第6章电网的距离保护

第六章电网的距离保护继电保护原理培训内容第一节距离保护的基本工作原理第二节阻抗继电器第三节方向阻抗继电器的特殊问题第四节阻抗继电器的接线方式第五节影响距离保护正确工作的因素第六节距离保护整定原则第六章电网的距离保护第一节距离保护的基本工作原理概述电流、电压保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护装置的定值选择、保护范围及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35kV以上电压的复杂电网中，常常不能满足选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。为此，在结构复杂的高压电网中就必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中之一。距离保护的基本原理距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护，这个比值被称为测量阻抗Zm，用来完成这一测量任务的元件称为阻抗继电器KI。在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗，其值较大；当系统发生短路时，测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗，其值较小，而且故障点越靠近保护安装处，其值越小。距离保护的基本原理当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗Zset时，保护动作。因为在短路时的测量阻抗反应了短路点到保护安装点之间距离的长短，所以称这种原理的保护为距离保护，有时也称之为阻抗保护。由于阻抗保护反应的是保护安装处至短路点的线路阻抗，与电网的接线方式和系统的运行方式无关，因此，显示出其优良特性。距离保护的时限特性距离保护的动作时间与保护安装点至短路点之间距离的关系t=f(l)，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，并分别称为距离保护的I、Ⅱ、Ⅲ段，基本上与三段式电流保护相似。三段式距离保护I段：保护区为本线路全长的80%-85%，瞬时动作于本线路出口断路器；II段：保护区为本线路的全长，t=0.5s动作于本线路出口断路器；III段：躲过最小负荷阻抗，阶梯时限特性，延时动作于本线路出口断路器;I、II段为主保护，III段为后备保护。距离保护的主要组成元件距离保护的主要组成元件有：起动元件、阻抗测量元件、时间元件、和出口执行元件。距离保护的逻辑框图如图所示。&起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护，并和阻抗测量元件(ZI、ZII、ZIII)组成与门，起动出口回路动作于跳闸,以提高保护装置动作的可靠性。阻抗测量元件的作用是测量短路点到保护安装处的阻抗，它是距离保护中的核心元件，一般由阻抗继电器来担任。通常ZI和ZII采用带有方向性的方向阻抗继电器。通常ZIII采用偏移特性的阻抗继电器。时间元件用以建立保护动作所必需的延时。根据测量元件的动作结果，以相应的不同时间去发出跳闸脉冲，以保证保护动作的选择性。保护装置在动作后由出口执行元件去跳闸并且发出保护动作信号。保护装置的动作过程&正常运行时，起动元件不动作，保护装置处于被闭锁状态；只有当正方向发生短路故障时，起动元件才动作。如果故障位于距离I段范围内,则ZI动作，并与起动元件一起经与门瞬时作用于出口跳闸回路；如果故障位于距离Ⅱ段范围内，则ZI不动而Z

II动作，随即起动Ⅱ段的时间元件tII，待tII延时到达后，通过与门起动出口回路动作于跳闸；如果故障位于距离Ⅲ段范围内，则ZIII动作，然后起动tIII。在tIII的延时之内，若故障未被其他的保护动作切除，则在tIII延时到达后，仍然通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用。第六章电网的距离保护第二节阻抗继电器概述阻抗继电器是距离保护中的核心元件，其作用是测量故障点到保护安装处之间的阻抗(距离)，并与整定值进行比较，以确定保护是否动作。同时，还可以当作启动元件或兼作功率方向元件。阻抗继电器按其构造原理不同，分为电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型；根据比较原理不同，可分为幅值比较式和相位比较式两大类；根据输入量的不同，分为单相式、多相补偿式阻抗继电器两大类。阻抗继电器的动作特性以单相式阻抗继电器为例说明其动作特性。单相式阻抗继电器只输入一个电压Um，和一个电流Im。电压与电流的比值称为测量阻抗，即由于ZM是两个相量的比值，所以是一个可以表示为R+jX的复数。这样就可以采用复平面来分析阻抗继电器的动作特性，并用几何图形直观表示出来。阻抗继电器的动作特性阻抗保护元件安装在线路NP的N侧首端短路故障时，反映线路上每一点至首端的阻抗线路首端N的测量阻抗为0则N点测量阻抗位于复平面原点线路末端P的测量阻抗为ZNP，且线路阻抗为感性则P点测量阻抗位于复平面上第一象限P点M点位于故障的反方向上。M点测量阻抗就在NP连线的反方向M点处。设距离保护I段的保护范围为NP全长的85%即保护的启动阻抗ZIoper为ZIoper=0.85ZNP假定接入继电器的电流Im的正方向为母线到线路当NP全长的85%处发生短路时，测量阻抗为则该处的测量阻抗称为I段阻抗继电器的整定阻抗ZIset短路点发生在保护I段范围内时测量阻抗Zm落在ZIset范围内短路点发生在保护I段正方向范围外时测量阻抗Zm落在第一象限，但在ZIset范围以外短路点发生在保护反方向时测量阻抗Zm落在第三象限，且在相量ZIset范围外可见，只有当测量阻抗Zm落在ZIset范围内时，继电器才能动作,相量ZIset决定了继电器的动作特性。如图阴影部分线段所示。实际上由于互感器误差和短路电阻的存在,测量阻抗正好落在NP线段上是很难的，绝大部分的测量阻抗都是在NP线段附近位置。如果把相量ZIset作为继电器的动作特性，继电器将在大部分短路故障位置拒动。因此，阻抗继电器的特性应该是包含相量ZIset线段的某些图形。常用图形如圆，或者某些多边形常见继电器的动作特性为圆，圆心在原点的称为全阻抗特性圆圆周通过原点的称为方向阻抗特性圆圆心偏离坐标原点，但坐标原点仍在圆内的称为偏移阻抗特性圆以上三种圆特性阻抗继电器分别称为全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器此外，还有四边形阻抗继电器、五边形阻抗继电器等全阻抗继电器全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心、以整定阻抗Zset为半径所作的一个圆。圆内为动作区圆内为动作区圆外为非动作区圆周是动作边界圆周是动作边界，即当测量阻抗Zm落在圆周上时继电器刚好动作，该测量阻抗称为起动阻抗，Zoper·K全阻抗特性继电器特点1）无论阻抗角等于多大，起动阻抗Zoper·K在数值上都等于圆的半径，也就是等于整定阻抗Zset，即|Zoper·K|=|Zset|；2）全阻抗继电器在阻抗复平面四个象限的动作面积相同，当保护反方向短路测量阻抗落在第三象限并且在圆内时，全阻抗继电器会误动作，即全阻抗继电器没有方向性。因此，若距离保护采用全阻抗继电器，还需增设功率方向元件以防止反方向短路时保护误动作。比幅式全阻抗继电器单相式圆特性及其他特性的阻抗继电器的构成方式有两种：对两个电气量的幅值进行比较和对两个电气量的相位进行比较，根据前者构成的阻抗继电器称为比幅式阻抗继电器，根据后者构成的阻抗继电器称为比相式阻抗继电器。比幅式全阻抗继电器因此，全阻抗继电器的起动条件可用阻抗的幅值表示为两端乘以电流Im，因ImZm=Um，便得到可看作两个电压幅值的比较，其中Um为电压互感器的二次电压，ImZset表示电流在某一个恒定阻抗Zset上的电压降落，可利用电抗变压器或其他补偿装置获得。当测量阻抗Zm落在圆内时，|Zm|<|Zset|，阻抗继电器能够动作当测量阻抗Zm落在圆周上时，|Zm|=|Zset|，阻抗继电器刚好动作当测量阻抗Zm落在圆外时，|Zm|>|Zset|，阻抗继电器不动作比相式全阻抗继电器因此，全阻抗继电器起动条件又可用比较阻抗向量(Zm+Zset)和(Zm-Zset)的相位关系表示其中，θ≤270°对应于Zm超前于Zset，的情况，此时θ为负值。将式中的阻抗向量乘以电流Im，即可得到用两个电压相位关系表示的全阻抗继电器的起动条件为当测量阻抗Zm落在圆周上时，继电器刚好动作,此时，向量(Zm+Zset)与向量(Zm-Zset)的夹角θ=90°当测量阻抗落在圆内时,继电器能够动作，这时θ>90°当测量阻抗落在圆外时,继电器不动作，这时θ<90°此时继电器的起动条件只与电压向量(Um+ImZset)和电压向量(Um-ImZset)之间的相位差有关。方向阻抗继电器方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为直径并且圆周经过坐标原点的一个圆。圆内为动作区圆外为非动作区圆周是动作边界阻抗角m不同时，阻抗动作方程也不同阻抗角m=set，起动阻抗最大，保护范围最广，工作最灵敏方向阻抗继电器特点可见，方向阻抗继电器具有如下特点：1）当测量阻抗Zm的阻抗角不同时，方向阻抗继电器的起动阻抗也不相同。当等于整定阻抗的阻抗角set时，继电器的起动阻抗最大，等于圆的直径，此时阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此这个角度称为方向阻抗继电器的最大灵敏角，用sen·max表示。方向阻抗继电器特点可见，方向阻抗继电器具有如下特点：2）方向阻抗继电器在第三象限无动作区。这样当反方向发生短路时，测量阻抗落在第三象限，继电器便不能动作，即继电器本身具有方向性，因此称之为方向阻抗继电器。比幅式方向阻抗继电器所以，继电器的起动条件可用比较两个阻抗的幅值表示为式子两边均乘以电流Im，即得到比较两个电压幅值的表达式为若用r表示方向阻抗继电器动作特性圆的半径，则r=|Zset/2|测量阻抗落在圆周上时，继电器刚好动作,此时向量(Zm-Zset/2)的值等于圆的半径r当测量阻抗落在圆内时，继电器能够动作,此时向量(Zm-Zset/2)小于圆的半径r当测量阻抗落在圆外时，继电器不动作，此时向量(Zm-Zset/2)大于圆的半径r比相式方向阻抗继电器可见与全阻抗继电器相似，可得继电器的动作条件为式中的Zm和(Zm-Zset)均乘以电流Im，即得到比较两个电压相位的表达式为当测量阻抗落在圆周上时，阻抗Zm与(Zm-Zset)之间的相位差为θ=90°当测量阻抗落在圆周外时，阻抗Zm与(Zm-Zset)之间的相位差为θ<90°当测量阻抗落在圆周内时，阻抗Zm与(Zm-Zset)之间的相位差为θ>90°偏移特性的阻抗继电器可见：=0时，变成了方向阻抗继电器；=1时，变成了全阻抗继电器。因此，偏移特性阻抗继电器的特点是：偏移特性阻抗继电器的动作特性是当正方向的整定阻抗为Zset时，同时向反方向偏移一个Zset(称为偏移率)，其中0<<1圆内为动作区圆外为非动作区圆外为非动作区圆周是动作边界圆外为非动作区若以d、r、Z0表示圆的直径、半径、圆心，则d=|(1+)Zset|r=|(1+)Zset|/2Z0=(1-)Zset/2偏移特性阻抗继电器的特点1）动作特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当采用=0时，即为方向阻抗继电器，当采用=1时，则为全阻抗继电器。其起动阻抗Zoper·K随阻抗角的不同而不同。2）在第三象限的动作范围与偏移率的大小有关，一般取=0.1~0.2，以便消除方向阻抗继电器的死区。由于偏移特性的阻抗继电器在第三象限有一小的动作区域，所以它没有完全的方向性。比幅式偏移特性阻抗继电器因此继电器的起动条件可表示为或等式两边均乘以电流Im，即得到比较两个电压幅值的表达式为当测量阻抗落在圆周上时|Zm-Z0|=|(1+)Zset|/2=r当测量阻抗落在圆内时，|Zm-Z0|<|(1+)Zset|/2当测量阻抗落在圆外时，|Zm-Z0|>|(1+)Zset|/2比相式偏移特性阻抗继电器对全阻抗继电器的分析相似，可以证明偏移特性阻抗继电器的起动条件为270°≥θ≥90°即将(Zm+Zset)和(Zm-Zset)均乘以电流Im，即得到比较两个电压相位的表达式为当测量阻抗落在圆周上时，向量(Zm+Zset)与(Zm-Zset)之间的相位差θ=90°直线特性阻抗继电器动作特性为直线的阻抗继电器在距离保护中具有特殊用途，如图是象限阻抗继电器。动作区动作区非动作区非动作区由O点作动作特性边界线的垂线，此向量即为整定阻抗Zset比幅式直线特性阻抗继电器可见，当利用幅值比较原理构成继电器时，其起动条件可表示为|Zm|<|2Zset-Zm|式子两端均乘以电流Im，则得如下两个电压的比较动作区非动作区短路点落在直线特性线上时|Zm|=|2Zset-Zm|短路点落在非动作区上时|Zm|>|2Zset-Zm|短路点落在动作区上时|Zm|<|2Zset-Zm|比相式直线特性阻抗继电器所以其起动条件可表示为将式中的Zset和(Zset-Zm)均乘以电流Im，则得到用电压形式表示的起动条件为动作区非动作区短路点落在直线特性线上时Zset和(Zset-Zm)之间的相位差θ=90°短路点落在非动作区上时Zset和(Zset-Zm)之间的相位差θ<90°短路点落在动作区上时Zset和(Zset-Zm)之间的相位差θ>90°其它直线特性阻抗继电器直线特性阻抗继电器除了象限阻抗继电器外还有其它种类。功率方向继电器电抗继电器电阻继电器第六章电网的距离保护第三节方向阻抗继电器的特殊问题方向阻抗继电器的死区当保护正方向出口附近发生相间短路时，母线电压为零或很小，加到继电器上的电压Um=0，或者小于继电器动作所需要的最小电压时，方向阻抗继电器不能动作。发生此情况的一定范围，称为方向阻抗继电器的死区。方向阻抗继电器的死区原因在于采用比幅式方向阻抗继电器时的电压比较式如下：可见，当UM=0时，变成等式，由于普通继电器进行电压比较时需要消耗一定的功率，现在测量电压为0，导致继电器动作不了。方向阻抗继电器的死区采用比相式方向阻抗继电器时的电压相位比较式如下：可见，当UM=0时，相位比较的一个相量为0，由于0的相量角是任意的，所以无法进行相位比较，继电器同样动作不了。消除方向阻抗继电器死区的措施为了消除方向阻抗继电器的死区，通常在幅值比较式方向阻抗继电器的两个比较量中引入相等的插入电压Uch，在相位比较式方向阻抗继电器中引入极化电压UJ。为了使方向阻抗继电器的动作特性不受影响，Uch和UJ应满足以下要求：1）Uch和UJ应与Um同相；2）当保护安装处出口发生短路时，Uch和UJ应不为零或能保持一段时间逐渐衰减到零。消除方向阻抗继电器死区的措施插入电压Uch和极化电压UJ可以采用记忆回路和引入非故障相电压的方法获得，在微机型保护中可以采用故障前几个周波信号的方法取得插入电压Uch和极化电压UJ。对于按相位比较的方向阻抗继电器，必须有作为相位比较的参考电压Um，才能消除死区。极化电压在比相中的作用因此在继电器相位比较电气量中引入与Um同相位的带有记忆作用的极化电压UJ后,相位比较原理方向继电器的动作方程为由于UJ与Um同相，采用极化电压UJ后不会改变稳态情况下的继电器动作特性。UJ与Um同相，Um与Um-ImZset比相和UJ与Um-ImZset比相结果相同Um=0时，Um与Um-ImZset无法比相而UJ与Um-ImZset比相结果与Um=0之前比相结果相同极化电压在比相中的作用当保护安装处发生金属性短路故障时，由于Um≈0，显然采用Um进行比相时继电器已不能动作；而采用UJ构成的继电器，动作特性成为由于UJ不为零并可维持一段时间，所以继电器仍然可以保持和有Um时完全相同的动作特性。可见UJ为比相提供了一个相位参考的依据，使方向阻抗继电器能够判别出故障的方向，起了方向极化的作用，所以称为极化电压。插入电压在比幅中的作用在比幅式方向阻抗继电器中，为消除死区，将两个相等的插入电压Uch分别加到被比较幅值的两个量中，继电器的动作条件由成为故障位于圆周上时，动作特性|A|=|B|与|A'|=|B'|等价故障位于圆周内时，动作特性|A|<|B|与|A'|<|B'|等价故障位于圆周外时，动作特性|A|>|B|与|A'|>|B'|等价可见将两个相等的插入电压Uch分别加到被比较幅值的两个量中后，动作特性相同。当保护出口短路时，Um=0，不加入Uch的比幅继电器已不能动作；加入Uch的比幅继电器动作特性成为此时小于成立可见，只要Uch与Um同相位，继电器就能够反映故障前的特性，并动作第六章电网的距离保护第四节阻抗继电器的接线方式对阻抗继电器接线方式的要求阻抗继电器的接线方式是指接入阻抗继电器的一定相别电压和一定相别电流的组合。不同的接线方式将影响继电器端子的测量阻抗，因此，阻抗继电器的接线方式必须满足下列要求：1）阻抗继电器的测量阻抗Z，应与保护安装地点到短路点的距离成正比，而与电网的运行方式无关。对阻抗继电器接线方式的要求2）阻抗继电器的测量阻抗Z，应与短路类型无关，即保护范围不随故障类型改变而改变，以保证在不同类型故障时，保护装置都能正确动作。常用的接线方式有两种，一种是反应相间短路故障的接线方式，它在各种相间短路情况下能满足上述要求；另一种是反应接地故障的接线方式，它在各类接地故障时和三相接地短路情况下能满足上述要求。对阻抗继电器接线方式的要求输入阻抗继电器的电流Im，应该是短路回路的电流，测量电压应是短路回路在保护安装处的残余电压Um。为了便于讨论，假设为金属性短路，忽略负荷电流，并假定电流互感器、电压互感器的变比都为1，即继电器的测量阻抗等于一次阻抗。采用线电压和两相电流差的接线方式，也称为0°接线方式，接入继电器的电压Um和电流Im如表所示。为反应各种相间短路，在AB、BC、CA相各接入一只阻抗继电器。阻抗继电器0°接线方式的电压和电流相间短路阻抗继电器的0°接线方式相间短路阻抗继电器的0°接线方式（1）三相短路。三相短路是对称短路，三个阻抗继电器工作情况相同。以AB相阻抗继电器为例进行分析。则进入AB相阻抗继电器的电压和电流为三相短路时，阻抗继电器的测量阻抗为可见三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装处的线路阻抗，三个继电器均能动作。被保护线路发生三相短路短路点至保护安装处之间距离为l千米，线路单位长度正序电抗为Z1/km相间短路阻抗继电器的0°接线方式（2）两相短路。设A、B两相短路。三个阻抗继电器在A、B相短路时的测量为可见，AB相的测量阻抗与三相短路时相同，但其它两相的测量阻抗则大得多。这时相间短路阻抗继电器的0°接线方式也就是说A、B两相短路时，只有接在A、B相的阻抗继电器动作，而另外两只阻抗继电器不会动作。因此，必须用三只阻抗继电器接在不同的两相线路上。只有这样，发生两相短路时保护才能可靠动作。相间短路阻抗继电器的0°接线方式（3）两相接地短路。此时，把A相和B相看成两个“导线-地”的送电线路并有互感耦合在一起，若用ZL表示输电线路每千米的自感阻抗、ZM表示每千米的互感阻抗，则保护安装点的故障相电压为接在AB相的测量阻抗为中性点直接接地电网当距离保护安装处lkm处发生AB两相接地短路时短路电流为IA和IB以大地和中性点形成回路。此时，短路电流IA≠-IB相间短路阻抗继电器的0°接线方式可见，0°接线方式对于系统发生三相短路、两相短路、两相接地短路时，接在两故障相的阻抗继电器的测量阻抗均相同，都可以动作，满足对距离保护的要求，因此这种接线方式在距离保护中得到了广泛应用。反应相间短路故障接线方式还可以采用30°接线方式，即按线电压和相电流接入继电器。接地短路用阻抗继电器的接线方式中性点直接接地电网中，当采用零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护。设A相发生单相接地，保护安装处A相母线电压UA，故障点处A相电压UKA和短路电流IA分别用对称分量表示为

····UA＝UA1+UA2+UA0····UKA＝UKA1+UkA2+UKA0＝0····IA＝IA1+IA2+IA0接地短路用阻抗继电器的接线方式根据各序网图，保护安装处母线上各相序分量与短路点各相序分量之间有如下关系

···UA1＝UkA1+IA1Z1l

···UA2＝UkA2+IA2Z1l

···UA0＝UKA0+IA0Z0l可得保护安装处故障相电压UA为接地短路用阻抗继电器的接线方式即其中一般来说零序阻抗角和正序阻抗角相等，因此K为一实数。可见当接入继电器的电流IM采用IA的补偿电流IA+K3I0时，阻抗继电器的测量值为可见该测量阻抗与相间短路阻抗继电器所测阻抗值相等，可以正确反映短路点到保护安装处的阻抗。接地短路用阻抗继电器的接线方式接地距离保护继电器的接入电压和电流如表所示：其接线方式如图所示。反应接地故障的阻抗继电器接入电压和接入电流第六章电网的距离保护第五节影响距离保护正确工作的因素概述在电力系统正常运行及故障情况下，有一些因素可能会影响阻抗的正确测量，造成距离保护不能正确工作。例如保护安装处和故障点之间的分支线路和短路点过渡电阻的存在会影响阻抗继电器的测量值；电力系统的振荡、电压互感器和电流互感器的测量误差、极化电压和插入电压相位与工作电压相位不一致等均会影响阻抗的正确测量。分支线对距离保护的影响在高压电网中，通常由母线将相邻输电线路分隔开来，在母线上连接有电源线路、负载或平行线路等形成分支线。在考虑分支线对距离保护的影响时，通常只考虑对第二段的影响。此时继电器的测量阻抗为其中称为分支系数具有电源分支线的系统接线图。当线路BC上K点发生短路故障时对于装在AB线路A侧的距离保护装置，由电源E2供给的短路电流IDB流向故障点，但不经过保护装置Z分支线对距离保护的影响可见，由于电流IDB的存在，使AB线路A侧阻抗继电器的测量阻抗增大，这意味着其保护范围将会缩短。所以又将电流IDB称为助增电流，Kb称为助增系数。另外，分支系数Kb的大小与系统运行方式有关，在保护的整定计算中应取较小的分支系数，以保证选择性。因为当出现较大的分支系数时，只会使测量阻抗增大，保护范围缩短，不会造成保护非选择性动作；但若在整定计算中取较大的分支系数，则当运行中出现较小的分支系数时，将造成测量阻抗减小，保护区延长，可能造成保护失去选择性。分支线对距离保护的影响上面是助增电流的影响，还有一种是外汲电流的影响。阻抗继电器的测量阻抗为其中称为分支系数。具有汲出分支线的系统接线图当K点发生短路时对AD线路A侧的距离保护装置，由于IK2的存在，使得IK1<IAB分支线对距离保护的影响显然，由于电流IK2的存在，使阻抗继电器的测量阻抗减小，保护范围延长，所以又将IK2称为外汲电流，Kb称为外汲系数。由于外汲电流的存在，可能造成保护无选择性动作。同样，外汲系数Kb与系统运行方式有关，在整定计算中仍应取较小的外汲系数，因为当运行中出现较大的外汲系数时，只会使测量阻抗增大，保护范围缩短，不会造成保护非选择性动作。另外，负荷电流也属于外汲电流，但与故障电流相比，其影响较小，因此一般不予考虑。短路点过渡电阻对距离保护的影响短路点的过渡电阻Rg是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所经过的物质的电阻，这包括电弧电阻、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触电阻以及金属杆塔的接地电阻等等。由于此过渡电阻的存在，也会使距离保护的测量阻抗发生变化，造成距离保护的非选择性动作。短路点过渡电阻的特性根据国外进行的一系列实验，当短路电流相当大时(数百安以上)，电弧上的电压梯度几乎与电流无关。电压梯度约为每米弧长(1.4～1.5)kV(最大值)。根据这些数据可知电弧实际上呈现的有效电阻，其值可按下式确定：可见，在短路的初瞬，电弧电流最大，而弧长最短，其电弧电阻最小；经过几个周期后，由于电弧逐渐伸长，电弧电阻有急剧增大之势。短路点过渡电阻的特性在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成，其值可按上述经验公式估算。在导线对杆塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻是构成过渡电阻的主要部分。铁塔的接地电阻与大地的导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达几十欧姆。此外当线路通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高，难以准确计算。目前，我国对500kV线路接地短路的最大过渡电阻按300估计，对220kV线路，则按100估计。

过渡电阻对单侧电源线路的影响单侧电源供电系统当线路BC的始端经电阻Rg短路时保护2的测量阻抗为Zm2=Rg保护2的测量阻抗为Zm2=Rg保护1的测量阻抗为Zm1=ZAB+Rg保护1的测量阻抗为Zm1=ZAB+Rg由于Zm1是ZAB和Rg的矢量和，因此其数值比无Rg时增大不多，即测量阻抗受Rg影响较小。这样当Rg较大时，就可能出现Zm2已经超出保护2的第1段特性圆的范围，而Zm1仍位于保护1的第Ⅱ段特性圆以内的情况此时两个保护将同时以第Ⅱ段的时限动作，从而失去选择性。过渡电阻对单侧电源线路的影响由上述分析可见，短路点的过渡电阻总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩短，由于过渡电阻对不同安装地点的保护影响不同，所以可能导致保护无选择性动作。另外，当保护安装点距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时保护装置的整定值越小，则相对地受过渡电阻的影响也越大。因此对短距离的线路应特别注意过渡电阻对其的影响。过渡电阻对双侧电源线路的影响此时变电所B和A母线上的残余电压为则保护2和保护1的测量阻抗分别为其中，表示IK超前于IK1的角度。当为正时，测量阻抗的电抗部分增大；而当为负时，测量阻抗的电抗部分减小。在后一种情况下，可能引起某些保护的无选择性动作。双侧电源供电线路短路点上的过渡电阻，还可能造成某些保护的测量阻抗减小。如在线路BC的始端经过渡电阻Rg短路时。IK1和IK2分别为两侧电源供给的短路电流，则流经Rg的电流为IK=IK1+IK2

。由此可见，阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占的面积越大，则受过渡电阻的影响越小。假定保护1的距离I段采用不同特性的阻抗元件，它们的整定阻抗选择的都一样，均为0.85ZAB。现在保护1的距离I段保护范围内阻抗为ZK处经过渡电阻Rg短路。则保护1的测量阻抗为Zm1=ZK+Rg可见，当过渡电阻达到Rg1时，具有透镜型特性的阻抗继电器开始拒动；当过渡电阻达Rg2时，方向阻抗继电器开始拒；而当过渡电阻达Rg3时，则全阻抗继电器开始拒动。过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响防止和减小过渡电阻影响的方法1）根据以上分析所得的结论，采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。例如，对于过渡电阻只能使测量阻抗的电阻部分增大的单侧电源线路、可采用不反应电阻部分增大的电抗型继电器。在双侧电源线路上，可采用多边形动作特性的继电器，如图所示。动作特性的上边XA向下倾斜一个角度，以防止过渡电阻使测量电抗减小时阻抗继电器的超越。右边RA可以在R轴方向独立移动以适应不同数值的过渡电阻。防止和减小过渡电阻影响的方法2）利用瞬时测量回路来固定阻抗继电器的动作。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻，其数值在短路瞬间最小，大约经过0.1~0.15s后迅速增大。根据Rg的上述特点，通常距离保护的第Ⅱ段可采用瞬时测量回路，以便将短路瞬间的测量阻抗固定下来，使Rg的影响减至最小。装置的原理接线如图所示。显然，这种方法只能用于反应相间短路的阻抗继电器。在接地短路情况下，电弧电阻只占过渡电阻的很小一部分，这种方法不会起太大的作用。在发生短路瞬间，起动元件KA和距离Ⅱ段阻抗元件动作后，起动中间继电器KM。KM起动后，即通过KA的触点自保持，而与KI的触点位置无关。这样当Ⅱ段的整定时限到达时，时间继电器KT动作，通过KM的动合触点去跳闸，在此期间，即使由于电弧电阻增大而使第Ⅱ段的阻抗元件髓返回，保护也能正确动作。电力系统振荡对距离保护的影响电力系统发生振荡或异步运行时，各点的电压、电流及功率的幅值和相位都将发生周期性地变化，反应电压与电流之比的阻抗继电器的测量阻抗也将随之周期性地变化，当测量阻抗进入继电器的动作区域内时，保护将发生误动作。因此，对于距离保护必须考虑电力系统同步振荡或异步运行对其工作的影响。电力系统振荡时电流、电压的分布与变化在电力系统中，由于输电线路输送功率过大而超过稳定极限、无功功率不足而引起系统电压降低、短路故障切除缓慢或由于采用非同期自动重合闸不成功时，都有可能引起系统振荡。现以双侧电源辐射形网络为例，分析系统振荡时各种电气量的变化假定在系统全相运行时发生振荡，由于三相总是对称的，所以可按单相系统来分析。系统振荡时电流的变化特点假设系统振荡时EM、EN的幅值相等，相角差为,其值为0～360°，即系统中各元件的阻抗角相等，均为∑，总阻抗假设电流的正方向为从M侧指向N侧振荡过程不考虑负荷电流的影响,两电源间的电流就是振荡电流：该电流IM滞后于△E=EM-EN的角度为∑由图可见电势差△E的有效值为则振荡电流的有效值为可见，当在0～360°范围内变化时，电流IM的大小和相位都发生变化。IM变化曲线有效值随变化曲线如图所示。当=180°时，IM达到最大IM=2EM/Z∑系统振荡时电压的变化特点系统振荡时，线路两端母线电压为由于假设全系统阻抗角相等，因此相量UM的末端落在相量△E上该相量就是电流IM在电源M阻抗ZM上的压降同理，相量UN的末端也落在相量△E上相量差UM-UN则表示电流IM在线路上的压降线路上各点电压相量的末端都落在相量差UM-UN上在电势相角差为的情况下，系统中总有一点的电压为最低，其值UZ为由0点向UM-UN相量所作垂线的长度线路上电压最低的这点称为振荡中心,以z表示。显然，EM、EN幅值相等、且全系统阻抗角也相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中心,即Z∑/2处。当由0°～360°变化时，相量EN沿圆1变化；相量UN沿圆2变化相量UM沿圆3变化从图中可见，振荡中心电压的有效值为=180°时，EN走到了EM反方向此时Uz=0，相当于在线路z点发生三相短路。此时，电流IM达到最大。电流IM的运行轨迹如图中圆4=0°时，此时EM、EN重合由于EM、EN重合，两者相量差为0，因此振荡电流IM=0Uz则达到最大，即Uz=EM在系统发生振荡时,系统各点电压从一个最大值到下一个最大值所经历的时间称为振荡周期,一般在0.25～2.5s.而系统各点电压相量末端的轨迹则经历了一个圆周，如图UN所示。系统各点电压变化曲线如图所示。系统振荡时测量阻抗的变化规律当系统振荡时，距离保护的测量阻抗为设距离保护安装在线路MN的M侧。由于由于其中其中其中该测量阻抗相量的端点如图为过振荡中心z点且垂直于Z∑的直线OO'Zm由两部分组成，其中一部分是½Z∑-ZM即相量mz另一部分组成是相量端点随的变化在OO'直线上移动因此，当由0°变化到360°时,Zm的末端将由OO'直线O侧的无穷远处开始沿OO'直线向O'方向移动。当=180°时,Zm的末端与振荡中心z点重合，Zm=½Z∑-ZM当→360°时，Zm的末端趋近于O'侧的无穷远Zm→∞可见由M点向直线OO'所引的相量就是M点阻抗保护的测量阻抗，直线OO'直线测量阻抗末端轨迹直线OO'测量阻抗末端轨迹是在假设EM与EN幅值相等时得出的结论。当EM的幅值大于EN幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心位于第一象限的圆，如图虚线1当EM的幅值小于EN幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心位于第三象限的圆，如图虚线2如果修改ZM的值,还可获得线路上任意位置的测量阻抗。系统振荡时测量阻抗的变化规律当系统振荡时，距离保护的测量阻抗为设距离保护安装在线路MN的M侧。由于由于其中其中其中该测量阻抗相量的端点如图为过振荡中心z点且垂直于Z∑的直线OO'Zm由两部分组成，其中一部分是½Z∑-ZM即相量mz另一部分组成是相量端点随的变化在OO'直线上移动因此，当由0°变化到360°时,Zm的末端将由OO'直线O侧的无穷远处开始沿OO'直线向O'方向移动。当=180°时,Zm的末端与振荡中心z点重合，Zm=½Z∑-ZM当→360°时，Zm的末端趋近于O'侧的无穷远Zm→∞可见由M点向直线OO'所引的相量就是M点阻抗保护的测量阻抗，直线OO'直线测量阻抗末端轨迹直线OO'测量阻抗末端轨迹是在假设EM与EN幅值相等时得出的结论。当EM的幅值大于EN幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心位于第一象限的圆，如图虚线1当EM的幅值小于EN幅值时，测量阻抗的轨迹为圆心位于第三象限的圆，如图虚线2如果修改ZM的值,还可获得线路上任意位置的测量阻抗。系统振荡对距离保护的影响线路MN的M侧距离保护I段的起动阻抗整定为0.85ZMN即距离保护I段整定范围为M～A其中曲线1是透镜型继电器特性。其中曲线2是方向型继电器特性。其中曲线3是全阻抗型继电器特性。直线OO'是测量阻抗相量末端轨迹,位于距离保护特性内部的点，保护就会动作。可见在同样整定值的条件下，全阻抗继电器受振荡的影响最大。而透镜型继电器所受的影响最小。一般而言，继电器动作特性在阻抗平面上沿oo'方向所占的面积越大，受振荡的影响也就越大。距离保护受振荡的影响还与保护安装地点有关，当保护安装点越靠近振荡中心时，受到的影响就越大；而当振荡中心在保护范围以外或位于保护的反方向时，则在振荡的影响下距离保护不会误动作。当距离保护带有较大的延时(例如≥1.5s)时，如距离Ⅲ段，可利用其延时躲开振荡的影响。振荡闭锁回路对于在系统振荡时可能误动的保护装置，应装设专门的振荡闭锁回路，以防止系统振荡时造成保护误动作。由上述分析可知，当系统振荡使=180°时,保护受到的影响与在系统振荡中心处发生三相短路时的效果是一样的，因此振荡闭锁回路必须能够正确地区分系统振荡和三相短路这两种不同的情况，这样才能保证在系统振荡时将保护闭锁，而在发生三相短时保护能可靠地动作。振荡和短路时的主要区别(1)振荡时，电流和各点电压的幅值均呈现周期性变化，只在=180°时才出现最严重的现象；而短路后，短路电流和各点的电压幅值是不变的(不计其衰减时)。(2)振荡时，电流和各点电压的变化速度较慢；而短路时，电流是突然增大，电压也突然降低，变化速度很快。振荡和短路时的主要区别(3)振荡时，任一点的电流与电压之间的相位关系都随的变化而改变；而在发生短路时，电流和电压之间的相位是不变的。(4)振荡时，三相完全对称，系统中无负序分量出现；而短路时，总要长时间(在不对称短路过程中)或瞬间(在三相短路开始时)出现负序分量。振荡闭锁回路的要求根据以上区别，振荡闭锁回路根据其工作原理的不同可分为两种，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、电压或测量阻抗变化速度的不同来实现。无论哪一种原理的振荡闭锁回路，都应该满足以下基本要求：(1)系统发生振荡而没有故障时，应可靠地将保护闭锁，且振荡不停息，闭锁就不应解除。振荡闭锁回路的要求(2)系统发生各种类型的故障时，保护应能可靠地动作而不被闭锁。(3)在振荡过程中发生不对称故障时，保护应能快速正确地动作，对于对称故障则允许保护带延时动作。(4)先故障而后又发生振荡时，保护不要无选择性地动作。振荡闭锁回路目前主要采用两种原理：1）利用有无负序分量的原理；2）利用电气量变化速度不同的原理。电压回路断线对距离保护的影响当电压互感器二次回路断线时，距离保护将失去电压，在负荷电流的作用下，阻抗继电器的测量阻抗变为零，可能造成保护误动作。因此，在距离保护中应采取防止保护误动作的断线闭锁装置。对断线闭锁装置的主要要求对断线闭锁装置的主要要求：1）当电压回路发生各种可能使保护误动作的故障情况时，应能可靠地将保护闭锁；2）当被保护线路故障时，不因故障电压畸变错误地将保护闭锁，以保证保护可靠动作。为此应使闭锁装置能够正确地区分以上两种情况，运行经验证明，最好的区别方法就是看电流回路是否也同时发生变化。电压回路断线的闭锁及信号当距离保护的振荡闭锁回路采用负序电流和零序电流(或它们的增量)起动时，可利用它们兼作断线闭锁之用，这种方法即简单又可靠，因此获得了广泛的应用。为了避免在断线的情况下又发生外部故障时，距离保护无选择性地动作，一般还需要装设断线信号装置，以便值班人员能及时发现并处理。第六章电网的距离保护第六节距离保护整定原则距离保护I段的整定与电流I段相似，距离I段也是按躲开下一线路出口短路的原则来整定的，即其起动阻抗应躲过下一线路始端短路时的测量阻抗。A侧保护1距离I段的启动阻抗（一次）ZIoper·1=KrelZAB其中Krel——可靠系数，一般取0.8~0.85；动作时间一般为保护装置的固有动作时间，一般为0.12s。躲过B侧出口短路，整定时按母线B短路时的阻抗ZAB作为参考。1、启动阻抗距离Ⅱ段的起动阻抗应按以下两个原则来确定：(1)与相邻线路的距离I段相配合，并