阻抗动作方程为：,以电流 Ir乘以上式两边，得出全阻抗继电器动作方程为：,（6-24）,3、全阻抗继电器,故电压形成回路用于比较幅值的两电气量分别为：动作量 ；制动量 上式表明：全阻抗继电器实质是比较两电压的幅值。 其物理意义是：正常运行时，保护安装处测量到的电压是正常额定电压，电流是负荷电流，阻抗继电
14、器不起动；在保护区内发生短路故障时，保护测量到的电压为残余电压，电流是短路电流，阻抗继电器起动。,将 代入 式（6-24）得幅值比较的电压动作方程如下：,(6-25),全阻抗继电器的幅值比较电压形成回路,动作量： 制动量：,动作及边界条件：,图6-10全阻抗继电器的幅值比较电压形成回路,二、比较相位的圆特性阻抗继电器,若已知比较幅值两电气量UA和UB，便可以由UA和UB转换为比较相位的两电气量UC和 UD 。根据幅值比较阻抗继电器动作条件 ，可得出比较相位的阻抗继电器的动作条件为：,（6-44）,（6-43）,图6-17 相位比较原理阻抗继电器的构成框图,1、方向阻抗继电器,比较相位两个电气量
15、可写成如下形式，并将 代入式中。,1、方向阻抗继电器的动作方程,或表示为：,（6-48）,（6-49）,2、偏移圆特性阻抗继电器,相位比较式两电气量：,偏移特性阻抗继电器动作方程为：,3、全阻抗继电器,相位比较式全阻抗继电器两电气量,全阻抗继电器的动作方程为：,将,和,代入上式得：,全阻抗继电器的相位比较角及动作特性,相位比较全阻抗继电器的两电气量电压形成回路,相位比较的动作及边界条件：,图6-23相位比较全阻抗继电器的两电气量电压形成回路,总结,1）测量阻抗是由加入阻抗继电器的测量电压与测量电流的比值所确定，测量阻抗角就是测量电压与测量电流之间的相位差。 2）整定阻抗一般取保护安装处到保护区末端的线路阻抗作为整定阻抗。 3）动作阻抗是使阻抗继电器起动的最大测量阻抗。方向、偏移阻抗继电器动作阻抗随阻抗角而变。 4）当偏移度等于0时，为方向阻抗继电器；偏移度等于1时，为全阻抗继电器,4.直线特性阻抗继电器,
