距离保护的构成与运行解析

1.距离保护的引入

如图3−1−1所示，k 点短路时，短路电流随着系统运行方式的变化，系统的等值阻抗 Zs 变化范围越大，反映到短路电流与故障距离的曲线上，就是最大短路电流曲线与最小短路电流曲线的间距越大，可能导致电流保护在最小运行方式下没有保护区（图3−1−1所示最小短路电流曲线继续向下平移），也就是电流保护的灵敏度很低。同理可得，电压保护或者零序电流保护同样受系统运行方式的影响。

图3−1−1　电流保护灵敏度受运行方式的影响分析

如图3−1−1所示，M 母线的电压与电流在k 点发生三相短路时，有如下关系：

即

式中 lk ——保护安装处到故障点的距离；

z——线路每千米阻抗。

由式（3−1−1）可知，保护安装处的电压、电流的比值与其到故障点的距离成正比，且与系统的运行方式无关。距离保护就是利用该比值判断故障的一种保护，且不受系统运行方式的影响，可以获得较为稳定的灵敏度。

2.距离保护概述

1）距离保护的基本概念

距离保护是反映故障点到保护安装处的距离，并根据该距离的远近确定动作时限的一种继电保护装置。短路点越靠近保护安装处，其测量阻抗越小，保护的动作时限越短，反之，短路点越远，其测量阻抗越大，保护的动作时限就越大。

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，故有时又称为阻抗保护。该阻抗为被保护线路始端电压和线路电流的比值，用来完成这一测量任务的元件称为阻抗继电器。

2）距离保护的工作原理

在线路正常运行时，加在阻抗继电器上的电压为额定电压，电流 为负荷电流，此时测量阻抗就是负荷阻抗其值较大；当 系统短路时，由阻抗继电器完成电压、电流的比值测量，测量阻抗等于保护安装处到短路点的线路阻抗（短路阻抗），通常将该比值称为阻抗继电器的测量阻抗，其值较小，而且故障点越靠近保护安装处，其值越小。当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗Zset 时，保护动作。

图3−1−1所示的k 点短路时，加在阻抗继电器上的电压为母线的残压k，电流为短路电流，阻抗继电器的一次测量阻抗就是短路阻抗 故利用阻抗继电 器的测量阻抗可以区分故障与正常运行状态，并且能够判断出故障的远近。

距离保护的基本原理（微课）（视频）

由式（3−1−1）可知，故障距离越远，测量阻抗越大，因此测量阻抗越大，保护动作时间应当越长，并采用三段式距离保护来满足继电保护的基本要求。三段式距离保护的动作原则与电流保护类似。距离保护的阶梯形时限特性如图3−1−2所示。

图3−1−2　距离保护的阶梯形时限特性

距离保护的Ⅰ段是瞬时动作的，为保证选择性，保护区不能伸出本线路，其起动阻抗的整定值必须躲开短路点所测量到的阻抗，即测量阻抗小于本线路Ⅰ段动作时的阻抗。考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数距离保护Ⅰ段动作阻抗为(www.xing528.com)

为了切除本线路末端15%～20%的故障，就需要设置距离保护Ⅱ段。为了保证选择性，保护区就不能伸出下一线路距离保护Ⅰ段的保护范围，即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路Ⅰ段动作阻抗之和时动作，同时高出相邻线路距离保护Ⅰ段一个 tΔ 的时限动作。引入可靠系数（一般取0.8），距离保护Ⅱ段的动作阻抗为

距离保护Ⅰ段和Ⅱ段的联合工作构成本线路的主保护。

距离保护Ⅲ段除了作为本线路的近后备保护，还要作为相邻线路的远后备保护，所以除了在本线路故障有足够的灵敏度，相邻线路故障也要有足够的灵敏度，其测量阻抗小于负荷阻抗时起动，故动作阻抗小于最小的负荷阻抗。动作时间与电流保护Ⅲ段时间有相同的配置原则，即大于相邻线路最长的动作时间。

3）距离保护的组成

与电流保护类似，目前电网中应用的距离保护装置，一般也采用阶梯时限配合的三段式配置方式。如图3−1−3所示，距离保护一般由起动元件、阻抗测量元件（ZI 、ZII 、ZIII ）、时限元件（tII 、tIII ）、振荡闭锁元件、电压二次回路断线闭锁元件、配合逻辑和出口等几部分组成，它们的作用分述如下：

（1）电压二次回路断线闭锁元件。由和可知，当电压二次回路断线时保护会误 动作。为防止电压二次回路断线时保护误动作，当出现电压二次回路断线时就可将距离保护闭锁。

图3−1−3　三段式距离保护原理框图

（2）起动元件。被保护线路发生短路故障时，立即起动整套保护装置，以判断被保护线路是否发生故障。采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。

（3）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段阻抗测量元件ZI 、Z II、ZIII 由阻抗继电器实现，用来测量故障点到保护安装处阻抗的大小（距离的长短），以判断故障是否发生在保护范围内，决定保护是否动作。

（4）振荡闭锁元件。振荡闭锁元件用来防止当电力系统发生振荡时距离保护误动作。在正常运行或系统发生振荡时，振荡闭锁元件可将保护闭锁，而当系统发生短路故障时，解除闭锁开放保护，所以振荡闭锁元件又可被理解为故障开放元件。

（5）时限元件。时限元件根据保护间配合的需要和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：起动元件不起动，保护装置处于闭锁状态。

当被保护线路发生故障时，起动元件起动，振荡闭锁元件开放，ZI 、 ZII 、Z III 测量故障点到保护安装处的阻抗，在保护范围内故障，保护出口跳闸。

不一样的距离保护

3.距离保护与电流保护的主要差别

（1）测量元件采用阻抗元件而不是电流元件。

（2）电流保护中不设专门的起动元件，而是与测量元件合二为一；距离保护中每相均有独立的起动元件，可以提高保护的可靠性。

（3）电流保护只反映电流的变化，而距离保护既反映电流的变化（增加）又反映电压的变化（降低），其灵敏度明显高于电流保护。

（4）电流保护的保护范围与系统运行方式和故障类型有关，而距离保护的保护范围基本上不随系统运行方式变化，较稳定。