继电保护原理2-距离保护

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-当零序电压较大时，值班人员轮流接开各出线的继路器，如果零序电压消失，说明所拉线路是故障线路；如果拉开线路后，零序电流依然存在，说明所拉线路不是故障线路，则把所接开线路断路器合上，继续接下一条线路，直到零序电压消失。

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2、零序电流保护

利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。适用于母线后侧有多条分支以及有条件安装零序电流互感器，分支越多故障点的零序电流与非故障线路差异越大。

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3、零序功率方向保护

利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。故障线路零序电压与零序电流夹角90度，非故障线路零序电压与零序电流夹角-90度（电流超前于电压）。

适用于零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络。

第3章电网的距离保护

3.1 距离保护的作用原理

3.1.1 距离保护的基本概念

距离保护是反应保护安装处到故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。

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（低）阻抗保护，是一种欠量保护。

当短路点在保护范围以内时，即当

时保护动作；

当短路点在保护范围以外时，即当

时，保护不动作。

3.1.2 距离保护的时限特性

为了保证选择性，广泛应用阶梯型时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同。

一、距离保护第段（距离段）

瞬间动作的，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间

保护范围不能延伸到下一线路中去，为本线路全长的80%-85%。

二、距离段

动作时限和起动值要与相邻一条线路保护的段或段相配合。

三、距离段

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出线保护的最大动作时限一个时间级差，其动作阻抗应按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定。

3.1.3 距离保护的主要组成元件

一、起动元件

作用：当被保护线路发生故障时，起动元件瞬间起动保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼做后备保护。

起动元件采用过电流继电器或阻抗继电器，也可采用反应负序电流或零序电流分量的复合滤过器。

二、距离元件

作用：用来测量保护安装处至故障点之间的距离（阻抗），并判断短路故障的方向。

一般为阻抗继电器，距离段和距离段采用方向阻抗继电器，距离段采用偏移特性阻抗继电器。

三、时间元件

作用：建立距离保护段、段动作时限，以获得其所需要的动作时限，通常采用时间继电器。

3.2 阻抗继电器

阻抗继电器是距离保护的核心元件

作用：用来测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内故障保护区外故障。

1.阻抗继电器分类

（1）根据阻抗继电器的比较原理，可以分为幅值比较式和相位比较式。

（2）根据阻抗继电器的输入量不同，可以分为单相式（第型）和多相补偿式（第型）。

（3）根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的形状不同，可以分为圆特性阻抗继电器和多边形特性阻抗继电器（包括直线特性阻抗继电器）。

3.2.1 构成阻抗继电器的动作特性

对于单相式阻抗继电器，电压

和电流

的比值称为测量阻抗

圆内动作区，圆外不动作区。

常见的阻抗继电器特性：

圆1：以OC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OC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。

3.2.2 利用复数平面分析阻抗继电器的特性

一、全阻抗继电器

1、全阻抗继电器的动作特性

以保护安装点为圆心（座标原点），以整定阻抗Zzd为半径的圆。

电压与电流的夹角为阻抗方向，动作阻抗与整定阻抗在大小上是一样的

特点：1）无方向性；2）无论加入继电器的电压与电流之间的相角多大，继电器的动作与整定阻抗在数值上都相等。

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处于阻抗边界上为90度，圆内为一个钝角，圆外为一个锐角。
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4、幅值比较方式与相位比较方式之间的关系

如果把比幅式的两个向量看成是组成平行四边形的两个边，则比相的两向量就是该平行四边的两个对角线。

比幅式

——>比相式

注意：

只适用地A、B、C、D为同一频率的正弦交流量

只适用于比幅式

——>比相式

继电器受短路暂态过程的影响。

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二、方向阻抗继电器

1、方向阻抗继电器的动作特性

保护安装处置于平面坐标原点，以整定阻抗Zzd为直径的圆。

当正方向发生短路故障时，测量阻抗位于第象限，只要测量阻抗落在圆内时，继电器就动作；

当反方向发生短路故障时，测量阻抗相量指向MN的左下方，即位于第象限，继电器不动。

几个概念：

坐标原点到圆周的相量称为动作阻抗，用Zzd表示。将Zzd此时的阻抗角称为最大灵敏角ψlm

-若ψj=ψlm，则动作阻抗Zzd最大且等于整定阻抗Zzd，此时保护范围最长，继电器也最灵敏。

-当ψj为任意值时，继电器的动作阻抗为Zdz=整定阻抗Zzd*COS(整定阻抗角，灵敏角ψzd–继电器测量阻抗角ψj)

-应调整继电器的灵敏角等于被保护线路的阻抗角

特点：

-有明确的方向性

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三、偏移特性阻抗继电器

1、偏移特性阻抗继电器的动作特性

正方向：整定阻抗Zzd；反方向：偏移：-α*Zzd(0<α<1)，一般取α=0.1-0.2

圆内动作，圆心

半径：

保护安装处阻抗为0，即在圆点处，发生正方向故障时保护可能不动作，有死区；在-αZzd所处的圆内失去方向性。

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总结三种阻抗的意义：

–测量阻抗Zj：由加入的继电器的电压Uj与电流Ij的比值确定。

，发生故障时电压U下降，电流I增加，阻抗减小。

–整定阻抗Zzd：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

–起动阻抗（动作阻抗）Zdz.j：表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压Uj和电流Ij的比值。

除全阻抗继电器以外：Zdz.j随ψj的不同而改变。ψj=ψlm时，Zdz.j=Zzd，此时最大。

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四、继电器的极化电压和补偿电压

三种阻抗继电器的补偿电压是相同的，极化电压各有不同。

1、补偿电压

（1）当保护范围外部故障时：

实质上反映了短路阻抗Zd与整定阻抗Zzd的比较，阻抗继电器正是反应于补偿电电压相位的变化而动作。

补偿电压是假设计算出来的保护末端电压值，明确了保护的方向性，界内、界外、边界上。

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2.极化电压

-区别不同特性的阻抗继电器

3.2.3 阻抗继电器交流回路原理接线

阻抗继电器的构成

-主要由两大基本部分组成：电压形成回路和幅值比较或相位比较回路

-UA、UB、UC、UD基本上是由UJ和JZzd组合而成

-Uj可直接从电压互感器二次侧取得，必要时经YB变换，IjZzd则经过DKB获得。

一、电抗互感器DKB的工作原理

-1.作用：

将电流互感器的二次电流变换与之成正比并超前其一定角度的电压，将继电保护回路与电流互感器二次回路隔离以降低干扰

-2.结构

铁心中有气隙，增加磁阻，变压器不容易饱和；

二次侧开路工作状态，W1：初级电流绕组；W2、W3：次级绕组；R：改变次级绕组中感应电势的相位。

-3.原理

电流变换为电压

阻抗角度的调整：利用改变W3所接的电阻R来实现

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二、全阻抗继电器交流回路的原理接线

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三、方向阻抗继电器交流回路的原理接线

3.2.4 幅值比较回路

一、基本原理

-将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型

均压式	环流式
UA整流后在R1上产生Ua	UA整流后在R1上产生Ia
UB整流后在R2上产生Ub	UB整流后在R2上产生Ib
继电器反应Uab=Ua-Ub而动作	继电器反应Ia-Ib而动作

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二、执行元件

1.极化继电器

3.2.5 相位比较回路

一、测量瞬时值同时为正（或同时为负）的与门比相回路

适用方程：

原理：

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二、测量瞬时值同时为一正一负的异或门比相回路

-适用方方程：

3.3 阻抗继电器的接线方式

3.3.1 阻抗继电器接线方式的要求及分类

一、要求

（1）阻抗继电器的测量阻抗必须正比于保护安装处到故障点的距离(Zj&L)与电网运行方式无关。

（2）阻抗继电器的测量阻抗与短路类型无关，保护范围不随故障类型而变。

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二、分类

0°接线、+30°接线和-30°接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。

相电压和具有3KI0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障。

当COSΦj=1时，加入继电器的电压和电流之间的夹角为0°称为0°接线

如左图(Ua-Ub)与(Ia-Ib)之间的夹角为0
此处测量阻抗采用电力系统一次侧阻抗。

3.3.2 相间短路阻抗继电器的0°接线方式

一、三相短路

-因为三相对称，继电器1、2、3工作情况完全相同，所以就以继电器1为例分析

-结论：在三相短路时，Zj1、Zj2、Zj3均等于短路点到保护安装处点的线路正序阻抗。

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二、两相短路

-以AB两相短路为例

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。

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三、中性点直接接地电网两相接地短路

中性点不直接接地与两相短路同，此时流过中性点的电流近乎为零。对于中性点直接接地下面以AB两相接地短路为例说明：

结论：同两相短路

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四、结论

1.0°接线方式在三相短路、两相短路及两相接地短路时至少有一个阻抗继电器能正确反映故障点到保护安装处的距离。

2.相间距离保护必须采用三个阻抗继电器。

3.对于微机先选故障相，再计算故障环路上阻抗的原则。

3.3.3 单相接地短路阻抗继电器的接线方式

以A相接地短路为例

-在单相接地时，只有故障相的电压降低，电流增大，从原则上看，应该将故障相的电压和电流加入继电器中。

对于两相的B相电流值I为0，为非故障相，电压U高，U/I很大。

结论：

-故障相的阻抗继电器能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗，非故障相阻抗很大，不会产生误判。

–必须采用三个阻抗继电器。

3.4 集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析

3.4.1 方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法

一、产生死区的原因

-在保护正方向出口发生相间短路时，Uj=0继电器不动作。发生这种情况的一定范围，就称为“死区”。

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二、消除死区的方法

-记忆回路；高Q值50Hz带通滤波器；引入非故障相电压

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三、记忆回路

-瞬时动作的距离段方向阻抗继电器，在极化电压Up的回路中广泛采用了“记忆回路”的接线。

-记忆回路是由一个R、L、C组成的工频串联谐振电路

Uj与Up同相位，Up瞬间无电压，L电流不能突变，Ur上有短暂的电压。
当出口短路时，Uj=0。Up在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原行的相不变。这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为“记忆回路”
只适用于段保护瞬时动作
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四、高Q值50Hz带通滤波器

-利用高Q值50Hz带通滤波器响应特性的时间延迟起到记忆作用。

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五、引入非故障相电压

结论：出口两相短路时，因为第三相电压而产生的Up可保证继电器的方向性；位出口三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路死区。

装设辅助保护：辅助保护主要是电流速断保护，它可以在方向性保护的死区范围内，快速动作切除故障。

3.4.2 极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响

当不采用记忆回路时，极化电压即为保护安装处的母线电压Uj，当采用记忆回路后，极化电压将短时记忆短路前负荷状态下母线电压Uf的相位，在短路后瞬间的继电器动作条件应为

继电器的动作特性只能结合具体的接线参数和短路点位置进行分析

一、保护正方向短路时

结论：

1）特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作

2）特性圆比稳态特性圆大，扩大了保护范围，有利于躲过渡电阻的影响

3）正方向的保护范围不变

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二、保护反方向短路时

结论：在反方向短路时，继电器有明确的方向性。

3.4.3 构成继电器的框图

构成方向阻抗继电器的简化框图

补偿电压

3.4.4 继电器的整定阻抗

3.4.5 阻抗继电器的精确工作电流

阻抗继电器是利用测量阻抗来反映故障点的位置，即Uj与Ij的比值

方向阻抗继电器Zzd.j=f(Ij)的曲线

当加入继电器的电流较小时，继电器超动阻抗将下降，使阻抗继电器的实际保护范围缩小。这将影响到与相邻线路阻抗元件的配合，甚至引起非选择性动作。

精确工作电流：继电器的动作阻抗与整定阻抗之间的误差等于整定的10%时，加入阻抗继电器的电流，记作Ijg。

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继电保护原理2-距离保护

目录：

第3章电网的距离保护

3.1 距离保护的作用原理

3.1.1 距离保护的基本概念

3.1.2 距离保护的时限特性

3.1.3 距离保护的主要组成元件

3.2 阻抗继电器

3.2.1 构成阻抗继电器的动作特性

3.2.2 利用复数平面分析阻抗继电器的特性

3.2.3 阻抗继电器交流回路原理接线

3.2.4 幅值比较回路

3.2.5 相位比较回路

3.3 阻抗继电器的接线方式

3.3.1 阻抗继电器接线方式的要求及分类

3.3.2 相间短路阻抗继电器的0°接线方式

3.3.3 单相接地短路阻抗继电器的接线方式

3.4 集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析

3.4.1 方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法

3.4.2 极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响

3.4.3 构成继电器的框图

3.4.4 继电器的整定阻抗

3.4.5 阻抗继电器的精确工作电流

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目录：

第3章 电网的距离保护

3.1 距离保护的作用原理

3.1.1 距离保护的基本概念

3.1.2 距离保护的时限特性

3.1.3 距离保护的主要组成元件

3.2 阻抗继电器

3.2.1 构成阻抗继电器的动作特性

3.2.2 利用复数平面分析阻抗继电器的特性

3.2.3 阻抗继电器交流回路原理接线

3.2.4 幅值比较回路

3.2.5 相位比较回路

3.3 阻抗继电器的接线方式

3.3.1 阻抗继电器接线方式的要求及分类

3.3.2 相间短路阻抗继电器的0°接线方式

3.3.3 单相接地短路阻抗继电器的接线方式

3.4 集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析

3.4.1 方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法

3.4.2 极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响

3.4.3 构成继电器的框图

3.4.4 继电器的整定阻抗

3.4.5 阻抗继电器的精确工作电流

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