距離保護概念

該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。

用電壓與電流的比值（即阻抗）構成的繼電保護，又稱阻抗保護，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值：U/I=Z，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。距離保護分為接地距離保護和相間距離保護等。

距離保護分的動作行為反映保護安裝處到短路點距離的遠近。與電流保護和電壓保護相比，距離保護的性能受系統(tǒng)運行方式的影響較小。

當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短;當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗大，動作時間就增長，這樣保證了保護有選擇性地切除故障線路。距離保護的動作時間 （t）與保護安裝處至短路點距離（l）的關系t=f（l），稱為距離保護的時限特性。為了滿足繼電保護速動性、選擇性和靈敏性的要求，廣泛采用具有三段動作范圍的時限特性。三段分別稱為距離保護的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，它們分別與電流速斷、限時電流速斷及過電流保護相對應。

距離保護的第Ⅰ段是瞬時動作的，它的保護范圍為本線路全長的80～85%；第Ⅱ段與限時電流速斷相似，它的保護范圍應不超出下一條線路距離第Ⅰ段的保護范圍，并帶有高出一個△t的時限以保證動作的選擇性;第Ⅲ段與過電流保護相似，其起動阻抗按躲開正常運行時的負荷參量來選擇，動作時限比保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個△t。

（1）測量部分，用于對短路點的距離測量和判別短路故障的方向。

（2）啟動部分，用來判別系統(tǒng)是否處于故障狀態(tài)。當短路故障發(fā)生時，瞬時啟動保護裝置。有的距離保護裝置的啟動部分兼起后備保護的作用。

（3）振蕩閉鎖部分，用來防止系統(tǒng)振蕩時距離保護誤動作。

（4）二次電壓回路斷線失壓閉鎖部分，當電壓互感器（TV）二次回路斷線失壓時，它可防止由于阻抗繼電器動作而引起的保護誤動作。但當TV斷線時保護可以選擇投/退“TV斷線相過流保護”。

（5）邏輯部分，用來實現(xiàn)保護裝置應有的性能和建立各段保護的時限。

（6）出口部分，包括跳閘出口和信號出口，在保護動作時接通跳閘回路并發(fā)出相應的信號。

一般情況下，距離保護裝置由以下4種元件組成。①起動元件：在發(fā)生故障的瞬間起動整套保護，并可作為距離保護的第Ⅲ段。起動元件常取用過電流繼電器或低阻抗繼電器。②方向元件：保證保護動作的方向性，防止反方向故障時保護誤動作。方向元件可取用單獨的功率方向繼電器，也可取用功率方向繼電器與距離元件結合構成方向阻抗繼電器。③距離元件：距離保護裝置的核心部分。它的作用是量測短路點至保護安裝處的距離。一般采用阻抗繼電器。④時限元件：配合短路點的遠近得到所需的時限特性，以保證保護動作的選擇性。一般采用時間繼電器。

阻抗繼電器的類型很多，實現(xiàn)原理也不盡相同。最常用的有全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、具有偏移特性的阻抗繼電器等。它們的起動特性在阻抗復平面上是一個圓（見圖）。圓的大小根據(jù)整定值調(diào)整繼電器得到。當阻抗繼電器量測到的阻抗落在圓內(nèi)時，繼電器起動；當量測到的阻抗落在圓外時，繼電器不動。阻抗繼電器的動作特性除圓以外還有直線特性、割線特性、平行四邊形特性等。

用作相間故障的距離保護一般采用0°接線，接入阻抗繼電器的電量為同名相的兩相電壓差與兩相電流差，即AB與A-B（BC與B-C，CA與C-A）。量測到的是至故障點的線路正序阻抗，與距離成正比。對于長距離輸電線路的距離保護的起動元件，為了得到較好的避越負荷的能力，送電端的阻抗繼電器可采用-30°接線方式，即接入電量為AB與-B；受電端的阻抗繼電器可采用 30°接線，即接入電量為AB與A。用作接地短路的距離保護要考慮零序電流引起的電壓降落，必須采用零序補償。接入阻抗繼電器的電量應為同名相電壓與同名相電流加零序補償，即A與A 3。式中k為線路每相相間互感阻抗與正序阻抗之比，I₀為零序電流。

任何阻抗繼電器均需克服機械阻力或閾電壓才能動作，所以輸入繼電器的電流不能太小。輸入繼電器的電流較小時，繼電器的起動阻抗將下降，使距離繼電器的實際保護范圍縮短，這將影響到與相鄰線路距離元件的配合，甚至引起非選擇性動作。為把起動阻抗的誤差限制在一定范圍內(nèi)，規(guī)定了精確工作電流這一指標。當輸入電流等于閾電壓時，繼電器的起動阻抗下降到整定值的90%；當輸入電流大于閾電壓時，就可保證起動阻抗的誤差在10%以內(nèi)。因此精確工作電流愈小，則繼電器愈靈敏。對于方向阻抗繼電器，在近處發(fā)生短路時存在電壓死區(qū)，即繼電器拒絕動作。為了改善它的動作性能，常采用極化回路以消除電壓死區(qū)。當系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，靠近系統(tǒng)振蕩中心處的距離保護所測得的電壓很低、電流很大，即阻抗很小。為避免在系統(tǒng)振蕩時距離保護裝置誤動作，應加設振蕩閉鎖裝置。在電壓互感回路斷線時也將造成距離保護誤動作，也應增設閉鎖元件。 2100433B

接地距離保護原理特性

距離保護和電流保護一樣是反應輸電線路一側電氣量變化的保護。在電網(wǎng)中，將輸電線路一側的電壓、電流加到阻抗繼電器中，阻抗繼電器反應的是它們的比值，稱之為阻抗繼電器的測量阻抗。

反應輸電線路一側電氣量變化的保護一定要滿足兩個條件。首先，它必須區(qū)分正常運行和短路故障。其次，它應該能反應短路點的遠近。正常運行時，加在阻抗繼電器上的電壓是額定電壓，電流是負荷電流。阻抗繼電器的測量阻抗是負荷阻抗。短路時，加在阻抗繼電器上的電壓是母線處的殘壓，電流是短路電流。阻抗繼電器的測量阻抗是短路阻抗，。由于，，因而。所以，阻抗繼電器的測量阻抗可以區(qū)分正常運行和短路故障。如果在K點發(fā)生金屬性短路，短路點到保護安裝處的阻抗為，流過保護的電流為，則保護安裝處的電壓為。阻抗繼電器的測量阻抗是。這說明阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點到保護安裝處的阻抗，也就是反應了短路點的遠近。所以可以用它來構成反應一側電氣量的保護。

由于阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點的遠近，也就是反應了短路點到保護安裝處的距離，所以把以阻抗繼電器為核心構成的反應輸電線路一側電氣量變化的保護稱做距離保護。

距離保護相對于電流保護來說，其突出的優(yōu)點是受運行方式變化的影響小。距離保護第Ⅰ段只保護本線路的一部份，在保護范圍內(nèi)金屬性短路時，一般在短路點到保護安裝處之間沒有其它分支電流，所以它的測量阻抗完全不受運行方式變化的影響。距離保護第Ⅱ、Ⅲ段其保護范圍伸到相鄰線路上，在相鄰線路上發(fā)生短路時，由于在短路點和保護安裝處之間可能存在分支電流，所以它們在一定程度上將受運行方式變化的影響。

由于阻抗繼電器的測量阻抗可以反應短路點的遠近，所以可以做成階梯型時限特性。短路點越近，保護動作得越快；短路點越遠，保護動作得越慢。第Ⅰ段按躲過本線路末端短路（本質上是躲過相鄰元件出口短路）繼電器的測量阻抗(也就是本線路阻抗)整定。它只能保護本線路的一部份，其動作時間是保護的固有動作時間（軟件算法時間），不帶專門的延時。第Ⅱ段應該可靠保護本線路的全長，它的保護范圍將伸到相鄰線路上，其定值一般按與相鄰元件的瞬動段例如相鄰線路的第Ⅰ段定值相配合整定。第Ⅲ段除作為本線路Ⅰ、Ⅱ段的后備外，也作為相鄰元件保護的后備。所以它除了在本線路末端短路要有足夠的靈敏度外，在相鄰元件末端短路也應有足夠的靈敏度，其定值一般按與相鄰線路Ⅱ、Ⅲ段定值相配合并躲最小負荷阻抗整定。

接地距離保護一般公式

在系統(tǒng)中，線路上K點發(fā)生短路。保護安裝處的相電壓應該是短路點的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和。輸電線路上該相的壓降是該相上的正序、負序、和零序壓降之和。如果考慮到輸電線路的正序阻抗等于負序阻抗，保護安裝處相電壓的計算公式為：

（2-8）

式中——相。A、B、C。

、、——流過保護的該相的正序、負序、零序電流。

、、——短路點到保護安裝處的正、負、零序阻抗。

K——零序電流補償系數(shù)。。為輸電線路相間的互感阻抗。

——短路點的該相電壓。

——輸電線路上該相從短路點到保護安裝處的壓降。

保護安裝處的相間電壓可以認為是保護安裝處的兩個相電壓之差。考慮到如（2-8）式所示的相電壓的計算公式后，保護安裝處相間電壓的計算公式為：

（2-9）

式中——兩相相間。、BC、CA。

——短路點的相間電壓。

——兩相電流差。

——輸電線路上從短路點到保護安裝處的兩相壓降之差。兩相上的項相抵消。

（2-8）、（2-9）兩式是短路時保護安裝處電壓計算的一般公式。

接地距離保護分析

工作電壓

極化電壓

動作方程(2-10)

1.正方向故障

正向單相接地短路。以為例。

分析A相接地阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用系統(tǒng)圖里的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓：

式中：

、、是正、負、零序電流分配系數(shù)。動作方程：

（2-11）

動作方程對應的動作特性是以（ ）和兩點的連線為直徑的圓。該圓向第Ⅲ象限帶有偏移。

2.反方向故障：

反向單相接地短路。以為例。

分析A相接地阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流：

（2-12）

(2-13)

式中的表達式如上式所示。其值在0.75到0.87之間。是保護正方向的等值阻抗。

將（2-12）和（2-13）兩式代入動作方程(2-10)，并消去分子分母中的得：

動作方程對應的動作特性是以（ ）和兩點的連線為直徑的圓。該圓向第Ⅰ象限上拋，遠離了座標原點。

當反方向發(fā)生單相接地短路時，繼電器的測量阻抗落在第Ⅲ象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測量阻抗進入第Ⅱ象限也進入不了圓內(nèi)。所以在反向發(fā)生單相接地短路時該繼電器有良好的方向性。