第七節　相間短路的距離保護

距離保護是一種反應短路時阻抗下降而動作的保護。在35kV及以上的電網中距離保護是線路保護的主保護。由于線路阻抗與線路長度成正比所以也稱阻抗保護。距離保護主要由阻抗繼電器構成，我國電氣化鐵道供電的牽引網饋線保護大多數采用四邊形特性的阻抗保護。

一、阻抗繼電器工作原理

（一）阻抗繼電器的工作原理

阻抗繼電器是反應線路阻抗下降而動作的繼電器，這種繼電器有四個輸入端，如圖1-29所示，兩個電流端反應線路電流，兩個電壓端反應線路電壓。輸電線路在正常負荷運行時，電壓為額定電壓UN，電流為負荷電流IL，它們的比UN/IL是負荷阻抗ZL。阻抗繼電器反應的是負荷阻抗ZL，負荷阻抗值大，阻抗繼電器不動作。當發生短路故障時，電壓為短路后的殘壓UK，電流為短路電流IK，UK/IK=ZK為短路阻抗，也叫線路阻抗。此時，由于短路電壓下降、電流上升、線路阻抗值急劇下降，引起繼電器測量值下降，當測量值落在了繼電器的保護范圍內，繼電器動作。繼電器測量阻抗為：

式中　Ki——電流互感器變比；

Ku——電壓互感器變比；

zk——繼電器測量阻抗；

ZK——折算至一次側的測量阻抗值。

（二）阻抗繼電器的分類

阻抗繼電器有圓特性、四邊形特性、扇形特性。

1.圓特性阻抗繼電器

所謂圓特性阻抗繼電器就是指，短路時繼電器測量阻抗落在圓特性曲線內繼電器就動作，落在圓外就不動作，所以特性曲線也是阻抗繼電器的動作邊界。圓特性阻抗繼電器分三種。

（1）全阻抗繼電器：動作特性如圖1-30（a）所示，是一個坐標原點在圓心，整定阻抗Zset·k為半徑的特性圓，沒方向沒死區，任意角度的動作阻抗等于整定阻抗。靈敏度不高，躲負荷能力差。即：

Zop·k=Zset·k

式中　Zop·k——任意角度的動作阻抗；

Zset·k——整定阻抗。

（2）偏移阻抗繼電器：動作特性如圖1-30（b）所示，偏移阻抗繼電器動作特性是一個偏心圓，整定阻抗分正負兩個值，任意角度的動作阻抗不相等，無死區，有一定方向。靈敏度和躲負荷能力比全阻抗繼電器高。

（3）方向阻抗繼電器：動作特性如圖1-30（c）所示，它的動作特性是一個坐標原點在圓周上，動作阻抗為直徑的圓。任意角度的動作阻抗Zop·k隨測量阻抗角度的變化而變化。方向阻抗繼電器有方向有死區。任意角度的動作阻抗最大值等于整定阻抗。在圓特性阻抗繼電器中，它的靈敏度最高，躲負荷能力最強。

2.四邊形特性

四邊形特性的阻抗保護已經不是以單獨的繼電器存在，它可能是成套保護中的一個元件，也可能是微機保護中的一個元件。

（1）四邊形阻抗特性曲線

四邊形阻抗特性曲線，它動作區域主要在第一象限，動作特性是一個四邊形如圖1-31（a）所示，ZHH-2A成套保護中阻抗元件就是這種特性。與圓特性阻抗繼電器比較，它具有較強的方向性，較高的靈敏度，還具有躲過電力機車變壓器勵磁涌流、消除負荷電流畸變干擾的能力，它的保護范圍受過渡電阻影響小，并且不用設斷線閉鎖，但有死區，死區如圖中陰影部分，實際線路中在變電所的出線端。

（2）偏移形阻抗特性曲線

偏移四邊形阻抗特性曲線，動作特性也是一個四邊形如圖1-31（b）所示。它除了具備上面的特點外，在反方向還有一定的保護范圍，所以沒有死區，但需要裝設斷線閉鎖。南京自動化廠生產的微機饋線成套保護裝置中的阻抗元件采用的就是這種特性。

3.扇形特性阻抗繼電器

扇形阻抗特性曲線如圖1-31（c）所示，它的特性與圓特性阻抗繼電器相似，它有方向，受過渡電阻影響小，但靈敏度不如方向阻抗繼電器。由于它的特性不如四邊形優越，所以我國生產的距離保護中都沒有這種特性的保護裝置。

二、阻抗繼電器的接線

阻抗繼電器應接入適當相別的電壓和電流，才能保證線路發生短路故障時正確動作。反應相間短路的阻抗保護都采用零度接線，所謂零度接線是指功率因數等于1時，加入繼電器的電壓與電流的相位差等于零。以U相為例：當功率因數等于1時，UU與IU同相位，加入U相繼電器的電壓UUV與IUV也同相位。各相接線如表1-2、圖1-32所示。

三、距離保護

距離保護同電流保護相同也可以設三段，它們的保護范圍和動作時限如圖1-33所示。第一段為瞬時速斷，保護本線路的80％～85％，動作時限為瞬時動作，第二段為限時速斷，保護本線路全長，并延伸至下一段線路第一段保護的一部分。為保證下一段線路的這部分發生故障時，第二段保護不誤動作，通常第二段保護比第一段保護的時限大一個Δt，第三段為帶時限保護，它的保護范圍一直延伸到下一段線路的末端，甚至更遠，其作用是圖1-33作為本線路的近后備保護，作為相鄰線路的遠后備保護，動作時間按階梯形整定。