距離保護(hù)阻抗繼電器

阻抗繼電器的類型很多，實(shí)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(fù)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(dāng)阻抗繼電器量測到的阻抗落在圓內(nèi)時，繼電器起動；當(dāng)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。

一般情況下，距離保護(hù)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(hù)，并可作為距離保護(hù)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(hù)動作的方向性，防止反方向故障時保護(hù)誤動作。方向元件可取用單獨(dú)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(jié)合構(gòu)成方向阻抗繼電器。③距離元件：距離保護(hù)裝置的核心部分。它的作用是量測短路點(diǎn)至保護(hù)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(diǎn)的遠(yuǎn)近得到所需的時限特性，以保證保護(hù)動作的選擇性。一般采用時間繼電器。

（1）測量部分，用于對短路點(diǎn)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(dāng)短路故障發(fā)生時，瞬時啟動保護(hù)裝置。有的距離保護(hù)裝置的啟動部分兼起后備保護(hù)的作用。

（3）振蕩閉鎖部分，用來防止系統(tǒng)振蕩時距離保護(hù)誤動作。

（4）二次電壓回路斷線失壓閉鎖部分，當(dāng)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(hù)誤動作。但當(dāng)TV斷線時保護(hù)可以選擇投/退“TV斷線相過流保護(hù)”。

（5）邏輯部分，用來實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置應(yīng)有的性能和建立各段保護(hù)的時限。

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

當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短;當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時，其測量阻抗大，動作時間就增長，這樣保證了保護(hù)有選擇性地切除故障線路。距離保護(hù)的動作時間 （t）與保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)距離（l）的關(guān)系t=f（l），稱為距離保護(hù)的時限特性。為了滿足繼電保護(hù)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(hù)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(hù)相對應(yīng)。

距離保護(hù)的第Ⅰ段是瞬時動作的，它的保護(hù)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(hù)范圍應(yīng)不超出下一條線路距離第Ⅰ段的保護(hù)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(hù)相似，其起動阻抗按躲開正常運(yùn)行時的負(fù)荷參量來選擇，動作時限比保護(hù)范圍內(nèi)其他各保護(hù)的最大動作時限高出一個△t。

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(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護(hù)有選擇性地切除故障線路。

用電壓與電流的比值（即阻抗）構(gòu)成的繼電保護(hù)，又稱阻抗保護(hù)，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(diǎn)至保護(hù)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(hù)或阻抗保護(hù)。距離保護(hù)分為接地距離保護(hù)和相間距離保護(hù)等。

距離保護(hù)分的動作行為反映保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近。與電流保護(hù)和電壓保護(hù)相比，距離保護(hù)的性能受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較小。

用作相間故障的距離保護(hù)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(diǎn)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(hù)的起動元件，為了得到較好的避越負(fù)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(hù)要考慮零序電流引起的電壓降落，必須采用零序補(bǔ)償。接入阻抗繼電器的電量應(yīng)為同名相電壓與同名相電流加零序補(bǔ)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(jī)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(shí)際保護(hù)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(biāo)。當(dāng)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(dāng)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，靠近系統(tǒng)振蕩中心處的距離保護(hù)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(hù)裝置誤動作，應(yīng)加設(shè)振蕩閉鎖裝置。在電壓互感回路斷線時也將造成距離保護(hù)誤動作，也應(yīng)增設(shè)閉鎖元件。 2100433B

接地距離保護(hù)原理特性

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

反應(yīng)輸電線路一側(cè)電氣量變化的保護(hù)一定要滿足兩個條件。首先，它必須區(qū)分正常運(yùn)行和短路故障。其次，它應(yīng)該能反應(yīng)短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近。正常運(yùn)行時，加在阻抗繼電器上的電壓是額定電壓，電流是負(fù)荷電流。阻抗繼電器的測量阻抗是負(fù)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(yùn)行和短路故障。如果在K點(diǎn)發(fā)生金屬性短路，短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗為，流過保護(hù)的電流為，則保護(hù)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(yīng)了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗，也就是反應(yīng)了短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近。所以可以用它來構(gòu)成反應(yīng)一側(cè)電氣量的保護(hù)。

由于阻抗繼電器的測量阻抗反應(yīng)了短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近，也就是反應(yīng)了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，所以把以阻抗繼電器為核心構(gòu)成的反應(yīng)輸電線路一側(cè)電氣量變化的保護(hù)稱做距離保護(hù)。

距離保護(hù)相對于電流保護(hù)來說，其突出的優(yōu)點(diǎn)是受運(yùn)行方式變化的影響小。距離保護(hù)第Ⅰ段只保護(hù)本線路的一部份，在保護(hù)范圍內(nèi)金屬性短路時，一般在短路點(diǎn)到保護(hù)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(yùn)行方式變化的影響。距離保護(hù)第Ⅱ、Ⅲ段其保護(hù)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(diǎn)和保護(hù)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(yùn)行方式變化的影響。

由于阻抗繼電器的測量阻抗可以反應(yīng)短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近，所以可以做成階梯型時限特性。短路點(diǎn)越近，保護(hù)動作得越快；短路點(diǎn)越遠(yuǎn)，保護(hù)動作得越慢。第Ⅰ段按躲過本線路末端短路（本質(zhì)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(hù)本線路的一部份，其動作時間是保護(hù)的固有動作時間（軟件算法時間），不帶專門的延時。第Ⅱ段應(yīng)該可靠保護(hù)本線路的全長，它的保護(hù)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(hù)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(yīng)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(fù)荷阻抗整定。

接地距離保護(hù)一般公式

在系統(tǒng)中，線路上K點(diǎn)發(fā)生短路。保護(hù)安裝處的相電壓應(yīng)該是短路點(diǎn)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(fù)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(fù)序阻抗，保護(hù)安裝處相電壓的計(jì)算公式為：

（2-8）

式中——相。A、B、C。

、、——流過保護(hù)的該相的正序、負(fù)序、零序電流。

、、——短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正、負(fù)、零序阻抗。

K——零序電流補(bǔ)償系數(shù)。。為輸電線路相間的互感阻抗。

——短路點(diǎn)的該相電壓。

——輸電線路上該相從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的壓降。

保護(hù)安裝處的相間電壓可以認(rèn)為是保護(hù)安裝處的兩個相電壓之差?？紤]到如（2-8）式所示的相電壓的計(jì)算公式后，保護(hù)安裝處相間電壓的計(jì)算公式為：

（2-9）

式中——兩相相間。、BC、CA。

——短路點(diǎn)的相間電壓。

——兩相電流差。

——輸電線路上從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的兩相壓降之差。兩相上的項(xiàng)相抵消。

（2-8）、（2-9）兩式是短路時保護(hù)安裝處電壓計(jì)算的一般公式。

接地距離保護(hù)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(shè)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(dá)工作電壓和極化電壓：

式中：

、、是正、負(fù)、零序電流分配系數(shù)。動作方程：

（2-11）

動作方程對應(yīng)的動作特性是以（ ）和兩點(diǎn)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(shè)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(dá)式如上式所示。其值在0.75到0.87之間。是保護(hù)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(yīng)的動作特性是以（ ）和兩點(diǎn)的連線為直徑的圓。該圓向第Ⅰ象限上拋，遠(yuǎn)離了座標(biāo)原點(diǎn)。

當(dāng)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(jìn)入第Ⅱ象限也進(jìn)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。