【正文】 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(tǒng)繼電保護中，因?qū)崿F(xiàn)因難而很少使用，但隨著微機保護的出現(xiàn)。四邊形阻抗特性繼電器得到了廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)有阻抗繼電器新原理簡介現(xiàn)有一些較新的距離保護原理主要是同時利用電流電壓量的變化情況，來鑒別故障，進行線路保護。主要有電流自適應(yīng)保護、工頻變化量距離保護、以及利用行波來鑒別故障的距離保護原理等。 電流自適應(yīng)保護原理自適應(yīng)電流速斷保護 [6][7]是利用在線測得到的電流電壓值，由微機保護裝置在線實時計算電流定值，可以免去麻煩的人工整定工作．且能使保護范圍顯著擴大。因此在理論上．其速斷定值不是常數(shù)，是由當(dāng)前的系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)決定。 [7]即根據(jù)電力系統(tǒng)當(dāng)前實際運行方式和故障狀態(tài)實時、自動整定計算，無需人工參與，能使速斷定值和保護范圍能保持最佳狀態(tài)。但實際上，計算電流整定值的過程，引入了電壓量，并要求輸入被保護線路的阻抗值，即利用在線電壓，實時算得的系統(tǒng)綜合阻抗值，得到實時電流整定值，而后與在線電流相比較，以判別故障情況。可以看出其本質(zhì)上還是距離保護，它同樣受到PT斷線，過渡電阻等因素的影響，而且對系統(tǒng)阻抗的計算算法也較復(fù)雜 [8]。 工頻變化量距離保護原理工頻變化量距離保護原理 [9]，是由我國繼電保護專家在80年代率先提出的，主要是利用故障前后電流電壓的工頻分量的變化量和線路阻抗值的信息來求得補償電壓，并與故障前的電壓記憶量進行比較，來實現(xiàn)對故障的判別，對線路進行保朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 3 護。從其動作判據(jù)上講，它可以看作是一種本質(zhì)為距離保護的電壓自適應(yīng)保護，其在雙側(cè)電源系統(tǒng)中能嚴格區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，且不受系統(tǒng)振蕩的影響，具有自適應(yīng)能力強，判據(jù)簡單便于微機實現(xiàn)等優(yōu)良特性，并且此保護原理在220kV 以上高壓，超高壓電網(wǎng)微機線路保護中已成功運用 [10]。 行波距離保護原理行波距離保護原理 [11]在20世紀50年代就己被提出，最初主要是利用行波進行故障測距 [12]。1983年，P．A．Crossly等人提出了利用相關(guān)算法計算行波傳播時間進而求得故障距離，通過對故障距離和被保護線路長度的比較決定保護是否動作的行波距離保護方案。即所謂行波測距式距離保護 [13]；1989年，我國學(xué)者根據(jù)輸電線路故障行波的特征，提出了行波特征鑒別式距離保護，該保護首先利用行波的特征，判斷出故障發(fā)生的區(qū)間。若判斷為正方向區(qū)內(nèi)故障，再進一步計算出故障距離 [14]。早期行波測距式距離保護的主要不足之處在于：1)沒有考慮正方向區(qū)外故障時保護誤動的問題；2)采用相關(guān)算法提取與初始正向行波對應(yīng)的反向行波誤差較大，距離計算精度不高；3)由于相關(guān)算法的實質(zhì)是比較兩波形的相似性，因而受線路參數(shù)的影響較大，當(dāng)線路為有損或接地電阻較大時，v、v+波形的相關(guān)性降低；4)靈敏度不高，要求v 和v+的信號有足夠的能量，以保證能被正確檢測。其后的研究者對行波測距式距離保護方案存在的問題提出了解決的方法，并對這一原理的實現(xiàn)做了進一步的補充，但因其結(jié)果不能滿足實際要求，最終沒有在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。近年來，國內(nèi)學(xué)者將現(xiàn)代電子技術(shù)和新興數(shù)學(xué)工具用于行波測距，使得測距精度大大提高。行波測距裝置的成功應(yīng)用無疑為進一步研制行波測距式距離保護打下了良好的基礎(chǔ)，為保護的計算精度提供了保證。目前，已有學(xué)者提出了方向行波測踐式距離保護，但是依然存在無法區(qū)分正方向區(qū)內(nèi)區(qū)外故障的問題。 距離保護構(gòu)成 啟動元件的作用是反應(yīng)系統(tǒng)故障參數(shù)或故障分量，判別系統(tǒng)是否已經(jīng)發(fā)生故障。被保護線路正常運行時，該元件不啟動，因此整套保護不投入工南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)論文 4 作。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，它立即啟動，使整套保護投入工作。早期的距離保護，啟動元件采用電流繼電器或者阻抗繼電器，后來采用了靈敏度更高的負序電流元件、負序電流與零序電流復(fù)合元件、增量元件等。2．測量元件 測量元件的作用是反應(yīng)故障點到保護安裝處的阻抗(或者距離)，它是距離保護中的核心元件。測量元件一般是有方向性的。早期的距離保護裝置中的測量元件一般由阻抗繼電器來擔(dān)任，例如，有整流型阻抗繼電器、晶體管型阻抗繼電器、集成電路型阻抗繼電器等。在微機型距離保護裝置中，阻抗測量元件是由軟件實現(xiàn)的。不管是早期的距離保護裝置，還是現(xiàn)代的微機距離保護裝置，其測量元件測量的都是阻抗，所以它會受系統(tǒng)振蕩的影響。所以，在距離保護中還必須設(shè)置振蕩閉鎖裝置，以防止距離保護中的測量元件在系統(tǒng)振蕩時動作致使保護誤動。3．振蕩閉鎖部分 在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，因為不是短路，距離保護部應(yīng)該動作。但是振蕩時的電壓、電流幅值周期性變化，有可能導(dǎo)致距離保護誤動。為了防止距離保護誤動，要求該元件精確判斷系統(tǒng)振蕩，并將保護閉鎖。4．電壓回路斷線部分 電壓回路斷線時，將會造成保護測量電壓的消失，從而可能使距離保護的測量部分出現(xiàn)誤判斷，這種情況下要求該部分應(yīng)該將保護閉鎖，以防止出現(xiàn)不必要的誤動。5. 配合邏輯部分 該部分用來實現(xiàn)距離保護各個部分之間的邏輯配合以及三段式距離保護中各段之間的時限配合。6. 出口部分 出口部分包括跳閘出口和信號出口，在保護動作時接通跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)的信號。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 5 2 幾種常見的阻抗繼電器動作特性和動作方程 阻抗繼電器動作區(qū)域的形狀稱為動作特性。例如動作區(qū)域為圓形時，稱為圓特性；動作區(qū)域為四邊形時，稱為四邊形特性。動作特性既可以用阻抗復(fù)平面上的集合圖形來描述，也可以用復(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)方程來描述，這種方程稱為動作特性的方程。下面介紹幾種常見的阻抗繼電器的動作特性和動作方程。 圓特性阻抗繼電器 偏移圓特性 偏移圓特性的動作區(qū)域如圖 所示，它有兩個整定阻抗，即正方向整定阻抗 和反方向阻抗 ，兩整定阻抗對應(yīng)矢量末端的連線就是特性圓的直徑。set1Zset2Z特性圓包含坐標原點，圓心位于 處，半徑為 。圓內(nèi)為set1t2+Z（ ） set1t2|+|Z（ ）動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。當(dāng)測量阻抗正好在圓周上時，阻抗繼電器臨界動作。南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)論文 6 圖 偏移圓特性 對應(yīng)該特性的動作方程，可以有兩種不同的表達方式：一種是比較兩個大小絕對值比較原理表達式；另一種是比較兩個量相位的相位比較原理表達式。分別稱它們?yōu)榻^對值比較動作方程和相位比較方程。 絕對值比較原理：當(dāng)測量阻抗 落在圓內(nèi)或者圓周上時， 末端到圓心的mZmZ距離一定小于或等于半徑；而當(dāng)測量阻抗 落在圓外時， 末端到圓心的距離一定大于圓的半徑。所以動作方程表示為 （）mset1t2set1st2|+| |ZZ???（ ） （ ） 相位比較方程： ， 是矢量末端的連線，就是特性圓的直徑，它將特set1set2性圓分成兩部分，如圖 所示。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 7 圖 用相位比較法實現(xiàn)的偏移圓特性由圖可見，當(dāng)測量阻抗落在右下部分圓周上任一點時，有 （）set1mt2arg90Z???當(dāng)阻抗落在左上部分圓周的圓內(nèi)任一點時，有 （）set1mt2arg90Z???當(dāng)測量阻抗落在圓內(nèi)任一點時，有 （）set1mt290arg90Z? ???南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)論文 8 當(dāng)測量阻抗落在圓外時，有 （）set1mset1mt2t2arg90arg90ZZ? ?????或因此測量元件的動作條件可以表示為 set1mt290arg90Z? ????（）式（）就是偏移圓特性阻抗繼電器的行為比較動作方程。使阻抗元件處于臨界動作狀態(tài)對應(yīng)的阻抗，成為動作阻抗。用 來表示。對opZ于具有偏移圓特性的阻抗繼電器來說，當(dāng)測量阻抗 的阻抗角不同時，對應(yīng)的動mZ作阻抗是不同的。當(dāng)測量阻抗 的阻抗角與正向整定阻抗 的阻抗角相等時，mZset1阻抗繼電器的動作阻抗最大，正好等于 ，即 = ，此時繼電器最為靈敏，set1set1Zop所以 的阻抗角又稱為最靈敏角。最靈敏角是阻抗繼電器的一個重要參數(shù)，一set1Z般取為被保護線路的阻抗角。當(dāng)測量阻抗 的阻抗角與反向整定阻抗 的阻抗mset2Z角相等時，動作阻抗為最小，正好等于 ，即 = 。set2set2op 方向圓特性如果令 =0， = ，則動作特性變化為方向圓特性，動作區(qū)域如圖 所示。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 9 圖 方向圓特性特性圓經(jīng)過坐標原點處，圓心位于 處，半徑為 。12setZ1||2setZ將 =0， = 代入式（ ） ，可以得到方向圓特性的絕對值比較方程set2Zset1stZ為 （）m1|||2setsetZ??將 =0， = 代入式（） ，可以得到方向圓特性的相位比較動作方程為set2Zset1tZ （）setm90arg90Z? ????與偏移圓特性類似，方向圓特性對于不同的 阻抗角，動作阻抗也是不盡相m同的。在整定阻抗的方向上，動作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其它方向的動南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)論文 10 作阻抗都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，動作阻抗降為 0。反方向故障時不會動作，阻抗元件本身具有方向性。方向圓特性的阻抗元件一般用于距離保護的主保護段（I 段，II 段）中。方向圓特性的動作阻抗圓經(jīng)過坐標原點，根據(jù)復(fù)數(shù)反演的理論，當(dāng)把該特性反演到導(dǎo)納平面（即取 ，做 的動作特性）時，導(dǎo)納動作特性為一直線。1mYZ?m 全阻抗圓特性在偏移特性中，如果令 ， ，則動作特性變化成圓特性，set2setZ??st1setZ動作區(qū)域如圖 所示。圖 全阻抗圓特性特性圓的圓心位于坐標原點處，半徑為 。set|Z將 ， 代入式（） ，可以得到全阻抗圓特性的絕對值比set2setZ??st1setZ較動作方程為 （）set||mZ?朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 11 將 ， 代入式（） ，可得到全阻抗圓特性的相位比較動set2setZ??st1setZ作方程 （）setm90arg90tZ? ?????全阻抗圓特性在各個方向上的動作阻抗都相同，它在正向或者反向故障的情況下具有相同的保護區(qū)，即阻抗元件本身不具有方向性。全阻抗圓特性的阻抗元件可以應(yīng)用于單側(cè)電源的系統(tǒng)中；當(dāng)應(yīng)用于多側(cè)電源系統(tǒng)時，應(yīng)與方向元件相配合。 四邊形特性阻抗元件圓特性的阻抗繼電器整定值較小時，保護范圍受過渡電阻的影響大；而當(dāng)整定值較大時，躲過負荷的能力又差。為此，很多距離保護中的阻抗測量元件均采用了具有四邊形動作特性的阻抗元件。圖 (a)和(b)所示的即為微機型成套線路保護中兩種常見的四邊形阻抗動作特性。對于單相接地短路來說，短路帶過渡電阻的情況更為嚴重，甚至成為經(jīng)高阻抗接地短路。根據(jù)單相帶過渡電阻接地短路的特征及對阻抗動作特性的要求，阻抗元件可構(gòu)成如圖 (a)所示的四邊形動作特性。如前所述，圖 (a)中，電抗動作特性直線 l 以下區(qū)域的動作方程為： （2180arg()360msetZ???????? ?11）式中 ——純電抗動作特性旋轉(zhuǎn)的角度，為負值。?電阻動作特性直線 2 以左區(qū)域的動作方程為： （212）90arg()270msetZR??????? ?南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)論文 12 圖 四邊形阻抗動作特性式中， 為純電阻動作特性旋轉(zhuǎn)后與 jx 軸之間的角度，為正。?折線 amb 所含區(qū)的特性動作方程為(以 jx 軸為參考)： （213）20arg(10mMZ????? ?圖 (a)中，當(dāng) 為 20176。，電抗動作特性為零序電抗動作特性時，具有該特1?性的阻抗元件對接地電阻有自適應(yīng)能力，故具有這種特性的接地阻抗元件適合于不同電壓等級、不同長度線路(包括短線)做接地短路保護的測量元件。在圖 (b)中， 和 分別為電抗整定值和電阻整定值。 為保證被保護setXstR1?線路出口帶過渡電阻短路時阻抗元件不拒動的角， 為防止在雙電源網(wǎng)絡(luò)中帶過?渡電阻短路時的阻抗元件誤動的角， 為保證區(qū)內(nèi)金屈短路阻抗元件可靠動作的4?角， 一般取 60176。，應(yīng)小于整定阻抗角 。角度 、 、 、 、 均為常數(shù)，3?set?1234?根據(jù)實際情況整定。 圖 (b)所示的四邊形阻抗元件的動作特性的數(shù)學(xué)表達式為：