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1、第三章 电网距离保护1.距离保护的定义和基本原理【距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反映故障点与保护安装处的距离而工作的保护。】【基本原理：按照几点保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部故障时，保护装置才应立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外的正方向短路时，保护装置不应动作。】【与电流速断保护一样，为了保证在下级线路出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于线路全长的保护范围，用整定距离Lset表示。】【当系统发生故障时，首先判断故障的方向，若
2、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Lk，并将Lk与Lset比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围以内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若Lk大于Lset，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。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。】（3.8为什么阻抗继电器动作特性是区域。常用区域）由于互感器误差、过渡电阻等影响，继电器实际测量的Zm不能严格落在Zset同向直线上，而是该直线附近的区域，为保证区内故障情况下阻抗继电器可靠动作，在复平面上，其动作范围是包括Zset对应线段在内，在Zset方向
3、上不超过Zset的区域。【a:偏移圆 无死区，不具有完全方向性，反方向出口短路动作，只能作为后备段】【b：方向圆 有方向性，只在正向区内故障动作，但动作特性经过原点，在正向/反向出口短路时Zm很小，处在临界动作区域，可能拒动/误动，必须采取专门措施防止出口故障时拒动或误动】【c：上抛圆 】【d：全阻抗圆 无电压死区，不具有方向性】【e苹果特性与橄榄特性：苹果特性有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。】【f电抗特性：动作情况只与测量阻抗中的阻抗分量有关，因而它有很强的耐受过渡电阻的能力。但是它本身不具方向性，且在负荷阻抗下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与
4、其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。】【g电阻特性：通常也与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。】【h多边形特性：能同时兼顾耐受电阻的能力和躲负荷的能力。】（3.9测量阻抗、动作阻抗、整定阻抗的含义）a测量阻抗：Zm=Um/Im定义为保护安装处 测量电压与测量电流的比值。复平面上任意矢量。b动作阻抗：Zop是阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗。从原点到阻抗动作特性边界上的矢量表示动作阻抗。c整定阻抗：Zset=Z1*Lset是根据被保护电力系统具体情况设定的常数。一般取保护安装点到保护范围末端的阻抗（3.10最灵敏角）Zset的阻抗角称为最灵敏角。最灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角
5、。（3.1如何区分正常运行与短路）（3.2负荷阻抗与短路阻抗区别）电力系统正常运行时Um=UN，Im=IN，Zm为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为较小的功率因数角，阻抗特性以电阻特性为主。短路时，Um=母线残压，Im=Ik，Zm为短路阻抗。短路阻抗量值较小。阻抗角较大，就等于输电线路的阻抗角，阻抗特性以电感特性为主。（3.6为什么测量阻抗能反映故障距离）忽略影响较小的分布电容与电导，Zk与短路距离Lk成线性正比关系，Zm=Zk=Z1*Lk，能反映故障距离。（3.3什么是故障环路，相间短路与接地短路的故障环路差别）：一、电力系统发生故障时，故障电流流通的通路称为故障环路。测量电压的选取和
6、测量电流的选取：要取故障环路上的电压、电流。/二、接地短路：为保护接地短路，取接地短路的故障环路为相地故障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流，由它们算出的测量阻抗能准确反映单相接地故障、两相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离，称为接地距离保护接线方式。相间短路：对于相间短路，故障环路为相相故障环路，取测量电压为保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的电流差，有它们算出的测量阻抗能够准确地反映两相短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离，称为相见距离保护接线方式。（3.7距离保护的构成和各部分的作用）：距离保护一般有启动、测量、振荡闭
7、锁、电压回路短线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成（*6）。启动部分：用来判别系统是否发生故障测量部分：是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障的情况下，快速准确地测量出故障的方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，在区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。振荡闭锁部分：在电力系统发生振荡时，因为不是短路，距离保护不应动作。但是振荡时的电压、电流幅值周期性的变化，有可能导致距离保护误动作。为防止保护误动作，要求该元件准确判别系统振荡，并将保护闭锁。电压回路断线部分：电压回路断线时，将会造成保护测量的电压消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下应该要求各部分将保护闭锁，以防止出
8、现不必要的误动作。配合逻辑部分：该部分用来时限距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时限配合。出口部分：包括跳闸出口和信号出口，在保护动作接通跳闸回路并发出相应的信号。3.14参考电压：用作相位比较的电压3.15以记忆电压为参考电压：可以消除死区，但是动作特性不能保持。模拟式回路中，LC振荡电路记忆的参考电压衰减。数字式保护中参考电压不衰减，但故障发生一段时间后，电源电动势变化，不等于记忆电压。3.17最小精确工作电流，最小精确工作电压：通常情况下，在阻抗继电器的最灵敏角方向上，动作阻抗等于整定阻抗，即Zop=Zset,但是当测量电流较小的时候，由于测量阻抗等影响，使动作
9、阻抗变小，使动作阻抗降为0.9Zset对应的测量电流称为最小精确工作电流。当测量电流很大时，由于互感器饱和等因素影响，动作阻抗也减小，使动作阻抗降为0.9Zset对应的测量电流，称为最大精确工作电流。（3.21.电力系统的振荡）：指并联运行的电力系统或发电厂之间即发电机之间失去同步，出现功率角大范围周期性变化的现象。电力系统的失步振荡属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态。8.振荡与短路的差异：【负序、零序分量：振荡时三相完全对称，没有负序和零序分量出现；短路时长时（不对称短路）或瞬间（在三相短路开始时）出现零序或负序分量。】【电气量变化速度：振荡时电气量呈周期性变化，其变化速度和功角的变化
10、速度一致，比较慢，当两侧功角摆开180时相当于在振荡中心发生三相短路；短路时从短路前到短路后其值突然变化，速度很快，而短路后短路电流、各点的残余电压和测量阻抗不计衰减时事不变的。】【保护误动作情况：振荡时电气量呈现周期性变化，若阻抗测量元件误动作，在一个周期内误动和返回各一次；短路时阻抗元件可能动作（区内短路），可能不动作（区外短路）。】9.振荡闭锁的措施：【1) 利用短路时的负序、零序分量或电流突然变化时短时开放保护实现振荡闭锁。选取能够反映系统中负序、零序、突变的元件作为启动元件，启动元件不动作时，闭锁阻抗继电器，启动元件动作后，短时开放阻抗继电器，如果开放后阻抗继电器动作，说明故障在区内
11、，则维持开放直到故障切除。若在开放时间内阻抗继电器不动作，说明故障在区外则进入闭锁。即使阻抗继电器后来再动作，也不会开放】2) 利用阻抗变化率的不同来实现振荡闭锁3) 利用动作的延时来实现振荡比说（3.24故障选相，相电流差突变量选相）【目的：实现分相跳闸。】【原理：IAB=(IA-IB)-(IA0-IB0)=(IA-IA0)-(IB-IB0)=IA-IB】【单相接地短路中A相接地，IBC接近0其他二者较大；AB相短路，三者皆较大，IAB最大；三相短路，IXX都较大，接近相等】10.过渡电阻的性质：当接地短路或相间短路时，短路点电流由经相导线流入大地流回中性点或由一相流入另一相的途径中所通过物
12、质的电阻，包括电弧电阻，中间物质的电阻，相导线与大地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。（3.25、3.26单，双侧电源过渡电阻的影响）【单电源（Zm=Zk+Rg）Rg 使继电器的阻抗值增大，阻抗角减小，是保护距离范围缩短（保护装置距离短路点越近，受到过渡电阻影响越大，同时，保护装置的整定阻抗越小，受到过渡电阻的影响越大）】【双电源（Zm=（Zk+Rg）+（Ik/Ik）Rg）Rg对测量阻抗的影响，取决于对策电源提供的短路电流大小及（Ik/Ik）Rg之间的相位关系。若故障前，M端为送端，N侧为受端，Ik的相位超前Ik，则（Ik/Ik）Rg表现为容性电抗，则总的测量阻抗变小，严重时可使I段误动；
13、若故障前M端为受端，N侧为送端，Ik相位滞后于Ik，则（Ik/Ik）Rg表现为感性的阻抗，则总的测量阻抗变大，严重时可使II段拒动。】克服过渡电阻的措施：采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻的主要措施。1) 偏移动作特性在+R轴方向上所占的面积比方向阻抗动作特性大，耐受过渡电阻能力强，若在+R方向上偏移一个角度，则面积更大，耐受过渡电阻能力更强。2) 四边形特性测量元件有较好的耐受过渡电阻能力，上边适当的向下倾斜一个角度可有效避免稳态超越问题。3) 利用不同动作特性进行复合，可以获得较好的抗过渡电阻动作特性。4) 工频故障分量。（3.30.线路串补电容对距离保
14、护的影响）：串联补偿电容后，短路阻抗与短路距离之间不再成线性正比关系，此线性关系被破坏，将使距离保护无法正常测量故障距离，对其正常工作产生不利影响。【减小其影响的措施：采用直线型动作特性克服反方向误动；用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护；选取故障前的记忆电压作为参考电压克服串联补偿电容的影响；通过整定计算来减小串联补偿电容的影响。】12.影响距离保护正常工作的因素：（接地点的过渡电流影响最大；系统震荡，电流互感器）系统震荡；短路点过渡电阻；线路串联补偿电容；短路电压、电流的非工频分量。3.28稳态超越：区外故障期间测量阻抗稳定地落入动作去的现象，原因是过度电阻存在导致保护测量阻抗变小，会引起
15、保护误动作。克服方法为采用耐过度电阻不至于拒动的测量元件3.29暂态超越：线路故障时，由于暂态分量存在而造成的保护超越现象。克服措施：，采用算法消除衰减直流分量与谐波分量影响14.工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护，是一种通过反映工频故障分量电压电流而工作的距离保护。（3.32.工频故障分量的概念）系统发生金属性短路时，可以分解为非故障状态和附加故障状态，系统在非故障状态下运行电压电流中没有故障分量，系统故障时，相当于系统故障附加状态突然接入，出现电压、电流故障分量U、I，二者既包含系统短路引起的工频电压电流的变化量，还包含短路引起的故障暂态分量，称其中工频电压、电流的变化量为工频故
16、障分量。I=Ek/（Zs+Zk）,U=-I*Zk（3.31工频故障分量距离保护的优点）：阻抗继电器以电力系统故障引起的故障电压、电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统震荡，动作特性基本上不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁；阻抗继电器仅反映故障中的工频稳态量，不反应其中的暂态分量，动作性能较稳定；阻抗继电器的动作判据简单，因为实现方便，动作速度较快；阻抗继电器具有明确的方向性，因为既可以作为距离保护又可以作为方向元件使用；阻抗继电器本身具有较好的选相能力。【应用：鉴于以上特点，工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段，用来快速地切除I段范围内的故障。此外，它还可以与四边形特性阻抗继电器复合组成复合继电器，作为纵联保护的方向元件。（它不能用于后备保护）】（3.33工频故障分量继电器工作原理
