【文章內容簡介】 反應輸電線路一側電氣量變化的保護一定要滿足兩個條件。首先，它必須區(qū)分正常運行和短路故障。其次，它應該能反應短路點的遠近。正常運行時，加在阻抗繼電器上的電壓是額定電壓，電流是負荷電流。阻抗繼電器的測量阻抗是負荷阻抗。短路時，加在阻抗繼電器上的電壓是母線處的殘壓，電流是短路電流。阻抗繼電器的測量阻抗是短路阻抗。由于，因而。所以，阻抗繼電器的測量阻抗可以區(qū)分正常運行和短路故障。如果在K點發(fā)生金屬性短路，短路點到保護安裝處的阻抗為，流過保護的電流為，則保護安裝處的電壓為。阻抗繼電器的測量阻抗是。這說明阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點到保護安裝處的阻抗，也就是反應了短路點的遠近。所以可以用它來構成反應一側電氣量的保護。由于阻抗繼電器的測量阻抗反應了短路點的遠近，也就是反應了短路點到保護安裝處的距離，所以把以阻抗繼電器為核心構成的反應輸電線路一側電氣量變化的保護稱做距離保護。距離保護相對于電流保護來說，其突出的優(yōu)點是受運行方式變化的影響小。距離保護第Ⅰ段只保護本線路的一部份，在保護范圍內金屬性短路時，一般在短路點到保護安裝處之間沒有其它分支電流，所以它的測量阻抗完全不受運行方式變化的影響。距離保護第Ⅱ、Ⅲ段其保護范圍伸到相鄰線路上，在相鄰線路上發(fā)生短路時，由于在短路點和保護安裝處之間可能存在分支電流，所以它們在一定程度上將受運行方式變化的影響。由于阻抗繼電器的測量阻抗可以反應短路點的遠近，所以可以做成階梯型時限特性，如圖23所示。短路點越近，保護動作得越快；短路點越遠，保護動作得越慢。第Ⅰ段按躲過本線路末端短路（本質上是躲過相鄰元件出口短路）繼電器的測量阻抗(也就是本線路阻抗)整定。它只能保護本線路的一部份，其動作時間是保護的固有動作時間（軟件算法時間），不帶專門的延時。第Ⅱ段應該可靠保護本線路的全長，它的保護范圍將伸到相鄰線路上，其定值一般按與相鄰元件的瞬動段例如相鄰線路的第Ⅰ段定值相配合整定。第Ⅲ段除作為本線路Ⅰ、Ⅱ段的后備外，也作為相鄰元件保護的后備。所以它除了在本線路末端短路要有足夠的靈敏度外，在相鄰元件末端短路也應有足夠的靈敏度，其定值一般按與相鄰線路Ⅱ、Ⅲ段定值相配合并躲最小負荷阻抗整定。二 短路時保護安裝處電壓計算的一般公式在圖24所示的系統(tǒng)中，線路上K點發(fā)生短路。保護安裝處的相電壓應該是短路點的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和。輸電線路上該相的壓降是該相上的正序、負序、和零序壓降之和。如果考慮到輸電線路的正序阻抗等于負序阻抗，保護安裝處相電壓的計算公式為： （28） 式中 ——相。A、B、C。 、——流過保護的該相的正序、負序、零序電流。 、——短路點到保護安裝處的正、負、零序阻抗。 K——零序電流補償系數(shù)。 。 為輸電線路相間的互感阻抗。 ——短路點的該相電壓。 ——輸電線路上該相從短路點到保護安裝處的壓降。保護安裝處的相間電壓可以認為是保護安裝處的兩個相電壓之差。考慮到如（28）式所示的相電壓的計算公式后，保護安裝處相間電壓的計算公式為： （29）式中 ——兩相相間。、BC、CA。 ——短路點的相間電壓。 ——兩相電流差。 ——輸電線路上從短路點到保護安裝處的兩相壓降之差。兩相上的項相抵消。（28）、（29）兩式是短路時保護安裝處電壓計算的一般公式。三 I、II段接地距離保護的分析工作電壓 極化電壓 動作方程 (210) 1. 正方向故障正向單相接地短路。以為例。 分析A相接地阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖25（a）系統(tǒng)圖里的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓： 式中： 、是正、負、零序電流分配系數(shù)。動作方程： （211）動作方程對應的動作特性是以（+）和兩點的連線為直徑的圓，如圖26中圓1所示。該圓向第Ⅲ象限帶有偏移。2. 反方向故障：反向單相接地短路。以為例。 分析A相接地阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流： 　　　　　　　?。?12） (213) 式中的表達式如上式所示。是保護正方向的等值阻抗。將（212）和（213）兩式代入動作方程(210 )，并消去分子分母中的 得： 　動作方程對應的動作特性是以（+）和兩點的連線為直徑的圓，如圖27所示。該圓向第Ⅰ象限上拋，遠離了座標原點。 　當反方向發(fā)生單相接地短路時，繼電器的測量阻抗落在第Ⅲ象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測量阻抗進入第Ⅱ象限也進入不了圓內。所以在反向發(fā)生單相接地短路時該繼電器有良好的方向性。四 相間阻抗繼電器的動作特性分析相間阻抗繼電器用來保護各種相間短路，它的工作電壓、極化電壓以及動作方程分別為：工作電壓 （214）極化電壓 （215）動作方程 （216）下面分別分析該繼電器的穩(wěn)態(tài)動作特性和暫態(tài)動作特性。分析的系統(tǒng)圖如圖25（a）所示。 ⒈ 正向兩相短路。以為例 分析BC相間阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖25（a）系統(tǒng)圖里的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓： （217） 　從基本概念上講，正向短路后保護安裝處正序電壓發(fā)生變化是由于正序的故障分量電流 在保護背后正序阻抗上的壓降造成的。因此保護安裝處的正序電壓是短路前（正常運行時）保護安裝處的電壓——正序電壓的記憶值與正序電壓的變化量之和?？紤]到短路以前空載，短路前保護安裝處的電壓等于保護背后電源電勢。因此： （218） 上面推導中用到了BC兩相短路時的一些基本關系式；。將（217）和（218）兩式代入動作方程（216）式，并消去分子分母中的得： （219） 式中為保護背后電源的等值正序阻抗。 由本章第四節(jié)的知識可知，（219）式動作方程對應的動作特性是以（+）和兩點的連線為直徑的圓，如圖28圓1所示。該圓向第Ⅲ象限帶有偏移。 從正向兩相短路的穩(wěn)態(tài)動作特性可對該繼電器的動作性能作如下評述：⑴ 由于座標原點位于動作特性之內，所以正向出口兩相短路沒有死區(qū)，不必采取其它措施。⑵ 與傳統(tǒng)的以為直徑，動作特性經(jīng)過座標原點的方向阻抗繼電器相比，由于在R方向有較多的保護范圍，所以保護過渡電阻的能力比傳統(tǒng)的方向阻抗繼電器強。而且現(xiàn)在的動作特性的下面一點是，是保護背后電源的等值阻抗。所以隨著運行方式的變化，動作特性的下面一點是變化的。當保護背后電源運行方式越小（越大），保護安裝側的電流分配系數(shù)越小，因而過渡電阻的附加阻抗值越大，區(qū)內短路時繼電器越易拒動。但由于動作特性的下面一點隨加大而越往下移，因而圓也越大。保護過渡電阻的能力又得到增強。所以有一定的自適應能力。2.　反向兩相短路。以為例。 　分析BC相間阻抗繼電器。假設短路前空載，下面各式中的電流都是故障分量電流。用圖25（b）系統(tǒng)圖里的參數(shù)來表達工作電壓和極化電壓： （220） 同樣從基本概念上講，反向短路后保護安裝處正序電壓發(fā)生變化是由于正序電流的故障分量 在保護正方向所有正序阻抗上的壓降造成的。因此保護安裝處的正序電壓是短路前（正常運行時）保護安裝處的電壓——正序電壓的記憶值與正序電壓的變化量之和。考慮到短路以前空載，短路前保護安裝處的電壓等于對側電源的電勢。因此： （221） 上面推導中用到了BC兩相短路時的一些基本關系式；。將（220）和（221）兩式代入動作方程，并消去分子分母中的得： （222） 式中是保護正方向的等值正序阻抗。 （222）式動作方程對應的動作特性是以（+）和兩點的連線為直徑的圓，如圖29所示。該圓向第Ⅰ象限上拋，遠離了座標原點。 　當反方向發(fā)生兩相短路時，繼電器的測量阻抗落在第Ⅲ象限。即使在反方向出口或母線發(fā)生短路，過渡電阻的附加阻抗是阻容性的話，測量阻抗進入第Ⅱ象限也進入不了圓內。所以在反向兩相短路時該繼電器有良好的方向性。 第三節(jié)　　工頻變化量距離保護對繼電保護從原理上劃分有反應穩(wěn)態(tài)量的保護和反應暫態(tài)量的保護兩大類。最早研究并使用的都是反應穩(wěn)態(tài)量的保護，例如通常的電流、電壓保護，零序電流保護，用上面分析的阻抗繼電器構成的距離保護，以及原先應用的縱聯(lián)保護等都是反應穩(wěn)態(tài)量的保護。反應暫態(tài)量的保護有反應工頻變化量的保護，反應行波初始特征的行波保護，反應電氣量中的暫態(tài)分量保護等?！》磻ゎl變化量的保護是由我國工程院院士沈國榮先生首先提出并付諸實現(xiàn)的。上個世紀八十年代初，沈國榮先生首先提出工頻變化量的阻抗繼電器和工頻變化量的方向繼電器的理論，先后研制生產(chǎn)了CKJ和CKF型的高壓輸電線路保護裝置、LFP900型微機高壓輸電線路保護裝置、RCS900型的微機保護。并把工頻變化量繼電器的原理應用到母線保護和主設備保護中。使工頻變化量繼電器的理論更加成熟，應用更加廣泛。一 重疊原理的應用圖210（a）是發(fā)生短路后的系統(tǒng)圖。在F點發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路，可以理解成在過渡電阻的下方K點發(fā)生金屬性短路，K點對中心點的電壓為零。現(xiàn)在在K點與中性點之間串入大小相等相位相反的兩個電壓源后，依然保持K點的電位是零，沒有改變短路后的狀態(tài)，所以（a）圖是短路后的系統(tǒng)圖。根據(jù)重疊原理，（a）圖的系統(tǒng)圖可以分解成由、和上面一個三個電壓源作用的（b）圖和由下面一個單獨發(fā)揮作用的（c）圖的疊加。在短路附加狀態(tài)里的電氣量都加一個‘’。在該圖中的和可由下式求出： （223）（223）式中的和是短路后的電壓、電流，是微機保護目前正在采樣得到的數(shù)據(jù)。而和是短路前的電壓、電流，是微機保護在以前歷史上采樣得到的數(shù)據(jù)。于是，微機保護將它們作個減法運算，就可得到短路附加狀態(tài)里的電壓和電流、。它們反應的是電壓和電流的變化量。用這個和構成的保護就是變化量的保護，這種反應變化量的保護也是一種暫態(tài)分量的保護。在分析工頻變化量的保護時就可以用（c）圖的短路附加狀態(tài)來進行分析。二 工頻變化量距離繼電器的動作方程其動作方程為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（224） 　　　　　　　　 代表保護范圍末端電壓變化量，當其大于時繼電器動作, 否則不動作。對相間阻抗繼電器對接地阻抗繼電器為動作門檻，取故障前工作電壓的記憶量，即圖（210）中的， 。1. 正方向短路的動作特性分析及性能評述正方向短路時的短路附加狀態(tài)如圖211（a）所示。加在工頻變化量阻抗繼電器上的電壓和電流是阻抗繼電器接線方式中規(guī)定的電壓、電流，其正方向為傳統(tǒng)規(guī)定的方向。 （225） （226）將（225）、（226）兩式代入動作方程（224）式，消去動作量和制動量中的得到： （227）轉化為相位比較動作方程為： （228）如果以為自變量，該動作方程對應的動作特性是以、兩相量的端點的連線為直徑的圓，如圖21（b）中的圓1所示，相量位于圓內繼電器動作。該圓向第Ⅲ象限有很大的偏移。2. 反方向短路的動作特性分析　　反方向短路時的短