距离保护原理概述

 

距离保护是反映故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护。故障点距保护安装处越近，保护的动作时间就越短，反之就越长，从而保证动作的选择性。测量故障点至保护安装处的距离，实际上就是用阻抗继电器测量故障点至保护安装处的阻抗。因此，距离保护也叫阻抗保护。

1 、距离保护的原理

保护安装处母线电压与线路电流之比称为测量阻抗。

故障时，反映了保护安装处至故障点的阻抗。将此测量阻抗与整定阻抗 Z set 进行比较， 当 Z m < Z set 时，说明故障点在保护范围内，保护动作；当 Z m > Z set 时，说明故障点在保护范围外，保护不动作。

测量阻抗只与故障点到保护安装处的距离 l 成正比，基本不受运行方式的影响。所以距离保护的范围基本不随运行方式变化而变化。 目前广泛采用的是三段式阶梯型距离保护。距离保护 I 、 II 、 III 段的整定计算与上一期的零序保护类似。

为保证选择性， 距离 I 段保护范围为被保护线路全场的 80%~85% ，瞬时动作。距离 II 段的保护范围为被保护线路的全长及下一段线路的 30%~40% ，动作时限要与下一线路的距离 I 段动作时限配合，大一个时限级差 0.5s 。距离三段为后备保护，其保护范围较长，一般包括本线路及下一线路全长，动作时限比下一线路距离 II 段相配合。

如图所示，当 K 点发生短路故障时，从保护 2 安装处到 K 点的距离为 L 2 ，保护 2 将以 t 2 I 的时限动作；从保护 1 安装处到 K 点的距离为 L 1 ，保护 1 将以 t 1 II 的时间动作， t 1 II > t 2 I ，保护 2 将动作跳闸，切除故障。 所以离故障点近的保护总是先动作 ，因此在复杂网络中保证了动作的选择性。

2 、保护安装处电压计算公式

线路上 K 点发生短路时，保护安装处的某相的相电压应该是该相故障点电压与该相线路压降之和。如果假设线路的正序阻抗 Z 1 等于负序阻抗 Z 2 ，则 保护安装处相电压的计算公式为 ：

这里的 k 为零序补偿系数， k 3 I 0 的物理意义是三相零序电流在输电线路的相间互感阻抗上的压降。 通过推到可以理解的更清楚，在此就不做详细讨论了。

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。根据相电压的计算公式， 保护安装处相间电压的计算公式为  ：

这两个公式都是适用于在任何短路故障类型下，对故障相或非故障相的相电压、相间电压的计算。

3 、汲出电流和助增电流的影响

当保护安装处与故障点之间有分支电源时，如图所示，分支电源将向故障点 K 送短路电流 I CB ，使流过故障线路的电流 I BK = I AB + I CB ，大于实际流过保护 1 的电流 I AB ，所以 I CB 称作 助增电流 。

由于助增电流的存在，使保护1的距离II段测量到的电流偏小，测量阻抗增大，保护范围缩小。这就降低了保护灵敏性，但并不影响与下一线路距离I段配合的选择性。

为了减小助增电流对保护1距离II段的影响，在整定计算是，可以在II段引入一个大于1的分值系数，适当增大距离II段的动作阻抗，抵消助增电流带来的影响。

若保护安装处与短路点间链接的不是分支电压，而是负荷，那么在图中电网中，当 K 点发生短路，由 A 侧电压供给的短路电流 I AB ，在母线 B 处分为两路，其中 I BK2 直接送至短路点， I BK1 经非故障线路送至短路点。这样，流过故障线路的电流 I BK2 = I AB - I BK1 ，小于流过保护 1 的电流 I AB ，故 I BK1 称作 汲出电流 。

与助增电流正相反， 汲出电流使保护 1 的距离 II 段测量到的电流偏大，测量阻抗减小，保护范围扩大。这可能导致保护无选择性动作。

为了减小助增电流对保护1距离II段的影响，在整定计算是，可以在II段引入一个小于1的分支系数，抵消汲出电流带来的影响。

4 、振荡的影响

并联运行的电力系统或发电厂之间因短路切除太慢或遭受较大冲击时出现功率角大范围周期变化的现象，称为 电力系统振荡 。

电力系统振荡时，在一段时间内，振荡电流很大，而保护安装处母线电压却很小，这样会造成测量阻抗落在动作范围内（持续大约半个振荡周期）。因此， 通常对动作时限较短的距离 I 、 II 段装设振荡闭锁回路，以防止距离保护在系统振荡时误动作。而对距离 III 段因动作时限较长，可以不考虑振荡影响。

首先来看看 电力系统振荡和短路的主要区别 ：

（1）振荡时，电流和各点电压幅值均呈现周期性变化；而短路后，短路电流和各点电压幅值不变。

（2）振荡时，电流和电压的变化速度较慢；而短路时，电流是突然增大，电压也是突然降低，变化速度很快；

（3）振荡时，三相完全对称，系统中无负序分量；而短路时，会长时间或瞬时出现负序分量。

（4）振荡时，电压、电流的相位关系是变化的；而短路后，电流和电压间的相位关系不变。

根据以上区别， 振荡闭锁可以分为两种，一种是利用负序分量的出现与否来实现，另一种是利用电流、电压的变化速度不同来实现 。

例如，当系统发生振荡时，由于测量阻抗逐渐减小，因此III段先启动，II段再启动，最后I段启动。而当保护范围内部故障时，测量阻抗突然减小，因此III、II、I段将同时启动。根据以上区别，可构成振荡闭锁回路，基本原理是：当I、II和III段同时启动时，允许I、II段动作与跳闸；而当III段先启动，经延时后，II、I段才启动时，则把I、II段闭锁，不允许它们动作于跳闸。

5 、过渡电阻的影响

之前分析的，各种短路都是按金属性短路考虑的。实际上，在短路点往往存在着 过渡电阻 R cro 。 对于相见故障，过渡电阻是故障电流从一相至另一相的各部分电阻总和，其中主要是电弧电阻；对于接地短路，过渡电阻主要是杆塔接地电阻。 过渡电阻的存在通常使得测量阻抗增大，保护范围缩小，使保护灵敏性降低。

6 、电压回路断线的影响

二次电压回路断线，将使阻抗继电器是去测量电压，造成测量阻抗 Z k =0 的假象，使阻抗继电器误动作。 为避免这种误动作，需考虑二次电压回路断线闭锁的问题。当电压回路发生断线失压时，将距离保护闭锁不动作。

最后为阶段式距离保护的简易逻辑框图，便于大家理解。

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