距离保护特性元件研究与分析

宋　涛　齐英杰

[摘要]在现代电力系统中的110kV输电线路中，广泛采用距离保护。对于距离保护元件，由于存在过渡电阻，单侧电源线路经短线路出口故障或者双侧电源的线路故障，容易引起保护误动或拒动。介绍距离保护中常用的特性元件，分析过渡电阻对距离保护的影响，探讨四边形特性的躲过渡电阻能力的改进，并结合具体应用阐述四边形特性的优越性。

[关键词]电力系统 距离保护 过渡电阻 阻抗

中图分类号：TM93文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510031－01

一、引言

电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，可引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短，从而导致保护的误动或拒动。实际的距离保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。本文对过渡电阻的影响以及各种常用的距离元件如何躲开过渡电阻的影响进

行了分析与研究。

二、距离保护常用阻抗继电器特点

我国传统距离保护原理主要是根据保护侧的电压、电流量计算故障线路阻抗值，同整定的线路阻抗相比较，以判别故障情况。构成距离保护的主要元件是阻抗继电器，为了使阻抗继电器能正确测量故障点至保护安装处的阻抗，并消除电压互感器二次侧断线、过渡电阻、系统振荡等因素的影响，必须掌握阻抗继电器的原理，并采取措施改善阻抗继电器的动作特性才能取得较理想的效果。按阻抗特性区分主要有直线形阻抗继电器、圆特性阻抗继电器、四边形阻抗继电器等。

（一）直线特性阻抗继电器

直线特性阻抗继电器主要有电阻型继电器，电抗型继电器，限相继电器。其阻抗特性在阻抗复平面中分别为一直线。电阻继电器动作与否，只取决于测量阻抗的电阻值，电抗继电器动作与否，只取决于测量阻抗的电抗分量。直线特性虽然判据简单，但无方向性，而且不能准确反映实际测量的阻抗变化情况，因此单纯利用电阻、电抗值作判别误差很大，在实际应用中效果并不理想。

（二）圆特性阻抗继电器

圆特性阻抗继电器，有全阻抗圆，方向阻抗圆，偏移阻抗圆是传统继电保护中，应用最为广泛的阻抗继电器。它实际是把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆，以便继电器的制造和调试，简化继电器的接线。其中全阻抗圆特性无方向性，方向阻抗圆存在电压死区，偏移阻抗圆特性是前两者的综合，特性较好，应用较多。

（三）四边形特性阻抗继电器

四边形特性阻抗继电器是综合了电阻电抗型直线特性，并考虑了阻抗的方向性，是一种较为精确反映故障测量阻抗边界的阻抗继电器，并且具有良好的抗过渡电阻的能力。在传统继电保护中，因难于实现而很少使用。但随着微机保护的出现，这些功能在微机中非常容易实现，所以得到广泛的应用。

（四）圆与四边形组合的阻抗继电器

在相间短路时，过渡电阻较小，应用圆特性；在接地短路时，过渡电阻很大，此时利用接地短路出现的零序电流在圆特性上迭加一个四边形特性以防止继电器拒动。

三、过渡电阻对不同动作特性阻抗元件影响

过渡电阻一般呈阻性，对于单侧电源线路，保护装置距离短路点越近，受过渡电阻影响越大；同时保护装置整定阻抗值越小，受过渡电阻影响越大。因此短线路出口经过渡电阻短路时，由于继电器的测量阻抗增大，很可能使保护拒动。假定保护的距离I段采用不同特性的阻抗元件，它们的整定值选的都一样，为0.85ZAB。如果在距离I段保护范围内阻抗为Zd处经过渡电阻Rg短路，则测量阻抗为ZJ=Zd+Rg。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。

由图1可见，当过渡电阻达到时Rg1时，具有透镜型特性的阻抗继电器开始拒动；达到Rg2时，方向阻抗继电器开始拒动；而达到Rg3时则全阻抗继电器开始拒动。一般说来，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Rg影响越小。

四、四边形特性阻抗元件优越性

四边形特性阻抗继电器如图2所示。

在实际应用中，考虑经过渡电阻短路时，始端故障时的附加测量阻抗比末端故障时小，所以β小于线路阻抗角，如取60°；为保证正向出口时经过渡电阻短路时可靠动作，γ1应有一定的大小，可取30°；为了保证被保护线路金属性故障时可靠动作，γ2可以取15°～30°；为了防止保护区末端经过渡电阻短路时可能出现的超范围动作，α可取7°～10°，如果采取了抑制负荷电流影响的措施后，四边形特性的顶边也可平行于R轴。

多边形特性具有较好的耐受过渡电阻的能力。对于四边形特性图中，线4为克服线路末端故障时过渡电阻的影响，可在R轴方向独立移动以适应不同数值的过渡电阻。线2要保证出口经过渡电阻短路时能可靠动作。α值选择应该躲线路末端故障时的超越现象。

五、结语

本文对距离保护中几种典型的阻抗特性进行了分析和比较，鉴于四边形特性的优越性，在新型微机距离保护中，四边形这种特性已普遍应用于LFP、WXB、WXH、RED等各种装置中，并取得了较好的效果。

参考文献：

[1]张举，微机型继电保护装置原理与技术，天津科学技术出版社，1996.

[2]朱声石，高压电网继电保护原理与技术，电力工业出版社，1982.

[3]许正亚，输电线路新型距离保护，中国水力水电出版社，2002.

[4]贺家李、宋从矩，电力系统继电保护原理，中国电力出版社，1991.

[5]张晶晶、曹锐，距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究，2004.6.

作者简介：

宋涛，男，工程师，主要研究方向：电力系统继电保护；齐英杰，女，工程师，主要研究方向：变电站综合自动化系统。