毕业设计（论文）-220kV系统线路继电保护设计.doc

220kV系统线路继电保护设计摘 要本文针对220kV系统高压线路部分的继电保护进行了系统设计。 根据对220kV系统高压线路进行了分析，并根据需求为高压线路配置了继电保护方案。采用RCS-901A高压线路成套保护，RCS901A成套线路快速保护包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由三段式相间和接地距离及多个延时段或反时限零序方向过流构成全套后备保护；RCS901A保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。它们在线路故障及不正常运行状态时做出反应并及时通知运行人员进行处理，保护线路的安全运行。为了能有效的并准确的切除故障元件，取消常规控制屏，在220kV线路保护辅助继电器屏上装设反映断路位置的红、绿灯及远控、近控开关，同时装设应急操做的控制开关。以上保护方案构成了高压线路的继电保护系统。保证高压线路的安全运行及供电质量。为运行设备和运行人员的安全提供保障。关键词： 电力系统 ， 线路保护， RCS-901A高压线路成套保护AbstructIn this paper, high voltage transmission line 220kV system were part of the relay protection system design. System based on the 220kV high-voltage lines were analyzed, and in accordance with the demand for high-voltage lines to configure the relay program. The use of RCS-901A sets the protection of high voltage transmission line, RCS 901A fast protection circuits, including complete sets of longitudinal joint change in direction and the direction of zero sequence components as the main body of the fast main protection from the frequency change from the rapid component I of protection from three-phase and ground distance and the number of delayed or above the direction of zero-sequence inverse time overcurrent protection constitute a complete set of back-up; RCS 901A of the protection of one of those who export, with automatic reclosing feature of single-or dual-bus switch single-phase coincidence, coincidence and integrated three-phase reclosing. Their fault and not the normal operation of state and to react promptly notify operating personnel to deal with the safe operation of the protection line.In order to be effective and accurate resection of the fault components ,the abolition of conventional control panel, assisted in the 220kV transmission line protection relay circuit screen to reflect the location of the installation of red, green and far-controlled, near-control switch, installed at the same time set up emergency control switch to do gymnastics. The above constitutes a high-voltage protection circuit relay protection system. To ensure the safe operation of high-voltage lines and power quality. For the operation of equipment and operation to protect the safety of the personnel.Key words: power system, circuit protection, RCS-901A high-voltage line protection kits目 录摘 要IAbstructII引 言11 概 述21.1 电力系统继电保护设计21.2 对继电保护动作的基本要求21.3继电保护的构成21.4 微机继电保护的特点32 保护配置说明42.1 220kV线路保护配置原则42.2 线路保护配置方案52.2.1 RCS901A应用范围62.2.2 保护配置62.2.3 性能特征62.3 各保护原理说明62.3.1 纵联保护72.3.2距离保护92.3.3零序保护112.3.4 重合闸133 保护原理说明173.1装置总起动元件173.1.1电流变化量起动173.1.2零序过流元件起动173.1.3位置不对应起动173.2工频变化量距离继电器173.3 变化量方向继电器193.4 零序方向继电器213.5距离继电器213.5.1低压距离继电器213.5.2 接地距离继电器243.5.3 相间距离继电器263.5.4负荷限制继电器273.5.5 振荡闭锁273.6 选相元件303.6.1 相电流差变化量选相元件303.6.2 与比相的选相元件313.7非全相运行323.7.1单相跳开形成的非全相状态323.7.2三相跳开形成的非全相状态323.7.3合闸于故障线路保护323.7.4单相运行时切除运行相323.8正常运行程序333.8.1 检查开关位置状态333.8.2 交流电压断线333.8.3 交流电流断线（始终计算）333.8.4 线路电压断线344 硬件原理说明3541硬件系统354.1.1 硬件系统的组成354.1.2 开关量输入输出回路354.2 装置结构364.3 保护定值及整定说明394.4 RCS-901 运行方式控制字整定说明404.5 压板定值41总 结42致 谢43参考文献44附 录45（A1.1）线路保护配置图45（A1.2）开关量输入回路图45（A1.3）开关量输出回路图45（A1.4）线路保护交流回路展开图4545引 言电力作为国民经济的支柱产业和传统行业的重要组成部分，它在各个领域中已经获得了广泛的应用。离开了电力，要想实现人类社会的物质和精神文明是不可能的，要想实现国家的现代化也是办不到的。因此，电力系统的安全运行及合理建设方式，涉及到国家的经济和文化的发展。毕业设计是教学过程中的最后一个重要环节，通过本次毕业设计我可以巩固总结大学三年所学过的各课程理论知识，了解线路保护的基本方法，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后从事电力工作奠定基础。我本次所完成的是对220kV的高压线路继电保护设计。根据对220kV系统高压线路进行了分析，并根据需求为高压线路配置了继电保护方案。采用RCS-901A高压线路成套保护，RCS901A成套线路快速保护包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由三段式相间和接地距离及多个延时段或反时限零序方向过流构成全套后备保护；RCS901A保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。在这次设计中虽然遇到了很多困难，但在指导老师和同学的帮助下，所有的困难都迎刃而解了，相信这次设计的完成一定能为自己的学业画上一个完美的句号，为自己以后的工作打下良好的基础。 1 概 述1.1 电力系统继电保护设计由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。因此，继电保护的基本任务有：（1） 当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作，使断路器跳闸，将故障元件从电力系统中切除，并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行，使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。（2） 当电气设备出现不正常运行情况时，根据不正常运行情况的种类和设备运行维护条件，继电保护装置则发出信号，以便由值班人员及时处理或由装置自动进行调整。1.2 对继电保护动作的基本要求继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。(1) 选择性 所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护装置将故障切除。(2) 速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障,对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。(3) 灵敏性所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。(4) 可靠性所谓保护装置的可靠性是指在保护范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。1.3继电保护的构成继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成，如图1.1所示，各部分功能如下:图1.1 模拟型继电保护装置原理框图（1）测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。（2）逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。（3）执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。1.4 微机继电保护的特点(1) 维护调试方便微机保护的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。(2) 可靠性高计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。(3) 易于获得附加功能应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。(4) 灵活性大由于计算机保护的特性主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。(5) 保护性能得到很好改善由于计算机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。2 保护配置说明2.1 220kV线路保护配置原则 为保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，根据GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程第4.6.2条规定：220kV线路保护应按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。a.加强主保护是指全线速动保护的双重化配置，同时，要求每一套全线速动保护的功能完整，对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障。对于要求实现单相重合闸的线路，每套全线速动保护应具有选相功能。当线路在正常运行中发生不大于100电阻的单相接地故障时，全线速动保护应有尽可能强的选相能力，并能正确动作跳闸。 b.简化后备保护是指主保护双重化配置，同时，在每一套全线速动保护的功能完整的条件下，带延时的相间和接地，段保护(包括相间和接地距离保护、零序电流保护)，允许与相邻线路和变压器的主保护配合，从而简化动作时间的配合整定。如双重化配置的主保护均有完善的距离后备保护，则可以不使用零序电流，段保护，仅保留用于切除经不大于100电阻接地故障的一段定时限和/或反时限零序电流保护。 c.线路主保护和后备保护的功能及作用 能够快速有选择性地切除线路故障的全线速动保护以及不带时限的线路I段保护都是线路的主保护。每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障均有完整的保护功能，两套全线速动保护可以互为近后备保护。线路段保护是全线速动保护的近后备保护。通常情况下，在线路保护段范围外发生故障时，如其中一套全线速动保护拒动，应由另一套全线速动保护切除故障，特殊情况下，当两套全线速动保护均拒动时，如果可能，则由线路段保护切除故障，此时，允许相邻线路保护段失去选择性。线路段保护是本线路的延时近后备保护，同时尽可能作为相邻线路的远后备保护。根据GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程4.6.2.1条规定：对220kV线路，为了有选择性的快速切除故障，防止电网事故扩大，保证电网安全、优质、经济运行，一般情况下，应按下列要求装设两套全线速动保护，在旁路断路器代线路运行时，至少应保留一套全线速动保护运行。 a两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立。对双母线接线，两套保护可合用交流电压回路； b每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障； c. 对要求实现单相重合闸的线路，两套全线速动保护应具有选相功能； d. 两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈。 e. 两套全线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备。 f. 具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障：20ms；对远端故障：30ms（不包括通道时间）。根据GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程4.6.2.3条规定：对接地短路，应按下列规定之一装设后备保护。 对220kV线路，当接地电阻不大于100时，保护应能可靠地切除故障。 a.宜装设阶段式接地距离保护并辅之用于切除经电阻接地故障的一段定时限和/或反时限零序电流保护。 b.可装设阶段式接地距离保护，阶段式零序电流保护或反时限零序电流保护，根据具体情况使用。 c.为快速切除中长线路出口短路故障，在保护配置中宜有专门反应近端接地故障的辅助保护功能。 符合第4.6.2.1条规定时，除装设全线速动保护外，还应按本条的规定，装设接地后备保护和辅助保护。根据GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程4.6.2.4条规定：对相间短路，应按下列规定装设保护装置： a.宜装设阶段式相间距离保护； b.为快速切除中长线路出口短路故障，在保护配置中宜有专门反应近端相间故障的辅助保护功能。 符合本规程第4.6.2.1条规定时，除装设全线速动保护外，还应按本条的规定，装设相间短路后备保护和辅助保护。根据继电保护技术规程3.4条规定：在确定继电保护和安全自动装置的配置方案时，应优先选用具有成熟运行经验的数字式装置。根据继电保护技术规程4.1.12条规定：数字式保护装置，应满足如下要求： a) 宜将被保护设备或线路的主保护(包括纵、横联保护等)及后备保护综合在一整套装置内，共用直流电源输入回路及交流电压互感器和电流互感器的二次回路。该装置应能反应被保护设备或线路的各种故障及异常状态，并动作于跳闸或给出信号。根据继电保护技术规程4.1.12.4 条规定； 对适用于220kV及以上电压线路的保护装置，应满足： a.除具有全线速动的纵联保护功能外，还应至少具有三段式相间、接地距离保护，反时限和/或定时限零序方向电流保护的后备保护功能； b.对有监视的保护通道，在系统正常情况下，通道发生故障或出现异常情况时，应发出告警信号； c.能适用于弱电源情况； d.在交流失压情况下，应具有在失压情况下自动投入的后备保护功能，并允许不保证选择性。2.2 线路保护配置方案 RCS901A 成套线路快速保护2.2.1 RCS901A应用范围 为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置，可用作220及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。2.2.2 保护配置 RCS901A成套线路快速保护包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由三段式相间和接地距离及多个延时段或反时限零序方向过流构成全套后备保护；RCS901A保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。 当采用光纤接口时，增加远跳、远传功能。2.2.3 性能特征(1) 动作速度快，线路近处故障跳闸时间小于10ms，线路中间故障跳闸时间小于15ms，线路远处故障跳闸时间小于25ms。(2) 主保护采用积分算法，计算速度快；后备保护强调准确性，采用傅氏算法，滤波效果好，计算精度高。(3) 反应工频变化量的起动元件采用了具有自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速，起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。(4) 先进可靠的振荡闭锁功能，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。(6) 装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同时 在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。(7) 完善的事件报文处理，可保存最新64次动作报告，24次故障录波报告。(8) 与COMTRADE兼容的故障录波。(9) 灵活的自动重合闸方式。(10) 友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。(11) 灵活的后台通信方式，配有RS-485通信接口(可选双绞线、光纤)或以太网。(12) 支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通信规约。2.3 各保护原理说明2.3.1 纵联保护2.3.1.1 纵联保护的原理线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。根据电流电压保护和距离保护的原理，其测量信息均取自输电线路的一侧，这种单端的测量的保护不能从电量的变化上判断保护区末端的情况，因而不能准确判断保护区末端附近的区内外故障，所以这些保护从原理上就不能实现全线速动，如距离保护的第一段，最多也只能切除被保护线路全长的80%85%范围内的故障，线路其余部分发生短路，则要靠带时限的保护来切除，这在高电压大容量的电力系统中，往往不能满足系统稳定要求。必须采用纵联保护的原理作为输电线路的保护，以实现线路全长范围内故障无时限切除。但是仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述故障，为了达到有选择性地快速切除全线故障的目的。需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护称为输电线的纵联保护。RCS901A由变化量方向和零序方向继电器，经通道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护，即装置的纵联保护。2.3.1.2 纵联保护的框图纵联保护由整定控制字选择是采用超范围允许式还是闭锁式，两者的逻辑有所不同，都分为起动元件动作保护进入故障测量程序和起动元件不动作保护在正常运行程序两种情况。在这里我采用的是闭锁式纵联保护。闭锁式纵联保护逻辑一般与专用收发信机配合构成闭锁式纵联保护，位置停信、其它保护动作停信、通道交换逻辑等都由保护装置实现，这些信号都应接入保护装置而不接至收发信机，即发信或停信只由保护发信接点控制，发信接点动作即发信，不动作则为停信。（1）故障测量程序中闭锁式纵联保护逻辑（图2.1）1. 起动元件动作即进入故障程序，收发信机即被起动发闭锁信号；2. 反方向元件动作时，立即闭锁正方向元件的停信回路，即方向元件中反方向元件动作优先，这样有利于防止故障功率倒方向时误动作；3. 起动元件动作后，收信8ms后才允许正方向投入工作，反方向元件不动作，纵联变化量元件或纵联零序元件任一元件动作时，停止发信；4. 当本装置其它保护（如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护）动作，或外部保护（如母线差动保护）动作跳闸时，立即停止发信，并在跳闸信号返回后，停信展宽150ms， 但在展宽期间若反方向元件动作，立即返回，继续发信；5. 三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时，始终停止发信；6. 区内故障时，正方向元件动作而反方向元件不动作，两侧均停信，经8ms延时纵联保护出口；装置内设有功率倒方向延时回路，该回路时为了防止区外故障时，在断合开关的过程中，故障功率方向出现倒方向，短时出现一侧正方向元件未返回，另一侧正方向已动作而出现瞬时误动作而设置的，如图2.2，本装置设于1、2二端，若图示短路点发生故障，1为正方向，2为反方向，M侧停信，N侧发信，开关3条开时，故障功率倒由可能使1为反方向，2为正方向，如果N侧停信的速度快于M侧发信，则N侧可能瞬间出现正方向元件动作同时无收信信号，折中情况可以通过当连续收信40ms以后，方向比较保护延时20ms动作的方式来躲过。图2.1故障测量程序中闭锁式纵联保护逻辑（2）正常运行程序中闭锁式纵联保护逻辑（图2.2）通道试验、远方起信逻辑由本装置实现，这样进行通道试验时就把两侧的保护装置、收发信机和通道一起进行检查。与本装置配合时，收发信机内部的远方起信逻辑部分应取消。图2.2 正常运行程序中闭锁式纵联保护逻辑1. 远方起动发信：当收到对侧信号后，如TWJ未动作，则立即发信，如TWJ动作，则延时100ms发信；当用于弱电侧，判断任一相电压或相间电压低于30V时，延时100ms发信，这保证在线路轻负荷，起动元件不动作的情况下，由对侧保护快速切除故障。无上述情况时则本侧收信后，立即由远方起信回路发信，10s后停信。2. 通道试验：对闭锁式通道，正常运行时需进行通道信号交换，右人工在保护屏上按下通道试验按钮，本侧发信，收信200ms后停止发信；收对策信号达5s后再次发信，10s后停止发信。2.3.2距离保护2.3.2.1 距离保护的概念距离保护是反映故障点至保护安装处的电气距离、并根据电气距离的远近而确定动作时间的 一种保护装置。距离越近，动作时间越短。这样就可以保证有选择地切除故障。由于电气距 离的大小不随系统运行方式而变化，因此距离保护比简单的电流、电压保护的保护范围更确定，且较为灵敏，不受(或很少受)系统运行方式变化的影响。图2.3 距离保护的框图2.3.2.2 距离保护的原理距离保护的基本原理:由于距离保护反映的是输电线路的电气距离，而电气距离一般以阻抗形式表示，所以距离保 护又称为阻抗保护。距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗Zzd的大小来实现的。正常运行时，保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗Zzd；在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗Zcl；距离保护的实质是用整定阻抗Zzd与被保护线路的测量阻抗Zcl比较。当短路点在保护范围以外时，即ZclZzd，继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即Zcl0.06In），经 150ms 延时发单跳失败三跳命令。4. 选相达二相及以上时跳三相。5. 采用三相跳闸方式、有沟三闭重输入、重合闸投入时充电未完成或处于三重方式时，任何故障三相跳闸。 6. 严重故障时，如零序段跳闸、段距离跳闸、手合或合闸于故障线路跳闸、单跳不返回三跳、单相运行三跳、TV 断线时跳闸等闭锁重合闸。7. 段零序、段相间距离、段接地距离等，经用户选择三跳方式时，闭锁重合闸。8. 经用户选择，选相无效三跳、非全相运行再故障三跳、二相以上故障闭锁重合闸。3 保护原理说明3.1装置总起动元件起动元件的主体以反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流的零序过流继电器互相补充。反应工频变化量的起动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出，在正常运行时由于不平衡分量很小，而装置有很高的灵敏度。当系统振荡时，自动降低灵敏度，不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，装置有很高的安全性，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，测量元件则不会误测量。3.1.1电流变化量起动IMAX是相间电流的半波积分的最大值；Izd为可整定的固定门坎；IT为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整，取1.25倍可保证门坎始终略高于不平衡输出。该元件动作并展宽7秒，取开放出口继电器正电源。3.1.2零序过流元件起动当外接和自产零序电流均大于整定值时，零序起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。3.1.3位置不对应起动这一部分的起动由拥护选择投入，条件满足总起动元件动作并展宽15秒，去开放出口继电器正电源。3.2工频变化量距离继电器 电力系统发生短路故障时，其短路电流，电压可分解为故障前负荷状态的电流分量和故障分量，反应工频变化量的继电器不受负荷状态的影响。 工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，其动作方程为：对相间故障： 对接地故障：ZZD为整定阻抗，一般取0.80.85倍线路阻抗；UZ为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量。 正、反方向故障时，计算图如下：图3.1 正方向经过渡电阻故障计算用图图3.2 反方向故障计算用图工频变化量距离继电器动作特性如下图：正方向故障时，测量阻抗-ZK在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量-ZS为圆心，以|ZS+ZZD|为半径的圆，如上左图所示，当ZK矢量末端落于圆内时动作，可见这中阻抗继电器有很大的允许过渡阻抗能力。当过渡阻抗受对侧电源助增时，不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题。图3 .3正方向短路动作特性 图3.4 反方向短路动作特性当反方向故障时，测量阻抗-ZK在阻抗复数平面上的动作特性是以ZS矢量为圆心，| ZS-ZZD|为半径的圆，动作圆在第一象限，而因为-ZK总是在第三象限，因此，阻抗元件有明确的方向性。工频变化量阻抗元件由距离保护压板投退。3.3 变化量方向继电器变化量方向继电器测量电压，电流故障分量的相位，当测量相角反相位时动作。其正方向元件的测量相角为； 其反方向元件的测量相角为：其中：U12为电压，I12电流变化量的正负序综合分量，无零序分量；ZD为模拟阻抗；ZCOM为补偿阻抗，当最大运行方式时系统线路阻抗比ZS/ZL0.5时, ZCOM=0,否则ZCOM取为“工频变化量阻抗”的一半。当正方向故障时，如图1，ZS为系统正序阻抗，并假设系统的负序阻抗等于正序阻抗，将工频变化量电压电流分解为对称分量，则：其中M为转换因子，根据不同的故障类型，装置可选择不同的转换因子，以提高灵敏度。设系统阻抗角与的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为： 反方向元件的测量相角为：反方向故障时，如图，ZS为线路至对侧系统的正序阻抗，将电压电流分解为对称分量，有：设系统阻抗角与ZD的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为：反方向元件的测量相角为：由上可见，正方向故障时，+接近于180，正方向元件可靠动作，而-接近于0，反方向元件不可能动作，而反方向故障时，+接近于0，正方向元件不可能动作，而-接近于180，反方向元件可靠动作。由上可见，在正方向元件中引入补偿电压I12*ZCOM不可能引起方向元件的误动，在大系统长线路ZS较小的情况下，引入I12*ZCOM可以根本改善继电器的灵敏度，使该方向继电器不仅用于短线路，而且适用于任何长距离输电线路。以上分析未规定故障类型，所以对各种故障，方向继电器都由同样优越的方向性，且过渡电阻不影响方向元件的测量相角，另外，由于方向元件不受负荷电流的影响，因而该方向元件有很高的灵敏度，可允许测量很大的故障过渡电阻。另外，方向元件不受串补电容的影响。工频变化量方向继电器受浮动门坎的限制，因此，当系统中出现不平衡分量或者系统振荡时，继电器不会误动作，只是自动降低灵敏度。当用于弱电侧时，装置自动引入超范围变化量阻抗继电器，当变化量正反方向元件和零序正反方向元件均不动作时，若超范围变化量阻抗继电器动作，则判为正方向古长，若超范围变化量阻抗继电器不动作，即判为反方向故障。3.4 零序方向继电器零序正方向元件（F0+、F0-）由零序功率P0决定，由3U0和3I0的乘积获得（3U0、3I0为自产零序电压电流，ZD是幅值为1相角为78的向量），P00时F0-动作; P0-1伏安（IN=5A）或P0-0.2伏安（IN=1A）F0+时动作。纵联零序保护的正方向元件由零序方向比较过流元件和F0+的与门输出，而纵联零序保护的反方向元件由零序起动过流元件和F0-的与门输出。3.5距离继电器 本装置设有三阶段式相间和接地距离继电器，继电器由正序电压极化，因而有较大的测量故障过渡电阻的能力；当用于短线路时，为了进一步扩大测量过渡电阻的能力，还可将、段阻抗特性向第象限偏移；接地距离继电器设有零序电抗特性，可防止接地故障时继电器超越。正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很高的方向性，当正序电压下降至15%Un以下时，进入三相低压程序，由正序电压记忆量极化，、段距离继电器在动作前设置正的门坎，保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性；继电器动作后则改为反门坎，保证正方向三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。段距离继电器始终采用反门坎，因而三相短路段稳态特性包含原点，不存在电压死区。当用于长距离重负荷线路，常规距离继电器整定困难时，可引入负荷限制继电器，负荷限制继电器和距离继电器的交集为动作区，还有效地防止了重负荷时测量阻抗进入距离继电器而引起的误动。3.5.1低压距离继电器当正序电压小于15%Un时，进入低压故障距离程序，此时只可能有三相短路和系统振荡二种情况；系统振荡由振荡闭锁回路区分，这里只需要考虑三相短路。三相短路时，因三个相阻抗和三个相间阻抗性能一样，所以仅测量相阻抗。一般情况下各相阻抗一样，但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切除故障，所以对三相阻抗均进行计算，任一相动作跳闸时选为三相故障。低压距离继电器比较工作电压和极化电压的相位；工作电压：极化电压：这里： 为工作电压 为极化电压ZZD为整定阻抗；为记忆故障前正序电压正方向故障时，故障系统图如3.5所示：图3.5 正方向故障系统图 在记忆作用消失前： 因此， 继电器的比相方程为： 则 设故障母线电压与系统电势同相位=0，其暂态动作特性如图3.6所示：测量阻抗ZK在阻抗复数平面上的动作特性时以ZZD至- ZS连线为直径的圆，动作特性包含原点表明正向出口经或不经过渡电阻故障时都能正确动作，并不表示反方向故障时会误动作；反方向故障时的动作特性必须以反方向故障为前提导出，当不为零时，将是以ZZD至- ZS连线为弦的圆，动作特性向第象限或第象限偏移。图3.