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
抗继电器4：具有四边形特性的阻抗继电器
（3）方向阻抗继电器具有方向性，可以判断正方向故障
（4）根据阻抗继电器的整定值画出其动作特性；以确定动作范围的具体方法
（5）阻抗继电器的接线方式：
加入继电器的UJ和IJ应该满足：继电器的测量阻抗正比例于短路点到保护安装处之间的距离；测量阻抗与故障类型无关，保护范围具有稳定性。
（6）针对相间短路，采用的引入阻抗继电器的接线方式
0度接线：A相阻抗继电器JA：UAB,IA-IB; B相JB：UBC,IB-IC; C相JC：UCA,IC-IA;
举例：AB相短路，对于阻抗继电器JAB：ZJ=UJ/IJ=UAB/（IA-IB）=Z1*L 确实反映了短路点到保护安装处之间的距离，但是需要强调的是，对于JBC，对于JCA，不成立的（7）针对单相接地短路，采用的引入阻抗继电器的接线方式
带零序电流补偿接线JA：采用UJ=UA ；IJ=IA+k*3I0；
JB：采用UJ=UB ；IJ=IB+k*3I0；JC：采用UJ=UC ；IJ=IC+k*3I0；
举例，A相单相接地，ZJ=UJ/IJ=Z1*L+U Ad / (IA+k*3I0)
其中K：零序电流补偿系数K=(Z0-Z1)/3Z1
U Ad 故障点的A相电压，金属相短路时，U Ad=0则ZJ=Z1*L
电力系统继电保护课程设计三段式距离保护集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
电力系统继电保护课程设计选题标号：三段式距离保护 班级： 14电气 姓名： 学号： 指导教师：谷宇航 日期： 2017年11月8日 天津理工大学 电力系统继电保护课程设计
天津理工大学 目录
一、选题背景 选题意义 随着电力系统的发展，出现了容量大，电压高，距离长，负荷重，结构复杂的网络，这时简单的电流，电压保护已不能满足电网对保护的要求。 在高压长距离重负荷线路上，线路的最大负荷电流有时可能接近于线路末端的短路电流，所以在这种线路上过电流保护是不能满足灵敏系数要求的。另外对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式改变的影响，保护范围不稳定，有时甚至没有保护区，过电流保护的动 作时限按阶梯原则来整定，往往具有较长时限，因此，满足不了系统快速切除故障的要求。对于多电源的复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性要求来整定，而且动作时限长，不能满足电力系统对保护快速性的要求。 设计原始资料 ?=E ,112G Z =Ω、220G Z =Ω、315G Z =Ω，12125L L km ==、370L km =， 42B C L km -=，25C D L km -=，20D E L km -=，线路阻抗0.4/km Ω，' 1.2rel K = 、''''' 1.15rel rel K K ==，.max 150B C I A -= ，.max 250C D I A -=，.max 200D E I A -=， 1.5ss K = ， 0.85re K =
实验八 距离保护及方向距离保护整定 一、实验目的 1．熟悉阶段式距离保护及方向距离保护的工作原理和基本特性。 2．掌握时限配合、保护动作阻抗（距离）和对DKB 、YB 的实际整定调试方法。 二、预习与思考 1．什么是距离保护？距离保护的特点是什么？ 2．什么是距离保护的时限特性？ 3．什么是方向距离保护？方向距离保护的特点是什么？ 4．方向距离保护的Ⅰ段和Ⅱ段为什么在单电源或多电源任何形状的电网中都能够保证有选择性地切除故障线路？ 5．阶段式距离保护中各段保护是如何进行相关性配合的？ 6．在整定距离保护动作阻抗时，是否要考虑返回系数。 三、原理说明 1．距离保护的作用和原理 电力系统的迅速发展，使系统的运行方式变化增大，长距离重负荷线路增多，网络结构复杂化。在这些情况下，电流、电压保护的灵敏度、快速性、选择性往往不能满足要求。电流、电压保护是依据保护安装处测量电流、电压的大小及相应的动作时间来判断故障是否发生以及是否属于内部故障，因而受系统的运行方式及电网的接线形式影响较大。 针对被保护的输电线路或元件，在其一端装设的继电保护装置，如能测量出故障点至保护安装处的距离并与保护范围对应的距离比较，即可判断出故障点的位置从而决定其行为。这种方式显然不受运行方式和接线的影响。这样构成的保护就是距离保护。 以上设想，表示在图8-1中。图中线路A 侧装设着距离保护，由故障点到保护安装处间的距离为l ，按该保护的保护范围整定的距离为zd l ，如上所述，距离保护的动作原理可用方程表示： ad l l ≤。满足此方程时表示故障点在保护范围内，保护动作；反之，则不应动作。 图8-1 距离保护原理说明 Z —表示距离保护装置 距离比较的方程两端同乘以一个不为零且大于零的z 1（输电线每千米的正序阻抗值）得到： 11d zd Z z l z l =≤ ( 8-1 ) 式（8-1）称为动作方程或动作条件判别式。表明距离保护是反应故障点到保护安装处间的距离（或阻抗）并与规定的保护范围（距离或阻抗）进行比较，从而决定是否动作的一种保护装置。当1d zd Z z l <时，表明故障发生在保护范围内，保护应动作；当1d zd Z z l >时，表明故障发生在保护范围外，保护不应动作；当1d zd Z z l =时，表明故障发生在保护范围末端，保护刚好动作。 所以，距离保护又称为低阻抗保护。 设故障点d(或d 1等)发生金属性三相短路，则保护安装处的母线电压变为d U IZ =，自母线流向线路的电流为I ，则/d U I Z =；再设法取得z 1l zd 。按式（8-1）即可实现距离保护。 对于高电压、大电流的电力系统，母线电压与线路电流必须经过互感器后送入距离保护的
电气工程学院 继电保护课程改革三级项目任务书 设计题目：电网的三段式距离保护系统设计 系别：电力工程系 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：
一、项目设计目的 1. 掌握电网三段式距离保护的工作原理、整定计算方法及灵敏度校验。 2. 了解及掌握微机继电保护原理，其中包括微机继电保护装置的硬件原理、数字滤波器、微机继电保护算法及微机继电保护软件原理。 3. 完成微机线路保护装置的研究设计及开发，分别从硬件及软件两方面进行研究与设计，设计基于单片机的电网三段式距离微机保护系统，从而达到彻底掌握保护原理及整定计算方法的目的。 二、项目设计要求 1、设计基于单片机的电网三段式距离微机保护系统。其中包括硬件设计及软件设计，整个系统应能够实现当电网发生故障时，保护装置都能够按照设定的保护原理动作切除故障。 2、完成电网三段式距离保护动作值的整定计算，包括一次及二次侧的电流动作值。 3、选取合适的电压、电流互感器及电压、电流变换器；完成对模拟低通滤波器的设计。 4、采用基于单片机及DSP构成微机保护系统，在C语言环境下完成数据采集、数字滤波、整定值修改、保护判据、保护出口等程序设计。 三、项目设计内容 （一）双侧电源供电网络距离保护整定计算及灵敏度校验 1、设计规程 (1)线路阻抗及整定阻抗。 (2)计算各段的灵敏系数。 (3)整定各段的动作时限。 (4)保护的配置. 2、电网运行参数
系统接线图 图1 系统接线图 系统的主要参数： 双侧电源网络，电压等级为115kV ，AB 线路的最大负荷电流为350A ，线路电抗为0.4Ω/km ，母线最小工作电压U W.min =0.9U N ；可靠系数分别为 8.0''rel ‘rel ==K K ，7.0' ''rel =K 。其中QF3的动作时限为0.5s ，时限级差为 0.5s 。 设计要求：按照电网的三段式距离保护整定方法，确定线路AB 的保护方案。 （二）双侧电源供电网络距离保护系统设计方案 微机继电保护装置硬件可以分为数据采集系统、CPU 主系统、开关量输入/输出系统、人机接口与通信系统、电源系统等5个基本部分。其系统结构框图如图2所示。 图2 微机继电保护装置硬件系统结构框图 1、继电保护设备的选择 (1) 电压、电流互感器的选择
三段式距离保护 1、 距离保护Ⅰ段的保护范围为线路全长的80~85%，即线路AB 段的80~85%。 动作阻抗为Z Ⅰ O P 1=(0.80~0.85)Z AB ，瞬时动作。 动作过程：当故障点位于距离保护Ⅰ段范围内时，测量阻抗Z M 小于动作阻抗Z Ⅰ O P 1，保护1动作跳闸，切除故障。 2、 距离保护Ⅱ段的保护范围为AB 段的全长，并延伸至BC 段但不超出保护2的距离保护Ⅰ段保护的范围（保护2距离Ⅰ段的保护范围为保护2本线路的80~85%，因此保护1距离保护Ⅱ段的保护范围小于AB+80~85%BC ），因此保护 1距离Ⅱ段的动作阻抗Z Ⅱ O P 1小于(Z AB +Z Ⅰ O P 2)，动作时间大于距离保护Ⅰ 段。距离保护Ⅱ段是为了保护距离保护Ⅰ段保护范围之外的15%~20%的线路及作为距离保护Ⅰ段的后备保护。 动作过程： （1）当故障点位于AB 段距离保护Ⅰ段范围之外时（即距离保护Ⅰ段保护范围之外的15%~20%AB ），测量阻抗Z M 大于保护1的距离Ⅰ段动作阻抗，保护1的距离保护Ⅰ段不动作。保护2的距离Ⅰ段保护范围为本线路的80~85%，故障点也不在保护2的保护范围内，因此保护2也不动作。由上距离保护Ⅱ段的保护范围可知，故障点位于该保护范围内。因此，当该点发生故障时，保护1的距离保护Ⅰ段不动作，经过保护1的距离保护Ⅱ段动作整定时间，保护动作切除故障。 （2）当故障点位于保护2本线路80~85%范围内时，保护2测量阻抗 Z M 小于保护2距离保护Ⅰ段动作阻抗Z Ⅰ O P 2,保护2动作跳闸，切除故障。虽 然故障点也可能位于保护1距离保护Ⅱ段的范围内，但是其动作时间大于保护
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
题1．有—方向阻抗继电器，其整定阻抗Ω?∠=605.7zd Z ，若测量阻抗为Ω?∠=302.7J Z ，试问该继电器能否动作?为什么? 解：如图1所示 Ω<Ω=?=?-?=2.75.6866.05.7)3060cos(.zd j dz Z Z 故该继电器不能动作。 题2．有一方向阻抗继电器，若正常运行时的测量阻抗为Ω?∠=305.3J Z ， 要使该方向阻抗继电器在正常运行时不动作，则整定阻抗最大不能超过多少(?=75d ?)? 解：参照图1。若在300方向上的动作阻抗小于Ω5.3， 图1 则保护不动作。即在750方向上： Ω== ?-?< 95.441 .15 .3) 3075cos(.j dz zd Z Z 故整定阻抗最大不能超过4.95Ω。 题3．如图2所示电网，已知线路的正序阻抗km Z /4.01Ω=，?=70d ?，线路L1 、L2上装有三段式距离保护，测量元件均采用方向阻抗继电器，且为00接线，线路L1的最大负 荷电流A I f 350max .=，负荷功率因数9.0cos =f ?，85.0='k K ，8.0=''k K ，2.1=k K ，K h =1.15，K zq =1.3，线路L2距离Ⅲ段的动作时限为2s ，试求距离保护1的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的动作阻抗， 整定阻抗及动作时限。 图2 解：1．计算线路阻抗 Ω=?=14354.0AB Z Ω=?=16404.0BC Z 2．距离保护Ⅰ段的动作阻抗 Ω=?='='9.111485.01AB k dz Z K Z s 01 ='t Ω ? Ω ?∠30.j dz
3．距离保护Ⅱ段的动作阻抗 Ω=?='='6.131685.02BC k dz Z K Z Ω=+='+''=''1.22)6.1314(80.0)(21dz AB k dz Z Z K Z 灵敏系数：5.158.114 1.221>==''=''AB dz lm Z Z K ，满足要求 s 5.01 =''t 4．距离保护Ⅲ段的动作阻抗 最小负荷阻抗：Ω=?= = 3.16335 .03 /1109.0max .min .min .f f f I U Z Ω=???== 913.16315 .13.12.11 1min .1f h zq k dz Z K K K Z s 5.25.0221=+=?+=t t t 5．各段整定阻抗 Ω?∠=?∠'='709.11701.1.dz zd Z Z Ω?∠=?∠''=''701.22701.1.dz zd Z Z ?==8.259.0arccos f ? Ω?∠=?∠=?∠?-?= 709.1267072 .091 70)8.2570cos(1.1.dz zd Z Z 题 4. 在图3所示网络中，各线路首端均装设有距离保护装置，线路的正序阻抗 km Z /4.01Ω=，试计算距离保护1的Ⅰ、Ⅱ段的动作阻抗，Ⅱ段的动作时限。并检验Ⅱ段的 灵敏系数。85.0='k K ，8.0=''k K 。 图3
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。
第四章距离保护 一、GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》对距离保护的规定 （一）对110kV线路的下列故障，应装设相应的保护装置 (1)单相接地短路。 (2)相间短路。 （二）110kV线路装设相间短路保护装置的配置原则如下 (1)主保护的配置原则。在下列情况下，应装设全线速动的主保护。 1)系统稳定有要求时。 2)线路发生三相短路，使发电厂厂用电母线或重要用户电压低于额定电压的60%,且其他保护不能无时限和有选择性地切除短路时。 (2)后备保护的配置原则。11OkV线路后备保护配置宜采用远后备方式。 (3)根据上述110kV线路保护的配置原则，对接地短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定: 1)宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护。 2)对某些线路，当零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或二段零序电流保护作后备保护。 (4)根据上述11OkV 线路保护的配置原则，对相间短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定: 1)单侧电源线路，应装设三相多段式电流或电流电压保护。 2)双侧电源线路，可装设阶段式距离保护装置。 3)并列运行的平行线,可装设相间横联差动及零序横联差动保护作主保护。后备保护可按和电流方式连接。 4)电缆线路或电缆架空混合线路，应装设过负荷保护。保护装置宜动作于信号。当危及设备安全时，可动作于跳闸。 二、DL 400-91《继电保护和安全自动装置技术规程》规定 （一）ll0~220kV中性点直接接地电力网中的线路保护 （1）对相间短路，应按下列规定装设保护装置： 1）单侧电源单回线路，可装设三相电流电压保护，如不能满足要求，则装设距离保护； 2）双侧电源线路宜装设距离保护。 （2）对接地短路，可采用接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。 （二）330~500kV线路的后备保护 （1）对相间短路，后备保护宜采用阶段式距离保护。 （2）对接地短路，应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护，对中长线路，若零序电流保护能满足要求时，也可只装设阶段式零序电流保护。接地后备保护应保证在接地电阻不大于300Ω时，能可靠地有选择性地切除故障。 第一节距离保护概述 一、距离保护的原理 这种反应故障点到保护安装处之间的距离，并根据这一距离的远近决定动作时限的一种保护，称为距离保护。距离保护实质上是反应阻抗的降低而动作的阻抗保护。 二、距离保护的时限特性 距离保护的动作时限与故障点至保护安装处之间的距离的关系，称为距离保护的时限特性。目前广泛应用的是三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段与电流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段相似。
电力系统继电保护课程 设计三段式距离保护 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
电力系统继电保护课程设计选题标号：三段式距离保护 班级： 14电气 姓名： 学号： 指导教师：谷宇航 日期： 2017年11月8日 天津理工大学 电力系统继电保护课程设计
天津理工大学 目录 一、选题背景........................................................ 1.1选题意义....................................................... 1.2设计原始资料................................................... 1.3要完成的内容................................................... 二、分析要设计的课题内容............................................ 2.1设计规程 (6) 2.2 保护配置 ...................................................... 2.2.1 主保护配置 ................................................ 2.2.2 后备保护配置 .............................................. 三、短路电流、残压计算.............................................. 3.1等效电路的建立................................................. 3.2保护短路点的选取............................................... 3.3短路电流的计算 (8)
继电保护课程实验 实验设备：XLR-线路保护装置 实验接线： A B C 0 XLR-线路保护装置实验内容一：三段式过电流保护实验 实验目的： 1) 了解微机三段式过电流保护装置的原理 2) 了解三段式过电流保护定值设置方法 3) 进行保护动作特性实验 实验方法： 1) 合直流开关，保护装置上电，进行过电流定值设定，设置过电流Ι段定值，其它保护功能退出。 2) 三相、单相调压器调整在零位置，合交流电源开关； 3) 调单相调压器， A 相电流进入保护装置，慢慢调整调压器增大输出电流，当电流超过 Ι段定值后应动作，观察保护装置动作情况（动作后动作等亮及报警灯亮，记录动作电流值及保护装置动作报告；记录完成，调整调压器减小电流，装置复归。 4) 如上述方法分别进行Ⅱ段定值的设定及实验 5) 如上述方法分别进行Ⅲ段定值的设定及实验 6) Ι段、Ⅱ段、Ⅲ段保护全投入，慢慢调整调压器增大输出电流，当电流超过其相应定值 后应动作，动作顺序应是Ⅲ段、Ⅱ段、Ι段。记录完成后，减小电流，调压器归零位置。 7) 绘制三段动作特性图。 实验内容二：距离保护动作阻抗特性实验
实验目的： 1)了解距离保护的原理 2)了解距离保护的动作特性设置方法 3)进行距离阻抗特性实验 实验方法： 1)设置距离Ⅲ段保护定值，退出三段式过电流保护； 2)取A相电流，AB相电压，调整单相调压器，输出电流为1A； 3)调整三相调压器输出电压为40V，调整移相器在某一个角度后，调整滑线电阻，降低输 出电压，观察距离保护动作电压，动作后，记录动作电压；调整滑线电阻，增大电压，使装置动作复归。然后摇动移相器把守，再移动一个角度，调整滑线电阻，降低输出电压，观察距离保护动作电压，动作后，记录动作电压；调整滑线电阻，增大电压，使装置动作复归。然后摇动移相器把守，再移动一个角度，重复上述实验过程，做完360度，记录其动作电压。 4)作出距离Ⅲ段动作特性曲线图。 5)有兴趣的可以自行进行距离保护Ι段功能的实验，实验方法同前。 实验分组：4组，每组15人左右。 实验时间：下周一（11月10日）下午2点开始1组，周三下午1组，周四下午1组，周五1组。
线路阶段式距离保护 一、继电保护基本知识： 对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。 基本任务： （1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。 （2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。 二、继电保护的基本要求： 1、可靠性：保护范围内发生故障，保护装置可靠动作，而在任何不应动作的情况下，保护装置不应误动； 2、快速性：保护装置应尽快将故障设备从系统中切除，目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围； 3、选择性：保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽可能缩小，以保证系统中无故障部分继续运行； 4、灵敏性：保护装置在其保护范围内发生故障或不正常运行时的反应能力。 三、距离保护的原理： 距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称阻抗保护。 实质是用整定阻抗 Zdz与测量阻抗 Zcl比较。当短路点在保护范围以内时，即Zcl ＜ Zdz 时，保护动作；反之保护不动作。因此，距离保护又称低阻抗保护。
1、距离保护的时限特性： 距离保护的动作时间与保护安装处至故障点之间距离的关系，称为距离保护的时限特性。 为了保证选择性，广泛应用的是阶梯形时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也做成三阶梯式，即有与三个动作范围相对应的三个动作时限。 （1）距离保护第Ⅰ段（距离Ⅰ段） 为无延时的速动段，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间。 Ⅰ段的保护范围不能延伸到下一线路中去，而为本线路全长的80%～85%，动作阻抗整定为80%～85%线路全长的阻抗。 （2）距离保护第Ⅱ段（距离Ⅱ段） 为带延时的速动段，为了有选择性地动作，距离II 段的动作时限和启动值要与相邻下一条线路保护的I 段和II 段相配合。 （3）距离保护第Ⅲ段（距离Ⅲ段） 距离 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出口保护的最大动作时限一个Δt ，其动作阻抗应按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定。 2、距离保护的主要组成元件： 由起动元件、测量元件（核心部分）、延时元件组成。
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
第1章输电线路保护配置与整定计算 重点：掌握110KV及以下电压等级输电线路保护配置方法与整定计算原则。 难点：保护的整定计算 能力培养要求：基本能对110KV及以下电压等级线路的保护进行整定计算。 学时：4学时 主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。 后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。 辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。 一、线路上的故障类型及特征： 相间短路（三相相间短路、二相相间短路） 接地短路（单相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相间短路故障产生的危害最严重；单相接地短路最常见。相间短路的最基本特征是：故障相流动短路电流，故障相之间的电压为零，保护安装处母线电压降低；接地短路的特征： 1、中性点不直接接地系统 特点是： ①全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。 ②非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压90°。 ③故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电流滞后零序电压90°。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流愈大。 ④故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相间电压。 ⑤故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。
因此中性点不直接接地系统中，线路单相故障可以反应零序电压的出现构成零序电压保护；可以反应零序电流的大小构成零序电流保护；可以反应零序功率的方向构成零序功率方向保护。 2、中性点直接接地系统 接地时零序分量的特点： ①故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，中性点接地变压器处零序电压为零。 ②零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。 ③在电力系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，将间接影响零序分量的大小。 ④对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功率方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。 二、保护的配置 小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障；由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视为异常运行状态，一般利用母线上的绝缘监察装置发信号，由运行人员“分区”停电寻找接地设备。对于变电站来讲，母线上出线回路数较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流或零序方向保护反应接地故障。 对于短线路、运行方式变化较大时，可不考虑Ⅰ段保护，仅用Ⅱ段+Ⅲ段保护分别
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。
距离保护习题课 三段式距离保护整定 例 1.如下图所示网络和已知条件：kV E A 3/115=，两台变压器型号相同：MVA S e 15=、额定电压110/6.6kV 、%5.10=d u ，线路AB 和BC ：km z /45.01Ω=、A I L 300max .=，正常时e L U U 9.0min .=， 以及85.0='rel K 、8.0=''rel K 、25.1='''rel K 、15.1=re K 、5.1=MS K ，试对保护1的三段式距离保护进行整定（采用全阻抗继电器）： 1）距离I 段定值； 2）距离II 段定值及其灵敏度校验； 3）距离III 段定值及其灵敏度校验。 解： 保护1、2距离I 段： Ω=?='='48.115.1385.01.AB rel act Z K Z .20.8521.618.36act rel BC Z K Z ''==?=Ω 保护1距离II 段： 与线路BC 的I 段配合 .1.()0.8(13.518.36)25.49act rel AB act B Z K Z Z '''''=+=?+=Ω 与变低差动保护配合 Ω=????==7.8410 151********.10%6 6 22e e d T S U u Z .11 ()0.7(13.542.35)39.102 act rel AB T Z K Z Z ''''=+=?+=Ω 取.125.49act Z ''=Ω 灵敏度校验：..25.49 1.89 1.513.5 act A sen A A B Z K Z ''''===> 距离III 段 Ω=?==2.1993 .03 /1159.0max .min .min .L L L I U Z Ω='''='''38.921 min ..1.L re s M rel act Z K K K Z 距离III 段灵敏度校验 近后备：5.184.65 .1338.921..>=='''='''AB act A sen Z Z K
姓名：___________ 班级: ___________ 序号：___________ 输电线路的距离保护习题 一、填空题： 1、常规距离保护一般可分 为、和三部分。 2、距离保护I段能够保护本线路全长的。 3、距离保护第Ⅲ段的整定一般按照躲开来整定。 4、阻抗继电器按比较原理的不同，可分为式 和式。 5、方向阻抗继电器引入非故障相电压的目的是为了__________________________________。 6、若方向阻抗继电器和全阻抗继电器的整定值相同，___________继电器受过渡电阻影响 大，继电器受系统振荡影响大。 7、全阻抗继电器和方向阻抗继电器均按躲过最小工作阻抗整定，当线路上发生短路时， _______________继电器灵敏度更高。 8、校验阻抗继电器精工电流的目的是__________________。 9、阻抗继电器的0°接线是指_________________，加入继电器的___________________。 10、助增电流的存在，使距离保护的测量阻抗，保护范 围，可能造成保护的。 11、根据《220~500kV电网继电保护装置运行整定规程》的规定，对50km以下的线路，相间距离保护中应有对本线末端故障的灵敏度不小于的延时保护。 二、选择题： 1、距离保护装置的动作阻抗是指能使阻抗继电器动作的。（A）最小测量阻抗；（B）最大测量阻抗；（C）介于最小与最大测量阻抗之间的一个定值；（D）大于最大测量阻抗的一个定值。 2、为了使方向阻抗继电器工作在状态下，故要求继电器的最大灵敏角等于被保护线路的阻抗角。最有选择；（B）最灵敏；（C）最快速；（D）最可靠。
第1章??输电线路保护配置与整定计算 重点：掌握110KV及以下电压等级输电线路保护配置方法与整定计算原则。 难点：保护的整定计算 能力培养要求：基本能对110KV及以下电压等级线路的保护进行整定计算。 学时：4学时 主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。 后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。 辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。 一、线路上的故障类型及特征： 相间短路（三相相间短路、二相相间短路） 接地短路（单相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相间短路故障产生的危害最严重；单相接地短路最常见。相间短路的最基本特征是：故障相流动短路电流，故障相之间的电压为零，保护安装处母线电压降低；接地短路的特征： 1、中性点不直接接地系统 特点是：
①全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。 ②非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压90°。 ③故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电流滞后零序电压90°。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流愈大。 ④故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相间电压。 ⑤故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。 ???因此中性点不直接接地系统中，线路单相故障可以反应零序电压的出现构成零序电压保护；可以反应零序电流的大小构成零序电流保护；可以反应零序功率的方向构成零序功率方向保护。 2、中性点直接接地系统 接地时零序分量的特点： ①故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，中性点接地变压器处零序电压为零。 ②零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻
距离保护整定计算 现以图2所示多电源电网为例,说明三段式距离保护1的整定计算方法。和方向电流保护一样,保护1、3、5为一组2、4、6为另一组,由于各自具有方向性,故只需在同一组保护间进行配合。 图2三段式距离保护整定计算说明图 (a)网络图例;(b)时限特性 保护动作阻抗Z act(一次动作阻抗)的整定计算 1.距离I段 为了保证选择性,保护1瞬时动作的距离I段动作阻抗应按躲过相邻下一元件首端(图 2中的K1、K2点)短路的条件选择,即Z act.1Ⅰ.=K rel Z1L AB 式中K rel—可靠系数,一般取0.8~0.85; Z1--线路每公里的正序阻抗。 按式Z act.1Ⅰ.=K rel Z1L AB整定的距离I段,不管系统运行方式如何变化,其保护范围不变,即保护线路全长的80%一85%,这是电流速断保护无法比拟的, 2、距离Ⅱ段 (1)保护1距离Ⅱ段应与相邻线路BC的距离I段的保护范围相配合,并引人分支系数,考虑助增(或汲出)电流对保护1距离Ⅱ段测量阻抗的影响,即Z act.1Ⅱ=K rel.(Z1L AB+K bar.BC Z act.3Ⅰ) 式中Z act.3Ⅰ一相邻线路保护3距离1段的动作阻抗:
K bar.BC—考虑助增(或线路BC汲出)电流对保护1而言的分支系数,应取可能的最小值K rel—可靠系数,一般取0.8. (2)对于图2(a)所示网络,因与线路AB相邻的还有降压变压器T,故保护1的距离Ⅱ段还应躲过线路末端降压变压器低压侧母线上(图2,a中的K3点)的短路,即Z act.1Ⅱ=K rel.T.(Z1L AB+K bar.T Z T.MIN) 式中Z T.MIN-变压器的最小等值阻抗: K bar.T考虑助增(或变压器汲出)电流对保护1而言的分支系数； K rel.T—与变压器配合的可靠系数,考虑到Z T.MIN有较大偏差,故取K rel.T≈0.7. 按式1和式2算出两个结果,取其中较小者作为Z act.1Ⅱ的整定值,此时t1Ⅱ=t3Ⅰ+△t=0.5s 保护1距离Ⅱ段应按被保护线路AB末端短路校验灵敏系数,即Ksen=Z act.1Ⅱ/Z1L AB>1.3-1.5若灵敏系数不满足要求,可改为与保护3的Ⅱ段配合,即Z act.1Ⅱ=K rel.(Z1L AB+K bar.BC Z act.3Ⅰ) 相应的t1Ⅱ=t3Ⅰ+△t 3.距离Ⅲ段 若采用阻抗继电器作为距离Ⅲ段的测量元件时,则动作阻抗应按躲过最小负荷阻抗整定,以保证正常运行情况下距离Ⅲ段不误动作,即Z act.1Ⅲ=Z L.min/K rel K r K ast 式中K rel可靠系数,取1.2-1,3: K r返回系数,取1.15-1.25 K ast-考虑电动机自起动时使电流增大、电压降低的自起动系数; Z L.min未考虑电动机自起动影响的最小负荷阻抗,其值可按下式计算Z L.min =0.9U rat.ph/I L.max 式中U rat.ph一电网的额定相电压: I L.max未考虑电动机自起动的最大负荷电流,
输电线路距离保护原理及组成 什么是距离保护? 距离保护有时也称阻抗保护。它是一种反应保护安装处至故障点的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时限的微机保护装置。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，故有时又称阻抗保护。路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护Ⅰ、II、III段的保护范围是怎样划分的？ 一般第Ⅰ段保护线路全长约80%-85%，无时限动作。 第Ⅱ段与相邻保护的第Ⅰ段或第Ⅱ段配合整定，动作时限为0.5秒，第Ⅰ、Ⅱ构成主保护。 第Ⅲ段按躲过最大负荷电流整定，作为后备保护，时间与相邻线路配合整定。 三段式距离保护的阶梯型时限特性原理图： 三段式距离保护的工作原理图 距离保护是怎么实现的呢？ 距离保护又称为阻抗保护，主要原理根据故障点和电源之间阻抗来确定故障点的距离，依据为故障电流的大小。距离保护装置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。 取?BR>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。 距离保护的整定与计算： 无论采用何种继电器构成三段式电流保护中的电流速速保护，其整定的原则都是要躲开电动机起动时的起动电流和瞬间过负荷。 继电器一次动作电流的保护定值一般按下式计算：I=KIS式中：K —可靠系数。对于DL型取1.4~1.6，对于GL型取1.8~2.0IS—电动机起动电流，一般取额定电流的5~7倍在整定中，可靠系数和起动倍率如果掌握不好，往往容易造成继电器误动作或拒动，一般情况下，可按以下原则掌握。可靠系数整定主要考虑两个因素。一是电动机是否容易过负荷，容易过负荷的取大值；反之，则取小值。二是电动机与继电器电流测量元件的电气距离 距离保护由哪几部分组成? 距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口的等几个部分组成。 1、启动部分。启动部分用来判别电力系统是否发生故障。 2、测量部分。测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故