距離保護特性元件研究與分析

宋　濤　齊英杰

[摘要]在現代電力系統中的110kV輸電線路中，廣泛采用距離保護。對于距離保護元件，由于存在過渡電阻，單側電源線路經短線路出口故障或者雙側電源的線路故障，容易引起保護誤動或拒動。介紹距離保護中常用的特性元件，分析過渡電阻對距離保護的影響，探討四邊形特性的躲過渡電阻能力的改進，并結合具體應用闡述四邊形特性的優越性。

[關鍵詞]電力系統 距離保護 過渡電阻 阻抗

中圖分類號：TM93文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510031－01

一、引言

電力系統中的短路一般都不是金屬性的，而是在短路點存在過渡電阻。此過渡電阻的存在，將使距離保護的測量阻抗發生變化，可引起保護的超范圍動作或使保護的范圍縮短，從而導致保護的誤動或拒動。實際的距離保護裝置通常需考慮過渡電阻引起的后果。本文對過渡電阻的影響以及各種常用的距離元件如何躲開過渡電阻的影響進

行了分析與研究。

二、距離保護常用阻抗繼電器特點

我國傳統距離保護原理主要是根據保護側的電壓、電流量計算故障線路阻抗值，同整定的線路阻抗相比較，以判別故障情況。構成距離保護的主要元件是阻抗繼電器，為了使阻抗繼電器能正確測量故障點至保護安裝處的阻抗，并消除電壓互感器二次側斷線、過渡電阻、系統振蕩等因素的影響，必須掌握阻抗繼電器的原理，并采取措施改善阻抗繼電器的動作特性才能取得較理想的效果。按阻抗特性區分主要有直線形阻抗繼電器、圓特性阻抗繼電器、四邊形阻抗繼電器等。

（一）直線特性阻抗繼電器

直線特性阻抗繼電器主要有電阻型繼電器，電抗型繼電器，限相繼電器。其阻抗特性在阻抗復平面中分別為一直線。電阻繼電器動作與否，只取決于測量阻抗的電阻值，電抗繼電器動作與否，只取決于測量阻抗的電抗分量。直線特性雖然判據簡單，但無方向性，而且不能準確反映實際測量的阻抗變化情況，因此單純利用電阻、電抗值作判別誤差很大，在實際應用中效果并不理想。

（二）圓特性阻抗繼電器

圓特性阻抗繼電器，有全阻抗圓，方向阻抗圓，偏移阻抗圓是傳統繼電保護中，應用最為廣泛的阻抗繼電器。它實際是把阻抗繼電器的動作特性擴大為一個圓，以便繼電器的制造和調試，簡化繼電器的接線。其中全阻抗圓特性無方向性，方向阻抗圓存在電壓死區，偏移阻抗圓特性是前兩者的綜合，特性較好，應用較多。

（三）四邊形特性阻抗繼電器

四邊形特性阻抗繼電器是綜合了電阻電抗型直線特性，并考慮了阻抗的方向性，是一種較為精確反映故障測量阻抗邊界的阻抗繼電器，并且具有良好的抗過渡電阻的能力。在傳統繼電保護中，因難于實現而很少使用。但隨著微機保護的出現，這些功能在微機中非常容易實現，所以得到廣泛的應用。

（四）圓與四邊形組合的阻抗繼電器

在相間短路時，過渡電阻較小，應用圓特性；在接地短路時，過渡電阻很大，此時利用接地短路出現的零序電流在圓特性上迭加一個四邊形特性以防止繼電器拒動。

三、過渡電阻對不同動作特性阻抗元件影響

過渡電阻一般呈阻性，對于單側電源線路，保護裝置距離短路點越近，受過渡電阻影響越大；同時保護裝置整定阻抗值越小，受過渡電阻影響越大。因此短線路出口經過渡電阻短路時，由于繼電器的測量阻抗增大，很可能使保護拒動。假定保護的距離I段采用不同特性的阻抗元件，它們的整定值選的都一樣，為0.85ZAB。如果在距離I段保護范圍內阻抗為Zd處經過渡電阻Rg短路，則測量阻抗為ZJ=Zd+Rg。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。

由圖1可見，當過渡電阻達到時Rg1時，具有透鏡型特性的阻抗繼電器開始拒動；達到Rg2時，方向阻抗繼電器開始拒動；而達到Rg3時則全阻抗繼電器開始拒動。一般說來，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Rg影響越小。

四、四邊形特性阻抗元件優越性

四邊形特性阻抗繼電器如圖2所示。

在實際應用中，考慮經過渡電阻短路時，始端故障時的附加測量阻抗比末端故障時小，所以β小于線路阻抗角，如取60°；為保證正向出口時經過渡電阻短路時可靠動作，γ1應有一定的大小，可取30°；為了保證被保護線路金屬性故障時可靠動作，γ2可以取15°～30°；為了防止保護區末端經過渡電阻短路時可能出現的超范圍動作，α可取7°～10°，如果采取了抑制負荷電流影響的措施后，四邊形特性的頂邊也可平行于R軸。

多邊形特性具有較好的耐受過渡電阻的能力。對于四邊形特性圖中，線4為克服線路末端故障時過渡電阻的影響，可在R軸方向獨立移動以適應不同數值的過渡電阻。線2要保證出口經過渡電阻短路時能可靠動作。α值選擇應該躲線路末端故障時的超越現象。

五、結語

本文對距離保護中幾種典型的阻抗特性進行了分析和比較，鑒于四邊形特性的優越性，在新型微機距離保護中，四邊形這種特性已普遍應用于LFP、WXB、WXH、RED等各種裝置中，并取得了較好的效果。

參考文獻：

[1]張舉，微機型繼電保護裝置原理與技術，天津科學技術出版社，1996.

[2]朱聲石，高壓電網繼電保護原理與技術，電力工業出版社，1982.

[3]許正亞，輸電線路新型距離保護，中國水力水電出版社，2002.

[4]賀家李、宋從矩，電力系統繼電保護原理，中國電力出版社，1991.

[5]張晶晶、曹銳，距離保護特性元件躲過渡電阻能力分析與研究，2004.6.

作者簡介：

宋濤，男，工程師，主要研究方向：電力系統繼電保護；齊英杰，女，工程師，主要研究方向：變電站綜合自動化系統。