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【摘要】 基于对国内四大保护装置生产厂家的距离保护装置进行现场校验的结果，以距离保护的基本原理为依据，对比分析了各厂家距离保护的异同点。在现有的理论原理和分析结果的基础上，对现场校验的方法进行了更深入地研究，给出了距离保护圆特性和四边形特性的最佳校验方法，这对实际生产具有积极的指导和借鉴作用。
【关键词】距离保护;圆特性;四边形特性;校验方法
1.引言
距离保护是一种反映输电线路一端电气量变化的保护[1]。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小[2-3]。距离保护的动作行为可以反应出短路点到保护安装处距离的远近，并可根据距离的远近确定动作时间，其灵敏度相较于方向保护和差动保护来说更高。相对其他常见的保护策略，距离保护能够更准确得选择并较快的切除故障，在现今运行方式多变、结构复杂的电力系统中，一旦发生事故，距离保护的这种工作特性尤为重要。因此，距离保护在电力系统中获得了广泛的应用。目前，距离保护在110kV～220kV及以下电压等级的线路上作为主保护，在220kV及以上电压等级的线路上作为后备保护使用。国内的微机保护研究开始于20世纪70年代末期、80年代初期[4]，虽然起步晚，然而由于我国继电保护工作者的不懈努力，进展却很快[5-6]。随着特高压交流网架工程的推进，以及跨区同步电网的构建，电力系统的网架结构和运行方式日益复杂和多变，这对继电保护灵敏性、选择性、快速性、准确性的执行质量提出了更高的要求。
作为继电保护的一种，距离保护在电力系统输电网络中的应用最为广泛。如何更好的提高距离保护动作的可靠性对电网稳定运行有着深远的影响，这也是继电保护生产厂家所一直致力于的研究课题。本文在现场试验的基础上，对国内多个厂家的距离保护产品进行比较，给出了距离保护的一般性校验方法。这对指导电网公司的安全生产具有一定的借鉴作用，对提高系统的安全性和稳定性具有重大意义。
2.距离保护基本原理
距离保护是一种利用阻抗元件反应输电线路故障的保护[7]，其功能特性有两点：首先，它能区分正常运行和短路故障;其次，它能反映短路点的远近，如果短路点距离小于整定值，则动作保护。距离保护的工作特性通过阻抗继电器来实现，线路出现短路时，线路电压和电流会同时发生变化，即通过计算保护安装处的电压与电流之间的比值[8-9]，测量阻抗，进行短路故障的区分和短路点远近的计算。阻抗继电器接线示意图如图1所示。
图1 阻抗继电器接线示意图
2.1 短路时保护安装处的电压公式
图2 短路故障示意图
在图2所示的系统中，假设线路上K点发生短路，在保护安装处某相的相电压应该为短路点的该相电压和输电线路上该相的压降之和，而输电线路上该相的压降为该相上的正序、负序、零序压降之和[10-11]。若假设输电线路上的负序阻抗与正序阻抗大小相同，则在保护安装点的相电压按下式计算：
（1）
式（1）中：——流过保护该相的正序、负序、零序电流;——短路点到保护安装处的正序、负序、零序电抗;——零序电流补偿系数，ZM为输电线路的互感阻抗。
当发生金属性接地故障时，要使测量阻抗与线路阻抗相等，需加入继电器的电压应为，加入继电器的电流应为，即继电器的接线方式采用，通常把此种接线方式称为带零序电流补偿的接线方式。
当发生相间故障时，保护安装处的相间电压为：
（2）
式（2）中：——短路点的相间电压;——两相之间的电流差。
对于相间金属性短路故障，要使测量阻抗与线路阻抗相等，则应采用零度接线方式，即继电器采用的接线方式。
2.2 阻抗继电器的动作特性
由于采用了不同的极化电压，目前常见阻抗继电器的动作特性有圆特性、多边形特性，直线特性等等[12]。下面主要对常用的圆特性和多边形特性阻抗继电器分别进行讨论。
2.2.1 偏移圆特性
动作方程：
（3）
式（3）中：——整定阻抗;——移相角（或偏移角）。
对于接地距离继电器，与采用带零序电流补偿的接线方式;对于相间距离继电器，与采用零度接线方式。
图3 偏移圆特性
2.2.2 多边形特性
多边形（四边形）的特性阻抗继电器是由个直线动作特性的阻抗继电器组合而成的[13]，如图4所示，其上方是电抗线，在线路正序阻抗角方向之后下倾α角度（零序电抗线），是为了防止区外故障时超越;右边倾斜的是电阻线，与R轴成一定角度（一般设定），是用来躲事故过负荷时的最小负荷阻抗;下方与左方的边界是由方向元件（正序方向元件F1或零序方向元件F0）来确定的，是为了防止反方向短路故障误动。
图4 多边形（四边形）特性
表1 各生产厂家距离保护的动作特性
生产厂家 动作特性
接地距离 相间距离
南瑞继保 偏移特性圆 偏移特性圆
北京四方 多边形特性 多边形特性
国电南自 多边形特性 多边形特性
许继电气 多边形特性 偏移特性圆
表2 距离保护有关定值
定值项目 定值内容
电抗补偿系数 0.60
电阻补偿系数 0.81
正序阻抗角 75°
相间阻抗偏移角 0°
接地电阻定值 6 Ω
接地距离Ⅰ段电抗 5 Ω
接地距离Ⅱ段电抗 6 Ω
接地距离Ⅲ段电抗 8 Ω
相间距离Ⅰ段阻抗 5 Ω
相间距离Ⅱ段阻抗 6 Ω 相间距离Ⅲ段阻抗 8 Ω
表3 不同阻抗角度下的动作值
所设角度 动作阻抗
120° 3.55 Ω
90° 4.87 Ω
75° 5.05 Ω
60° 4.86 Ω
30° 3.57 Ω
0° 1.35 Ω
-5° 不动作
表4 不同阻抗角度下的动作值
所设角度 动作阻抗
105° 不动作
100° 5.12 Ω
90° 5.05 Ω
75° 5.17 Ω
60° 5.47 Ω
30° 7.77 Ω
0° 5.46 Ω
-5° 5.35 Ω
-10° 不动作
3.现场校验方法
当距离保护的动作特性不同时，为了准确地校验整定值，我们就需要采用不同的校验方法。表1给出了目前国内最大的四大保护装置生产厂家的距离保护的动作特性。
本文以许继WXH-811保护装（下转第118页）（上接第114页）置为例说明偏移圆特性和多边形特性的校验方法。表2为许继WXH811定值清单中的距离保护定值。
3.1 偏移特性圆的定值校验
采用偏移圆特性的距离保护，其定值较为简单，针对相间距离I段，试验仪的输出应该使得故障相的电压与电流相差75°，方才正确，如表3给出了不同角度下的试验结果。
3.2 多边形特性的校验
从表2和图4可以看出，多边形特性的距离保护有两个定值需要校验，一个是电抗定值，一个是电阻定值（各段共用）。主要是校验电抗定值，针对接地距离Ⅰ段，试验仪的输出应该使得故障相的电压与电流相差90°，方才正确，如表4给出了不同角度下的试验结果。
4.结语
本文分析了距离保护的基本原理，并对目前国内四大不同保护装置生产厂家的距离保护装置的动作特性进行了对比研究。研究结果发现，要获得较为准确的结果，对于偏移圆特性距离保护装置，应使故障相电压与电流相位相差75°至80°之间;对于多边形特性距离保护装置，应使故障相电压与电流相位相差90°左右。
因此，在现场校验的过程中，应结合具体保护装置，采用不同的角度，以达到预期效果，这对于指导实际生产意义重大。
参考文献
[1]杨旭东.直流系统及变压器角接侧两相故障远后备保护的研究[D].华北电力大学（河北），2005.
[2]邢学赢.浅析距离保护的应用[J].中国科技信息，2006（13）：
45-46.
[3]Newbury，J.Communication requirements and standards for low voltage mains signaling.Power Delivery，IEEE Transactions on，Volume 13，Issue 1，Jan 1998：46-52.
[4]王威.基于μCOS-Ⅱ的嵌入式微机保护装置的研究[D].中南大学，2007.
作者简介：刘飞璇（1988—），女，山东济宁人，硕士研究生，研究方向：电力电子装置在电力系统中的应用。
【关键词】距离保护;圆特性;四边形特性;校验方法
1.引言
距离保护是一种反映输电线路一端电气量变化的保护[1]。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小[2-3]。距离保护的动作行为可以反应出短路点到保护安装处距离的远近，并可根据距离的远近确定动作时间，其灵敏度相较于方向保护和差动保护来说更高。相对其他常见的保护策略，距离保护能够更准确得选择并较快的切除故障，在现今运行方式多变、结构复杂的电力系统中，一旦发生事故，距离保护的这种工作特性尤为重要。因此，距离保护在电力系统中获得了广泛的应用。目前，距离保护在110kV～220kV及以下电压等级的线路上作为主保护，在220kV及以上电压等级的线路上作为后备保护使用。国内的微机保护研究开始于20世纪70年代末期、80年代初期[4]，虽然起步晚，然而由于我国继电保护工作者的不懈努力，进展却很快[5-6]。随着特高压交流网架工程的推进，以及跨区同步电网的构建，电力系统的网架结构和运行方式日益复杂和多变，这对继电保护灵敏性、选择性、快速性、准确性的执行质量提出了更高的要求。
作为继电保护的一种，距离保护在电力系统输电网络中的应用最为广泛。如何更好的提高距离保护动作的可靠性对电网稳定运行有着深远的影响，这也是继电保护生产厂家所一直致力于的研究课题。本文在现场试验的基础上，对国内多个厂家的距离保护产品进行比较，给出了距离保护的一般性校验方法。这对指导电网公司的安全生产具有一定的借鉴作用，对提高系统的安全性和稳定性具有重大意义。
2.距离保护基本原理
距离保护是一种利用阻抗元件反应输电线路故障的保护[7]，其功能特性有两点：首先，它能区分正常运行和短路故障;其次，它能反映短路点的远近，如果短路点距离小于整定值，则动作保护。距离保护的工作特性通过阻抗继电器来实现，线路出现短路时，线路电压和电流会同时发生变化，即通过计算保护安装处的电压与电流之间的比值[8-9]，测量阻抗，进行短路故障的区分和短路点远近的计算。阻抗继电器接线示意图如图1所示。
图1 阻抗继电器接线示意图
2.1 短路时保护安装处的电压公式
图2 短路故障示意图
在图2所示的系统中，假设线路上K点发生短路，在保护安装处某相的相电压应该为短路点的该相电压和输电线路上该相的压降之和，而输电线路上该相的压降为该相上的正序、负序、零序压降之和[10-11]。若假设输电线路上的负序阻抗与正序阻抗大小相同，则在保护安装点的相电压按下式计算：
（1）
式（1）中：——流过保护该相的正序、负序、零序电流;——短路点到保护安装处的正序、负序、零序电抗;——零序电流补偿系数，ZM为输电线路的互感阻抗。
当发生金属性接地故障时，要使测量阻抗与线路阻抗相等，需加入继电器的电压应为，加入继电器的电流应为，即继电器的接线方式采用，通常把此种接线方式称为带零序电流补偿的接线方式。
当发生相间故障时，保护安装处的相间电压为：
（2）
式（2）中：——短路点的相间电压;——两相之间的电流差。
对于相间金属性短路故障，要使测量阻抗与线路阻抗相等，则应采用零度接线方式，即继电器采用的接线方式。
2.2 阻抗继电器的动作特性
由于采用了不同的极化电压，目前常见阻抗继电器的动作特性有圆特性、多边形特性，直线特性等等[12]。下面主要对常用的圆特性和多边形特性阻抗继电器分别进行讨论。
2.2.1 偏移圆特性
动作方程：
（3）
式（3）中：——整定阻抗;——移相角（或偏移角）。
对于接地距离继电器，与采用带零序电流补偿的接线方式;对于相间距离继电器，与采用零度接线方式。
图3 偏移圆特性
2.2.2 多边形特性
多边形（四边形）的特性阻抗继电器是由个直线动作特性的阻抗继电器组合而成的[13]，如图4所示，其上方是电抗线，在线路正序阻抗角方向之后下倾α角度（零序电抗线），是为了防止区外故障时超越;右边倾斜的是电阻线，与R轴成一定角度（一般设定），是用来躲事故过负荷时的最小负荷阻抗;下方与左方的边界是由方向元件（正序方向元件F1或零序方向元件F0）来确定的，是为了防止反方向短路故障误动。
图4 多边形（四边形）特性
表1 各生产厂家距离保护的动作特性
生产厂家 动作特性
接地距离 相间距离
南瑞继保 偏移特性圆 偏移特性圆
北京四方 多边形特性 多边形特性
国电南自 多边形特性 多边形特性
许继电气 多边形特性 偏移特性圆
表2 距离保护有关定值
定值项目 定值内容
电抗补偿系数 0.60
电阻补偿系数 0.81
正序阻抗角 75°
相间阻抗偏移角 0°
接地电阻定值 6 Ω
接地距离Ⅰ段电抗 5 Ω
接地距离Ⅱ段电抗 6 Ω
接地距离Ⅲ段电抗 8 Ω
相间距离Ⅰ段阻抗 5 Ω
相间距离Ⅱ段阻抗 6 Ω 相间距离Ⅲ段阻抗 8 Ω
表3 不同阻抗角度下的动作值
所设角度 动作阻抗
120° 3.55 Ω
90° 4.87 Ω
75° 5.05 Ω
60° 4.86 Ω
30° 3.57 Ω
0° 1.35 Ω
-5° 不动作
表4 不同阻抗角度下的动作值
所设角度 动作阻抗
105° 不动作
100° 5.12 Ω
90° 5.05 Ω
75° 5.17 Ω
60° 5.47 Ω
30° 7.77 Ω
0° 5.46 Ω
-5° 5.35 Ω
-10° 不动作
3.现场校验方法
当距离保护的动作特性不同时，为了准确地校验整定值，我们就需要采用不同的校验方法。表1给出了目前国内最大的四大保护装置生产厂家的距离保护的动作特性。
本文以许继WXH-811保护装（下转第118页）（上接第114页）置为例说明偏移圆特性和多边形特性的校验方法。表2为许继WXH811定值清单中的距离保护定值。
3.1 偏移特性圆的定值校验
采用偏移圆特性的距离保护，其定值较为简单，针对相间距离I段，试验仪的输出应该使得故障相的电压与电流相差75°，方才正确，如表3给出了不同角度下的试验结果。
3.2 多边形特性的校验
从表2和图4可以看出，多边形特性的距离保护有两个定值需要校验，一个是电抗定值，一个是电阻定值（各段共用）。主要是校验电抗定值，针对接地距离Ⅰ段，试验仪的输出应该使得故障相的电压与电流相差90°，方才正确，如表4给出了不同角度下的试验结果。
4.结语
本文分析了距离保护的基本原理，并对目前国内四大不同保护装置生产厂家的距离保护装置的动作特性进行了对比研究。研究结果发现，要获得较为准确的结果，对于偏移圆特性距离保护装置，应使故障相电压与电流相位相差75°至80°之间;对于多边形特性距离保护装置，应使故障相电压与电流相位相差90°左右。
因此，在现场校验的过程中，应结合具体保护装置，采用不同的角度，以达到预期效果，这对于指导实际生产意义重大。
参考文献
[1]杨旭东.直流系统及变压器角接侧两相故障远后备保护的研究[D].华北电力大学（河北），2005.
[2]邢学赢.浅析距离保护的应用[J].中国科技信息，2006（13）：
45-46.
[3]Newbury，J.Communication requirements and standards for low voltage mains signaling.Power Delivery，IEEE Transactions on，Volume 13，Issue 1，Jan 1998：46-52.
[4]王威.基于μCOS-Ⅱ的嵌入式微机保护装置的研究[D].中南大学，2007.
作者简介：刘飞璇（1988—），女，山东济宁人，硕士研究生，研究方向：电力电子装置在电力系统中的应用。