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《电力系统继电保护》第3章电网的距离保护 第1234节

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第三章距离保护

第三章距离保护

第三章距离保护

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，测量电压与电流的壁纸，反映

故障点到保护安装处的距离而工作的保护。

基本原理：按照继电保选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在下路MN内部

故障时，保护装置才应该立即动作，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

的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）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来

表示。

当系统发生短路故障时，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安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故

障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若L

K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。｝通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接地测量和判断故障距离。

2.几种继电器的方式：

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。电抗特性：动作情况至于测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很

强的耐过渡电阻的能力。但是它本身不具有方向性，且在负荷阻抗情况下也可能动作，所

以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。电阻特性：通常也与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗原件。多边形特性：能同时兼顾

国家电网继电保护第三章电网的距离保护

国家电网继电保护第三章电网的距离保护

J

Z
zd
U
.
J

I Z
J
zd
2）相位比较： 270°≥θ≥90° θ：向量（ZJ＋Zzd）超前于（ZJ－Zzd）的角度。 ① θ＝90°继电器刚好动作； ② θ＞90°，ZJ位于圆内，继电器动作； ③ θ＜90°，ZJ位于圆外，继电器不动作； ④ ZJ超前于Zzd时，θ为负值。
所以，继电器的起动条件可表示为：
.
J
2 Z zd Z J
. .
U
J
2 I J Z zd U J
2）相位比较： 270°≥θ≥90° θ：向量 Zzd 超前于（ZJ－Zzd）的角度 极化电压－－－－ Up＝IJZzd 补偿电压－－－－ U’＝UJ－IJZzd 若取Zzd＝jXzd，则为电抗型继电器，线下为动作区，与ZJ的电阻部分 无关。 6.动作角度范围变化对继电器特性的影响：
4.功率方向继电器： 1）从阻抗继电器的观点了理解功率方向继电器： 当整定阻抗Zzd ∞时，特性圆 和直径垂直的一条圆的切线。 同：必须是正方向时动作； 异：阻抗继电器，测量阻抗小于一定值时动作。 2）幅值比较：
Z
.
J
Z0
. J 0
Z Z
J
. .
0
U I Z
J
U J I J Z0
Z Z 270 arg Z Z

第三章 距离保护继电保护

第三章 距离保护继电保护
1 K U 1K I K I I m U p U m I m U p 2 2
在衰减到零之前存在， 与 在出口短路时，极化电压 U p 相位，故方向阻抗继电器消除了死区。 同U m
2．引入第三相电压
思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过 程中正确动作，但它的作用时间有限。 解决方法：引入非故障相电压。 第三相电压为C相，它通 过高阻值的电阻R接到记忆回 路中 Cr和Lr的连接点上。
U m Zm= I
m
Zm可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来 分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。
一、具有圆动作特性的阻抗继电器
（一）特性分析及电压形成回路
1．全阻抗继电器 （1）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为半径，以坐标 原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。没有方向性。全阻抗 继电器的动作与边界条件为 ：
第四节
影响距离保护正确工作的因素及采 取的防止措施
短路点过渡电阻对距离保护的影响
电力系统振荡对距离保护的影响
分支电流的影响 电压回路断线对距离保护的影响
3、两个闭锁—振荡闭锁和电压二次回路断线闭锁
（1）电力系统振荡和短路时的主要区别。 振荡时电流和各电压幅值的变化速度较慢,而短路时电流 是突然增大,电压也突然降低。 振荡时电流和各点电压幅值均作周期变化，各点电压 与电流之间的相位角也作周期变化。 振荡时三相完全对称,电力系统中不会出现负序分量；而 短路时,总要长期(在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短 路开始时)出现负序分量。

电力系统继电保护网上作业题参考答案

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东北农业大学网络教育学院

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第一章绪论

一. 填空题

1.速动性选择性灵敏性可靠性

2.测量部分、逻辑部分、执行部分

3.故障发出信号

4.不拒动，不误动

5.相间短路，接地短路

6.正常状态不正常状态故障状态

7.主保护后备保护近后备远后备

8.主保护后备保护

9.灵敏系数高

10.过负荷单相接地故障

11.过电流低电压差动

12.瓦斯过负荷

二.选择题

1. B ,

2. A

三.问答题

1.继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

2.电力系统继电保护的基本性能应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性、可靠性。选择性：是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

速动性：短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。

灵敏性：是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。

可靠性：是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。

3.基本任务：

（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行。

（2）对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。

4.所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。

电力系统继电保护-第三章第一节

电力系统继电保护-第三章第一节

距离保护的保护范围和灵敏度受运行方式的影响 较小，尤其是距离保护Ⅰ段的保护范围比较稳定， 同时，还具备判别短路点方向的功能。
Zm
=
U m Im
— 反映阻抗，称为阻抗保护；
Zm = z1lm — 反映距离lm，称为距离保护。
二者几乎反映了同一个性质。
细微的区别：一个侧重保护的范围；
另一个侧重具体的测量数值。
零序电流补偿系数
接线方式 —— 采用何种测量电压和测量电流？ 希望或要求： 1）能够反映短路点到保护安装处的正序阻抗； 2）适合于任何的短路类型。 但遗憾的是，到目前为止，还没有一种接线方式
能够同时满足上述的 2个要求。
1．单相接地故障k(1)
以A相单相接地故障为例进行分析。
.
.
.
U A U B U C.
在上述不同情 jX
况下的“差 异”，保护就 能够“区分” 出系统是否出 现故障，在发 现有故障的情 况下，可以进 一步地“区分” Zk3 出是区内故障
Zset称为整定阻抗
Zk2 整定阻抗位于线 路阻抗角方向
ZL
Zset
Zk1
负荷阻抗量值大，阻抗角小,
以阻性为主
R
Zm小于Zset时，说明Lk小于Lset， 故障在保护区内
IA
在A相金属性短路的情况下，
有：U kA 0 因此 U A (I A K 3I0 ) z1Lk

继电保护(距离保护)

继电保护(距离保护)

两相短路故障（以BC两相短路为例）
U kB = U kC
Z mBC U mBC U B - UC = = = z1 l k I mBC I B - IC
B相测量阻抗能正确反应故障距离
LINYI UNIVERSITY
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
问题：在三相系统中，针对不同的短路故障，如何选择满足
该式的测量电压和测量电流 ，以构成三相系统距离保护？
LINYI UNIVERSITY
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A = U kA + (I A + K3I 0 )z1 l k U B = U kB + (I B + K3I 0 )z1 lk U = U + (I + K3I )z l kC C 0 1 k C
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
1.全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心，以整定阻抗Zset为半径；圆内 为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗 Zm位于圆 周上时，继电器刚好动作，称为起动阻抗Zact或Zop。

继电保护原理基础_第三章

继电保护原理基础_第三章

要求阻抗继电器
的动作阻抗误差小
于10%，则必须
满足
I J I JG.min
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
距离保护的整定计算原则
1. 距离保护I段的整定 原则：按躲过线路末端故障整定。
Z K ZAB K 0.8 ~ 0.85
I zd1 I K I K
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
2. 距离保护II段的整定
t1 II t1 I t2 I
t2 II
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
第二节 阻抗继电器
阻抗继电器按构成分为两种：单相式和多相式 单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压UJ（相电 压或线电压）和一个电流IJ（相电流或两相电流之差）的 阻抗继电器。 测量阻抗: U Z
. J J
IJ
.
ZJ=R+jX 可以在复平面上分析其动作特性 它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别 故障。 多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。 它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它 的特性。
第三章 电网的距离保护 第一节 距离保护的作用原理
电流保护的优点：简单﹑可靠﹑经济。缺点：选择 性﹑灵敏性快速性很难满足要求（尤其35kv以上的 系统）。 距离保护的性能比电流保护更加完善。
A ~ 1 Ud B 2 Zd C 3

电网的距离保护 距离保护过渡电阻振荡整定计算 PPT精品课件

电网的距离保护 距离保护过渡电阻振荡整定计算 PPT精品课件
Ig
接地短路：杆塔等电阻，可达数十欧姆。
220kV系统中一般考虑最大100Ω； 500kV系统中一般考虑最大300Ω。
4.4过渡电阻对距离保护的影响
二、单侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
M
N
P
QF1
Zm2 Rg
QF2 Rg k(3)
Zm1 ZMN Rg
各测量阻抗均增大， 保护范围缩小；
两个保护可能同时以 第Ⅱ段的时间动作，将会 失去选择性。
jX P
jX
Z m2
N
R
Z m1
M
R
4.4过渡电阻对距离保护的影响
三、双侧电源线路上过渡电阻的影响★★★
E&M
1 I&k
2
I&k
E&N
Rg I&k
k(3)
测量阻抗的计算：
Zm2
(I&k I&k)Rg I&k
Rg
I&k I&k
Rg
Z m1
Ik Zk
(Ik Ik
Ik)Rg
Zk
Rg
I&k I&k
Rg
路末端。
要求
K sen
1.25
若灵敏度不满足要求，改为与相邻元件的保护
II段相配合。
4.3距离保护整定计算★★★

电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性

电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性

Z0 Zm Z0
jX
A
Z0
k
O
Zm
k
R
O

Zm Z0
Z0
(a)
Zm
A
R
A
Z0
(b)
| Zm Z0 | Zm Z0
Um 270 Arg 90 I m Z set
U P Um
U = I m Z0
6. 具有直线特性的继电器-电抗继电器
jX
jX set
U Um Im Zset I m (Zm Zset ) I m (nZk Zset )
Zact.2 Krel Z AB
距离Ⅱ段：动作时限和整定值要与下一条线路的 距离Ⅰ段或Ⅱ段配合；目的是保护本线路全长， 与距离Ⅰ段联合工作可构成本线路的主保护
Z
II act .2
K (Z AB Z
II rel
I act .1
)
距离Ⅲ段：作为相邻元件保护和断路器拒动的远 后备保护以及本线路距离Ⅰ段和Ⅱ段的近后备保 护，动作时限的整定原则与过电流保护相同；整 定值按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定
2. 距离保护的时限特性
A 2 B 1 k C
Z AB Z k
(a) t
Zk
距离III段
t3 t2 t2 t1
I Z act .1

电力系统继电保护原理第三章_电网的距离保护

电力系统继电保护原理第三章_电网的距离保护
阻抗形式： 270 arg J J zd
UP 270 arg 90 U

3. 偏移特性阻抗继电器
阻抗动作区是一个以 Z 0 为圆心，以 Z zd Z 0 为半径的圆。 该动作区圆偏向第三象限。 Z 0 ( Z zd Z zd ) 2 阻抗动作圆的直径为：Z zd Z zd
电压形式：U J I J Z 0 I J Z zd I J Z 0
（2）比相式动作方程 阻抗形式： 270 arg Z J Z zd 90 Z J Z zd U J I J Z zd 电压形式： 270 arg 90 ，补偿电压为 U I Z
－测量两C、D同时为正或负的持续时间。
C 90 arg 90 D

则波形C和D中，一个周波 内（即20ms内）瞬时值同 时为正或同时为负的时间大 于等于10ms。 或半个周波内（即10ms内） 瞬时值同时为正或同时为负 的时间大于等于5ms。
2.测量瞬时值为一正一负的异或门比相回路
阻抗继电器的测量阻抗可以在 阻抗复平面图上进行表示。
测量阻抗 Z J 是阻抗复平面图 上的一个向量。
阻抗继电器的动作特性
阻抗继电器的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗 动作区来表示。
阻抗动作区：是阻抗复平面图 上的一个区域，当测量阻抗落 在区域内，则阻抗继电器认为 是内部故障，继电器动作

《电力系统继电保护》

《电力系统继电保护》

《电力系统继电保护》

《电力系统继电保护》

第一章绪论

一,电力系统的正常工作状态,不正常工作状态和故障状态

电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路.发生短路时可能产生以下后果:

1)通过故障点的短路电流和所燃起的电弧使故障设备或线路损坏.

2)短路电流通过非故障设备时,由于发热和电动力的作用,引起电气设备损伤或损坏,导致使用寿命大大缩减.

3)电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用户工作的稳定性或影响产品的质量.

4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至导致整个系统瓦解.

继电保护装置的基本任务是:

1)自动地,迅速地和有选择地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遭到破坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行.

2)反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号的装置. 二, 继电保护的基本原理及其组成1,继电保护的基本原理

电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征是:

1)电流增大. 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流.

2)电压降低. 当发生相间短路和接地短路故障时,系统各点的相间电压或相电压值下降,且越靠近短路点,电压越低.

3)电流与电压之间的相位角改变. 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角,一般约为20°;三相短路时,电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定,一般为60°～85°;而在保护反方向三相短路时,电流与电压之间的限额将则是180°+(60°～85°).

继电保护原理基础_第三章

继电保护原理基础_第三章
UJ− 2 I J Z zd ≤
.
2
I J Z zd
相位比较原理：
− 90 o ≤ arg
UJ I J Z zd − U J
. .
≤ 90 o
偏移特性阻抗继电器
jX Zzd
jX Zzd Z0 ZJ
R
ZJ-Z0
Z0
-αZ -αZzd
R -αZzd
jX Zzd
Zzd-ZJ
ZJ R -αZzd ZJ+αZzd
I JG . min = I J |Z zd . J =0.9⋅Z zd
定义最小精确工作电流
要求阻抗继电器
的动作阻抗误差小 于10%，则必须 10%，则
满足
I J ≥ I JG. min
距离保护的整定计算原则
1. 距离保护I段的整定 距离保护I 原则：按躲过线路末端故障整定。
Z
I zd1
= K ⋅ ZAB
圆1：以od为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器 另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等
利用复数平面分析阻抗继电器 全阻抗继电器
jX ZZd jX Zzd ZJ ZJ R R Zzd-ZJ
ZJ+Zzd
（2）高Q值50Hz带通有源滤波器 50Hz带通有源滤波器 在集成电路保护中，利用滤波器响应特 性的时间延迟，Q 性的时间延迟，Q值越高，延迟时间越 长，可达到记忆4 长，可达到记忆4－5个周波的要求．

电力系统继电保护—距离

电力系统继电保护—距离
14/75
A S
Im.1
1
B
2
Im.2
C R
W
通用的例图
I 2.max 得： I
1. min
另外，如果求K b .max，则由K b .max
I 1.min — 1）MN线双回； S电源最小方式。 2） I 2.max — 3）NP线单回； W电源最大方式。 4）
校验第III段时，需要用到 K b .max 。
Z AB 线路全长的正序阻抗
K rel 可靠系数，一般取0.8～0.85
可靠系数主要考虑的是：各种影响因素的相对误差。 如：继电器测量误差、互感器误差和参数测量误差 等。 在线路较短时，还应当考虑绝对误差。
5/75
动作时限： t 0 s （固有的测量时间） 1 灵敏性校验：
K sen Z set .1 Z AB K rel 100% 80 ~ 85%
K rel 取1.2～1.25，不易与I、II段的可靠系数对应。
24/75
归纳：
Z op K rel
0.9U N K ss K re I L .max
式中，符号含义如下：
K rel — 可靠系数，取0.8 U N — 额定相电压（二次为57.7V） I L .max — 最大负荷电流 K — 自启动系数 ss K re — 阻抗继电器返回系数设计为1.1～1.25

第三章 电网距离保护

第三章 电网距离保护
2、 振荡时电流的变化
.
.
.
.
.
I
EM EN
E M (1 e j ) 2E M sin
ZM ZL ZN
Z
Z
2
振荡电流的有效值随δ变化（包络线）
3、振荡时电压的变化
.
.
.
U M EM I ZM
.
.
.
U N EN I ZN
振荡电流的有效值随δ变化
系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向EMEN相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以 z表示。
由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流 的保护灵敏度高。
距离保护第一段的保护范围不受运行方式变化的影响。 保护范围比较稳定。第二、第三段的保护范围受运行 方式变化影响。（分支系数变化）
4. 可靠性
由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多， 振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保 护低。
2. 距离保护Ⅱ段： 动作时限和启动值与相邻下一条线路保护的Ⅰ段和Ⅱ段 相配合；
3. 距离保护Ⅲ段： ——为本线路和相邻线路（元件）的后备保护； ——其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一
条变电站母线的出线保护的最大动作时限一个时间极差
——其动作阻抗应按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定。
一、构成阻抗继电器的动作特性

上课用 继电保护 第3章 电网的距离保护

上课用 继电保护 第3章 电网的距离保护
应用：一般用于单侧电源网络
第三章 电网距离保护
2.方向圆特性
在整定阻抗方向上，以 Zset 为直径的圆
圆经过坐标原点，圆心位于
1 2 Zset
半径为
1 2 Zset
绝对值比较动作方程 相位比较动作方程
Zm
1 2
Z se t
1 2
Z se t
90 arg Zset Zm 90 Zm
方向圆特性的阻抗继电器的特点
UkA
IA1
IA2
IA0
3IA0
z0 z1 3z1
z1Lk
UkA IA K 3I0 z1Lk
UmB UB UmC UC
ImB IB K 3I0 UmB ImBz1Lk ImC IC K 3I0 UmC ImCz1Lk
UB UkB IB K 3I0 z1Lk UC UkC IC K 3I0 z1Lk
越短），受过渡电阻影响越大
第三章 电网距离保护
3.双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响 保护安装处 测量电压和测量电流的关系
Um IkZk Ik Ik Rg Ik Zk Rg IkRg
令 距离Im保护I的k 稳Z态m超越UImm
Zk Rg
Ik Ik
Rg
4.克服过渡电阻的影响的措施
且测量阻抗的阻抗值大于整定值的1/2，上式变为
Zm
Zset

电网距离保护

电网距离保护

短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大（对于 220kv 及以上电压等级的线路，阻抗角一般不低于 75 °) ，阻抗性质以 电感性为主。
保护区内
保护区外
整定阻抗
短路阻抗的阻抗角
保护区外
正常运行时阻抗角为数值较小的功率因数角
3 . 1 . 3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
+IA0Z1LK - IA0Z1LK
故障环路的概念
✓在系统中性点直接接地系统中故障电流流通的通路称为故障环路 ✓单相接地短路：故障电流在故障相与大地之间流通； （相一地） ✓两相接地短路:故障电流在两个故障相与大地之间、以及两个故障相之 间流通； （相一地） （相一相） ✓两相短路时:故障电流在两个故障相之间流通； （相一相） ✓三相短路时:故障电流在三相之间流通。 （相一地） （相一相）
（2）方向圆特性 令Zset2=0，Zset1=Zset2 则动作特性变化成方向圆特性
绝对值比较动作方程为
相位比较动作方程为
方向圆特点： 在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其他方向的动作阻抗 都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反向故障时不会动作， 阻抗元件本身具有方向性。方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段 （1段和 2段）中。
（3）全阻抗圆特性 令Zset2 = - Zset1 ，Zset1=Zset 则动作特性变化成方向圆特性

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