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Zzd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Zfh，即
?UZcl?cl?Zfh?Icl
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Zd，即
??UUclZcl??残?Zd??IIcld
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。
距离保护的实质是用整定阻抗Zzd与被保护线路的测量阻抗Zcl比较。当短路点在保护范围以外时，即Zcl>Zzd时继电器不动。当短路点在保护范围内，即Zcl 动作阻抗：使距离保护刚能动作的最大测量阻抗。 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阶梯型时限特性，如图3—1所示。这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限： t?、t??、t???。 Z3Z2Z1t??t3???t3???t2??t2?t3保护3的Ⅰ段保护3的Ⅱ段?t2t1?l保护3的Ⅲ段 图3-1 距离保护的时限特性图3—1 距离保护的时限特性 三、距离保护的组成 三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图3—2所示。 1．起动元件 起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。早期的距离保护，起动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。 2．方向元件 方向元件的作用是保证保护动作的方向性，防止反方向故障时，保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元件相结合。 3．距离元件 距离元件（Z?、Z??、Z???）的主要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。 4．时间元件 时间元件（t??、t???）的主要作用是，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。 正常运行时，起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。 当正方向发生故障时，起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。 如果故障点位于第Ⅰ段保护范围内，则Z?动作直接起动出口元件8，瞬时动作于跳闸。如果故障点位于距离Ⅰ段之外的距离Ⅱ段保护范围内，则Z?不动作，而Z??动作，起动距离Ⅱ段时间继电器5，经t??时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。 如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保护范围内，则Z?、Z??不动作，而Z???动作，起动距离Ⅲ段时间继电器7，经t???时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。 返回 第二节 阻抗继电器 继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即 ?I?Zcl?Uclcl。 Zcl可以写成R?jX的复数形式，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特 ABZ?ZBCzd?0.85TATVC(a)?IclZ?jX?UclZ?zdBZBCC?dR(b)A图3-3 用复数平面分析阻抗继电器的特性 （a）系统图；(b)阻抗特性图性，并用一定的几何图形把它表示出来，如图3-3所示。 以图3—3（a）中线路BC的距离保护第Ⅰ段为例来进行说明。设其整定阻抗 ??0.85ZBC，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。 Zzd当正方向短路时测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zcl与R轴的夹角为线路的阻抗角 ?d。 ?向量以反方向短路时，测量阻抗Zcl在第三象限。如果测量阻抗Zcl的相量，落在Zzd内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。 阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图3—3（b）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。 ??nUUnclZcl??BTV?ZdTA??nnTV IIclBCTA 一、具有圆及直线动作特性的阻抗继电器 （一）特性分析及电压形成回路 jXZzd?kZcl?jR0图3-4 全阻抗继电器的动作特性1．全阻抗继电器 （1）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性如图3—4所示，它是以整定阻抗Zzd为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。它没有方向性。全阻抗继电器的动作与边界条件为 ： Zzd?Zcl BTADKBTV?Icl??Z?AIclzd?Ucl??B?UyYB图3-5 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路 构成幅值比较的电压形成回路如图 3—5所示。 （2）相位比较 相位比较的动作特性如图3—6 所示，继电器的动作与边界条件为Zzd?Zcl与 Zzd?Zcl的夹角小于等于90?，即 ?90??argjXZzd?Zcl???90?Zzd?Zcl jXjXZz0Zz?dZc?dZz?dZclZz?Zz?dZcdZz?dZcZzdl?lZclRl0Zz?dZclZcRl0Zz?dZclZcRl（a）（b）图3-6 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性（c）（a）测量阻抗在圆上;（b）测量阻抗在圆内;（c）测量阻抗在圆外 分子分母同乘以测量电流得 ??U??UDky?90?arg?arg???90????U?UCky ?量时?角为正，反之为负。构成相位比较的电压形成回路如图3?量超前于C上式中，D?—7所示 DKB?Uk?Icl?DYB?Uy?Ucl?Uk?C?Uy图3-7 全阻抗继电器相位比较电压形成回路2．方向阻抗继电器 （1）幅值比较 方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，如图3—8(a)所示，圆的直径为整定阻抗Zzd，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。当正方向短路时，若故障在保护范围内部，继电器动作。当反方向短路时，测量阻抗在第Ⅲ象限，继电器不动。因此，这种继电器的动作具有方向性， j1Zz2XZzdjdXZzd1Zc?lZz2RZclZz?dZcd0（a）0（b）?ZcRl图3-8 方向阻抗继电器的动作特性（a）幅值比较的分析;（b）相位比较的分析幅值比较的动作与边界条件为