第6章電網(wǎng)的距離保護

第六章電網(wǎng)的距離保護繼電保護原理培訓內容第一節(jié)距離保護的基本工作原理第二節(jié)阻抗繼電器第三節(jié)方向阻抗繼電器的特殊問題第四節(jié)阻抗繼電器的接線方式第五節(jié)影響距離保護正確工作的因素第六節(jié)距離保護整定原則第六章電網(wǎng)的距離保護第一節(jié)距離保護的基本工作原理概述電流、電壓保護的主要優(yōu)點是簡單、經濟及工作可靠。但是由于這種保護裝置的定值選擇、保護范圍及靈敏系數(shù)等方面都直接受電網(wǎng)接線方式及系統(tǒng)運行方式的影響，所以，在35kV以上電壓的復雜電網(wǎng)中，常常不能滿足選擇性、靈敏性及快速切除故障的要求。為此，在結構復雜的高壓電網(wǎng)中就必須采用性能更加完善的保護裝置，距離保護就是其中之一。距離保護的基本原理距離保護是通過測量被保護線路始端電壓和線路電流的比值而動作的一種保護，這個比值被稱為測量阻抗Zm，用來完成這一測量任務的元件稱為阻抗繼電器KI。在線路正常運行時的測量阻抗稱為負荷阻抗，其值較大；當系統(tǒng)發(fā)生短路時，測量阻抗等于保護安裝處到短路點之間的線路阻抗，其值較小，而且故障點越靠近保護安裝處，其值越小。距離保護的基本原理當測量阻抗小于預先規(guī)定的整定阻抗Zset時，保護動作。因為在短路時的測量阻抗反應了短路點到保護安裝點之間距離的長短，所以稱這種原理的保護為距離保護，有時也稱之為阻抗保護。由于阻抗保護反應的是保護安裝處至短路點的線路阻抗，與電網(wǎng)的接線方式和系統(tǒng)的運行方式無關，因此，顯示出其優(yōu)良特性。距離保護的時限特性距離保護的動作時間與保護安裝點至短路點之間距離的關系t=f(l)，稱為距離保護的時限特性。為了滿足速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動作范圍的階梯型時限特性，并分別稱為距離保護的I、Ⅱ、Ⅲ段，基本上與三段式電流保護相似。三段式距離保護I段：保護區(qū)為本線路全長的80%-85%，瞬時動作于本線路出口斷路器；II段：保護區(qū)為本線路的全長，t=0.5s動作于本線路出口斷路器；III段：躲過最小負荷阻抗，階梯時限特性，延時動作于本線路出口斷路器;I、II段為主保護，III段為后備保護。距離保護的主要組成元件距離保護的主要組成元件有：起動元件、阻抗測量元件、時間元件、和出口執(zhí)行元件。距離保護的邏輯框圖如圖所示。&起動元件可由過電流繼電器、低阻抗繼電器或反應于負序和零序電流的繼電器構成。起動元件的主要作用是在發(fā)生故障的瞬間起動整套保護，并和阻抗測量元件(ZI、ZII、ZIII)組成與門，起動出口回路動作于跳閘,以提高保護裝置動作的可靠性。阻抗測量元件的作用是測量短路點到保護安裝處的阻抗，它是距離保護中的核心元件，一般由阻抗繼電器來擔任。通常ZI和ZII采用帶有方向性的方向阻抗繼電器。通常ZIII采用偏移特性的阻抗繼電器。時間元件用以建立保護動作所必需的延時。根據(jù)測量元件的動作結果，以相應的不同時間去發(fā)出跳閘脈沖，以保證保護動作的選擇性。保護裝置在動作后由出口執(zhí)行元件去跳閘并且發(fā)出保護動作信號。保護裝置的動作過程&正常運行時，起動元件不動作，保護裝置處于被閉鎖狀態(tài)；只有當正方向發(fā)生短路故障時，起動元件才動作。如果故障位于距離I段范圍內,則ZI動作，并與起動元件一起經與門瞬時作用于出口跳閘回路；如果故障位于距離Ⅱ段范圍內，則ZI不動而Z

II動作，隨即起動Ⅱ段的時間元件tII，待tII延時到達后，通過與門起動出口回路動作于跳閘；如果故障位于距離Ⅲ段范圍內，則ZIII動作，然后起動tIII。在tIII的延時之內，若故障未被其他的保護動作切除，則在tIII延時到達后，仍然通過與門和出口回路動作于跳閘，起到后備保護的作用。第六章電網(wǎng)的距離保護第二節(jié)阻抗繼電器概述阻抗繼電器是距離保護中的核心元件，其作用是測量故障點到保護安裝處之間的阻抗(距離)，并與整定值進行比較，以確定保護是否動作。同時，還可以當作啟動元件或兼作功率方向元件。阻抗繼電器按其構造原理不同，分為電磁型、感應型、整流型、晶體管型、集成電路型和微機型；根據(jù)比較原理不同，可分為幅值比較式和相位比較式兩大類；根據(jù)輸入量的不同，分為單相式、多相補償式阻抗繼電器兩大類。阻抗繼電器的動作特性以單相式阻抗繼電器為例說明其動作特性。單相式阻抗繼電器只輸入一個電壓Um，和一個電流Im。電壓與電流的比值稱為測量阻抗，即由于ZM是兩個相量的比值，所以是一個可以表示為R+jX的復數(shù)。這樣就可以采用復平面來分析阻抗繼電器的動作特性，并用幾何圖形直觀表示出來。阻抗繼電器的動作特性阻抗保護元件安裝在線路NP的N側首端短路故障時，反映線路上每一點至首端的阻抗線路首端N的測量阻抗為0則N點測量阻抗位于復平面原點線路末端P的測量阻抗為ZNP，且線路阻抗為感性則P點測量阻抗位于復平面上第一象限P點M點位于故障的反方向上。M點測量阻抗就在NP連線的反方向M點處。設距離保護I段的保護范圍為NP全長的85%即保護的啟動阻抗ZIoper為ZIoper=0.85ZNP假定接入繼電器的電流Im的正方向為母線到線路當NP全長的85%處發(fā)生短路時，測量阻抗為則該處的測量阻抗稱為I段阻抗繼電器的整定阻抗ZIset短路點發(fā)生在保護I段范圍內時測量阻抗Zm落在ZIset范圍內短路點發(fā)生在保護I段正方向范圍外時測量阻抗Zm落在第一象限，但在ZIset范圍以外短路點發(fā)生在保護反方向時測量阻抗Zm落在第三象限，且在相量ZIset范圍外可見，只有當測量阻抗Zm落在ZIset范圍內時，繼電器才能動作,相量ZIset決定了繼電器的動作特性。如圖陰影部分線段所示。實際上由于互感器誤差和短路電阻的存在,測量阻抗正好落在NP線段上是很難的，絕大部分的測量阻抗都是在NP線段附近位置。如果把相量ZIset作為繼電器的動作特性，繼電器將在大部分短路故障位置拒動。因此，阻抗繼電器的特性應該是包含相量ZIset線段的某些圖形。常用圖形如圓，或者某些多邊形常見繼電器的動作特性為圓，圓心在原點的稱為全阻抗特性圓圓周通過原點的稱為方向阻抗特性圓圓心偏離坐標原點，但坐標原點仍在圓內的稱為偏移阻抗特性圓以上三種圓特性阻抗繼電器分別稱為全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、偏移阻抗繼電器此外，還有四邊形阻抗繼電器、五邊形阻抗繼電器等全阻抗繼電器全阻抗繼電器的動作特性是以保護安裝點為圓心、以整定阻抗Zset為半徑所作的一個圓。圓內為動作區(qū)圓內為動作區(qū)圓外為非動作區(qū)圓周是動作邊界圓周是動作邊界，即當測量阻抗Zm落在圓周上時繼電器剛好動作，該測量阻抗稱為起動阻抗，Zoper·K全阻抗特性繼電器特點1）無論阻抗角等于多大，起動阻抗Zoper·K在數(shù)值上都等于圓的半徑，也就是等于整定阻抗Zset，即|Zoper·K|=|Zset|；2）全阻抗繼電器在阻抗復平面四個象限的動作面積相同，當保護反方向短路測量阻抗落在第三象限并且在圓內時，全阻抗繼電器會誤動作，即全阻抗繼電器沒有方向性。因此，若距離保護采用全阻抗繼電器，還需增設功率方向元件以防止反方向短路時保護誤動作。比幅式全阻抗繼電器單相式圓特性及其他特性的阻抗繼電器的構成方式有兩種：對兩個電氣量的幅值進行比較和對兩個電氣量的相位進行比較，根據(jù)前者構成的阻抗繼電器稱為比幅式阻抗繼電器，根據(jù)后者構成的阻抗繼電器稱為比相式阻抗繼電器。比幅式全阻抗繼電器因此，全阻抗繼電器的起動條件可用阻抗的幅值表示為兩端乘以電流Im，因ImZm=Um，便得到可看作兩個電壓幅值的比較，其中Um為電壓互感器的二次電壓，ImZset表示電流在某一個恒定阻抗Zset上的電壓降落，可利用電抗變壓器或其他補償裝置獲得。當測量阻抗Zm落在圓內時，|Zm|<|Zset|，阻抗繼電器能夠動作當測量阻抗Zm落在圓周上時，|Zm|=|Zset|，阻抗繼電器剛好動作當測量阻抗Zm落在圓外時，|Zm|>|Zset|，阻抗繼電器不動作比相式全阻抗繼電器因此，全阻抗繼電器起動條件又可用比較阻抗向量(Zm+Zset)和(Zm-Zset)的相位關系表示其中，θ≤270°對應于Zm超前于Zset，的情況，此時θ為負值。將式中的阻抗向量乘以電流Im，即可得到用兩個電壓相位關系表示的全阻抗繼電器的起動條件為當測量阻抗Zm落在圓周上時，繼電器剛好動作,此時，向量(Zm+Zset)與向量(Zm-Zset)的夾角θ=90°當測量阻抗落在圓內時,繼電器能夠動作，這時θ>90°當測量阻抗落在圓外時,繼電器不動作，這時θ<90°此時繼電器的起動條件只與電壓向量(Um+ImZset)和電壓向量(Um-ImZset)之間的相位差有關。方向阻抗繼電器方向阻抗繼電器的動作特性是以整定阻抗為直徑并且圓周經過坐標原點的一個圓。圓內為動作區(qū)圓外為非動作區(qū)圓周是動作邊界阻抗角m不同時，阻抗動作方程也不同阻抗角m=set，起動阻抗最大，保護范圍最廣，工作最靈敏方向阻抗繼電器特點可見，方向阻抗繼電器具有如下特點：1）當測量阻抗Zm的阻抗角不同時，方向阻抗繼電器的起動阻抗也不相同。當?shù)扔谡ㄗ杩沟淖杩菇莝et時，繼電器的起動阻抗最大，等于圓的直徑，此時阻抗繼電器的保護范圍最大，工作最靈敏，因此這個角度稱為方向阻抗繼電器的最大靈敏角，用sen·max表示。方向阻抗繼電器特點可見，方向阻抗繼電器具有如下特點：2）方向阻抗繼電器在第三象限無動作區(qū)。這樣當反方向發(fā)生短路時，測量阻抗落在第三象限，繼電器便不能動作，即繼電器本身具有方向性，因此稱之為方向阻抗繼電器。比幅式方向阻抗繼電器所以，繼電器的起動條件可用比較兩個阻抗的幅值表示為式子兩邊均乘以電流Im，即得到比較兩個電壓幅值的表達式為若用r表示方向阻抗繼電器動作特性圓的半徑，則r=|Zset/2|測量阻抗落在圓周上時，繼電器剛好動作,此時向量(Zm-Zset/2)的值等于圓的半徑r當測量阻抗落在圓內時，繼電器能夠動作,此時向量(Zm-Zset/2)小于圓的半徑r當測量阻抗落在圓外時，繼電器不動作，此時向量(Zm-Zset/2)大于圓的半徑r比相式方向阻抗繼電器可見與全阻抗繼電器相似，可得繼電器的動作條件為式中的Zm和(Zm-Zset)均乘以電流Im，即得到比較兩個電壓相位的表達式為當測量阻抗落在圓周上時，阻抗Zm與(Zm-Zset)之間的相位差為θ=90°當測量阻抗落在圓周外時，阻抗Zm與(Zm-Zset)之間的相位差為θ<90°當測量阻抗落在圓周內時，阻抗Zm與(Zm-Zset)之間的相位差為θ>90°偏移特性的阻抗繼電器可見：=0時，變成了方向阻抗繼電器；=1時，變成了全阻抗繼電器。因此，偏移特性阻抗繼電器的特點是：偏移特性阻抗繼電器的動作特性是當正方向的整定阻抗為Zset時，同時向反方向偏移一個Zset(稱為偏移率)，其中0<<1圓內為動作區(qū)圓外為非動作區(qū)圓外為非動作區(qū)圓周是動作邊界圓外為非動作區(qū)若以d、r、Z0表示圓的直徑、半徑、圓心，則d=|(1+)Zset|r=|(1+)Zset|/2Z0=(1-)Zset/2偏移特性阻抗繼電器的特點1）動作特性介于方向阻抗繼電器和全阻抗繼電器之間，當采用=0時，即為方向阻抗繼電器，當采用=1時，則為全阻抗繼電器。其起動阻抗Zoper·K隨阻抗角的不同而不同。2）在第三象限的動作范圍與偏移率的大小有關，一般取=0.1~0.2，以便消除方向阻抗繼電器的死區(qū)。由于偏移特性的阻抗繼電器在第三象限有一小的動作區(qū)域，所以它沒有完全的方向性。比幅式偏移特性阻抗繼電器因此繼電器的起動條件可表示為或等式兩邊均乘以電流Im，即得到比較兩個電壓幅值的表達式為當測量阻抗落在圓周上時|Zm-Z0|=|(1+)Zset|/2=r當測量阻抗落在圓內時，|Zm-Z0|<|(1+)Zset|/2當測量阻抗落在圓外時，|Zm-Z0|>|(1+)Zset|/2比相式偏移特性阻抗繼電器對全阻抗繼電器的分析相似，可以證明偏移特性阻抗繼電器的起動條件為270°≥θ≥90°即將(Zm+Zset)和(Zm-Zset)均乘以電流Im，即得到比較兩個電壓相位的表達式為當測量阻抗落在圓周上時，向量(Zm+Zset)與(Zm-Zset)之間的相位差θ=90°直線特性阻抗繼電器動作特性為直線的阻抗繼電器在距離保護中具有特殊用途，如圖是象限阻抗繼電器。動作區(qū)動作區(qū)非動作區(qū)非動作區(qū)由O點作動作特性邊界線的垂線，此向量即為整定阻抗Zset比幅式直線特性阻抗繼電器可見，當利用幅值比較原理構成繼電器時，其起動條件可表示為|Zm|<|2Zset-Zm|式子兩端均乘以電流Im，則得如下兩個電壓的比較動作區(qū)非動作區(qū)短路點落在直線特性線上時|Zm|=|2Zset-Zm|短路點落在非動作區(qū)上時|Zm|>|2Zset-Zm|短路點落在動作區(qū)上時|Zm|<|2Zset-Zm|比相式直線特性阻抗繼電器所以其起動條件可表示為將式中的Zset和(Zset-Zm)均乘以電流Im，則得到用電壓形式表示的起動條件為動作區(qū)非動作區(qū)短路點落在直線特性線上時Zset和(Zset-Zm)之間的相位差θ=90°短路點落在非動作區(qū)上時Zset和(Zset-Zm)之間的相位差θ<90°短路點落在動作區(qū)上時Zset和(Zset-Zm)之間的相位差θ>90°其它直線特性阻抗繼電器直線特性阻抗繼電器除了象限阻抗繼電器外還有其它種類。功率方向繼電器電抗繼電器電阻繼電器第六章電網(wǎng)的距離保護第三節(jié)方向阻抗繼電器的特殊問題方向阻抗繼電器的死區(qū)當保護正方向出口附近發(fā)生相間短路時，母線電壓為零或很小，加到繼電器上的電壓Um=0，或者小于繼電器動作所需要的最小電壓時，方向阻抗繼電器不能動作。發(fā)生此情況的一定范圍，稱為方向阻抗繼電器的死區(qū)。方向阻抗繼電器的死區(qū)原因在于采用比幅式方向阻抗繼電器時的電壓比較式如下：可見，當UM=0時，變成等式，由于普通繼電器進行電壓比較時需要消耗一定的功率，現(xiàn)在測量電壓為0，導致繼電器動作不了。方向阻抗繼電器的死區(qū)采用比相式方向阻抗繼電器時的電壓相位比較式如下：可見，當UM=0時，相位比較的一個相量為0，由于0的相量角是任意的，所以無法進行相位比較，繼電器同樣動作不了。消除方向阻抗繼電器死區(qū)的措施為了消除方向阻抗繼電器的死區(qū)，通常在幅值比較式方向阻抗繼電器的兩個比較量中引入相等的插入電壓Uch，在相位比較式方向阻抗繼電器中引入極化電壓UJ。為了使方向阻抗繼電器的動作特性不受影響，Uch和UJ應滿足以下要求：1）Uch和UJ應與Um同相；2）當保護安裝處出口發(fā)生短路時，Uch和UJ應不為零或能保持一段時間逐漸衰減到零。消除方向阻抗繼電器死區(qū)的措施插入電壓Uch和極化電壓UJ可以采用記憶回路和引入非故障相電壓的方法獲得，在微機型保護中可以采用故障前幾個周波信號的方法取得插入電壓Uch和極化電壓UJ。對于按相位比較的方向阻抗繼電器，必須有作為相位比較的參考電壓Um，才能消除死區(qū)。極化電壓在比相中的作用因此在繼電器相位比較電氣量中引入與Um同相位的帶有記憶作用的極化電壓UJ后,相位比較原理方向繼電器的動作方程為由于UJ與Um同相，采用極化電壓UJ后不會改變穩(wěn)態(tài)情況下的繼電器動作特性。UJ與Um同相，Um與Um-ImZset比相和UJ與Um-ImZset比相結果相同Um=0時，Um與Um-ImZset無法比相而UJ與Um-ImZset比相結果與Um=0之前比相結果相同極化電壓在比相中的作用當保護安裝處發(fā)生金屬性短路故障時，由于Um≈0，顯然采用Um進行比相時繼電器已不能動作；而采用UJ構成的繼電器，動作特性成為由于UJ不為零并可維持一段時間，所以繼電器仍然可以保持和有Um時完全相同的動作特性?？梢奤J為比相提供了一個相位參考的依據(jù)，使方向阻抗繼電器能夠判別出故障的方向，起了方向極化的作用，所以稱為極化電壓。插入電壓在比幅中的作用在比幅式方向阻抗繼電器中，為消除死區(qū)，將兩個相等的插入電壓Uch分別加到被比較幅值的兩個量中，繼電器的動作條件由成為故障位于圓周上時，動作特性|A|=|B|與|A'|=|B'|等價故障位于圓周內時，動作特性|A|<|B|與|A'|<|B'|等價故障位于圓周外時，動作特性|A|>|B|與|A'|>|B'|等價可見將兩個相等的插入電壓Uch分別加到被比較幅值的兩個量中后，動作特性相同。當保護出口短路時，Um=0，不加入Uch的比幅繼電器已不能動作；加入Uch的比幅繼電器動作特性成為此時小于成立可見，只要Uch與Um同相位，繼電器就能夠反映故障前的特性，并動作第六章電網(wǎng)的距離保護第四節(jié)阻抗繼電器的接線方式對阻抗繼電器接線方式的要求阻抗繼電器的接線方式是指接入阻抗繼電器的一定相別電壓和一定相別電流的組合。不同的接線方式將影響繼電器端子的測量阻抗，因此，阻抗繼電器的接線方式必須滿足下列要求：1）阻抗繼電器的測量阻抗Z，應與保護安裝地點到短路點的距離成正比，而與電網(wǎng)的運行方式無關。對阻抗繼電器接線方式的要求2）阻抗繼電器的測量阻抗Z，應與短路類型無關，即保護范圍不隨故障類型改變而改變，以保證在不同類型故障時，保護裝置都能正確動作。常用的接線方式有兩種，一種是反應相間短路故障的接線方式，它在各種相間短路情況下能滿足上述要求；另一種是反應接地故障的接線方式，它在各類接地故障時和三相接地短路情況下能滿足上述要求。對阻抗繼電器接線方式的要求輸入阻抗繼電器的電流Im，應該是短路回路的電流，測量電壓應是短路回路在保護安裝處的殘余電壓Um。為了便于討論，假設為金屬性短路，忽略負荷電流，并假定電流互感器、電壓互感器的變比都為1，即繼電器的測量阻抗等于一次阻抗。采用線電壓和兩相電流差的接線方式，也稱為0°接線方式，接入繼電器的電壓Um和電流Im如表所示。為反應各種相間短路，在AB、BC、CA相各接入一只阻抗繼電器。阻抗繼電器0°接線方式的電壓和電流相間短路阻抗繼電器的0°接線方式相間短路阻抗繼電器的0°接線方式（1）三相短路。三相短路是對稱短路，三個阻抗繼電器工作情況相同。以AB相阻抗繼電器為例進行分析。則進入AB相阻抗繼電器的電壓和電流為三相短路時，阻抗繼電器的測量阻抗為可見三相短路時，三個繼電器的測量阻抗均等于短路點到保護安裝處的線路阻抗，三個繼電器均能動作。被保護線路發(fā)生三相短路短路點至保護安裝處之間距離為l千米，線路單位長度正序電抗為Z1/km相間短路阻抗繼電器的0°接線方式（2）兩相短路。設A、B兩相短路。三個阻抗繼電器在A、B相短路時的測量為可見，AB相的測量阻抗與三相短路時相同，但其它兩相的測量阻抗則大得多。這時相間短路阻抗繼電器的0°接線方式也就是說A、B兩相短路時，只有接在A、B相的阻抗繼電器動作，而另外兩只阻抗繼電器不會動作。因此，必須用三只阻抗繼電器接在不同的兩相線路上。只有這樣，發(fā)生兩相短路時保護才能可靠動作。相間短路阻抗繼電器的0°接線方式（3）兩相接地短路。此時，把A相和B相看成兩個“導線-地”的送電線路并有互感耦合在一起，若用ZL表示輸電線路每千米的自感阻抗、ZM表示每千米的互感阻抗，則保護安裝點的故障相電壓為接在AB相的測量阻抗為中性點直接接地電網(wǎng)當距離保護安裝處lkm處發(fā)生AB兩相接地短路時短路電流為IA和IB以大地和中性點形成回路。此時，短路電流IA≠-IB相間短路阻抗繼電器的0°接線方式可見，0°接線方式對于系統(tǒng)發(fā)生三相短路、兩相短路、兩相接地短路時，接在兩故障相的阻抗繼電器的測量阻抗均相同，都可以動作，滿足對距離保護的要求，因此這種接線方式在距離保護中得到了廣泛應用。反應相間短路故障接線方式還可以采用30°接線方式，即按線電壓和相電流接入繼電器。接地短路用阻抗繼電器的接線方式中性點直接接地電網(wǎng)中，當采用零序電流保護不能滿足要求時，一般考慮采用接地距離保護。設A相發(fā)生單相接地，保護安裝處A相母線電壓UA，故障點處A相電壓UKA和短路電流IA分別用對稱分量表示為

····UA＝UA1+UA2+UA0····UKA＝UKA1+UkA2+UKA0＝0····IA＝IA1+IA2+IA0接地短路用阻抗繼電器的接線方式根據(jù)各序網(wǎng)圖，保護安裝處母線上各相序分量與短路點各相序分量之間有如下關系

···UA1＝UkA1+IA1Z1l

···UA2＝UkA2+IA2Z1l

···UA0＝UKA0+IA0Z0l可得保護安裝處故障相電壓UA為接地短路用阻抗繼電器的接線方式即其中一般來說零序阻抗角和正序阻抗角相等，因此K為一實數(shù)。可見當接入繼電器的電流IM采用IA的補償電流IA+K3I0時，阻抗繼電器的測量值為可見該測量阻抗與相間短路阻抗繼電器所測阻抗值相等，可以正確反映短路點到保護安裝處的阻抗。接地短路用阻抗繼電器的接線方式接地距離保護繼電器的接入電壓和電流如表所示：其接線方式如圖所示。反應接地故障的阻抗繼電器接入電壓和接入電流第六章電網(wǎng)的距離保護第五節(jié)影響距離保護正確工作的因素概述在電力系統(tǒng)正常運行及故障情況下，有一些因素可能會影響阻抗的正確測量，造成距離保護不能正確工作。例如保護安裝處和故障點之間的分支線路和短路點過渡電阻的存在會影響阻抗繼電器的測量值；電力系統(tǒng)的振蕩、電壓互感器和電流互感器的測量誤差、極化電壓和插入電壓相位與工作電壓相位不一致等均會影響阻抗的正確測量。分支線對距離保護的影響在高壓電網(wǎng)中，通常由母線將相鄰輸電線路分隔開來，在母線上連接有電源線路、負載或平行線路等形成分支線。在考慮分支線對距離保護的影響時，通常只考慮對第二段的影響。此時繼電器的測量阻抗為其中稱為分支系數(shù)具有電源分支線的系統(tǒng)接線圖。當線路BC上K點發(fā)生短路故障時對于裝在AB線路A側的距離保護裝置，由電源E2供給的短路電流IDB流向故障點，但不經過保護裝置Z分支線對距離保護的影響可見，由于電流IDB的存在，使AB線路A側阻抗繼電器的測量阻抗增大，這意味著其保護范圍將會縮短。所以又將電流IDB稱為助增電流，Kb稱為助增系數(shù)。另外，分支系數(shù)Kb的大小與系統(tǒng)運行方式有關，在保護的整定計算中應取較小的分支系數(shù)，以保證選擇性。因為當出現(xiàn)較大的分支系數(shù)時，只會使測量阻抗增大，保護范圍縮短，不會造成保護非選擇性動作；但若在整定計算中取較大的分支系數(shù)，則當運行中出現(xiàn)較小的分支系數(shù)時，將造成測量阻抗減小，保護區(qū)延長，可能造成保護失去選擇性。分支線對距離保護的影響上面是助增電流的影響，還有一種是外汲電流的影響。阻抗繼電器的測量阻抗為其中稱為分支系數(shù)。具有汲出分支線的系統(tǒng)接線圖當K點發(fā)生短路時對AD線路A側的距離保護裝置，由于IK2的存在，使得IK1<IAB分支線對距離保護的影響顯然，由于電流IK2的存在，使阻抗繼電器的測量阻抗減小，保護范圍延長，所以又將IK2稱為外汲電流，Kb稱為外汲系數(shù)。由于外汲電流的存在，可能造成保護無選擇性動作。同樣，外汲系數(shù)Kb與系統(tǒng)運行方式有關，在整定計算中仍應取較小的外汲系數(shù)，因為當運行中出現(xiàn)較大的外汲系數(shù)時，只會使測量阻抗增大，保護范圍縮短，不會造成保護非選擇性動作。另外，負荷電流也屬于外汲電流，但與故障電流相比，其影響較小，因此一般不予考慮。短路點過渡電阻對距離保護的影響短路點的過渡電阻Rg是指當相間短路或接地短路時，短路電流從一相流到另一相或從相導線流入地的途徑中所經過的物質的電阻，這包括電弧電阻、中間物質的電阻、相導線與地之間的接觸電阻以及金屬桿塔的接地電阻等等。由于此過渡電阻的存在，也會使距離保護的測量阻抗發(fā)生變化，造成距離保護的非選擇性動作。短路點過渡電阻的特性根據(jù)國外進行的一系列實驗，當短路電流相當大時(數(shù)百安以上)，電弧上的電壓梯度幾乎與電流無關。電壓梯度約為每米弧長(1.4～1.5)kV(最大值)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知電弧實際上呈現(xiàn)的有效電阻，其值可按下式確定：可見，在短路的初瞬，電弧電流最大，而弧長最短，其電弧電阻最??；經過幾個周期后，由于電弧逐漸伸長，電弧電阻有急劇增大之勢。短路點過渡電阻的特性在相間短路時，過渡電阻主要由電弧電阻構成，其值可按上述經驗公式估算。在導線對桿塔放電的接地短路時，鐵塔及其接地電阻是構成過渡電阻的主要部分。鐵塔的接地電阻與大地的導電率有關，對于跨越山區(qū)的高壓線路，鐵塔的接地電阻可達幾十歐姆。此外當線路通過樹木或其它物體對地短路時，過渡電阻更高，難以準確計算。目前，我國對500kV線路接地短路的最大過渡電阻按300估計，對220kV線路，則按100估計。

過渡電阻對單側電源線路的影響單側電源供電系統(tǒng)當線路BC的始端經電阻Rg短路時保護2的測量阻抗為Zm2=Rg保護2的測量阻抗為Zm2=Rg保護1的測量阻抗為Zm1=ZAB+Rg保護1的測量阻抗為Zm1=ZAB+Rg由于Zm1是ZAB和Rg的矢量和，因此其數(shù)值比無Rg時增大不多，即測量阻抗受Rg影響較小。這樣當Rg較大時，就可能出現(xiàn)Zm2已經超出保護2的第1段特性圓的范圍，而Zm1仍位于保護1的第Ⅱ段特性圓以內的情況此時兩個保護將同時以第Ⅱ段的時限動作，從而失去選擇性。過渡電阻對單側電源線路的影響由上述分析可見，短路點的過渡電阻總是使繼電器的測量阻抗增大，使保護范圍縮短，由于過渡電阻對不同安裝地點的保護影響不同，所以可能導致保護無選擇性動作。另外，當保護安裝點距短路點越近時，受過渡電阻的影響越大；同時保護裝置的整定值越小，則相對地受過渡電阻的影響也越大。因此對短距離的線路應特別注意過渡電阻對其的影響。過渡電阻對雙側電源線路的影響此時變電所B和A母線上的殘余電壓為則保護2和保護1的測量阻抗分別為其中，表示IK超前于IK1的角度。當為正時，測量阻抗的電抗部分增大；而當為負時，測量阻抗的電抗部分減小。在后一種情況下，可能引起某些保護的無選擇性動作。雙側電源供電線路短路點上的過渡電阻，還可能造成某些保護的測量阻抗減小。如在線路BC的始端經過渡電阻Rg短路時。IK1和IK2分別為兩側電源供給的短路電流，則流經Rg的電流為IK=IK1+IK2

。由此可見，阻抗繼電器的動作特性在+R軸方向所占的面積越大，則受過渡電阻的影響越小。假定保護1的距離I段采用不同特性的阻抗元件，它們的整定阻抗選擇的都一樣，均為0.85ZAB?，F(xiàn)在保護1的距離I段保護范圍內阻抗為ZK處經過渡電阻Rg短路。則保護1的測量阻抗為Zm1=ZK+Rg可見，當過渡電阻達到Rg1時，具有透鏡型特性的阻抗繼電器開始拒動；當過渡電阻達Rg2時，方向阻抗繼電器開始拒；而當過渡電阻達Rg3時，則全阻抗繼電器開始拒動。過渡電阻對不同動作特性阻抗元件的影響防止和減小過渡電阻影響的方法1）根據(jù)以上分析所得的結論，采用能容許較大的過渡電阻而不致拒動的阻抗繼電器，可防止過渡電阻對繼電器工作的影響。例如，對于過渡電阻只能使測量阻抗的電阻部分增大的單側電源線路、可采用不反應電阻部分增大的電抗型繼電器。在雙側電源線路上，可采用多邊形動作特性的繼電器，如圖所示。動作特性的上邊XA向下傾斜一個角度，以防止過渡電阻使測量電抗減小時阻抗繼電器的超越。右邊RA可以在R軸方向獨立移動以適應不同數(shù)值的過渡電阻。防止和減小過渡電阻影響的方法2）利用瞬時測量回路來固定阻抗繼電器的動作。相間短路時，過渡電阻主要是電弧電阻，其數(shù)值在短路瞬間最小，大約經過0.1~0.15s后迅速增大。根據(jù)Rg的上述特點，通常距離保護的第Ⅱ段可采用瞬時測量回路，以便將短路瞬間的測量阻抗固定下來，使Rg的影響減至最小。裝置的原理接線如圖所示。顯然，這種方法只能用于反應相間短路的阻抗繼電器。在接地短路情況下，電弧電阻只占過渡電阻的很小一部分，這種方法不會起太大的作用。在發(fā)生短路瞬間，起動元件KA和距離Ⅱ段阻抗元件動作后，起動中間繼電器KM。KM起動后，即通過KA的觸點自保持，而與KI的觸點位置無關。這樣當Ⅱ段的整定時限到達時，時間繼電器KT動作，通過KM的動合觸點去跳閘，在此期間，即使由于電弧電阻增大而使第Ⅱ段的阻抗元件髓返回，保護也能正確動作。電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩或異步運行時，各點的電壓、電流及功率的幅值和相位都將發(fā)生周期性地變化，反應電壓與電流之比的阻抗繼電器的測量阻抗也將隨之周期性地變化，當測量阻抗進入繼電器的動作區(qū)域內時，保護將發(fā)生誤動作。因此，對于距離保護必須考慮電力系統(tǒng)同步振蕩或異步運行對其工作的影響。電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的分布與變化在電力系統(tǒng)中，由于輸電線路輸送功率過大而超過穩(wěn)定極限、無功功率不足而引起系統(tǒng)電壓降低、短路故障切除緩慢或由于采用非同期自動重合閘不成功時，都有可能引起系統(tǒng)振蕩。現(xiàn)以雙側電源輻射形網(wǎng)絡為例，分析系統(tǒng)振蕩時各種電氣量的變化假定在系統(tǒng)全相運行時發(fā)生振蕩，由于三相總是對稱的，所以可按單相系統(tǒng)來分析。系統(tǒng)振蕩時電流的變化特點假設系統(tǒng)振蕩時EM、EN的幅值相等，相角差為,其值為0～360°，即系統(tǒng)中各元件的阻抗角相等，均為∑，總阻抗假設電流的正方向為從M側指向N側振蕩過程不考慮負荷電流的影響,兩電源間的電流就是振蕩電流：該電流IM滯后于△E=EM-EN的角度為∑由圖可見電勢差△E的有效值為則振蕩電流的有效值為可見，當在0～360°范圍內變化時，電流IM的大小和相位都發(fā)生變化。IM變化曲線有效值隨變化曲線如圖所示。當=180°時，IM達到最大IM=2EM/Z∑系統(tǒng)振蕩時電壓的變化特點系統(tǒng)振蕩時，線路兩端母線電壓為由于假設全系統(tǒng)阻抗角相等，因此相量UM的末端落在相量△E上該相量就是電流IM在電源M阻抗ZM上的壓降同理，相量UN的末端也落在相量△E上相量差UM-UN則表示電流IM在線路上的壓降線路上各點電壓相量的末端都落在相量差UM-UN上在電勢相角差為的情況下，系統(tǒng)中總有一點的電壓為最低，其值UZ為由0點向UM-UN相量所作垂線的長度線路上電壓最低的這點稱為振蕩中心,以z表示。顯然，EM、EN幅值相等、且全系統(tǒng)阻抗角也相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中心,即Z∑/2處。當由0°～360°變化時，相量EN沿圓1變化；相量UN沿圓2變化相量UM沿圓3變化從圖中可見，振蕩中心電壓的有效值為=180°時，EN走到了EM反方向此時Uz=0，相當于在線路z點發(fā)生三相短路。此時，電流IM達到最大。電流IM的運行軌跡如圖中圓4=0°時，此時EM、EN重合由于EM、EN重合，兩者相量差為0，因此振蕩電流IM=0Uz則達到最大，即Uz=EM在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時,系統(tǒng)各點電壓從一個最大值到下一個最大值所經歷的時間稱為振蕩周期,一般在0.25～2.5s.而系統(tǒng)各點電壓相量末端的軌跡則經歷了一個圓周，如圖UN所示。系統(tǒng)各點電壓變化曲線如圖所示。系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化規(guī)律當系統(tǒng)振蕩時，距離保護的測量阻抗為設距離保護安裝在線路MN的M側。由于由于其中其中其中該測量阻抗相量的端點如圖為過振蕩中心z點且垂直于Z∑的直線OO'Zm由兩部分組成，其中一部分是?Z∑-ZM即相量mz另一部分組成是相量端點隨的變化在OO'直線上移動因此，當由0°變化到360°時,Zm的末端將由OO'直線O側的無窮遠處開始沿OO'直線向O'方向移動。當=180°時,Zm的末端與振蕩中心z點重合，Zm=?Z∑-ZM當→360°時，Zm的末端趨近于O'側的無窮遠Zm→∞可見由M點向直線OO'所引的相量就是M點阻抗保護的測量阻抗，直線OO'直線測量阻抗末端軌跡直線OO'測量阻抗末端軌跡是在假設EM與EN幅值相等時得出的結論。當EM的幅值大于EN幅值時，測量阻抗的軌跡為圓心位于第一象限的圓，如圖虛線1當EM的幅值小于EN幅值時，測量阻抗的軌跡為圓心位于第三象限的圓，如圖虛線2如果修改ZM的值,還可獲得線路上任意位置的測量阻抗。系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化規(guī)律當系統(tǒng)振蕩時，距離保護的測量阻抗為設距離保護安裝在線路MN的M側。由于由于其中其中其中該測量阻抗相量的端點如圖為過振蕩中心z點且垂直于Z∑的直線OO'Zm由兩部分組成，其中一部分是?Z∑-ZM即相量mz另一部分組成是相量端點隨的變化在OO'直線上移動因此，當由0°變化到360°時,Zm的末端將由OO'直線O側的無窮遠處開始沿OO'直線向O'方向移動。當=180°時,Zm的末端與振蕩中心z點重合，Zm=?Z∑-ZM當→360°時，Zm的末端趨近于O'側的無窮遠Zm→∞可見由M點向直線OO'所引的相量就是M點阻抗保護的測量阻抗，直線OO'直線測量阻抗末端軌跡直線OO'測量阻抗末端軌跡是在假設EM與EN幅值相等時得出的結論。當EM的幅值大于EN幅值時，測量阻抗的軌跡為圓心位于第一象限的圓，如圖虛線1當EM的幅值小于EN幅值時，測量阻抗的軌跡為圓心位于第三象限的圓，如圖虛線2如果修改ZM的值,還可獲得線路上任意位置的測量阻抗。系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響線路MN的M側距離保護I段的起動阻抗整定為0.85ZMN即距離保護I段整定范圍為M～A其中曲線1是透鏡型繼電器特性。其中曲線2是方向型繼電器特性。其中曲線3是全阻抗型繼電器特性。直線OO'是測量阻抗相量末端軌跡,位于距離保護特性內部的點，保護就會動作?？梢娫谕瑯诱ㄖ档臈l件下，全阻抗繼電器受振蕩的影響最大。而透鏡型繼電器所受的影響最小。一般而言，繼電器動作特性在阻抗平面上沿oo'方向所占的面積越大，受振蕩的影響也就越大。距離保護受振蕩的影響還與保護安裝地點有關，當保護安裝點越靠近振蕩中心時，受到的影響就越大；而當振蕩中心在保護范圍以外或位于保護的反方向時，則在振蕩的影響下距離保護不會誤動作。當距離保護帶有較大的延時(例如≥1.5s)時，如距離Ⅲ段，可利用其延時躲開振蕩的影響。振蕩閉鎖回路對于在系統(tǒng)振蕩時可能誤動的保護裝置，應裝設專門的振蕩閉鎖回路，以防止系統(tǒng)振蕩時造成保護誤動作。由上述分析可知，當系統(tǒng)振蕩使=180°時,保護受到的影響與在系統(tǒng)振蕩中心處發(fā)生三相短路時的效果是一樣的，因此振蕩閉鎖回路必須能夠正確地區(qū)分系統(tǒng)振蕩和三相短路這兩種不同的情況，這樣才能保證在系統(tǒng)振蕩時將保護閉鎖，而在發(fā)生三相短時保護能可靠地動作。振蕩和短路時的主要區(qū)別(1)振蕩時，電流和各點電壓的幅值均呈現(xiàn)周期性變化，只在=180°時才出現(xiàn)最嚴重的現(xiàn)象；而短路后，短路電流和各點的電壓幅值是不變的(不計其衰減時)。(2)振蕩時，電流和各點電壓的變化速度較慢；而短路時，電流是突然增大，電壓也突然降低，變化速度很快。振蕩和短路時的主要區(qū)別(3)振蕩時，任一點的電流與電壓之間的相位關系都隨的變化而改變；而在發(fā)生短路時，電流和電壓之間的相位是不變的。(4)振蕩時，三相完全對稱，系統(tǒng)中無負序分量出現(xiàn)；而短路時，總要長時間(在不對稱短路過程中)或瞬間(在三相短路開始時)出現(xiàn)負序分量。振蕩閉鎖回路的要求根據(jù)以上區(qū)別，振蕩閉鎖回路根據(jù)其工作原理的不同可分為兩種，一種是利用負序分量的出現(xiàn)與否來實現(xiàn)；另一種是利用電流、電壓或測量阻抗變化速度的不同來實現(xiàn)。無論哪一種原理的振蕩閉鎖回路，都應該滿足以下基本要求：(1)系統(tǒng)發(fā)生振蕩而沒有故障時，應可靠地將保護閉鎖，且振蕩不停息，閉鎖就不應解除。振蕩閉鎖回路的要求(2)系統(tǒng)發(fā)生各種類型的故障時，保護應能可靠地動作而不被閉鎖。(3)在振蕩過程中發(fā)生不對稱故障時，保護應能快速正確地動作，對于對稱故障則允許保護帶延時動作。(4)先故障而后又發(fā)生振蕩時，保護不要無選擇性地動作。振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理：1）利用有無負序分量的原理；2）利用電氣量變化速度不同的原理。電壓回路斷線對距離保護的影響當電壓互感器二次回路斷線時，距離保護將失去電壓，在負荷電流的作用下，阻抗繼電器的測量阻抗變?yōu)榱悖赡茉斐杀Ｗo誤動作。因此，在距離保護中應采取防止保護誤動作的斷線閉鎖裝置。對斷線閉鎖裝置的主要要求對斷線閉鎖裝置的主要要求：1）當電壓回路發(fā)生各種可能使保護誤動作的故障情況時，應能可靠地將保護閉鎖；2）當被保護線路故障時，不因故障電壓畸變錯誤地將保護閉鎖，以保證保護可靠動作。為此應使閉鎖裝置能夠正確地區(qū)分以上兩種情況，運行經驗證明，最好的區(qū)別方法就是看電流回路是否也同時發(fā)生變化。電壓回路斷線的閉鎖及信號當距離保護的振蕩閉鎖回路采用負序電流和零序電流(或它們的增量)起動時，可利用它們兼作斷線閉鎖之用，這種方法即簡單又可靠，因此獲得了廣泛的應用。為了避免在斷線的情況下又發(fā)生外部故障時，距離保護無選擇性地動作，一般還需要裝設斷線信號裝置，以便值班人員能及時發(fā)現(xiàn)并處理。第六章電網(wǎng)的距離保護第六節(jié)距離保護整定原則距離保護I段的整定與電流I段相似，距離I段也是按躲開下一線路出口短路的原則來整定的，即其起動阻抗應躲過下一線路始端短路時的測量阻抗。A側保護1距離I段的啟動阻抗（一次）ZIoper·1=KrelZAB其中Krel——可靠系數(shù)，一般取0.8~0.85；動作時間一般為保護裝置的固有動作時間，一般為0.12s。躲過B側出口短路，整定時按母線B短路時的阻抗ZAB作為參考。1、啟動阻抗距離Ⅱ段的起動阻抗應按以下兩個原則來確定：(1)與相鄰線路的距離I段相配合，并