4.1

零序電氣量分析4.1.1零序電壓由零序網(wǎng)絡可得故障點K零序電壓、母線M處零序電壓及母線N處零序電壓為故障時，故障點處的零序電壓值最高，零序電壓值由故障點至接地中性點逐漸降低，至系統(tǒng)接地的中性點處，零序電壓值降為零。保護安裝處離故障點越近，所測得零序電壓越高，反之則越低。零序電壓分布4.1.2零序電流（1）故障點處對于單相接地短路與兩相接地短路，計算式分別為當

>

時，單相接地短路時零序電流將大于兩相接地短路時零序電流，反之，則兩相接地短路時零序電流較大。（2）本側(cè)保護處

流過保護P處即M側(cè)的零序電流4.1.2零序電流（3）對側(cè)保護處

對側(cè)保護安裝處流過零序電流注：零序電流僅在中性點接地的電網(wǎng)中流通4.1.3零序電壓電流相量關系正方向故障時保護P所在M母線處三倍零序電壓與三倍零序電流的關系為正方向發(fā)生接地短路故障時，零序電壓超前零序電流的角度為260°-265°(或稱其滯后于零序電流110°-95°)。根據(jù)此相量關系可見，即使正方向經(jīng)過渡電阻接地短路，也不會影響零序電壓與零序電流之間的相位關系。反方向故障時4.1.3零序電壓電流相量關系M母線處三倍零序電壓與三倍零序電流的關系為反方向接地短路故障時，零序電壓超前零序電流70°-80°。過渡電阻Rg不影響零序電壓與零序電流之間的相位關系。4.1.3零序電壓電流相量關系零序電流是由故障點處零序電壓所產(chǎn)生，零序電流的大小和分布，主要取決于輸電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗及其所處位置，亦即決定于中性點接地變壓器的數(shù)目和分布。在線路正方向故障時，零序功率由故障線路流向母線（通常以母線流向線路的功率為正），所以正向故障時，保護裝置所測得零序功率應為負。在線路反方向故障時，零序功率由母線流向故障線路，所以反向故障時，保護所測得的零序功率應為正。小結(jié)4.2零序電流保護4.2

零序電流保護110kV輸電線路配置反應接地故障的階段式零序電流保護。該保護的總體設計思路與階段式電流保護是類似的，但該保護僅反應電流中的零序分量，因此對于兩相短路、三相短路等無零序電流的故障是不能反應的。階段式零序電流保護中，零序電流Ⅰ段為無時限零序電流速斷保護，零序電流Ⅱ段為帶時限零序電流速斷保護，零序電流Ⅲ段為零序過電流保護。4.2.1零序電流I段為保證保護的動作選擇性，零序電流I段保護區(qū)不能超出本線路。零序電流I段的動作電流整定說明圖4.2.1零序電流I段零序電流Ⅰ段的動作電流應躲過被保護線路末端發(fā)生接地短路時流過保護安裝處的最大三倍零序電流，即——線路末端發(fā)生接地故障時流過的最大三倍零序電流；——可靠系數(shù)，一般取1.2~1.3。4.2.1零序電流I段求取

的故障點應選取線路末端，故障類型應選擇使得零序電流最大的一種接地故障。當

>

時，單相接地故障電流較大，而110kV輸電線路發(fā)生接地故障時，零序阻抗一般情況下都會大于正序阻抗，因此單相接地故障電流較大。注意：整定時應按照最大運行方式考慮，此時系統(tǒng)的正序、零序等效阻抗都應為最小值。4.2.2零序電流Ⅱ段零序電流Ⅱ段的目的也是保護本線路全長，其保護區(qū)應不超出相鄰線路零序電流Ⅰ段保護區(qū)，其動作時限應比下一條線路零序電流Ⅰ段的動作時限大一個時限級差Δt。零序電流Ⅱ段動作電流整定說明圖4.2.2零序電流Ⅱ段零序電流Ⅱ段動作電流應躲過相鄰線路Ⅰ段保護區(qū)末端短路時，流過本線路的最大三倍零序電流——相鄰線路保護零序Ⅰ段整定值，如有多條相鄰線路，則取最大值；——可靠系數(shù)，一般取1.1——零序分支系數(shù)，其值為相鄰線路I段保護范圍末端接地故障時，流過本線路的零序電流與流過相鄰線路的零序電流之比，取最大值。零序電流Ⅱ段靈敏度，應按本線路末端發(fā)生接地短路時的最小三倍零序電流來校驗4.2.2零序電流Ⅱ段對于長度20km以下線路，靈敏系數(shù)應不小于1.5；20km-50km線路，靈敏系數(shù)應不小于1.4；50km以上線路，靈敏系數(shù)應不小于1.3。當靈敏度不能滿足要求時，可與相鄰線路零序電流Ⅱ段配合整定，其動作時限應較相鄰線路零序Ⅱ段時限長一個時間級差Δt。4.2.3零序電流III段零序電流Ⅲ段是110kV單側(cè)電源輸電線路零序電流保護的最末段，作本線路經(jīng)接地故障的后備保護和相鄰線路接地故障的后備保護。零序電流Ⅲ段的動作電流應躲過本線路末端變壓器其他各側(cè)三相短路時流過本保護的最大不平衡電流——可靠系數(shù)，一般取1.2-1.3。4.2.3零序電流III段最大不平衡電流非周期分量系數(shù)（>1）TA同型系數(shù)。TA型號相同時取0.5、型號不同時取1TA誤差取10%線路末端三相短路的最大電流4.2.3零序電流III段零序電流III段的近后備靈敏度應按本線路末端接地短路時流過本保護的最小零序電流校驗。對于長度20km以下線路，靈敏系數(shù)應不小于1.5；20km-50km線路，靈敏系數(shù)應不小于1.4；50km以上線路，靈敏系數(shù)應不小于1.3。零序電流III段的遠后備靈敏度應按相鄰線路末端接地短路時流過本保護的最小零序電流校驗，力爭滿足靈敏系數(shù)不小于1.2。規(guī)程規(guī)定，零序電流III段電流定值不應大于300A（一次值）。零序電流III段相對于其他反應接地故障的保護（如接地距離保護）存在靈敏性優(yōu)勢。4.3

零序方向電流保護4.3.1

工作原理P2延時較短，先于P3動作時，則屬于無選擇性切除故障需要增設零序方向元件來構成零序方向電流保護，以提高保護的選擇性?；仡櫍赫较蚪拥囟搪饭收蠒r，零序電壓滯后零序電流95°-110°，反方向接地短路故障時，零序電壓超前零序電流70°-80°。4.3.2傳統(tǒng)零序功率方向繼電器零序功率方向繼電器比幅動作方程寫成比相動作方程即或者4.3.2傳統(tǒng)零序功率方向繼電器最靈敏角

，即80°。比相動作方程變?yōu)榱阈蚬β史较蚶^電器動作特性圖4.3.3微機型零序功率方向元件(1)按零序電壓、零序電流的相位比較實現(xiàn)(2)按零序功率的幅值比較實現(xiàn)第k點采樣值P0>0時，方向元件F0-動作，判為反方向故障；P0<0時，方向元件F0+動作，判為正方向故障。單側(cè)電源110kV輸電線路的零序電流II段、III段一般只采用單純的零序電流保護，而不采用方向零序電流保護，工程中簡稱“不帶方向”。小結(jié)零序功率方向元件——只需要一個——接地故障時才可能動作零序功率元件沒有死區(qū)問題。4.4

距離保護基本原理電流保護的保護范圍將隨著運行方式的變化而變化，下以某線路的電流速斷保護為例進行說明。4.4

距離保護基本原理曲線1、2、3為短路電流與故障距離關系曲線，最大運行方式下的三相短路電流變化曲線對應于曲線1，最小運行方式下的兩相短路電流變化曲線對應于曲線2。電流保護定值與曲線1交點對應于最大保護區(qū)，與曲線2交點對應于最小保護區(qū)。如最小運行方式下的兩相短路電流變化曲線對應于曲線3，則將導致電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區(qū)。4.4

距離保護基本原理在圖中，K點發(fā)生三相短路時M母線處所測得的電壓

與電流

有如下關系：式中

——保護安裝處到故障點的距離；

——線路每公里正序阻抗。

由式可知，保護安裝處的電壓電流的比值與故障點距離成正比，且與系統(tǒng)的運行方式無關。距離保護就是利用該比值判斷故障的一種保護，其不受系統(tǒng)運行方式的影響，可以獲得較為穩(wěn)定的靈敏度。4.4

距離保護基本原理

距離保護是由阻抗元件（阻抗繼電器）來完成保護安裝處的電壓電流的比值測量，根據(jù)比值即測量阻抗的大小來判斷故障的遠近，并利用故障的遠近確定動作時間的一種保護裝置。利用測量阻抗的變化可以區(qū)分故障與正常運行，并且能夠判斷出故障點的遠近。距離保護4.4

距離保護基本原理

故障距離越遠，測量阻抗越大。因此測量阻抗越大，保護動作時間應當越長，并以此構成三段式距離保護。三段式距離保護的整定原則與電流保護類似。距離保護的階梯時限特性

距離Ⅰ段為瞬時動作。為保證選擇性，其保護區(qū)不能伸出本線路，即測量阻抗小于本線路阻抗時動作。4.4

距離保護基本原理

保護P1的Ⅰ段整定阻抗為

可靠系數(shù)

(0.8~0.85)

距離Ⅱ段延時動作，為保證選擇性，保護區(qū)不能伸出相鄰線路Ⅰ段保護區(qū)，即測量阻抗小于本線路阻抗與相鄰線路Ⅰ段動作阻抗之和時動作。保護P1的Ⅱ段整定阻抗為可靠系數(shù)

(一般取0.8)4.4

距離保護基本原理

距離Ⅲ段除了作為本線路的近后備保護外，還要作為相鄰線路的遠后備保護。所以除了在本線路故障有足夠的靈敏度外，相鄰線路故障也要有足夠的靈敏度，其測量阻抗小于負荷阻抗時啟動，故動作阻抗小于最小的負荷阻抗。動作時間與電流保護Ⅲ段時間有相同的配置原則，即大于相鄰線路最長的動作時間。4.4

距離保護基本原理距離保護由啟動元件、測量元件與邏輯回路三部分組成。三段式距離保護簡化原理框圖4.4

距離保護基本原理啟動元件的主要作用是:

在被保護線路發(fā)生故障時啟動保護裝置或進入故障計算程序。測量元件的主要作用是:

完成保護安裝處到故障點阻抗或距離的測量，并與事先確定好的整定值進行比較，當保護區(qū)內(nèi)部故障時動作，外部故障時不動作。邏輯回路的主要作用是:

一般由一些邏輯門與時間元件組成，用于判斷保護區(qū)內(nèi)部或外部故障，并在不同保護區(qū)內(nèi)部故障時以相應的動作延時控制斷路器的跳閘。4.5

阻抗元件4.5

阻抗元件

阻抗元件(繼電器)是距離保護的核心元件，它的作用是用來測量保護安裝處到故障點的阻抗(距離)，并與整定值進行比較，以確定是保護區(qū)內(nèi)部故障還是保護區(qū)外故障。

根據(jù)阻抗繼電器的輸入量不同，可以分為單相式阻抗繼電器和多相補償式阻抗繼電器兩種。本節(jié)僅介紹單相式阻抗繼電器。根據(jù)阻抗繼電器的動作特性的形狀不同，又可以分為圓特性阻抗繼電器和多邊形特性阻抗繼電器兩類，本節(jié)將分別介紹。阻抗元件4.5.1

測量阻抗

單相式阻抗繼電器，是指只輸入單一的二次電壓(相電壓或相間電壓)、單一的二次電流(相電流或相電流差)的阻抗繼電器。

距離保護P安裝于MN線路左側(cè)，TV、TA為電壓、電流互感器，

、

為一次電壓、電流。

、

輸入阻抗繼電器（元件）KI的二次電壓、電流。單相式阻抗繼電器接線原理簡圖4.5.1

測量阻抗

阻抗繼電器中，

與

的比值稱為阻抗繼電器的測量阻抗ZK，為測量阻抗二次值即式中m、

m——測量電壓、電流一次值；

nTV——電壓互感器變比，對于110kV線路,變比為1100；

nTA——電壓互感器變比，如600A/5A=120；

——測量阻抗一次值。

在線路正方向故障時（如圖中的K1點），測量阻抗角為線路阻抗角φ，測量阻抗在第Ⅰ象限；在反方向故障（如圖中的K2

點），流過反方向電流，測量阻抗角為φ+180°，測量阻抗在第Ⅲ象限。4.5.1

測量阻抗4.5.1

測量阻抗

測量阻抗為復數(shù)，其幅值與其阻抗角都將隨故障點位置或故障性質(zhì)變化，故阻抗元件（繼電器）動作判據(jù)無法延用電流保護只比較幅值的思路。

因此，在阻抗復平面上，阻抗繼電器的動作特性一定表示為一個區(qū)域，而不會僅是一條固定角度的線段。阻抗繼電器的動作區(qū)域主要分別為圓形區(qū)域及多邊形區(qū)域兩類。4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性

在傳統(tǒng)的模擬式距離保護中，多采用圓特性阻抗繼電器作為測量元件，傳統(tǒng)的阻抗繼電器可以分為幅值比較式和相位比較式兩種，電路結(jié)構不同，但本質(zhì)原理相同。

這里主要介紹三種傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器，分別是全阻抗繼電器、偏移特性阻抗繼電器和方向阻抗繼電器。圓特性阻抗繼電器4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性（1）全阻抗繼電器

其動作特性如圖a所示，它是一個以坐標原點O為圓心，以整定阻抗

大小為半徑的圓，圓內(nèi)為動作區(qū)。全阻抗繼電器4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性繼電器的比幅式阻抗動作方程為繼電器的比相阻抗動作方程為

由于繼電器的動作區(qū)包括四個象限，因此該繼電器的動作是無方向性的，同時當ZK=0(即

=0，相當于保護安裝處出口短路)時，繼電器仍然能夠動作，因此無電壓動作死區(qū)。此類繼電器一般用作無需判斷方向的啟動元件等。4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性（2）偏移特性阻抗繼電器

其動作特性如圖b所示，它以整定阻抗Zset1+Zset2（阻抗角相位差180°)的中點為圓心，以Zset1-Zset2大小的一半為半徑的圓，其中圓內(nèi)為動作區(qū)，相當于全阻抗繼電器特性向第一象限偏移。偏移特性阻抗繼電器4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性繼電器的比幅阻抗動作方程為繼電器的比相阻抗動作方程為

繼電器的動作區(qū)包含坐標原點，因此無電壓動作死區(qū)。一般在已判別出故障屬于正向故障時，才采用此類繼電器。4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性（3）方向阻抗繼電器

圓特性方向阻抗繼電器如圖c所示，是以整定阻抗為直徑的圓。它的圓心對應整定阻抗的中點。其中圓內(nèi)為動作區(qū)，圓特性方向阻抗繼電器4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性繼電器的比幅動作方程為繼電器的比相動作方程為

方向阻抗繼電器的動作區(qū)主要包括第一象限，但不包括第三象限。因此該繼電器有方向性，即正方向故障才有可能動作，而反方向故障時不會動作。但由圖可見，坐標原點O位于該繼電器動作邊界上，相對于前述兩種阻抗元件，方向阻抗繼電器需要考慮電壓死區(qū)問題。4.5.2

傳統(tǒng)圓特性阻抗繼電器特性

如圖所示為其他幾種圓特性阻抗繼電器。蘋果型與橄欖型方向阻抗繼電器是圓特性方向阻抗繼電器的變形，當兩個相交的圓特性方向阻抗繼電器動作區(qū)取并集(邏輯“或”)時為蘋果型方向阻抗繼電器(圖a)，當取交集(邏輯“與”)時為橄欖型方向阻抗繼電器(圖b)

蘋果型方向阻抗繼電器一般用在傳統(tǒng)的發(fā)電機失磁保護中，橄欖型方向阻抗繼電器一般用在失步解列裝置中。下拋圓特性阻抗繼電器(圖c)用于發(fā)電機失磁保護中的測量元件。4.5.3

傳統(tǒng)直線特性阻抗繼電器特性

我們可以將直線特性看成一種特殊的圓特性，如對于方向阻抗繼電器，無限擴大其Zset值，其邊界將變成過圓點的一條直線。本節(jié)介紹兩種直線特性。四邊形阻抗繼電器直線特性阻抗繼電器4.5.3

傳統(tǒng)直線特性阻抗繼電器特性（1）單一直線特性

圖中直線陰影側(cè)為動作區(qū)。則該繼電器的阻抗形式比相動作方程為

該類繼電器一般與其他阻抗特性配合使用，變化

的阻抗角與長度，可得到不同的直線特性。如

的阻抗角變?yōu)?0度，則動作區(qū)直接將與R軸平行，此時繼電器稱為電抗繼電器。4.5.3

傳統(tǒng)直線特性阻抗繼電器特性（2）四邊形特性

如圖所示的四邊形阻抗繼電器，由折線AOC、線段AB、線段BC圍成一個內(nèi)部區(qū)域。四邊形阻抗繼電器4.5.3

傳統(tǒng)直線特性阻抗繼電器特性對應的阻抗形式動作方程為折線AOC：-α4≤

argZK

≤90°+α1

線段AB：180°-α2

≤

arg(ZK-Zset)

≤360°-α2

線段BC：α3≤

arg(ZK-Rset)

≤180°+α3 式中——OA線偏移角度，一般取15°~30°；

——AB線（也稱電抗線）偏移角度，一般取7°~15°；

——BC線（也稱電阻線）偏移角度，一般取60°；

——OC線偏移角度，一般取30°。將上面三式進行邏輯“與”，就是四邊形阻抗繼電器的動作方程。4.5.4

傳統(tǒng)方向阻抗繼電器的實現(xiàn)

以圓特性方向阻抗元件為例進行說明。將式

兩邊同乘以

，可得方向阻抗繼電器的動作方程變化為即可構成幅值比較型方向阻抗繼電器，其中

稱為動作電壓，

稱為制動電壓。當動作電壓大于制動電壓時，繼電器動作。4.5.4

傳統(tǒng)方向阻抗繼電器的實現(xiàn)同理，式

可變化為

即可構成相位比較型方向阻抗繼電器，該繼電器比較兩個電壓相量

與

的相位關系是否滿足上述條件。

其中分子稱為工作電壓或補償電壓，它是一種差電壓，與整定阻抗與測量阻抗的差值成正比；

分母稱為極化電壓，代表了母線電壓，它與測量阻抗成正比。4.5.4

傳統(tǒng)方向阻抗繼電器的實現(xiàn)

同理根據(jù)其他以阻抗形式表達的動作方程，也可以構成相應的幅值比較式或相位比較阻抗繼電器。

值得指出，上述兩種比較方法，任選用其中一種即可。以電壓比較形式表示的動作特性，與以阻抗比較形式表示的動作特性，其核心理念是統(tǒng)一的，因此動作特性圓的形狀是一致的。4.5.5

阻抗繼電器的精確工作電流

以上分析傳統(tǒng)阻抗繼電器的動作特性時，都是從理想的條件出發(fā)，即認為比幅元件(或比相元件)的靈敏度很高，或者認為只要電壓電流的比值滿足要求繼電器就會動作。

舉例來說，全阻抗繼電器的整定阻抗為1.1Ω，在電壓為1V，電流為1A時，繼電器可以動作；但是在電壓為0.1V，電流為0.1A時，繼電器就可能不會動作。是什么原因造成的呢？想一想4.5.5

阻抗繼電器的精確工作電流

將式

變?yōu)槿缦滦问剑?/p>

式

表明只要差值大于0，繼電器就應該動作。

因此式

就變?yōu)?.5.5

阻抗繼電器的精確工作電流從式

可見，當電流很小時，繼電器是無法動作的。為了考核阻抗繼電器的性能，引入了精確工作電流的概念。

精確工作電流指的是當(阻抗繼電器電壓與電流夾角為最靈敏角)，且動作阻抗Zact=0.9Zset時，使得繼電器剛好動作的電流。其中的最小值稱為最小精確工作電流Iac.min；最大值稱為最大精確工作電流Iac.max，最大精確工作電流取決于保護使用的變換器抗飽和能力。4.5.5

阻抗繼電器的精確工作電流

測量阻抗繼電器的精確工作電流方法是給繼電器加不同的電流，測出使得繼電器剛好動作的電壓(電壓與電流夾角為最靈敏角)，電壓與電流的比值就是動作阻抗Zact。做出曲線Zact=f(IK)，并取與直線Zact=0.9Zset的交點，對應的電流值就是精確工作電流(如下圖)。阻抗繼電器動作阻抗與測量電流的關系4.5.6

方向阻抗繼電器的死區(qū)問題

對于傳統(tǒng)方向阻抗繼電器而言，消除方向阻抗繼電器死區(qū)的方法一般有兩種：1）靠記憶故障前電壓；2）引入第三相電壓。傳統(tǒng)方向阻抗繼電器的電壓輸入回路圖中UV1、UV2為電壓變換器，A、B、C、N為電壓輸入端，

為AB相為線電壓，

為C相電壓。C相電壓右接RLC串聯(lián)諧振電路。4.5.6

方向阻抗繼電器的死區(qū)問題

如不接入C相電壓，只將AB相電壓代入，則由式

可得動作方程為顯然當

為零時，動作條件不滿足。如接入第三相電壓即C相電壓，該電壓在RLC串聯(lián)諧振電路中形成的電流與

同相，在電感上取壓并經(jīng)電壓變換器UV2變換后形成兩路插入電壓

，不難推導，

的相位將與故障前的AB線電壓保持一致！4.5.6

方向阻抗繼電器的死區(qū)問題得到

后，其一與

（通過抽頭調(diào)整UV1次級電壓，用于調(diào)整定值，此處可假設等于

）反極性相接，形成

電壓。其二與

相連，形成

電壓（圖中未畫出）。則式

變?yōu)?.5.6

方向阻抗繼電器的死區(qū)問題（1）出口兩相短路

由式可見，引入第三相電壓后，在AB相出口短路時，非故障相C電壓不為0，并且其相位也不會隨故障位置的變化而變化。

代替了

，使動作條件滿足。（2）出口三相短路

出口三相對稱性短路時，三相電壓都降為0，C相電壓降為0，此時，相當于圖中CN被短接，此時，通過RLC串聯(lián)諧振電路中L元件的續(xù)流作用，對故障前電壓的相位加以“記憶”，保證

在短時間內(nèi)不消失，滿足動作條件。4.5.6

方向阻抗繼電器的死區(qū)問題以上分析是傳統(tǒng)方向阻抗繼電器消除死區(qū)的方法。無論采用哪種形式構成方向阻抗繼電器，需要解決的問題，首先是能夠正確測量保護安裝處到故障點的距離，然后應當保證沒有正方向出口死區(qū)，并且在反方向故障時可靠不動作。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式

阻抗繼電器的接線方式是指接入阻抗繼電器的電壓與電流的相別組合方式。因為阻抗繼電器用于測量保護安裝處到故障點的阻抗(距離)，因此應當滿足如下要求：①測量阻抗與保護安裝處到故障點的距離成正比，而與系統(tǒng)的運行方式無關；②測量阻抗應與短路類型無關，即同一故障點不同類型的短路故障時的測量阻抗應當一樣。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式（1）測量阻抗分析結(jié)合圖進行分析，K點短路時，母線M電壓可以表示為以A相接地故障為例說明，考慮到z1=z2，有

，

，則4.5.7

阻抗繼電器的接線方式其中

稱為零序補償系數(shù)

可知測量阻抗與保護安裝處到故障點的距離成正比。同理可以得出，在兩相接地故障時，故障相阻抗繼電器的測量阻抗為短路阻抗也為

。

因此，對應于接地故障應采用此類電壓、電流的選擇方式（接線方式）。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式

以BC兩相相間短路為例說明相間故障時的情況，邊界條件為

，

。則

可知實現(xiàn)測量阻抗與保護安裝處到故障點的距離成正比。在三相短路故障時，AB、BC、CA三個相間阻抗繼電器的測量阻抗為短路阻抗

。

需要指出的是，只有故障相(相間)的測量阻抗為

，非故障相的測量阻抗更大。根據(jù)上述分析，反應相間短路與接地短路的阻抗繼電器接線有所不同。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式（2）相間距離保護0°接線

反應相間故障的阻抗繼電器接線應當以相間電壓作為繼電器電壓，以相間電流差為繼電器電流。由于在負荷電流下(cosφ=1)繼電器電壓、電流的夾角為0°，所以這種接線稱為相間距離保護0°接線。接線見表4-1。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式（3）接地距離保護零序補償接線

在中性點直接接地電網(wǎng)中，當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，它的主要任務是反映電網(wǎng)的接地故障。反應接地故障的阻抗繼電器接線應當以相電壓作為繼電器電壓，以相電流加

為繼電器電流，此接線方式稱為零序補償接線。接線見表4-2。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式

阻抗繼電器用于構成相間距離保護時采用0°接線，用于構成接地距離保護時采用零序補償接線。在線路發(fā)生各種故障時，阻抗繼電器的動作情況見表4-3。表4-3各種故障時阻抗繼電器正確測量的分析

從表4-3可以看出，發(fā)生故障時只有與故障相關的阻抗繼電器可以正確測量，因此有必要先選出故障相(由選相元件完成)，再對對應的可以正確測量的故障相阻抗繼電器進行計算，這樣可以減少計算的時間，從而加快微機保護的動作速度。比如判斷出是A相接地故障時，可以只對A相阻抗元件是否動作進行計算。4.5.7

阻抗繼電器的接線方式4.6

距離保護整定4.6.1

助增電流與汲出電流

距離保護的整定計算包括整定阻抗的大小與角度整定、各段動作時間的確定、保護靈敏度校驗等。

距離保護Ⅱ段、Ⅲ段都要與相鄰線路配合。如圖所示，在相鄰線路存在故障時，如果相鄰線路與本線路之間有分支元件，就會影響阻抗繼電器的測量阻抗。助增電流汲出電流4.6.1

助增電流與汲出電流圖a中距離保護P1在K點故障后的M母線電壓為則保護P1的測量阻抗Z為圖b中距離保護P1在K點故障后的測量阻抗Z為Kbra稱為分支系數(shù)4.6.1

助增電流與汲出電流

在圖a中Kbra>1，電流IN使故障線路電流大于本線路電流，稱為助增電流。在圖b中Kbra<1，電流INQ使故障線路電流小于本線路電流，稱為外汲(汲出)電流。

助增電流使得距離保護測量阻抗增大，保護區(qū)縮短，保護靈敏度降低；外汲電流使得距離保護測量阻抗減小，保護區(qū)伸長，可能造成保護的超范圍動作。4.6.2

階段式距離保護整定

距離保護的整定阻抗角為線路阻抗角，動作時間按照階梯配合，各段原則如下。整定計算用系統(tǒng)圖距離保護整定4.6.2

階段式距離保護整定（1）I段整定

Ⅰ段整定要求其保護區(qū)不能伸出本線路，即整定阻抗小于被保護線路阻抗。在圖中，保護P1的Ⅰ段整定阻抗

為式中

——Ⅰ段可靠系數(shù)，一般取0.8~0.85。4.6.2

階段式距離保護整定（2）II段整定

Ⅱ段延時動作，保護區(qū)不能伸出相鄰元件或線路瞬時段的保護區(qū)，并按照最小分支系數(shù)考慮。因此在圖中所示既無助增電流也無外汲電流時，分支系數(shù)Kbra.min取1。1)與相鄰線路Ⅰ段配合，圖中保護P1的Ⅱ段整定阻抗為式中

——Ⅱ段可靠系數(shù)，一般取0.8。4.6.2

階段式距離保護整定2)與相鄰變壓器配合，圖中保護P1的Ⅱ段應躲開Q母線的短路：式中

——Ⅱ段可靠系數(shù)，一般取0.7~0.75。

取以上兩式中較小者作為Ⅱ段整定阻抗，動作時間比相鄰線路Ⅰ段長，一般取0.5s。4.6.2

階段式距離保護整定按照線路末端發(fā)生金屬性短路來校驗Ⅱ段靈敏度。保護P1的靈敏系數(shù)為

若靈敏系數(shù)不滿足要求，則可以與相鄰Ⅱ段配合，時間則比相鄰Ⅱ段動作時間長Δt(一般為0.5s)。（3）Ⅲ段整定4.6.2

階段式距離保護整定

作為后備保護的Ⅲ段，正常時不啟動。因此整定阻抗應躲開最大負荷時的阻抗ZLo.min，即最小負荷阻抗。式中

——母線額定電壓；

——最大負荷電流。

分子乘為0.9，代表求最小負荷阻抗時，應用母線最低電壓。

考慮到最小負荷阻抗的阻抗角與短路阻抗角存在一定差異。保護P1的Ⅲ段整定阻抗

為4.6.2

階段式距離保護整定式中

——Ⅲ段可靠系數(shù)，一般取1.2~1.3；

——阻抗繼電器的返回系數(shù)，一般取1.1；

——電動機自起動系數(shù)，由負荷性質(zhì)決定，一般取1.5~3；

、——線路阻抗角與負荷阻抗角。4.6.2

階段式距離保護整定

如圖所示，對于方向阻抗圓，整定阻抗對應于圓的直徑，其阻抗角為線路阻抗角φ1，一般為70°左右。負荷阻抗對應于圓中過原點的一條弦邊，其阻抗角φLo一般為30°左右。該公式中的的作用，就是將對應于阻抗角φLo的整定值，按弦邊與直徑的余弦關系，折算出直徑的長度，得到最終的整定阻抗。這樣，III段的整定阻抗角與I、II段的整定阻抗角即可保持一致。負荷阻抗角對靈敏系數(shù)的影響4.6.2

階段式距離保護整定

按照線路末端發(fā)生金屬性短路來校驗Ⅲ段靈敏度。當采用圓特性方向阻抗繼電器時，保護P1的靈敏系數(shù)為1）作為MN線路近后備：2）作為NP線路遠后備：

動作時間與電流保護Ⅲ段時間有相同的配置原則，即大于相鄰線路最長的動作時間。4.6.2

階段式距離保護整定整定算例系統(tǒng)圖牛刀小試

如圖所示，斷路器QF1、QF2處均裝設三段式相間距離保護(采用圓特性方向阻抗繼電器)P1、P2，已知線路阻抗為ZMN=4.4+j11.9；P1的一次整定阻抗為：

，0s；

，0.5s；

，3s；MN線路輸送的最大負荷電流為500A，最大負荷功率因數(shù)角為φLo.max=40°；TV電壓比

，TA電流比

=600A/5A=120。試整定距離保護P2的Ⅰ、Ⅱ段的二次整定阻抗、最靈敏角及動作時間。4.7電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及對策第4章110kV輸電線路保護振蕩電力系統(tǒng)中的電磁參量(電流、電壓等)的振幅和機械參量(功角、轉(zhuǎn)速等)的大小隨時間發(fā)生等幅、衰減或發(fā)散的周期性變化的現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，相關節(jié)點電壓、支路電流將隨時間周期性變化變化，相關距離保護的測量阻抗也會因此變化。因此，電力系統(tǒng)振蕩是一種影響距離保護正確動作的因素。學習電力系統(tǒng)振蕩閉鎖必須先明確以下兩點：電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護應閉鎖。1單側(cè)電源系統(tǒng)不會出現(xiàn)振蕩，因此也不需要振蕩閉鎖。24.7.1電流電壓量分析現(xiàn)以下圖所示的雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)為例，分析系統(tǒng)振蕩時電壓、電流的變化規(guī)律。4.7.1電流電壓量分析

振蕩電流

保護P處電壓

4.7.1電流電壓量分析

在δ為0°以外的任意值時，該點電壓都是全系統(tǒng)最低的，特別是當δ=180°時，該電壓的有效值變?yōu)?。電力系統(tǒng)振蕩時，電壓最低的這一點稱為振蕩中心，在系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等的情況下，振蕩中心的位置就位于阻抗中心處。

δ為180°，振蕩電流達到最大值，該電流與振蕩中心（C點）發(fā)生三相短路時短路電流相當。4.7.2保護P的測量阻抗保護P的測量阻抗一次值

在阻抗復平面上，M點為坐標原點，S點對應系統(tǒng)阻抗ZSM，R點對應本線路阻抗加對側(cè)系統(tǒng)阻抗，為ZMN+ZRN。假定系統(tǒng)中元件阻抗角一致，則SR為經(jīng)過原點的一條直線。

圖中圓代表保護P的某一段阻抗元件，Zset為其整定阻抗。

δ在0～360°周期性的變化時，測量阻抗變化軌跡為直線，共有三條，分別為ES＞ER、ES=ER、ES<ER三種情況，圖中僅畫出部分。系統(tǒng)振蕩時測量阻抗變化的軌跡4.7.2保護P的測量阻抗

4.7.2保護P的測量阻抗

4.7.2保護P的測量阻抗【例4-2】

【解】

1）問題①計算。根據(jù)題意作圖，圓中MC線段對應相量為因a點位于阻抗圓周上，根據(jù)圓周角定理有4.7.2保護P的測量阻抗【例4-2】

【解】

1）問題①計算。對直角三角形Rt△RCa有線段Ca長度對應阻抗為

2）問題②計算。由題意知Tswi＝1.5s，測量阻抗在圓的停留時間長度為4.7.2保護P的測量阻抗通過以上分析可知，系統(tǒng)振蕩時，阻抗元件是否會誤動作，要看測量阻抗ZmM是否落在圓內(nèi)以及處于圓內(nèi)的時間長度。主要取決于以下三個因素：①保護安裝處的位置，離振蕩中心越遠，越不容易誤動；②阻抗繼電器的動作特性，動作區(qū)越小，越不容易誤動；③保護的動作延時，動作延時越長，越不容易誤動。如振蕩時測量阻抗有可能進入保護的動作區(qū)時將導致阻抗繼電器動作，從而引起保護誤動，就必須制定相應對策。4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護為防止距離保護誤動，距離保護應當加裝振蕩閉鎖。對距離保護振蕩閉鎖的要求如下：①系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，應當快速開放保護；②系統(tǒng)靜穩(wěn)定破壞引起的振蕩時，應可靠閉鎖保護；③外部故障切除后緊跟著發(fā)生振蕩，保護不應誤動；④振蕩過程中發(fā)生故障，保護應當可靠動作；⑤振蕩閉鎖在振蕩平息后應該自行復歸，即振蕩不平息則振蕩閉鎖不復歸。振蕩時，要可靠閉鎖可能誤動的距離保護；短路時，要解除閉鎖，開放保護出口。4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護

測量阻抗進入阻抗繼電器的動作區(qū)時間為tb-ta(小于1s)，因此對阻抗繼電器來說，Ⅲ段最容易動作，但是距離保護Ⅲ段的動作時間最長(超過1s)，若動作時間為1.5s以上則距離保護Ⅲ段不受振蕩的影響。可能受振蕩影響的是距離保護Ⅰ、Ⅱ段，需要加裝振蕩閉鎖。4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護振蕩與短路的主要區(qū)別如下：①振蕩時，電壓、電流及測量阻抗幅值均做周期性的變化，變化緩慢；而短路時電流突然增大，電壓突然減小，變化速度快；②振蕩時，三相完全對稱，無負序或零序分量；短路時，總要長期(不對稱短路)或瞬間(對稱短路)出現(xiàn)負序電流(接地故障時還有零序電流)。簡而言之，短路時電氣量突變，振蕩時電氣量緩變；短路時有負序或零序（分量），而振蕩時只有正序（分量）。根據(jù)對振蕩閉鎖的要求，振蕩閉鎖判據(jù)需要區(qū)分振蕩與短路。4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護（1）短路故障，無振蕩此類情況下反應振蕩的過流元件不動作，啟動元件動作。距離保護的啟動元件在系統(tǒng)振蕩時閉鎖保護，在故障時開放保護。此時禁止門P1輸出為1，閉鎖過流元件邏輯，強制其輸出為0，并自保持。P1輸出1經(jīng)延時門T2，短時開放O1，因此A1、A2將短時開放，保證距離I段、II段阻抗元件進行判斷，短時開放之后，O1門輸出為0，閉鎖距離I段、II段，直到故障平息，啟動元件返回后，經(jīng)6s左右整組復歸時間后解除禁止門P1的自保持。保護整組復歸后，做好下一次動作的準備。振蕩閉鎖邏輯圖4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護（2）單純振蕩，無短路故障由于靜態(tài)穩(wěn)定被破壞而出現(xiàn)的振蕩，振蕩電流緩慢變化，達到一定條件時，過流元件輸出為1，經(jīng)T110ms延時后，P1輸出為0并自保持。此時距離I段、II段阻抗元件被閉鎖，直到振蕩平息，過流元件返回后，經(jīng)6s左右整組復歸時間后解除對于禁止門P1的自保持。振蕩閉鎖邏輯圖4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護（3）先短路，后振蕩如遇保護區(qū)外部短路引發(fā)振蕩的情況，則在短路發(fā)生初期，P1輸出1并自保持，O1已經(jīng)歷160ms短時開放，已處于閉鎖狀態(tài)。此時再發(fā)生振蕩，由于P1輸出為1的狀態(tài)不改變，O1輸出為0的狀態(tài)也不會改變。因此達到振蕩閉鎖的目的。這種狀態(tài)將一直維持到短路或振蕩現(xiàn)象完全消失后為止。振蕩閉鎖邏輯圖4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護（4）先振蕩，后短路如遇振蕩中出現(xiàn)短路的情況，保護應能再次開放。此時P1輸出0并自保持，O1已處于閉鎖狀態(tài)。如此時再發(fā)生故障，將通過振蕩中開放保護邏輯向O1輸出為1，且不受160ms約束。振蕩閉鎖邏輯圖4.7.3振蕩閉鎖原理定時限過電流保護距離保護振蕩閉鎖的方案可歸納為：①突變量啟動；②短時開放；③振蕩過程中出現(xiàn)短路應能再次啟動。4.8

過渡電阻對距離保護的影響與對策4.8.1過渡電阻影響分析無過渡電阻Rg阻抗繼電器Z＝Zk有過渡電阻Rg阻抗繼電器Z≠Zk過渡電阻特點相間故障接地故障電弧電阻電弧、接地電阻純電阻；隨著時間逐漸變大。規(guī)程規(guī)定：500kV線路過渡電阻300

時保護可靠動作，220kV線路則按照100考慮。

4.8.1過渡電阻影響分析1091.單側(cè)電源過渡電阻的影響過渡電阻RgRg使得阻抗繼電器在區(qū)內(nèi)故障時拒動。

無Rg繼電器動作有Rg繼電器拒動4.8.1過渡電阻影響分析2.雙側(cè)電源過渡電阻的影響過渡電阻Rg上電流不再是IM4.8.1過渡電阻影響分析M為送電側(cè)，ΔZ′呈現(xiàn)容性出口故障拒動外部故障誤動（超越）4.8.1過渡電阻影響分析b)拒動示意圖；c)誤動(超越)示意圖測量阻抗軌跡如圖b的虛線5所示，虛線5與R軸夾角小于短路阻抗角，送電側(cè)保護為了防止阻抗繼電器拒動，繼電器應該以直線4為動作邊界；為了防止阻抗繼電器超越，繼電器應該以直線6為動作邊界。4.8.2過渡電阻對策I段保護無延時，過渡電阻較小影響?、蚨伪Ｗo有延時，過渡電阻較大；整定阻抗較小，動作區(qū)小影響大Ⅲ段整定阻抗大，動作區(qū)大影響小4.8.2過渡電阻對策數(shù)字式距離保護應對過渡電阻的策略可總結(jié)為：①改進阻抗元件動作特性，防止其出現(xiàn)因過渡電阻而造成的誤動或拒動。②采用瞬時測定邏輯，即在阻抗元件動作后，立即鎖定其動作行為，防止因過渡電阻增大而造成阻抗元件誤判。4.9

電壓回路斷線對距離保護的影響與對策4.9

電壓回路斷線對距離保護的影響與對策在電壓互感器斷線時，會造成距離保護無法完成對母線電壓的正確測量，進而影響對于阻抗的正確測量，有可能引起距離保護誤動。因此，必須采取相應閉鎖措施來，防止電壓互感器斷線故障造成距離保護誤動。在啟動元件未動作的情況下，滿足下列條件之一啟動斷線閉鎖。不對稱斷線對稱斷線or保護裝置都將在延時1.25s后，發(fā)出PT斷線異常信號并閉鎖相應的保護。4.9

電壓回路斷線對距離保護的影響與對策【例4-3】【解】三倍零序電壓由于三倍零序電壓值，因此滿足PT斷線閉鎖條件。電壓相量圖4.10110kV輸電線路數(shù)字式保護原理簡介第4章110kV輸電線路保護4.10.1啟動元件啟動元件可以理解為喚醒元件。

作用是：1）啟動故障處理功能。啟動元件動作表示系統(tǒng)發(fā)生了故障，軟件將由正常運行程序轉(zhuǎn)入故障處理程序，判別故障在保護區(qū)內(nèi)還是區(qū)外；2）開放跳閘出口。啟動元件動作后，保護裝置才接通保護出口繼電器的負電源，只有這樣，保護出口繼電器才有可能動作于斷路器跳閘。（1）啟動元件的作用與設計要求功能設計要求是：①正常運行時，起到閉鎖作用，提高裝置工作可靠性；②在任何運行工況下，輸電線路所在系統(tǒng)發(fā)生故障時都能可靠啟動；③啟動元件動作后，系統(tǒng)恢復正常運行后才返回。4.10.1啟動元件

（2）啟動元件的動作條件突變量啟動元件動作方程保護以相間電流突變量啟動元件為主，同時有零序電流啟動元件、靜穩(wěn)破壞檢測啟動元件（用于振蕩閉鎖邏輯）。注意：當任一電流突變量連續(xù)三次大于啟動門檻時，保護啟動。4.10.1啟動元件

（2）啟動元件的動作條件為了防止遠距離故障或經(jīng)大電阻故障時相間電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設置。該元件在零序電流有效值大于零序電流啟動定值，或相電流有效值大于相電流最小定值并持續(xù)30ms后動作。零序電流和相電流啟動元件靜穩(wěn)破壞檢測啟動元件為了檢測系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下發(fā)生靜態(tài)穩(wěn)定破壞而引起的系統(tǒng)振蕩而設置。用于振蕩閉鎖回路中，實質(zhì)是振蕩閉鎖過流元件，當振蕩電流超過允許值時動作。4.10.2零序電流保護邏輯右圖為110kV線路零序方向保護邏輯框圖。主要由啟動元件、零序元件、零序方向元件、階段式零序電流保護元件、PT斷線閉鎖裝置等組成，其中P1為禁止門。4.10.2零序電流保護邏輯即PT未發(fā)生斷線時，線路若發(fā)生故障，啟動元件將動作向A2~A6與門輸出1；如電壓回路正常，PT斷線閉鎖輸出為0，此時若零序功率正方向元件動作，則A1將輸出為1，此時P1禁止門開放輸出向A2~A5與門輸出1。（1）電壓回路正常條件下4.10.2零序電流保護邏輯

以零序電流Ⅰ段說明零序I、II段動作邏輯，

如故障時，啟動元件動作，則A2門滿足條件1；

如此時P1禁止門也向A2門輸出1，投入零序過流Ⅰ段經(jīng)方向的軟壓板（控制字）設置為1，則A2門滿足條件2。

如零序電流也大于零序I段定值，Ⅰ段零序元件動作，則A2滿足動作條件3。

A2門滿足三個條件后，輸出為1。A2門輸出為1后，經(jīng)投入零序Ⅰ段的軟壓板（控制字），再經(jīng)過整定延時T1門，發(fā)出跳閘命令，零序電流Ⅰ段動作。（1）電壓回路正常條件下4.10.2零序電流保護邏輯

A6門的邏輯對應于當手動合上斷路器（手動合閘）或者故障后采用自動重合閘時，如零序過流加速元件動作，則不經(jīng)P1禁止門閉鎖，只要保護啟動，即可經(jīng)過延時T5后發(fā)出跳閘命令，稱為零序過流加速動作。（1）電壓回路正常條件下4.10.2零序電流保護邏輯當PT發(fā)生斷線，PT斷線閉鎖輸出為1，P1門將被禁止，此時P1向A2~A5與門輸出0。PT斷線判別元件向A7、A8輸出為1。

如零序電流大于斷線零序過流定值，則PT斷線零序過電流元件動作，則A7輸出1。則經(jīng)過延時后T6后PT斷線過流Ⅰ段動作。裝置