第三章 电网的距离保护 第一节
距离保护的作用原理
一﹑基本概念
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。
Z d
U d
.
.
.
.
1f
e f d
d d ld I U Z I U Z Z =
<=
=，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基
本上不说系统的运行方式的影响。
二﹑距离保护的时限特性
距离保护分为三段式： I 段：AB I
dz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(2
1I dz AB II K II dz Z Z K Z +=，t=0.5’’ III 段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。————后备保护
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U J （相电压或线电压）和一个电流I J （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。
J
J J I U Z .
.
=
——测量阻抗
Z J =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。
本节只讨论单相式阻抗继电器。
一﹑阻抗继电器的动作特性、
PT
l
d PT l l
PT J
J J n n Z n n I U n I n U I U Z ?=?
=
=
=
1
.
1.
1.
1.
.
.
BC 线路距离I 段内发生单相接地故障，
Z d 在图中阴影内。
由于1）线路参数是分布的， Ψd
有差异
2)CT,PT 有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 所以Z d 会超越阴影区。
因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。
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
二﹑利用复数平面分析阻抗继电器
它的实现原理：幅值比较原理 B A U U .
.
≥
J
相位比较原理 90arg 90.
.
≤≤-D
C U U
（一） 全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原
点），以Z zd 为半径的圆。圆内为动作区。 Z dz.J ——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。
无论Ψd 多大，zd J dz Z Z =.，它没有方向性。
1. 幅值比较原理：zd J Z Z ≤
两变同乘J I .
，且J J J U Z I .
.
=，所以zd J J Z I U .
.
≤，这也就是动作方程。 2.
90arg
90≤-+≤-J
zd J
zd Z Z Z Z
分子分母同乘以I J ，
90arg
90.
.
.
.≤-+≤-J
zd J J zd J U Z I U Z I
（二） 方向阻抗继电器 以Z zd 为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Z dz.J 随ΨJ 改变而改变，当 ΨJ 等于Z zd 的阻抗角时，Z dz.J 最大，即保护范围最大，工作最灵敏。
Ψlm ——最大灵敏角，它本身具有方向性。
1. 幅值比较原理：
zd zd J Z Z Z 2
1
21≤-
J
zd J zd J J Z I Z I U .
..
2
121≤-
2. 相位比较原理： 90arg
90≤-≤-J
zd J
Z Z Z
90arg
90.
.
.
≤-≤-J
zd J J U Z I U
（三） 偏移特性阻抗继电器 正方向：整理阻抗Z zd 反方向：偏移-αZ zd (α<1) 圆内动作。圆心
zd zd zd Z Z Z Z )1(21
)(210αα-=-=
半径：
zd Z )1(2
1
α+ Z dz.J 随 ΨJ 变化而变化,但没有安全的方向性。
1. 幅值比较原理
zd J Z Z Z )1(2
1
0α+≤
- zd
J Z Z )1(2
1
)1(21αα+≤--
.
.
.
.
)1(2
1
)1(21zd J zd J J Z I Z I U αα+≤--
2. 相位比较原理
90arg
90≤-+≤-J
zd zd
J Z Z Z Z α
90arg
90.
.
.
.≤-+≤-J
zd J zd J J U Z I Z I U α
总结三种阻抗的意义：
1） 测量阻抗Z J ：由加入继电器的电压U J 与电流I J 的比值确定。
J
J J I U .
.
arg
=?
2） 整定阻抗Z zd ：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。
全阻抗继电器：圆的半径
方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径
偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。
3） 起动阻抗（动作阻抗）Z dz.J ：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压U J 和
电流I J 的比值。
除全阻抗继电器以外：Z dz.J 随ΨJ 的不同而改变。当ΨJ =Ψlm 时，Z dz.J =Z zd ，此时最大。
三﹑阻抗继电器的构成
主要由两大基本部分组成：电压形成路和幅值比较或相位比较回路。
U A ﹑U B ﹑U C ﹑U D 基本上是由U J 和I J Z zd 组合而成。而U J 可直接从PT 二次侧取得，必要时经YB 变换。而I J Z zd 则经过DKB 获得。 （一） 方向阻抗继电器交流回路的原理接线
zd J A
Z I U .
.
2
1= J c U U ..=
交流回路
交流回路
zd J J B
Z I U U .
.
.
21-= J zd J D U Z I U ...-=
其它的继电器的交流回路的组成，可
参照此图自行作成。
（二） 幅值比较回路
将U A 和U B 分别整流后进行幅值比较，有两种类型： 1． 均压式
U A 整流后在R 1上产生U a ， U B 整流后在R 2上产生U b 。 继电器反应U ab =U a -U b 而动作。
2．环流式
U A 整流后在R 1回路产生I a ,
U B 整流后在R 2回路产生I b 。
继电器反应I a -I b 而动作。
（三） 相位比较回路
B
B
90arg
90.
.
≤≤-D
C U U
它是以测定U C 和U D 同时为正的时间来判断它们的相位。
2
加移相器后移相90o
，
.90'
.
-=e
U U C C
90arg
90.
.
≤≤-D
C U U
) 90o
——5ms 不动作
动作
第三节 阻抗继电器的接线方式
一﹑基本要求
要使Z J 正比于l d ，且与故障类型无关。
二﹑常用接线方式
参见P 90，表3-2，其中0o
接线，+30o
接线和-30o
接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。相电压和具有k3I 0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。
三﹑分析
（一） 母线残压计算公式： 假设：Z 1=Z 2，不计负荷电流
.
..
10.
00.
22.
11.
..d A d A d A d A AD A l Z I l Z I l Z I l Z I U U -+++=
d
A Ad d A d A Ad l Z I k I U l Z Z I l Z I U .
.
1.
0.
..
.
.
100.1.
.
)3()(++=-++= （其中：k=(Z 0-Z 1)/3Z 1
，零序补偿系数）
同理：..
1.
0.
)3(d B Bd B l Z I k I U U ++=
d C Cd C l Z I k I U U 1.
0...)3(++=
（二） 0o接线方式的分析（设n PT =n l =1）
1． 三相短路
因为三相对称，继电器1，继电器2，继电器3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析。
0...===Cd Bd Ad U U U 03.
0=I
d B
A d
B A B
A B A J l Z I I l Z I I I I U U Z 1.
.
1.
..
.
.
.
1)(=--=
--=
同理Z J2=Z j3=Z 1l d
结论：在三相短路时，Z J1，Z J2，Z J3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。
U
l d
2． 两相短路
以BC 两相短路为例。
C B I I ..-= 0.=A I 03.
0=I
.
.
A A E U = d
B Bd B l Z I U U 1...+= d
C Cd C l Z I U U 1.
..+=
d C
B d
C B C
B C B J l Z I I l Z I I I I U U Z 1.
.
1.
..
.
.
.2)(=--=
--=
.
.Cd Bd U U =
d B
A
Bd d B
d
B Bd A B
A B A J l Z I E U l Z I l Z I U E I I U U Z 1.
.
.1.
.
1.
.
.
.
.
.1>-+
=---=
--=
d C
A
Cd d C
A
d C Cd A
C A C J l Z I E U l Z I E l Z I U I I U U Z 1.
.
.1.
.
1...
.
.
.2>-+
=-+=
--=
结论：接于故障环路的阻抗继电器可以正确反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。
3． 中性点直接接地电网的两相接地短路 仍然以BC 两相接地短路为例
0..==Cd Bd U U 03.
0≠I
d C
B d
d d C B C B C B J l Z I I l Z I k l Z I k l Z I I I I U U Z 1.
.
1.
01.01....
.
.
233)(=--+-=
--=
d B
A B A J l Z I I U U Z 1.
.
.
.
1>--= d J l Z Z 13>
结论：同两相短路。
（三） 接地短路阻抗继电器的接线方式
以A 相接地短路为例
0.
=Ad U d A d
A A A J l Z I k I l Z I k I I k I U Z 1.
.
1.
0..
.
.
13)3(3=++=
+=
可见：它能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗。
d B B B J l Z I k E I k I U Z 1.
.
.
.
.
233>=
+=
d J l Z Z 13> 均不动
所以必须采用三个阻抗继电器。
该接线方式能正确反映两相短路和三相短路。（自行分析）
第四节 方向阻抗继电器的特性分析
由于方向阻抗继电器的应用最为广泛，故进一步分析之。 一﹑方向阻抗继电器的死区和清除方法 （一） 产生死区的原因
在保护正方向出口发生相间短路时，U J =0，继电器不动作。发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。
1． 幅值比较式
zd J zd J U zd J zd J J Z I Z I Z I Z I U J .
.0
.
.
.
2
1212121.
=-?≤-=
而实际上，继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。 2． 相位比较式
90arg
90.
.
.
≤-≤-J
zd J J U Z I U
因为U J =0，无法比相，所以继电器不动。
（二） 消除死区的方法
引入极化电压U P ，要求如下：
1） 与U J 同相位
2） 出口短路时，U P 应具有足够的数值或能保持一段时间逐渐衰减到零。
（三） 获取极化电压的方法
分析如下： 1． 记忆回路
它是由一个R ，L ，C 组成的工频串联谐振电路。
因为wL=1/wc ，电路呈纯阻性，所以当出口短路时，U J =0。借助谐振，U p 在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原先的相位不
变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆回路”。
﹒
2．引入非故障电压 正常运行时，U AB 较大，R S 又很大。I R 主要由U AB 产生，第三相电压基本上不起作用。
当AB 相间短路时，U AB =0，记忆回路发挥作用。但U p 将逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将表现出来。
因为L jX)//jX -(R )(>>很大S R ，所以I S 与U AC 同相位。
R jX I jX jX R jX I I L
S L C L S R ?
=+-?=..
.
L S R p jX I R I U ?=?=.
.
.
见左边向量图，U p 与U AB (E AB )同相
位
所以出口两相短路时，因为第三相电压而产生的U p 可保证继电器的方向性。但三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。
﹒
S
﹒
E A
其它方法：集成电路保护中，利用高Q 值的50HZ 带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用。
微机保护中，可用故障前电压与故障电流比相来实现。 （二）极化电压的引入对方向阻抗继电器初态特性的影响
稳态特性：在正常运行和短路后达到稳态时的继电器动作特性。 初态特性：在发生短路的最初瞬间，继电器的动作特性。
短路发生后，U p 有一个过渡过程。继电器特性则由初态特性逐步向稳态特性过渡。 1． 稳态特性分析
分析如下：
（1）幅值比较式
zd J P zd J J P Z I U Z I U U .
...
.
2121+≤-+
zd p zd J P Z Z Z Z Z
2
1
21+≤+
+ B
A
B ’ A ’ 当临界动作时，
B A =，''B A =
所以引入U p 不改变继电器的静态特性。
而当正方向出口短路时，U J =0
zd J p zd J p Z I U Z I U .
...
2121+≤-能满
足，故能消除死区，且能防止反方向出口短路时误动。
（2） 相位比较式
90arg
90.
.
.
≤-≤-J
zd J P U Z I U
因为U p 与U J 同相位，所以
.
.
.
.
.
.
arg
arg
J
zd J J p
zd J p U Z I U U Z I U -=-
所以极化电压U p 并不改变继电器的稳
态特性。而正方向出口短路时，0.
=J U ，而0.
≠p U 。因而继电器能够正确判别方向，即能消除死区。
等腰梯形
2． 初态特性（设n l =n PT =1）
（1） 正方向短路时：空载
d
J J Z I U .
.=
d J
J J Z I U Z ==
..
J
s d s J Z Z E
Z Z E I +=+=.
..
..E U p =
J
zd J
s J zd J s J
zd J p Z Z Z Z Z Z Z Z E
E
U Z I U -+=-+=-arg
)
(arg
arg
.
.
.
.
.
90arg 90≤-+≤-∴J
zd J
s Z Z Z Z
其动作特性是以Z zd ，-Z s 末端连线为直径
的圆。
结论：1）初态特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作。
2）初态特性圆比稳态特性圆大，有利于躲过渡电阻的影响。 3）正方向的保护范围不变。 （2） 反方向短路时
d J J Z I U .
.
-= d J
J J Z I U Z -==
.
.
'
.
'..
s J d s J Z Z E
Z Z E I -=+-
=
.
.
E U P =
Z d
Z s
Z d
Z s
’
J
zd s J J zd s J J
zd J p Z Z Z Z Z Z Z Z E
E
U Z I U --=--=-'
'
.
.
.
.
.
arg )
(arg
arg
90arg 90'
≤--≤-∴J
zd s J Z Z Z Z 其动作特性是Z zd ，Z 0’末端的连线为直径的圆。
结论：在反方向短路时，继电器有明确的方向性。
第五节 阻抗继电器的精确工作电流
阻抗继电器式利用测量阻抗J
Z
来反映故障点的位置，即J U .与J I .
的比值，其动作特
性J dz Z ,在理想条件下是常数，也就是说与J I 无关。
例：全阻抗继电器（整流型）
J U J I U K I K .
.≥
理想临界动作条件：0=-J U J I U K I K .即zd u
I J J J dz Z K K
I U Z ===
. 实际上执行元件是需要动作功率的，即实际临界动作条件为：
0U U K I K J U J I =- J
u I J J J dz I K U K K
I U Z 00.-==
由此可见，J dz Z ,与0U ，J I 有关（dzd J dz J Z Z I U =↑↓.0,,）
)(.J J dz I f Z =的关系曲线可绘制如下图
由图可见，当J I 较小时，J dz Z ,将比整定阻抗zd Z 明显减小，即实际的保护范围将比整定范围小，这将影响到与它相邻的保护的配合，而可能引起非选择性动作。
每个阻抗继电器都有它实际的)(.J J dz I f Z =曲线，为了把动作阻抗J dz Z ,与整定阻抗的差距限制在一定的范围内，规定了精确工作电流这项指标。 精确工作电流：是指继电器的动作阻抗与整定阻抗之间的差距等于整定阻抗的10％（即
J dz Z ,＝0.9zd Z ）时，加入阻抗继电器的电流。记做Jg I 。
当保护范围末端短路时，J I 应大于或等于m in .Jg I ，才能保证%10.<-zd
J
dz zd Z Z Z ，此误
差在选择可靠系数时已考虑。
第六节 影响距离保护正确动作的因素及防止方法
阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。主要有： ①．短路点的过渡电阻； ②．电力系统振荡；
③．保护安装处与故障点之间有分支电路； ④．CT,PT 的误差； ⑤．PT 二次回路断线； ⑥．串连补偿电容。
本节着重讨论①,②两因素的影响及相应的措施。
一.短路点过渡电阻的影响及相应措施：
短路一般是非金属性的，即存在过渡电阻使得测量阻抗变化，保护范围可能缩短，可能超范围或反方向误动。 （一）.过渡电阻的影响： 1. 过渡电阻的性质：
)2()3(,d d ————电弧电阻
)1()1,1(,d d ————电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻
阻抗继电器感受到的可能不是纯电阻性的。
f d
g d
d d d
d
d g d J
J J Z Z R I I Z I Z I R I I U Z +=+
=+=
=
'
..
'
.'
..
.
.
其中f Z 为附加阻抗，α
j g d
d f
e R I I Z '= ，α为d I .超前'.d I 的角度
讨论：①.0"
.=d I ,单侧电源网络
g f d d R Z I I ==,.
'
. 纯电阻性 J Z 增大
②. 0"
.≠d I . 双侧电源网络
受电侧α>0, f Z 电阻电感性 f Z 电抗部分增大 送电侧α<0, f Z 电阻电容性 f Z 电抗部分减小
2. 单侧电源网络中过渡电阻的影响
BC 线路出口经g R 短路
当g R 较大，2J Z 超出其Ⅰ段范围而落入Ⅱ段范围内，而1J Z 仍在Ⅱ段的保护范围内，则保护1和2将同时以第Ⅱ段时限动作，造成保护误动。
小结：①.短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小；
②.保护装置整定值越小，相对的受过渡电阻影响越大
3. 双侧电源网络中过渡电阻的影响：
BC 线路出口经g R 短路
M 侧为送电侧
α
j g d
d L J
e R I I Z Z '11+
= αj g d
d
J e R I I Z '2-
= α
j g d
d J
e R I I Z '3=
①. 保护3：正方向出口短路，α<0，3J Z 落在第四象限，拒动 ②. 保护2：反方向出口短路，3J Z 落在第二象限，误动 ③. 保护1：区外短路，1J Z 落入动作特性圆，误动
以上分析是针对方向阻抗继电器，对其它特性阻抗继电器也有类似的情形。一般而言， 阻抗继电器动作特性在＋R 轴方向上所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小。
（二）.减小过渡电阻的措施： 两种措施：
①．在保护范围不变的前提下，采用动作特性在＋R 轴方向上有较大面积的阻抗继电器（参看P105.图3－58）
②.采用瞬时测量装置：
g
g g I l R ∝
（g l ——电弧长度，g I ——电弧电流）
短路初瞬，g l 较小，g I 较大（有非周期分量），所以g R 很小；0.1～0.15s 后，g l 拉长，g I 减小（非周期分量衰减），所以g R 增大。
R很小，可以忽略不计
距离Ⅰ段：t小于40ms，
g
距离Ⅱ段：t为"5.0或很长，应采取措施。
距离Ⅲ段：因为特性圆较大，影响较小
所谓瞬时测量，就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来。当电弧电阻增大时，距离元件不会因为电弧电阻的增大而返回，仍以预定的动作时限跳闸。
短路初瞬，起动元件1：Ⅱ段阻抗元件2动作，因而起动中间继电器3，3起动后通过其R,阻抗元件2返回。保护仍能在时间元件4动作后，经中间继电器触点①自保持。而当
g
3的触点②去跳闸。
注：
d点短路，保护3的Ⅰ段动作于跳闸，保护5Ⅱ段跳。
对保护1，因d点在其第Ⅱ段保护范围内，起动元件和Ⅱ段测量元件动作，若采用瞬时测量，则会误动。所以只在单回线辐射形电网中的距离Ⅱ段上采用。
二．电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路
振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护和企图确保护动作。但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。
（一）.系统振荡使，电压，电流的变化规律
几点假设：①.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；
②.两侧电源电势M E .和N E .
电势相等，相角差为)3600(?
?<<δδ ③.系统中各元件阻抗角均相等，以d ?表示
④．不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。
电流：2
sin 2)1(.
.
...
δ
δ
∑∑=-=++-=
Z E Z e E Z Z Z E E I M j M N L M N M
振荡电流的有效值随δ
变化（包络线）
电压：M M M Z I E U .
.
.
-=
N N N Z I E U .
..+=
第三章 电网的距离保护 第一节 距离保护的作用原理 一﹑基本概念 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。 Z d U d . . . . 1f e f d d d ld I U Z I U Z Z = <= =，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基 本上不说系统的运行方式的影响。 二﹑距离保护的时限特性 距离保护分为三段式： I 段：AB I dz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(2 1I dz AB II K II dz Z Z K Z +=，t=0.5’’ III 段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。————后备保护 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U J （相电压或线电压）和一个电流I J （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。
J J J I U Z . . = ——测量阻抗 Z J =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。 本节只讨论单相式阻抗继电器。 一﹑阻抗继电器的动作特性、 PT l d PT l l PT J J J n n Z n n I U n I n U I U Z ?=? = = = 1 . 1. 1. 1. . . BC 线路距离I 段内发生单相接地故障， Z d 在图中阴影内。 由于1）线路参数是分布的， Ψd 有差异 2)CT,PT 有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 所以Z d 会超越阴影区。 因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。 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 二﹑利用复数平面分析阻抗继电器 它的实现原理：幅值比较原理 B A U U . . ≥ J
第三章 电网的距离保护 第一节 距离保护的作用原理 一﹑基本概念 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 B C 1 2 3 Z d U d . . . . 1f e f d d d ld I U Z I U Z Z = <= =，反映故障点到保护安装处的距离——距离 保护，它基本上不说系统的运行方式的影响。 二﹑距离保护的时限特性 距离保护分为三段式： I 段：AB I dz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(21I dz AB II K II dz Z Z K Z +=，t=0.5’’ III 段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。————后备保护
~ 1 2 3 t 1 I t 1 II t 2 I t 1 III t 2 II t 2 III 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U J （相电压或线电压）和一个电流I J （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。 J J J I U Z . . = ——测量阻抗 Z J =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。 本节只讨论单相式阻抗继电器。 一﹑阻抗继电器的动作特性、 PT l d PT l l PT J J J n n Z n n I U n I n U I U Z ? =? = = = 1 . 1 . 1. 1 . . . BC 线路距离I 段内发生单相接地故障，Z d 在图中阴影内。 由于1）线路参数是分 布的， Ψd 有差异 2)CT,PT 有误差 ~ Z J A B C CT I J U J P T 1 2 3 R jX A C d o B Ψ d
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：能同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。 3测量阻抗：Zm定义为保护安装处测量电压Um&与测量电流Im&之比，即Um&/Im& 动作阻抗：使阻抗原件处于临界动作状态对应的阻抗（Zop）。 Zset1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 短路阻抗：Zk=Z1Lk（单位长度线路的复阻抗与短路距离的乘积） 整定阻抗：Zset=Z1Lset 4.负荷阻抗与短路阻抗的区别：负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角，阻抗特性以电阻性为主。短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大，阻抗特性以电感性为主。 5.测量电压的选取和测量电流的选取:要取故障环路上的电压、电流。 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够准确反应单相接地故障、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。 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，由它们算出的测量阻抗能够准确反应两相短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离，称为相间距离保护接线方式。
第二章 电网的电流保护和方向性电流保护 第一节 单测电源网络相间短路的电流保护 配置： 一、电流速断保护（第Ⅰ段）： 对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。 1、短路电流的计算： 图中、1――最大运行方式下d (3) 2――最小运行方式下d (2) 3――保护1第一段动作电流 d s d s d l Z Z E Z Z E I 1)3(+= += φφ d s d d l Z Z E I I 1)3() 2(23 23+= = φ 可见，I d 的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关 最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Z s.min ） 最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Z s.max ） 2、整定值计算及灵敏性校验 为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定 max ..1.B d k dz I K I ?=I I 注①）参看15 (3.1~2.1p K k =I 保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。（I dZ ） I 1.dz I 在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a 、b 点 可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长 三段式 主保护 后备保护
灵敏性：用保护范围的大小来衡量 l max 、l min 一般用l min 来校验、 %100min ?l l 要求：≥（15～20）％ 希望值50％ 方法：① 图解法 ② 解析法： min .1max 1 .23 d s dZ l Z Z E I += I φ 可得 )23(1%100max 1 .min s dZ L Z I E Z l l -?=?I φ 式中 Z L =Z 1l ――被保护线路全长的阻抗值 动作时间t =0s 3、构成 中间继电器的作用： ① 接点容量大，可直接接TQ 去跳闸 ② 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms ）防止避雷器放电时保护误动 4、小结 ① 仅靠动作电流值来保证其选择性 ② 能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。 二、限时电流速断保护（第Ⅱ段） 1、 要求 ① 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性 ② 在满足要求①的前提下，力求动作时限最小。 因动作带有延时，故称限时电流速断保护。 2、 整定值的计算和灵敏性校验
1.原始数据 系统接线图如图所示，发电机以发电机—变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数如下：电动势： 发电机： 线路： 线路阻抗： 距离保护： 负荷功率因数角为30，线路阻抗角均为75，变压器均装有快速差动保护。
图110kV电网系统接线图
2．分析要设计的内容 随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。电力系统继电保护一次泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置的断路器跳闸线圈的一般套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。 电力系统继电保护的基本任务是自动、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到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。 在距离保护中应满足以下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。 这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了距离保护和振荡闭锁的分析，继电保护中距离保护、最大和最小运行方式的具体计算。
第三章 电网距离保护 第一节：距离保护中的一些基本概念 主要内容：距离保护即将保护安装处的电压，电流引入到阻抗继电器，阻抗继电器根据输入电压UJ 和电流IJ ，得到ZJ ，该阻抗ZJ 反应了故障点到保护安装处的线路的阻抗，从而判断是否在距离保护范围内，是否动作。 一：距离保护的主要组成元件有以下3个： （1）起动元件 可以由过电流，低阻抗，或者负序和零序电流继电器组成。 （2）距离元件 即阻抗继电器，测量短路点到保护安装处的距离，并且与整定值比较， 以确定保护是否应该动作。 （3）时间元件 二：距离保护的整定原则：III 段式距离保护 （1）距离 I 段：瞬时动作，不能保护本线路全长。一般保护80%~85%。 （2）距离II 段：与相邻I 段配合，定值上不超过相邻I 段，时限加0.5秒 （3） 距离III 段：按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗选择。动作时间按照阶梯性原则。 重点：距离保护的整定原则 难点：（1）比幅原理比相原理实现全阻抗继电器Zzd I U J J *. . ≤；0. . . . 090**arg 270≥-+≥Zzd I U Zzd IJ U J J J （2）比幅原理实现方向阻抗继电器：zd J zd J J Z I Z I U . . . 2 12 1≤ - ；0 . . . 090*arg 270≥-≥Zzd I U U J J J （3）具有四边形特性的阻抗继电器（微机实现）： 角度α：再双侧电源供电线路上，为了防止在保护区末端经过过渡电阻短路时候可能出现的超越（超出保护范围的动作），四边形的上界不取与R 轴平行，而有一个偏离角a 。 δ：为了保证出口经过过渡电阻短路时候能够可靠动作，四边形的下界伸进第四象限角度δ。 β<φlm ：由于过渡电阻引起的附加测量阻抗，始端故障时比末端故障时小。 γ=φlm+30 ：被保护线路发生金属性短路时候，能可靠动作，因此把动作区要把φlm 包含。 jx R 知识点： （1）系统一次侧阻抗和继电器阻抗 ZJ=UJ/IJ=Zd*Na/Nv ZJ ：继电器阻抗Zd ：系统一次侧阻抗Na ：CT 变比 Nv ：PT 变比 （2）阻抗继电器的几种动作特性：1：全阻抗继电器 2：方向阻抗继电器 3：偏移特性的阻
噢噢第一章 1、继电保护在电力系统中的任务是什么 答：（1）自动、迅速、有选择性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，并根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。 2、什么是故障、异常运行和事故短路故障有那些类型相间故障和接地故障在故障分量上有何区别对称故障与不对称故障在故障分量上有何区别 答：电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况下属于不正常运行状态。事故，就是指系统或其中一部分的工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。相间故障无零序分量。对称故障只有正序分量。 3、什么是主保护、后备保护什么是近后备保护、远后备保护在什么情况下依靠近后备保护切除故障在什么情况下依靠远后备保护切除故障 ~ 答：当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护，由于这种后备作用是在主保护安装处实现，因此，称之为近后备保护。在远处实现对相邻元件的后备保护，称为远后备保护。 4、简述继电保护的基本原理和构成方式。 答：基本原理：1、过电流保护2、低电压保护3、距离保护4、方向保护5、差动原理的保护6、瓦斯保护7、过热保护等。构成方式：1、测量部分2、逻辑部分3、执行部分 5、什么是电力系统继电保护装置 答：继电保护装置，就是指能反应电力系统中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装置。 6、电力系统对继电保护的基本要求是什么 答：1、选择性：继电保护动作的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。2、速动性：在发生故障时，力求保护装置能迅速动作切除故障，以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。3、灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。4、可靠性：保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了他应该动作的故障时，他不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不该动作的情况下，则不应该误动作。 $ 第二章 1、何谓三段式电流保护其各段是如何保证动作选择性的试述各段的工作原理、整定原则和整定计算方法、灵敏性校验方法和要求以及原理接线图的特点。画出三段式电流保护各段的保护范围和时限配合特性图。
距离保护原理 系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。常用于线路保护。 距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的，因为线路的阻抗成正比于线路长度。 在前面的分析中大家已经知道：保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降，即UKM=UK+△U；其中线路压降△U并不单纯是线路阻抗乘以相电流，它等于正、负、零序电流在各序阻抗上的压降之和，即△U=IK1*X1+ IK2*X2+ IK0*X0 。 接下来我们先以A相接地短路故障将保护安装处母线电压重新推导一下。 因为在发生单相接地短路时，3IO等于故障相电流IKA；同时考虑线路X1=X2 则有：UKAM=UKA+IKA1* X LM1+ IKA2* X LM2+ IKA0* X LM0 =UKA+IKA1*X LM1+ IKA2*X LM1+ IKA0*X LM0+ (IKA0* X LM1－IKA0* X LM1) =UKA+ X LM1(IKA1+ IKA2+ IKA0)+ IKA0（X LM0－X LM1） =UKA+X LM1*IKA+ 3IKA0（X LM0－X LM1）*X LM1/3X LM1 =UKA+X LM1*IKA[1+（X LM0－X LM1）/3X LM1] 令K=（X LM0－X LM1）/3X LM1 则有UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K) 或UKAM=UKA+IKA*X LM1(1+K) =UKA+X LM1(IKA+KIKA) =UKA+X LM1(IKA+K3I KA0) 同理可得UKBM=UKB+ X LM1(IKB+K3I KB0) UKCM=UKC+ X LM1(IKC+K3I KC0) 这样我们就可得到母线电压计算得一般公式： UKΦM=UKΦ+ X LM1(IKΦ+K3I0) 该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量K3I KC0减去了而已。 一、接地阻抗继电器的测量阻抗 我们希望，故障时加入阻抗继电器的电压、电流测量值ZJ=UJ/IJ正好成正比于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM 对于单相接地阻抗继电器来说，如果按相电压、相电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗 ZJ=UJ/IJ =Z LM(IKΦ+K3I0)/IKΦ 当金属性单相接地短路时UKΦ=0 = (1+K)Z LM 它不能正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM 那么为了使阻抗继电器测量阻抗ZJ正好等于保护安装处至短路点的线路阻抗Z LM我们可以在构成阻抗继电器上做文章，使 ZJ=Z LM(IKΦ+K3I0)/(IKΦ+K3I0)=Z LM 也就是说使继电器的计算用电压等于相电压、计算用电流等于IKΦ+K3I0，常规继电器构成上可以采用IKΦ+K3I0复合滤序器实现，微机保护更简单，直接通过软件算法实现。ZJ=UJ/(IKΦ+K3I0)的接线方式称为带零序电流补偿的接地阻抗继电器。接地阻抗保护一般采用该种接线。
习题 第三章 距离保护 3.1 试说明电流三段式保护与距离三段式保护有何区别？ 3.3 在本线路上发生金属性短路时，测量阻抗为什么能够正确反映故障的距离？ 3.4 距离保护装置一般由哪几部分组成？简述各部分的作用。 3.6 试说明整定阻抗、测量阻抗、动作阻抗、短路阻抗、负荷阻抗、振荡阻抗的意义， 3.7 有一方向阻抗继电器，其整定阻抗d Z =8∠70°Ω，若测量阻抗j Z =7.2∠35°Ω， 试问该继电器能否动作？为什么？ 3.14 对方向阻抗继电器来说，为什么引入非故障相电压能消除两相短路的死区，而 对三相短路时不行？ 3.15 在什么情况下分支系数大于1，小于1或等于1？ 3.19 什么是助增电流和汲出电流？它们对阻抗继电器的工作有什么影响？ 3.20 在单侧电源线路上，过渡电阻对距离保护有什么影响？ 3.21 在双侧电源的线路上，保护测量到的过渡电阻为什么会呈容性或感性？ 3.24 如图所示网络中采用三段式距离保护为相间短路保护，各参数为： 线路单位正序阻抗10.4/Z km =Ω，线路阻抗角为065L ?=，AB 、BC 线最大负荷电流为400A ，负荷功率因数 0.9C COS φ=，已知0.8, 1.2rel rel rel K K K ===Ⅰ ⅡⅢ，电源电动势E ＝115kV ，电源内阻 .max .min .max .min 10,8,30,15SA SA SB SB Z Z Z Z =Ω=Ω=Ω=Ω。归至115kV 的各变压器阻抗为84.7Ω，容量每台15T S MVA =。其余参数如图示。当各阻抗保护测量元件采用方向阻抗继电器时，试计算保护1 各段整定值和灵敏性。
第三章 电网的距离保护 第一节 距离保护概述 一、距离保护的基本概念 思考：电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于35kV 及以下电压等级的配电网。对于110kV 及以上电压等级的复杂网，线路保护采用何种保护方式？ 解决方法：采用一种新的保护方式——距离保护。 距离保护：是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。 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大小，故有时又称之为阻抗保护。 距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。 正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗，即 U Z m =m m I 在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即 距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。 二、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: 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。 2．方向元件: 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。 3．距离元件 ：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。 d A 12B I d C U d =0d (3) 图1—1单侧电源线路 k k res m m m Z I U I U Z ===