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关于110KV线路保护知识

一、长距离输电线的结构，短路过渡过程的特点：
高压长距离输电线的任务是将远离负荷中心的大容量水电站或煤炭产地的坑、口火电厂的的巨大电功率送至负荷中心，或作为大电力系统间的联络线，担负功率交换的任务。因此；偏重考虑其稳定性及传输能力，为此长距输电线常装设串联电容补偿装置以缩短电气距离。
为补偿线路分布电容的影响，以防止过电压和发电机的自励磁，长距离输电线还常装设并联电抗补偿装置，其典型结构图如下：

E
～
～
串联电容 系统电感

并联电抗 并联电抗
分布电容

短路过程的特点：
1、高压输电线电感对电阻的比值大，时间常数大，短路时产生的电流和电压、非同期性自由分量衰减较慢。为了保持系统稳定，长距离输电线的故障，对其快速性提出严格的要求。应尽切除，其保护动作要求在20～40ms。因此快速保护不可避免地要在短路电流存在时间内工作。
2、由于并联电抗所储磁能在短路时释放，在无串联电容补偿的线路上可产生非周期分量电流，在一定条件下此电流可能同时流向线路两端或从线路两端流向电抗器。因而在外部短路时，流入线路两端继电保护非周期分量电流数值可能不等。方向相同（例如：都从母线指向线路）。
3、串联电容和线路及系统电感及并联电抗等谐振将产生幅值较大的频率低于工频的低次谐波，由于这种谐波幅值大，频率接近工频，故使电流波形和相位将发生严重畸变。
4、由于分布电容大，因而分布电容和系统以及线路的电感产生的高次谐波很多，幅值也很大，对电流的相位和波形也将产生影响。

距离保护的定义和特点
距离保护——是以距离测量元件为基础反应被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作所构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度正比故名
其特点：主要用于输电线的保护，一般是三段式或四段式，第一、二段带方向性，作本线段的主保护，其中，第一段保护线路80%～90%，第二段保护余下的10%～20%并作相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线路的后备保护。
其整套保护应包括故障起动、故障距离测量、相应时逻辑回路与电压回路断线闭锁。有的还配置振荡闭锁等基本环节以及对整套保护的连续监视等装置。有的接地距离保护还配置了单独的选相元件。

距离保护为什么能测量距离？
M
G2
A
B
C
IB
IA
先对其单回线三相线路区段电
IC
压降进行分析，如图2，M为母线，
G为故障点。
图2

线路各阻抗值分别为：
ZphL=1/3（Zpho+2Zph1） 每相相间互感阻抗
ZphM=1/3（Zpho—Zph1） 每相自阻抗
∴Zph1=ZphL—ZphM 正序阻抗
Zpho= Zph1+ 2ZphM 零序阻抗

当取电流方向为由M向G，电压升的方向由地向M及G时则：
ùGA=ùMA—(ÍA+3kÍ0) Zph1
ùGB=ùMB—(ÍB+3kÍ0) Zph1 其中K= ZphM/ ZphL
ùGC=ùMC—(ÍC+3kÍ0) Zph1

只要MG区间没有短路故障或其它相对或相对相间的分流存在。上式成立
即：
ÙMGA=(ÍA+3kÍ0) Zph1
ÙMGA=(ÍA+3kÍ0) Zph1 Ùph=(Íph+3kÍ0) Zph1
ÙMGA=(ÍA+3kÍ0) Zph1

阻抗继电器

定义：是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比 ，以确定保护是否应该动作。
对于构成阻抗继电器的基本原则我们还是从网络接线着手：
首先将阻抗继电器的测量阻抗画于复数阻抗平面上，那么从保护1看B点在图
Zzd
上位置，位于座标原点。 jX c
2
正方向线路测量阻抗在第一象限；
1
反方向线路测量阻抗在第三象限
正方向线路的测量阻抗与R轴之间夹角，
B
我们称为B—C的阻抗角fd对保护1的距离1段， R R
3
A
起动阻抗应为0.85ZBC那么就包括0.85ZBC
以内的阻抗，我们用长方形所包括的范围表示。
由于阻抗继电器都是接于电流、电压互感器的二次则，它的测量阻抗与一次侧阻抗之间存在下面关系：
Zj=Zdnt/ny

如果保护装置的整定阴抗计算以后为Z′dZ，则按前面的公式继电器应该选择为：
Zzd=Z'dzdnt/ny

（这在我们3112保护中，由于CT、PT变比已给出，内部经过了转化）。
但为了减少过渡电阻以及互感器误差影响，尽量简化继电器的接地，并便于制造和调试，通常把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。
1、为全阻抗继电器的动作特性
2、为方向阻抗继电器的动作特性
3、为偏移阻抗继电器的动作特性
另外，还有动作特性为透镜形、四边形的继电器。
下面我们就利用用复数平面分析一下圆特性阻抗继电器，还有直线特性阻抗继电器，以找出它们的规律。
首先我们来分析全阻抗继电器
再看到上图：圆1：它是以B点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径所作的一个圆，从图上我们可以了解到，当测量阻抗落在圆内，则继电器动作；当测量阻抗落在圆外，则不动而落在圆上则刚好动作。不论加入继电器的电压与电流之间的角度fJ为多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗，即∣Zdzf∣=∣Zzd∣具有这种特性的继电器，称为全阻抗继电器。从图1知它是没有方向性的，继电器以及其它特性继电器，动作特性，就是把测量值与整定电压阻抗相比较，这种比较又有两种方式：
一种是幅值比较方式；一种是相位比较方式。
幅值比较方式就是当测量阻抗ZJ幅值位圆内时继电器起动。我们可用：
∣ZJ∣≤∣Zzd∣来表示，但是在实际运作中ZJ无法得知，在这式中，两端乘以电流ÌJ，则∣ZJ∣·ÌJ=∣Zzd∣·ÌJ
∣ùJ∣=∣ÌJ·Zzd∣→这样就有实际的测量电压
这个式中Zzd·ÌJ表示J电流以在某个恒
抗Zzd上电压降落这个电压降可利用电
抗互感器或其它补偿装置获得。
对于电压幅值比较方式暂时说到这里，下
面介绍一下电压相位比较方式。
它的动作特性如右图2：
当测量阻抗ZJ位于圆周上时
图1
向量ZJ+Zzd，超前于ZJ—Zzd的角度Q=90º
而当ZJ位于圆内时 Q>90º
当ZJ位圆外时Q<90º
那么继电器起动条件就可表示为
270º≥arg[(ZJ+Zzd)/( ZJ—Zzd)] ≥90º

图2
两个向量也乘以一个电流ÌJ即可得电压
相位的比较
ùP=ùJ+ÌJ* Zzd
ù'=ùJ-ÌJ* Zzd
继电器动作条件又可写成：
270º≥arg(ùP /ù')≥90º或
图3
270º≥arg[(ùJ+ÌJ* Zzd)/( ùJ-ÌJ* Zzd)] ≥90º
从这个公式中我们可以知道继电器动条件只
与úp与ú的相位差有关,而与其大小无关。
从前面说到的两种比较方式我们可以感觉到这
两种比较方式存在着一定联系。
从图中我们可以看到：运用平行四边形原理可知,如
果用幅值比较的两个向量组成平行器边形,那么相位比较的两个向量就是平行四边形的对角线。设以À、B为幅值比较两个电压,C、D在比较相位的两个电压
∣À∣≥∣ B∣也就是继电器起动时那么就有：
C=B+A
D=B-A
也可以表示为：
B=1/2（C+D）
A=1/2（C-D）
因为À和B是幅值比较的两个向量那么又可写为：
B=C+D
A=C-D
由此可见，幅值比较原理具有互换性，因为不论实际继电器是哪一种方式构成，都可以根据需要而采用任一种比较方式来分析它的动作性能。但必须注意以下几点：
1、它只适用于A、B、C、D为同一频率的正弦交流量。
2、只适用于相位比较方式，动作范围为270º≥arg(C/D) ≥90º
和幅值比较方式，且动作条件为∣À∣≥∣ B∣的情况。
3、对短路暂态过程中出现的非周期分量和谐波分量，以上转换关系显然是不成立，因此不同比较方式构成的继电器受暂态过程影响的不同。
以上是对距离保护的简单介绍对于实用的距离继电器以上所说的是无法满足要求的以下仅以我之所学的一般见识来谈谈实用的欧姆继电器的记忆特性。
绝大多数距离继电器是按照故障点的电压边界条件建立其动作判据的。当在保护区末端故障时动作判据处于临界状态。为了反映此状态，在继电器中要形成或计算出保护区末端的电压，一般称为补偿（后）电压ù´
ù´=ù―ZYÍ
实际上补偿电压与本公司110KV线路保护装置技术说明书中的工作电压同义。
对于相间距离继电器ùùψψ，Í=Íψψ（ψψ=AB，BC或CA）。对于接地距离继电器ù=ùψ，
Í=Íψ+KÍ0，[ψ，=A，B或C，K=（Z0-Z1）/Z1]。严格的说，K应为复数，一般为了简化都按实数处理实际上是因为在机械型和晶体管型继电器要按复数处理有一定困难。在集成电路保护，尤其是微机保护中按复数处理没有任何困难，ùψ可按下式计算
ù´ψ=ùψ―ZY（Í―Í0）―Z0YÍ0
式中ZY和Z0Y分别为正序和零序整定阻抗。
Y
F2
Ỉ
F1
F3
F4
在正常情况下ù´等于线路上Y点的电压，即：ù´=ùY 实际上不仅在正常情况下，而且在振荡、区外故障（包括在Y点经过渡电阻
Ẻ´
短路以及两相运行状态下上式都成立。
Ẻ

ù
唯有在保护区内发生故障时上式不在成立
从电路上讲这是因为在母线和保护区末端
ù´=ùY
ù
Ẻ
（Y点）之间出现了故障支路的缘故。
假设系统各元件阻抗角相等，在沿
线路各点发生直接短路时系统各点的电
ù´=Ùy=0
ù
Ẻ
压相位相同，但ù´的相位可能相反。在
不同地点短路时系统的电压分布如左图所
ù´≠ùY
ù
Ẻ

示。在保护区外（F1和F4）和在保护区
末端（F2与Y点重合）故障时都有下式
ù

ù´=ùY
Ẻ´
ù´=ùY
唯有在区内（F3）故障时则有ù´≠ùY。
空载线直接短路时的电压分布图
区内故障继电器测量到的ù´可将电压分布延
长到Y点求得。从相位关系看在区外故障时ù´的相位不变而在区内故障时改变了180度。过去的绝大多数距离继电器都是反应ù´的相位变化。为了测量1个交流量的相位作为参考，在
继电器中称极化量。选择不同的极化量将得到不同特性的距离继电器。
由上面的电压分布图可见，ù和ù´在区外故障时同相，在区内故障时反相。在保护区末端故障时ù´=0，比相器处于临界动作状态。这就是欧姆继电器建立动作判据的依据。
在出口故障时c=0，欧姆继电器将出现死区。为了消除死区，极化电压通过记忆回路供给。由于有记忆作用，继电器的极化电压是故障前电压ù∣0∣，于是继电器的动作判据应改写为下式：
270º≥arg[ù∣0∣，/(ù-ZYÍ)] ≥90º

K
由此可见此时继电器已不再反应单一的电压。在这种情况下继电器的动作特性只能结合电网的参数进行分析。通常分为正方向故障和反方向故障两种情况进行分析。下图示出系统图及短路时故障相的电压相量图。图（A）为正方向短路，图（B）为反方向短路。
ZL

Í
Í
ÍF
ZL
Zs
F
Y
K

Ẻ R
Ẻ
ù
ZY

ù

ù´(当ZY< ZL)
Í
ÍF
ùF

ù´(当ZY> ZL)
在分析正方向短路时在上式中引入C=ù+ZsÍ得继电器的动作条件为
270º>Arg{[(Z+Zs)/(Z-ZY)]*( ù∣0∣/ Ẻ)} >90º

因为Ẻ、ù∣0∣不随短路后的情况而变化，可以把它们作为参变量移到不等式的两侧，即得
270º+ Arg(Ẻ /ù∣0∣)>Arg (Z+Zs)/(Z-ZY) >90º+ Arg(Ẻ /ù∣0∣)

于是继电器得动作条件仅为变量Z的函数。
若短路前线路是空载的，则ù∣0∣= Ẻ，Arg(Ẻ /ù∣0∣)=0。继电器得动作特性为以ZY相量末端Y 点和-Zs相量末端S点之连线SY为直径所做之圆（图10-6）。当Z落在此圆内时继电器动作。Z=ZL+ZR，其阻抗角不可能大于фl，故Z只可能落在第I象限OY线的右边。当线路有串补电容时，
F
jX

Y

N
300º

R

S

Z-Zl-jXc可能落于第Ⅳ象限，所以动作特性圆得有效部分如图中阴影部分所示。
极化电压得记忆不仅消除了死区，而且提高了覆盖过渡电阻的能力。相间姆欧继电器即使在短线上也能覆盖电弧电阻。
一般情况下，短路前线路不是空载的，Arg(Ẻ /ù∣0∣)≠0继电器的动作特性圆是以SY为弦所作之圆。图10-6中给出θ=Arg(Ẻ /ù∣0∣)=30º，0，-30º三种情况下得特性圆。可见在线路送出有功功率时Arg(Ẻ /ù∣0∣)> 0，动作特性圆的动作区将缩小。反之，当有功功率自线路向母线传送时动作区扩大。所谓动作区时指内部短路时允许的过渡电阻R的大小。对于直接短路，只要ΦY=ΦL，保护范围不会变化。但若ΦY≠ΦL，则保护范围将伸长或缩短。
分析反方向短路时在式270º≥arg[ù∣0∣，/(ù-ZYÍ)] ≥90º中引入下式
Ẻ´=ù-Z´SÍ
因为反方向短路电流是由对侧电动势供给的，经相同的步骤整理得继电器的动作条件为
270º+ Arg(Ẻ /ù∣0∣)>Arg (Z-Z´s)/(Z-ZY) >90º+ Arg(Ẻ /ù∣0∣)

按上式反方向故障时测量阻抗Z=ù/Í落于第III象限，故方向性更加明确。
记忆作用使正方向短路时能覆盖更大的过渡电阻，其物理意义可用电压向量图来解释。从图（B）可见arg(Ẻ /ù´)> arg(ù/ù´)，继电器的比相器测量到更大的相位变化，因而动作区扩大。如果短路后系统频率不变化，则极化电压ùP将近似按下式变化
Ùp=Ù+( Ẻ-ù)e-t/Tp

经过一定时间后记忆作用消失，Ùp=Ù继电器的动作特性回到以OY为直径的稳态特性圆。极化电压记忆得到得特性称为动态特性。
为了避免在记忆作用消失后失去方向性，可使稳态特性圆是抛球特性或具有明显的电压死区。电压死区应大于经电弧电阻短路是的残压。在正方向出口故障时依靠记忆作用完全可以消除此死区，而一旦继电器动作后就使稳压特性圆带偏移即包围原点。这样即使记忆作用也能一直动作下去，直到跳闸。
将阻抗图上各量乘以电流Í就得到电压图，故阻抗图和电压图使相似的。在阻抗图上ZY、ZS是常量，对应电动势Ẻ的Sn=Ẻ/Í则是变量。在电压图上只有Ẻ是常量，其他都是变量。
以上便是对记忆状态距离继电器的浅析，不到之处还望大家提出批评。