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测量元件（阻抗继电器），其值为J U 和J I ，如图8-1所示。
假设保护用的电压互感器和电流互感器的变比均为1，则测量元件感受到的测量阻抗//J J J d Z U I U I Z === 。
又因变比为1，在阻抗继电器上设置的整定阻抗1zd zd Z z l =。
故得出阻抗继电器（也称距离保护）的动作方程/d J J J zd Z Z U I Z ==≤ ( 8-2 )从式（8-2）可知，距离保护是由阻抗继电器来实现阻抗（即距离）的测量，当满足式（8-2）时，说明故障在内部，保护应动作。
如果所用的阻抗继电器不但能测量阻抗的大小，而且能判断故障方向，这种距离保护就称为方向距离保护。
因此它不但能反应输入的工作电流（测量电流）和工作电压（测量电压）的大小，而且能反应它们之间的相角关系。
由于在多电源的复杂电网中，要求测量元件能反应短路故障点的方向，所以方向阻抗继电器就成为距离保护装置中最常用的测量元件，方向距离保护也就成实用性较强的典型保护。
2．距离保护的时限特性为了满足对保护的基本要求，距离保护也构成阶段式。
描述其动作时限t 与故障点至保护安装点间的距离l 的关系曲线称为距离保护的时限特性。
三段式阶梯时限特性如图8-2所示。
图 8-2 距离保护的时限特性距离Ⅰ段，为保证选择性，其保护范围应限制在本线路内。
以保护1为例，它的整定阻抗1zdZ '应小于AB Z ，通常整定为(0.80.85)AB Z 。
由于不必和其他线路的保护配合，故第Ⅰ段动作不需带时限，1t '仅由继电器的固有动作时间决定。
距离Ⅱ段，用以弥补第Ⅰ段之不足，尽快切除本线路末端20%15% 范围内的故障，但为了切除全线上的故障，势必延伸到下一条线路首端部分区域。
为了缩短动作时限，距离Ⅱ段的保护范围要与相邻下一线路距离Ⅰ段配合。
时限也与相邻下一线路的Ⅰ段时限配合。
即12t t t '''=+∆。
距离Ⅰ段和距离Ⅱ段共同作为线路的主保护。
距离Ⅲ段，作为本线路的近后备及相邻线路的远后备。
其时限可按12t t t '''''=+∆来配合。
在超高压网络中，为简化距离保护的接线，也可采用只有Ⅰ、Ⅱ段或Ⅱ、Ⅲ段的两段式简化距离保护。
3．距离保护的主要组成元件距离保护一般由起动元件、闭锁元件、测量元件、逻辑元件及执行元件几大部分组成（如图5-3），分述于下：1）起动元件：其主要作用是故障时才起动保护，即为保护的各段准备好跳闸回路；起动切换回路以切换Ⅰ、Ⅱ段共用阻抗继电器的电压回路。
2）闭锁元件：其主要作用是实施振荡闭锁和电压回路断线闭锁，防止距离保护误动作（本图未表示）。
3）测量元件：测量故障的远近从而以相应的时限跳闸。
一般Ⅰ、Ⅱ段共用的一个方向距离元件构成，本实验为由Ⅰ、Ⅱ段组成的两段式方向距离保护中的ZKJ AB 构成。
4）逻辑元件：由Ⅱ段时间元件及若干与、或、与非门、延时电路构成。
其作用是实现Ⅱ段的延时及组成一系列条件的判断以决定保护的行为。
5）执行元件：包括出口、信号、切换等其他功能。
在上述距离保护的主要组成元件中，测量元件的整定调试是首先要求做好的一项重要工作，因此通过下面整定与调试实验掌握其具体的操作方法。
图8-3 相间距离保护简化原理框图四、实验设备(一)相间距离保护实验，调试整定值的设置(计算) 1．网络及参数设置距离保护网络如图8-4所示，主要参数如下：1）线路的正序阻抗10.4/z Km =Ω，阻抗角65l φ= 。
2）线路AB 、BC 装设距离保护。
Ⅰ、Ⅱ段阻抗测量及起动元件采用方向阻抗继电器。
并采用0 接线。
3）线路AB ：max 500fh I A =，600/1TA n =；线路BC ：max 400fh I A =，500/1TA n =；110/0.1TA n =。
4）线路上负荷的自起动系数2zq K =，负荷的功率因数，cos 0.9(26)φφ== 。
5）变压器b 装设有能保护整个变压器的无时限纵差动保护。
本实验以A 变电站4号保护为例计算相间距离Ⅰ、Ⅱ段的起动阻抗；校验其第Ⅱ段的灵敏度；整定其第Ⅱ段时限；针对Ⅰ、Ⅱ段距离保护的要求对阻抗继电器的整定阻抗及DKB 、YB 的插孔位置进行实际调试。
图8-4 实验算例的网络图2．距离保护4号Ⅰ段动作阻抗整定值1）距离Ⅰ段一次起动阻抗值整定值的计算方法4号保护无分支线：只需按躲开本线路末端d 1点短路整定4dzk AB Z K Z '= (8-3) 11k K βδ=++ (8-4)式中：β为阻抗继电器的正误差，通常取0.05β=；δ为电流电压互感器的误差，通常取0.08δ=。
此外，线路参数AB Z 的值也有影响，当经过实测时取0.85k K =，未经实测时一般取0.8k K =。
2）距离Ⅰ段一次起动阻抗整定值计算实例410.850.44515.3dzk AB Z K z l '==⨯⨯=Ω 3．距离保护4号Ⅱ段动作阻抗、灵敏度校验及动作时间设置1）距离Ⅱ段的配合计算与校验方法 1.1）距离Ⅱ段起动阻抗的计算方法： a ．与相邻下一条线路距离Ⅰ段配合4min 3dzk AB k fz dz Z K Z K K Z ''''=+ (8-5) 式中，k K 一般取0.85，kK '取0.8（计及两条线路阻抗角可能不等；相邻线阻抗继电器的正负不同的误差），min fz K 是相邻线路第Ⅰ段保护范围末端短路时最小分支系数。
b ．躲开线路末端变电所变压器低压母线上短路（d 3）整定4min ()dz k AB fz b Z K Z K Z ''=+ （8-6） 式中：k K 取0.7，b Z 为二台变压器b 的阻抗。
计算后，取以上两式中数值较小者。
1.2)动作时限配合方法：4号保护距离Ⅱ段的动作时限应比,相邻线路距离Ⅰ段的时限及线路末端变压器速动保护的时限大一个t ∆，一般取0.50.6s 。
1.3)灵敏度检验方法：4号保护距离Ⅱ段灵敏度按线路末端发生金属性短路来校验：44/ 1.3 1.5Lm dz AB K Z Z ''''= ≥ (8-7)如果按a 、b 二项条件所取的起动值4dz Z ''不能满足灵敏系数的要求，应将第Ⅱ段的起动值与下一条线路的第Ⅱ段配合，即：4min 3dzk AB k fz dz Z K Z K K Z '''''=+ (8-8) 式中, k K 取 0.85，kK '取0.8；3dz Z ''为相邻线保护3第Ⅱ段的起动阻抗；min fz K 为相邻线末端短路时，实际可能的最小分支系数。
动作时限，应与下一条线路Ⅱ段时限配合。
2）距离保护Ⅱ段整定的计算实例 2.1）距离Ⅱ段一次起动阻抗计算： 与保护3距离Ⅰ段配合310.850.45318.02dzk BC Z K z l '==⨯⨯=Ω 对于4号保护，依据其背侧A 系统的运行方式及对端B 系统的运行方式，可确定出当B 系统断开时，相邻线路第Ⅰ段保护范围末端短路时出现最小分支系数min 1fz K =。
4min 30.85180.8118.0229.72dzk AB k fz dz Z K Z K K Z ''''=+=⨯+⨯⨯=Ω 与对端变压器速动保护配合4min ()dzk AB fz b Z K Z K Z ''=+ 式中22%110.511042.352100210015d e b e U U Z S ⨯===Ω⨯⨯⨯，40.7(0.445142.35)42.25dzZ ''=⨯⨯+⨯=Ω。
为保证选择性，应取上述两项中较小的计算值作为Ⅱ段的定值，所以429.72dzZ ''=Ω 2.2）距离Ⅱ段灵敏度校验：4429.72/ 1.65 1.3 1.50.445Lm dz AB K Z Z ''''===>⨯可见灵敏性满足要求。