电力系统二次回路与继电保护V2.03(3)

茂名市粤能电力股份有限公司

变电站综合自动化系统二次回路及继电保护

2．线路的距离保护

通常所说的距离保护是指反映故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据阻抗值的大小和方向而确定动作时间的一种保护。该保护的主要元件为阻抗继电器，它可根据其端子所加的电压和电流计算出保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗值也称为测量阻抗。它的主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小，反映故障越严重；相反，短路点距离保护安装处越远，其测量阻抗越小，动作时间越长。

试验时以小于0.95倍定值为可靠动作值，1.05倍定值为可靠不动作值。

由于距离继电器测得的电压为感受电压，只有在特定情况下才能测得短路阻抗，为此应采取措施来保证测量的正确性。

对于反映相间故障的相间距离继电器，可以采用两相电压差和两相电流和来进行阻抗测量。这种继电器的特点是可以消除故障点残留电压对单相阻抗测量带来的影响。通过两相电压电流差之比，可以正确测得从保护安装处到故障点的位置。相间距离继电器的距离计算公式为：

对于反映接地故障的接地距离继电器，采用相电压和相电流的比值来进行阻抗测量，但是由于三相架空线路存在互感，所测得的实际电压不但包含相电流在本相的压降，还包括另外两相通过相间和对地互感产生的压降，在出现零序电流的时候互相无法抵消，因而需要对零序电流进行一个补偿。通过推导可知零序补偿系数的计算公式为：；在K为已知的条件下，可以通过以下公式计算从包K?（X0-X1/3X1）护安装处到故障点的短路阻抗：

ZK?UA（/IA?3KI0）从上面的两种测量方法可以看出，接地距离和相间距离一样，试

验所指的动作灵敏角应为正序灵敏角。

由于距离继电器需要同时接入电压和电流，当电压接线错误或者断线的情况下，距离继电器可能误动或拒动；微机保护在发生TV 断线的情况下，距离保护被闭锁，此时为了保证能自动切除故障，自动投入TV断线过流保护。

在南瑞RCS-902、RCS-943等保护装置中，距离保护设置三段相间、接地距离保护和两个作为远后备的四边形相间、接地距离保护。阻抗继电器用正序电压极化，因此任何地方 发生不对称故障时正序

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。。。。ZK?（UA-UB）（/IA-IB）

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电压不可能为零，所以正方向出口不对称短路没有死区，反方向出口不对称短路不会误动。

但是在出口三相金属性短路时正序电压仍然为零，所以正方向出口三相短路仍然有死区，反方向出口三相短路还可能误动。

为解决正方向出口三相短路的死区，消除反方向出口短路的误动，Ⅰ、Ⅱ段距离保护还设置了低压距离程序。当正序电压下降至10%UN以下时，进入三相低压程序，由正序电压的记忆量作为极化电压，在继电器动作前，设置正的门槛，保证保护不失去方向性，当继电器动作后，改为反门槛，直到故障切除。由于正序电压的记忆量不为零，所以正方向出口三相短路没有死区。

因此，在距离保护试验中，应单独试验三相出口短路的情况。为了模拟实际运行的情况，先输入一个正常电压后，再加入一个相电压满足低于10%UN，来验证保护出口处三相短路时，继电器动作的正确性。

以下为相位比较法推导发生各种故障状态时的继电器特性，这部分内容仅对感兴趣的同事参考，一般试验不要求掌握分析。

（1）低压距离继电器的暂态特性和稳态特性。

工作电压：UOP?。。。。。?U?-I?*Z ZD

。。。。。。极化电压：UP??-U1?M

其中：U?为实测母线电压，ZZD为整定值，I?为实测电流值。 正反向故障时，故障系统如图11：

图11：正方向故障系统图

（ZS?ZK）*I?，因此 当记忆电压消失前，U1?M?EM??。。。。。

（ZK-Z ZD）*I?工作电压：UOP??。。。。。。。。；

-ZS?ZK）*I? 极化电压：UP??（继电器的比相方程为：-90o?Arg?90o （-ZS?ZK）。。。ZK-Z ZD。。它的动作特性是一个往第三象限偏移ZS的圆，如图13（a）：

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图12：反方向故障时系统图

反方向故障时，故障系统图如图12：

-ZS?ZK）*I?，因此 当记忆电压消失前，U1?M?EN??（。。。,。。

-ZK?Z ZD）*I?； 工作电压：UOP??（。。。。-ZS?ZK）*I? 极化电压：UP??（。。。。继电器的比相方程为：-90o?Arg（-ZK?Z ZD）?90o ,。。ZS?ZK。。它的动作特性是第一象限的一个圆，如图13（b）：

----Φ+Φ 图13（a）正方向暂态特性 图13（b）反方向暂态特性

以上的结论是在记忆电压消失以前，即继电器的暂态特性，当记忆电压消失以后，继电器进入稳态特性：

正方向故障时：

（ZK-Z ZD）*I?工作电压：UOP??。。。。；

极化电压：UP??-ZK*I?

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继电器的比相方程为：-90o?Arg反方向故障时：

ZK-Z ZD-ZK。。。?90o

（-ZK-Z ZD）*I?； 工作电压：UOP??。。。。（-I?）极化电压：UP??-ZK*

。。。继电器的比相方程为：-90o?ArgZK-Z ZD-ZK。。。?90o

通过以上分析可以发现，稳态时，正反方向的继电器动作圆相同。

由于动作特性经过原点，因此母线和出口故障时，继电器处于动作边界。它的动作特性是经过原点的一个圆，如图14（a）：

ΦΦ图14（a）稳态特性圆 图14（b）带偏移角的特性圆

（2）接地距离继电器的动作特性

当发生单相接地故障时，正序电压主要由非故障相形成，基本保留了故障前的正序电压相位，因此接地距离继电器的特性与低压时的暂态完全特性一致。

工作电压：UOP??U?（-I??3KI0）*ZZD

j?1极化电压：UP??（-ZS?ZK）（I??3KI0）*e

。。。。。。。。。。

由于正故障方向时：U??（I??3KI0）*ZK 因而相位比较方程为：

-90o?ArgZK-Z ZD（-ZS?ZK）*e。。j?1。。。。。。?90o

为了减少故障点过渡电阻的影响，接地距离Ⅰ、Ⅱ段的极化电压

增加一个偏移?1，这个角度称为接地距离偏移角。保护装置设定偏移角之后，对应的灵敏角和动作特性圆将发生偏移。

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由图14（b）可见，该继电器测得很大的故障过渡电阻，但在对侧电源助增的情况下可能超越，因而引入零序电抗器以防止超越，下面分析零序电抗继电器动作特性：

工作电压：UOP??U?（-I??3KI0）*ZZD 极化电压：UP??-I0ZD

其中：U?为实测母线电压，ZZD为整定值，I?为实测电流值。 相位比较方程为：

-90?Argo。。。。。。。。。。。U?（-I??3KI0）*ZZD-I0*ZD。。。。。。?90，其中ZD为模拟阻抗。

o。由于正方向故障时： U??（I??3KI0）*ZK

因而可以得出：

90o?ArgZD?Arg。。。。。I0。。。?Arg（ZK-ZZD）?270o?ArgZD?Arg。。。I0。。。I??3KI0I??3KI0上式即为典型的零序阻抗特性。

（3）相间距离继电器的动作特性

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