距离保护

一般情况下，距离保护装置由以下4种元件组成。①起动元件：在发生故障的瞬间起动整套保护，并可作为距离保护的第Ⅲ段。起动元件常取用过电流继电器或低阻抗继电器。②方向元件：保证保护动作的方向性，防止反方向故障时保护误动作。方向元件可取用单独的功率方向继电器，也可取用功率方向继电器与距离元件结合构成方向阻抗继电器。③距离元件：距离保护装置的核心部分。它的作用是量测短路点至保护安装处的距离。一般采用阻抗继电器。④时限元件：配合短路点的远近得到所需的时限特性，以保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。

该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短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。

用电压与电流的比值（即阻抗）构成的继电保护，又称阻抗保护，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值：U/I=Z，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。距离保护分为接地距离保护和相间距离保护等。

距离保护分的动作行为反映保护安装处到短路点距离的远近。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。

（1）测量部分，用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向。

（2）启动部分，用来判别系统是否处于故障状态。当短路故障发生时，瞬时启动保护装置。有的距离保护装置的启动部分兼起后备保护的作用。

（3）振荡闭锁部分，用来防止系统振荡时距离保护误动作。

（4）二次电压回路断线失压闭锁部分，当电压互感器（TV）二次回路断线失压时，它可防止由于阻抗继电器动作而引起的保护误动作。但当TV断线时保护可以选择投/退“TV断线相过流保护”。

（5）逻辑部分，用来实现保护装置应有的性能和建立各段保护的时限。

（6）出口部分，包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。

任何阻抗继电器均需克服机械阻力或阈电压才能动作，所以输入继电器的电流不能太小。输入继电器的电流较小时，继电器的起动阻抗将下降，使距离继电器的实际保护范围缩短，这将影响到与相邻线路距离元件的配合，甚至引起非选择性动作。为把起动阻抗的误差限制在一定范围内，规定了精确工作电流这一指标。当输入电流等于阈电压时，继电器的起动阻抗下降到整定值的90%；当输入电流大于阈电压时，就可保证起动阻抗的误差在10%以内。因此精确工作电流愈小，则继电器愈灵敏。对于方向阻抗继电器，在近处发生短路时存在电压死区，即继电器拒绝动作。为了改善它的动作性能，常采用极化回路以消除电压死区。当系统发生振荡时，靠近系统振荡中心处的距离保护所测得的电压很低、电流很大，即阻抗很小。为避免在系统振荡时距离保护装置误动作，应加设振荡闭锁装置。在电压互感回路断线时也将造成距离保护误动作，也应增设闭锁元件。 2100433B

用作相间故障的距离保护一般采用0°接线，接入阻抗继电器的电量为同名相的两相电压差与两相电流差，即AB与A-B（BC与B-C，CA与C-A）。量测到的是至故障点的线路正序阻抗，与距离成正比。对于长距离输电线路的距离保护的起动元件，为了得到较好的避越负荷的能力，送电端的阻抗继电器可采用-30°接线方式，即接入电量为AB与-B；受电端的阻抗继电器可采用 30°接线，即接入电量为AB与A。用作接地短路的距离保护要考虑零序电流引起的电压降落，必须采用零序补偿。接入阻抗继电器的电量应为同名相电压与同名相电流加零序补偿，即A与A 3。式中k为线路每相相间互感阻抗与正序阻抗之比，I₀为零序电流。

当短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，其测量阻抗大，动作时间就增长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时间 （t）与保护安装处至短路点距离（l）的关系t=f（l），称为距离保护的时限特性。为了满足继电保护速动性、选择性和灵敏性的要求，广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，它们分别与电流速断、限时电流速断及过电流保护相对应。

距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80～85%；第Ⅱ段与限时电流速断相似，它的保护范围应不超出下一条线路距离第Ⅰ段的保护范围，并带有高出一个△t的时限以保证动作的选择性;第Ⅲ段与过电流保护相似，其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择，动作时限比保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t。

阻抗继电器的类型很多，实现原理也不尽相同。最常用的有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、具有偏移特性的阻抗继电器等。它们的起动特性在阻抗复平面上是一个圆（见图）。圆的大小根据整定值调整继电器得到。当阻抗继电器量测到的阻抗落在圆内时，继电器起动；当量测到的阻抗落在圆外时，继电器不动。阻抗继电器的动作特性除圆以外还有直线特性、割线特性、平行四边形特性等。

接地距离保护原理特性

距离保护和电流保护一样是反应输电线路一侧电气量变化的保护。在电网中，将输电线路一侧的电压、电流加到阻抗继电器中，阻抗继电器反应的是它们的比值，称之为阻抗继电器的测量阻抗。

反应输电线路一侧电气量变化的保护一定要满足两个条件。首先，它必须区分正常运行和短路故障。其次，它应该能反应短路点的远近。正常运行时，加在阻抗继电器上的电压是额定电压，电流是负荷电流。阻抗继电器的测量阻抗是负荷阻抗。短路时，加在阻抗继电器上的电压是母线处的残压，电流是短路电流。阻抗继电器的测量阻抗是短路阻抗，。由于，，因而。所以，阻抗继电器的测量阻抗可以区分正常运行和短路故障。如果在K点发生金属性短路，短路点到保护安装处的阻抗为，流过保护的电流为，则保护安装处的电压为。阻抗继电器的测量阻抗是。这说明阻抗继电器的测量阻抗反应了短路点到保护安装处的阻抗，也就是反应了短路点的远近。所以可以用它来构成反应一侧电气量的保护。

由于阻抗继电器的测量阻抗反应了短路点的远近，也就是反应了短路点到保护安装处的距离，所以把以阻抗继电器为核心构成的反应输电线路一侧电气量变化的保护称做距离保护。

距离保护相对于电流保护来说，其突出的优点是受运行方式变化的影响小。距离保护第Ⅰ段只保护本线路的一部份，在保护范围内金属性短路时，一般在短路点到保护安装处之间没有其它分支电流，所以它的测量阻抗完全不受运行方式变化的影响。距离保护第Ⅱ、Ⅲ段其保护范围伸到相邻线路上，在相邻线路上发生短路时，由于在短路点和保护安装处之间可能存在分支电流，所以它们在一定程度上将受运行方式变化的影响。

由于阻抗继电器的测量阻抗可以反应短路点的远近，所以可以做成阶梯型时限特性。短路点越近，保护动作得越快；短路点越远，保护动作得越慢。第Ⅰ段按躲过本线路末端短路（本质上是躲过相邻元件出口短路）继电器的测量阻抗(也就是本线路阻抗)整定。它只能保护本线路的一部份，其动作时间是保护的固有动作时间（软件算法时间），不带专门的延时。第Ⅱ段应该可靠保护本线路的全长，它的保护范围将伸到相邻线路上，其定值一般按与相邻元件的瞬动段例如相邻线路的第Ⅰ段定值相配合整定。第Ⅲ段除作为本线路Ⅰ、Ⅱ段的后备外，也作为相邻元件保护的后备。所以它除了在本线路末端短路要有足够的灵敏度外，在相邻元件末端短路也应有足够的灵敏度，其定值一般按与相邻线路Ⅱ、Ⅲ段定值相配合并躲最小负荷阻抗整定。

接地距离保护一般公式

在系统中，线路上K点发生短路。保护安装处的相电压应该是短路点的该相电压与输电线路上该相的压降之和。输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序、和零序压降之和。如果考虑到输电线路的正序阻抗等于负序阻抗，保护安装处相电压的计算公式为：

（2-8）

式中——相。A、B、C。

、、——流过保护的该相的正序、负序、零序电流。

、、——短路点到保护安装处的正、负、零序阻抗。

K——零序电流补偿系数。。为输电线路相间的互感阻抗。

——短路点的该相电压。

——输电线路上该相从短路点到保护安装处的压降。

保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的两个相电压之差。考虑到如（2-8）式所示的相电压的计算公式后，保护安装处相间电压的计算公式为：

（2-9）

式中——两相相间。、BC、CA。

——短路点的相间电压。

——两相电流差。

——输电线路上从短路点到保护安装处的两相压降之差。两相上的项相抵消。

（2-8）、（2-9）两式是短路时保护安装处电压计算的一般公式。

接地距离保护分析

工作电压

极化电压

动作方程(2-10)

1.正方向故障

正向单相接地短路。以为例。

分析A相接地阻抗继电器。假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流。用系统图里的参数来表达工作电压和极化电压：

式中：

、、是正、负、零序电流分配系数。动作方程：

（2-11）

动作方程对应的动作特性是以（ ）和两点的连线为直径的圆。该圆向第Ⅲ象限带有偏移。

2.反方向故障：

反向单相接地短路。以为例。

分析A相接地阻抗继电器。假设短路前空载，下面各式中的电流都是故障分量电流：

（2-12）

(2-13)

式中的表达式如上式所示。其值在0.75到0.87之间。是保护正方向的等值阻抗。

将（2-12）和（2-13）两式代入动作方程(2-10)，并消去分子分母中的得：

动作方程对应的动作特性是以（ ）和两点的连线为直径的圆。该圆向第Ⅰ象限上抛，远离了座标原点。

当反方向发生单相接地短路时，继电器的测量阻抗落在第Ⅲ象限。即使在反方向出口或母线发生短路，过渡电阻的附加阻抗是阻容性的话，测量阻抗进入第Ⅱ象限也进入不了圆内。所以在反向发生单相接地短路时该继电器有良好的方向性。