崔 航，肖 飛，宋佳新

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司本溪供電公司，遼寧 本溪 117000；2.松遼水利委員會水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

1 過渡電阻對繼電保護的影響

距離保護是反映故障點至保護安裝處的電氣距離，并根據(jù)電氣距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置，電氣距離一般以阻抗表示，所以距離保護又稱為阻抗保護[1]。其基本原理是用阻抗繼電器測量保護安裝處與故障點之間的阻抗Zk（或距離），即保護安裝處電壓與電流的比值，再將此測量阻抗ZM與整定阻抗Zset進行比較，當ZM＞Zset時，保護不動作；反之，則保護動作。由于電氣距離的大小不隨系統(tǒng)運行方式而變化，因此，距離保護比電流、電壓保護的范圍更確定，且較為靈敏，不受（或很少受）系統(tǒng)運行方式變化的影響[2]。但這些是在發(fā)生金屬性短路故障時才存在的理想狀況，實際上電力系統(tǒng)中的短路一般都不是金屬性的，而是在短路點往往都存在著過渡電阻Rg。該過渡電阻主要是故障點的弧光電阻，此過渡電阻的存在，將使距離保護的測量阻抗發(fā)生變化[3]，一般情況下是使保護范圍縮短，但有時候也能引起保護的超范圍動作或反方向誤動作[4]。Rg一般為純電阻，假設流過Rg的電流為Iì，則繼電器的測量阻抗為

式中：ZR為過渡電阻在繼電器測量阻抗中引起的附加分量；ZL為測量阻抗；是保護安裝處的電流值；在單側電源的情況下=，ZR為純電阻性，一般不會引起超越。在雙側電源的情況下，≠，ZR就有電抗分量。由正方向短路和反方向短路分析，超前相上的阻抗繼電器，由于附加阻抗是阻容性的，使它在區(qū)外故障時易超越[5]；落后相上的阻抗繼電器，由于附加阻抗是阻感性的，導致區(qū)內故障時可能拒動。

2 過渡電阻對阻抗繼電器的影響分析

2.1 正向短路

圖1 是正向經(jīng)Rg短路的系統(tǒng)圖，圖中ES，ER表示模擬雙側電源線路。加在阻抗繼電器上的電壓UM、電流IM和Rg上的電流IZ都是指故障相或故障相間的電壓、電流值。

圖1 正向短路系統(tǒng)圖

式中：UMφ為故障相電壓；IMφ為M處故障相電流，輸電線路上正負序阻抗值相等可推導出：

式中：Z1，Z0分別為正序阻抗值和零序阻抗值。

式中：ZK為故障F到保護安裝處的正序阻抗；I∑為和電流；C為電流分配系數(shù)；Za為由過渡電阻產(chǎn)生的附加阻抗。

式中：j為虛數(shù)單位，極坐標中表示電路中的相位角；θ為阻抗角。

由圖2a)可知：物體在漂移了80 min后第1次出現(xiàn)和岸線相交的情況。隨著時間的推移，矩形區(qū)域逐漸擴大，表明物體軌跡的預測精度在逐漸下降，而且預測區(qū)域一直存在和河岸相交的情況且相交的區(qū)域越來越大。該結果表明：在第80 min時刻，物體就有可能觸岸擱淺，但此時擱淺的概率較小，隨著時間的推移，物體停止漂移的概率將越來越大，當?shù)竭_峰值后就將逐漸減小。由圖2b)可知：漂移物沿岸線最終停止的位置距初始位置的下游距離概率分布情況呈現(xiàn)出先增加后減少的變化趨勢，變化幅度較大。

由于IM與I∑相位可能不一致，因此，附加阻抗Za可能呈現(xiàn)純阻性、電阻電感性或電阻電容性，導致阻抗繼電器的測量阻抗發(fā)生變化（如圖2所示，圖中橫坐標R代表電阻，縱坐標JX代表電抗），從而造成區(qū)內故障時阻抗繼電器可能拒動（當Za為純阻性或電阻電感性時）。一般裝于送電端的阻抗繼電器，由于附加阻抗Za呈阻容性而易超越。

圖2 附加阻抗特性導致測量阻抗變化示意圖

把過渡電阻對阻抗繼電器測量阻抗變化的影響用公式（8）表示的附加阻抗來表達后，則加于保護上的電壓（母線電壓）為

上述附加阻抗性質的變化是由于I∑與IM的相位不同造成的。由圖1 可知，I∑與IM的相位變化是由于故障點側電流IM與IN的相位不同造成的，因為I∑=IM+IN。還有一種附加阻抗性質的變化不是完全由故障點兩側的電流相位不一致造成的，而是由于兩個故障相的電流相位不一致造成的。這種情況發(fā)生在兩相短路接地的情況中。

如圖3 所示，B，C兩相經(jīng)Rg接地短路情況，相間的電弧電阻可以忽略不計。Rg為桿塔、大地電阻或外物電阻，例如樹木放電時，該電阻是樹木電阻和大地電阻。

圖3 兩相經(jīng)Rg 接地短路

此時，裝于M母線上的接地阻抗繼電器（相阻抗）中的B相繼電器的測量阻抗為

式中：UMB，IB分別為B相的電壓和電流；Z′a為B相的附加阻抗；I∑B，I∑C分別為B相和C相的和電流；C′為電流分配系數(shù)。B相的阻抗角為θ′，計算公式：

同理，C相繼電器的測量阻抗為

式中：Z″a為C相的附加阻抗；UMC，IC分別為C相的電壓和電流；I∑B，I∑C分別為B相和C相的和電流；C″為電流分配系數(shù)。C相的阻抗角為θ″，計算公式：

圖4 為兩相接地短路的向量圖，由圖4 可知，由于(I∑B+I∑C)落后于(IB+K·3I0)，θ′是負角，所以B相阻抗繼電器的附加阻抗Za′為電阻電容性的，B相阻抗繼電器易在區(qū)外短路時超越。從圖4中還可看到，由于(I∑B+I∑C)超前(IB+K·3I0)，θ′是正角，所以C 相阻抗繼電器的附加阻抗Z″a為電阻電感性的，區(qū)內短路時可能會拒動。

圖4 兩相接地短路向量圖

B相、C相阻抗繼電器測量阻抗的變化如圖5所示，當發(fā)生兩相接地短路時，過渡電阻上流的是兩故障相電流之和。由于兩故障相電流相位相差較大，造成兩故障相上的接地阻抗繼電器（相阻抗）測量阻抗中的附加阻抗性質不同。超前相上的阻抗繼電器，由于附加阻抗是阻容性的，使它區(qū)外故障時易超越；落后相上的阻抗繼電器，由于附加阻抗是阻感性的，導致區(qū)內故障時可能拒動。

圖5 兩相故障經(jīng)過渡電阻接地的測量阻抗

2.2 反向短路

反向經(jīng)Rg短路的示意圖見圖6。加于阻抗繼電器上的電壓UM、電流IM是按照規(guī)定正方向所繪畫，故流經(jīng)Rg上的電流I∑是按IM的方向畫出的。

圖6 反向短路系統(tǒng)圖

阻抗繼電器的測量阻抗：

若按公式（7）計算得的θ角為正角，則Za是阻感性的。在阻抗復數(shù)平面上，-Za應向左下方畫( -R，-JX)如圖7中的Z′a。若計算得的θ角為負角，則Za是阻容性的。在阻抗復數(shù)平面上，-Za應向左上方畫( -R，-JX)，如圖7 中的Z″a。相應的繼電器測量阻抗分別為圖7 中的ZJ′和ZJ″。

圖7 反向短路時附加阻抗圖

需要指出，超高壓輸電線路阻抗角很大（約85°），上述超越和失去方向的可能性也增大。對于超越最嚴重的情況，是在區(qū)外最近處發(fā)生故障；而對于失去方向性最嚴重的情況，則是在背后母線上發(fā)生故障[8]。

圖8 為由于過渡電阻使相鄰線路保護失去選擇性的情況。圖8（a）為短路系統(tǒng)圖，標注了距離保護Ⅰ段、Ⅱ段的動作范圍，圖8（b）為保護A的Ⅰ段ZⅠA和保護B的Ⅱ段ZⅡB的動作特性圓。在單側電源情況下，保護A的出口經(jīng)過渡電阻短路，若測量阻抗落入圖8 中繪有陰影的區(qū)域，甚至在AD線以內，保護A拒動，保護B越線跳閘。

圖8 相鄰線始端經(jīng)電阻接地姆歐繼電器越級跳閘

對于阻抗繼電器還要考慮BC兩相短路經(jīng)電阻Rg接地的情況。即使是單側電源供電，對B相阻抗繼電器來說，Rg上也受到C相電動勢的助增。這與上述雙側電源供電線路上的情況在本質上是相同的，且由于C相電動勢落后于B相電動勢120°，問題還要嚴重的多，若是反方向故障，要失去方向性。這一現(xiàn)象也可用電壓向量圖來分析[9]。

過渡電阻會導致在區(qū)內故障時繼電器不動作，但不影響相間故障。相間故障時的過渡電阻主要是電弧電阻，電弧電阻是非線形的。電弧壓降值Uarc≈（3%～5%）EPP，是常數(shù)，與電流無關。對于 故 障 環(huán)路電動 勢PP=(ZS+ZL)IìPP+arc，近似認為(ZS+ZL)PP與arc相差90°，則過渡電阻引起的附加分量ZR≈（3%～5%）(ZS+ZL)?，F(xiàn)代姆歐繼電器在阻抗平面上的動作特性是以向量ZS+ZL為直徑的圓，所以對電弧電阻有足夠的反應能力。至于距離保護Ⅱ段，可以采用瞬時測量技術[10]，一旦繼電器動作就擴大特性圓在第Ⅰ象限的動作區(qū)。

單相故障時，接地電阻可能很大，但接地距離繼電器在提高對接地電阻的反應能力時，應能避開負荷，不能依靠很靈敏的零序電流元件來避開負荷，因為當相鄰線兩相運行或遠方有故障時都會有零序電流出現(xiàn)，而此時本線可能帶重負荷，所以距離繼電器本身應有避開負荷的能力[11]。

3 結語

綜上所述，采用能容許較大的過渡電阻而不致拒動的阻抗繼電器，可防止過渡電阻對繼電器工作的影響。例如，對于過渡電阻只能使測量阻抗的電阻部分增大的單電源線路，可采用不反應有效電阻的電抗型阻抗繼電器；在雙側電源線路上，可采用可減小過渡電阻影響的多邊形動作特性的阻抗繼電器。

利用所謂“瞬時測量回路”來固定阻抗繼電器的動作，相間短路時，過渡電阻主要是電弧電阻，其數(shù)值在短路瞬間最小，經(jīng)過0.10～0.15 s 后，就迅速增大。根據(jù)上述特點，通常距離保護的第Ⅱ段可采用瞬時測量回路，以便將短路瞬間的測量阻抗值固定下來，使過渡電阻的影響減至最小。在后續(xù)的研究中，應考慮雙側電源線路故障時距離保護裝置的動作特性，評估阻抗繼電器的耐受過渡電阻能力，為優(yōu)化縱聯(lián)距離保護的整定計算提供依據(jù)。