过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析.doc

福 州 大 学2013届毕业设计论文过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析指导教师：姓名：学院：班级： 时间： 联系方式：摘要距离保护用电压与电流的比值（即阻抗）反映保护安装处到短路点距离的远近构成的继电保护，又称阻抗保护。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。但故障输电线路中存在较大的过渡电阻时，很容易引起距离保护拒动或误动。本文介绍了距离保护的基本知识，分析了过渡电阻分别针对单电源、双电源线路距离保护中采用的不同阻抗继电器特性，并用MATLAB对电力系统运行及故障进行仿真分析，得出过渡电阻对保护的影响及消除其影响的有效措施。关键词：距离保护 MATLAB仿真 阻抗继电器 过渡电阻AbstractDistance protection with the ratio of voltage and current (i.e., impedance) reflect the protection installed place to short-circuit point of distance relay protection, also known as the impedance protection. Compared with the current protection and voltage protection, distance protection performance influenced by system operation mode is smaller. But when there is a larger transition resistance fault in transmission line, it is easy to cause distance protection. Refusing action and error actionThis paper introduces the basic knowledge of the distance protection, transition resistance were analyzed respectively for single power supply, power supply circuit adopts different impedance relay in distance protection features, and use MATLAB simulation analysis of power system operation and fault, the effect of transition resistance for the protection and the effective measures to eliminate its effects.Key words: Distance protection MATLAB simulation Impedance relay Transition resistance目录摘要2Abstract3前言5第一章 电网的距离保护71.1 距离保护的基本概念71.2 距离保护的时限特性71.3 距离保护的组成81.3.1起动元件81.3.2方向元件81.3.3距离元件91.3.4时间元件91.4阻抗继电器9第二章 仿真软件152.1 Matlab 的简介152.2 Simulink的简介17第三章 过渡电阻对距离保护影响及解决措施183.1 距离保护183.2 过渡电阻193.3 过渡电阻对距离保护的影响及解决措施193.3.1 过渡电阻对单侧电源线路的影响193.3.2 过渡电阻对双侧电源线路的影响203.3.4减小过渡电阻对距离保护影响的措施21第四章 模型建立与仿真244.1模型建立244.2不同场合过渡电阻的影响264.2.1 单侧电源线路上过渡电阻的影响274.2.2 双侧电源线路上过渡电阻的影响27第五章 消除过渡阻抗算法及仿真结果285.1消除过渡阻抗算法285.2仿真结果30参考文献33前言随着电网规模越来越庞大，电压等级越来越高，如何有效、安全、可靠地提高输送能力，是我国电网面临的迫切需要解决的问题。继电保护作为电网安全稳定运行的第一屏障，始终承担着无可替代的作用。作为动作于跳闸的继电保护，在技术上要满足四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可靠性是对继电保护性能的最根本要求。可靠性包括安全性和信赖性。安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统造成严重危害。然而，由于电力系统中短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，可引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短，从而导致保护的误动或拒动。实际的距离保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。本文对过渡电阻对各种较常用的阻抗继电器的影响进行了分析与研究并提出了相应的消除措施。过渡电阻一般为纯电阻。接地故障的过渡电阻包括电弧电阻和杆塔接地电阻，对树枝放电时还包括树枝电阻。每个杆塔的接地电阻，在土壤电阻率较低的地区一般为10；在电阻率较高的地方，可达30，甚至更高一些。接地故障时最大的过渡电阻发生在导线对树枝放电之时。在实际电力系统中，过渡电阻受当时故障方式、地质条件和天气情况等因素的影响，可能达到比较大的数值，例如单相接地故障，接地电阻可能达到100(220kv线路)、300(500kv线路)和400(750kv线路)。高阻接地故障都是单相故障。距离保护因其很多优点，在高压输电线路保护中，占有极其重要的地位。例如，受电力系统运行方式和结构变化的影响较小，能瞬间切除输电线85%90%范围内的各种故障，保护范围较长且较稳定，适合于远距离重负荷的高压线路，具有一定的耐受过渡电阻的能力，等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要应用最广泛的保护方案之一。接地距离保护反应输电线路接地故障。距离继电器测量故障阻抗并判定故障位于保护区内或区外。理想的距离继电器仅对保护安装点和整定点之间的故障动作而对此区外的故障不动作。距离保护作为主保护通常整定为保护线路全长的80%90%，并且通常期望阻抗测量误差少于5%。对于I段之外的故障，距离保护阶梯时限延时配合的和段，保证了不同线路故障的选择性。系统重负荷时或过渡电阻较大的区外故障，距离保护不误动，这是最基本的要求。传统距离继电器假设故障点电压为零，通过电压和电流比值测量故障阻抗。实际上，除了人为构造的短路，故障点电压几乎不可能为零，从而故障点电压将影响到故障阻抗的测量，尤其对于高阻接地故障和重负荷单相接地故障。在有负荷的情况下，过渡电阻部分会由于对侧电源的助增作用而转换成为感抗或容抗，导致距离保护超越或者保护范围缩短，大的过渡电阻也会造成距离保护范围缩短。当经过大的过渡电阻接地，重负荷时故障电流可能小于负荷电流。测量阻抗实际上由负荷电流和过渡电阻决定。单相接地故障过渡阻抗达到300时，传统距离保护的测量阻抗相对误差可能超过60%。目前除距离保护外的各种接地保护方案中，除线路差动保护外，几乎都不能够为高阻接地故障提供可靠有效的保护。但是电流差动保护中制动量随负荷电流的增大而增大，在重负荷情况下发生经大电阻接地故障时，由于动作电流很小而制动电流很大，动作量有可能小于制动量而拒动。负荷电流的大小直接影响了差动保护的灵敏度。在超高压、长线路或电缆线路上，分布电容的等值容抗大大减少，电容电流将使输电线路两端电流的大小和相位都发生严重畸变，降低了差动保护区内故障耐过渡电阻的能力7。为了提高纵联差动保护装置的耐过渡电阻能力，一般都在装置中配有零序差动保护作为辅助保护。零序差动保护比分相电流差动保护灵敏度高，受电容电流影响少。但是差动保护不能作为后备保护且需要交换两端信息同步交换。在高压和超高压输电线路的方向高频保护中，应用相电压补偿式方向元件的方案，具有方向性强，在系统振荡过程中反方向经任何过渡电阻短路时不误动、能自然地适用于两相运行的线路，能切除单相重合闸过程中的短路等优点，因而1978年以来就在我国220kv、330kv和500kv线路上得到了应用。但是，理论分析和实践经验均表明，当过渡电阻达到一定值时，该方向元件可能拒动，尤其是线路末端短路时，容许的过渡电阻更小。由上可以看出，各原理的保护都不能很好地解决高阻接地时保护误动或拒动问题。保护误动或拒动，会给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能会威胁到电力系统的稳定性。高阻接地的问题在国内外一直没有得到较好的解决，研究具有较高耐受过渡电阻能力的距离保护具有较高的学术和工程研究价值。第一章 电网的距离保护1.1 距离保护的基本概念由于电流保护的各种特点，在35KV及以上电压的复杂网络中，他们都很难能够满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是为了适应这种要求的一种保护原理。距离保护是反映故障点到保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测得保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗成为继电器的测量阻抗。当短路点到保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点到保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了有选择性的切除故障线路。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，即在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗，即距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。 距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即时继电器不动。当短路点在保护范围内，即时继电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。动作阻抗：使距离保护刚刚能够动作的最大测量阻抗。1.2距离保护的时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛使用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图1-1所示。这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限：、。图1-1 距离保护的时限特性1.3 距离保护的组成三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图1-2所示。1.3.1 起动元件起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。早期的距离保护，起动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。1.3.2 方向元件方向元件的作用是保证保护动作的方向性，防止反方向故障时，保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元件相结合。1-2 距离保护原理的组成元件框图1.3.3 距离元件距离元件（、）的主要作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），一般采用阻抗继电器。1.3.4 时间元件时间元件（、）的主要作用是，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。正常运行时，起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。当正方向发生故障时，起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。如果故障点位于第段保护范围内，则动作直接起动出口元件8，瞬时动作于跳闸。如果故障点位于距离段之外的距离段保护范围内，则不动作，而动作，起动距离段时间继电器5，经时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。如果故障点位于距离段之外的距离段保护范围内，则、不动作，而动作，起动距离段时间继电器7，经时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。1.4 阻抗继电器继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即。可以写成的复数形式，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来，如图1-3所示。1-3 复数平面分析阻抗继电器的特性（a）系统图（b）阻抗特性图以图1-3（a）中线路BC的距离保护第段为例来进行说明。设其整定阻抗，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。当正方向短路时测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗与R轴的夹角为线路的阻抗角。反方向短路时，测量阻抗在第三象限。如果测量阻抗的相量，落在向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图13（b）所示的阻抗继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。一、 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器（一）特性分析及电压形成回路1-4 全阻抗继电器的动作特性1全阻抗继电器（1）幅值比较 全阻抗继电器的动作特性如图14所示，它是以整定阻抗为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。它没有方向性。全阻抗继电器的动作与边界条件为 ： 1-5 全阻抗继电器的幅值比较电压形成回路 构成幅值比较的电压形成回路如图 1-5所示。（2）相位比较相位比较的动作特性如图1-6 所示，继电器的动作与边界条件为与的夹角小于等于，即1-6 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性（a）测量阻抗在圆上（b）测量阻抗在圆内（c）测量阻抗在圆外分子分母同乘以测量电流得 上式中，量超前于量时角为正，反之为负。构成相位比较的电压形成回路如图1-7所示1-7 全阻抗继电器相位比较电压形成回路2方向阻抗继电器（1）幅值比较方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，如图38(a)所示，圆的直径为整定阻抗，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。当正方向短路时，若故障在保护范围内部，继电器动作。当反方向短路时，测量阻抗在第象限，继电器不动。因此，这种继电器的动作具有方向性，幅值比较的动作与边界条件为分子分母同乘以测量电流得 其电压形成回路如图3-9所示。 （2）相位比较相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图上图所示，其动作与边界条件为分式上下同乘以电流方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路，如图3-10所示。 3偏移特性阻抗继电器（1）幅值比较偏移特性阻抗继电器的动作特性，如图311所示，圆的直径为与之差。其中=（-0.1-0.2），圆心坐标,圆的半径为，其动作与边界条件为即 两边同乘以电流得 （2）相位比较偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如图3-12所示，其相位比较的动作与边界条件为两边同乘以电流得第二章 仿真软件2.1 Matlab 的简介Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，Java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，此外许多的Matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。Matlab的特点：(1)、此高级语言可用于技术计算(2)、此开发环境可对代码、文件和数据进行管理(3)、交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题(4)、数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等(5)、二维和三维图形函数可用于可视化数据(6)、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面(7)、各种函数可将基于Matlab的算法与外部应用程序和语言（如C、C+、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成2(8)、不支持大写输入，内核仅仅支持小写Matlab的优势：（1）友好的工作平台和编程环境Matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用Matlab的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括Matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着Matlab的商业化以及软件本身的不断升级，Matlab的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的Matlab提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。（2）简单易用的程序语言Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的Matlab语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）强大的科学计算机数据处理能力Matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+。在计算要求相同的情况下，使用Matlab的编程工作量会大大减少。Matlab的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。（4）出色的图形处理功能Matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如:图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），Matlab同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等,Matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的Matlab还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。（5）应用广泛的模块集合工具箱Matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）实用的程序接口和发布平台新版本的Matlab可以利用Matlab编译器和C/C+数学库和图形库，将自己的Matlab程序自动转换为独立于Matlab运行的C和C+代码。允许用户编写可以和Matlab进行交互的C或C+语言程序。另外，Matlab网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的Matlab数学和图形程序。Matlab的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是Matlab函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。（7）应用软件开发（包括用户界面）在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。2.2 Simulink的简介Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与Matlab紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。Simulink的特点：（1）丰富的可扩充的预定义模块库（2）交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图（3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理（4）通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码（5）提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成（6）使用EmbeddedMatlab模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用Matlab算法（7）使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型（8）图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为（9）可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据（10）模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。第三章 过渡电阻对距离保护影响及解决措施3.1 距离保护距离保护是根据短路故障点至保护装置距离远近确定动作时间而采取必要保护措施的一种装置。距离保护装置的主要元件为距离(阻抗)继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流计算出保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。阻抗元件的阻抗值是保护安装处测得的电压(母线TV电压)与电流(线路TA电流)的比值：Z=UI，也就是短路点到保护安装处的阻抗值。当短路点距离保护安装处近时，其量测阻抗小，动作时间短；当短路点距离保护安装处较远时，其量测阻抗大，动作时间就长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时间( )与保护安装处至短路点距离(z)的关系t=f(f)，称为距离保护的时限特性。为了满足继电保护速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的I、II、III段。距离保护的第1段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的8085；第1I段与限时电流速断相似，它的保护范围应不超出下一条线路距离第1段的保护范围，并带有高出一个At的时限以保证动作的选择性；第1II段与过电流保护相似，其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择，动作时限比保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个At。3.2 过渡电阻过渡电阻是一种瞬间状态的电阻。当电器设备发生相问短路或相对地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入接地部位的途径中所通过的电阻。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻。接地短路时，过渡电阻主要是杆塔及其接地电阻。一旦故障消失，过渡电阻也随之消失。短路点存在过渡电阻，使距离保护的测量阻抗发生变化，使其误动作。过渡电阻是一种暂态量，在距离保护中成为影响暂态超越的重要因素。3.3 过渡电阻对距离保护的影响及解决措施3.3.1 过渡电阻对单侧电源线路的影响如图3-1所示，当线路 F-G始端经Rf 短路，则保护 2 的测量阻抗为Zm2 = Rf ，保护 1 的测量阻抗为Zm1 = Z + Rf E-F 。当Rf 较大时，可能出现m2 Z 已超出保护2 第段整定的特性圆范围；而m1 Z 仍位于保护1 第段整定的特性圆范围以内的情况，如图3-2所示，此时两个保护均以第段的时限动作，从而导致保护无选择性地跳闸。图3-1单侧电源线路经过渡电阻Rf 短路图3-2过渡电阻对距离保护影响的分析3.3.2 过渡电阻对双侧电源线路的影响如图3 所示的双侧电源线路上，如在线路F-G的始端经过渡电阻Rf 单相短路时，分别为两侧电源供给的短路电流，则流经Rf 的电流为此时母线E 和F 上的残余电压为则保护2 和1 的测量阻抗为其中， 表示超前于的角度。当 为正时，测量阻抗的电抗部分增大，从而使保护范围缩短，有可能造成保护拒动；而当 为负时，测量阻抗的电抗部分减小，使得保护范围延长，有可能引起保护误动作，导致距离保护的稳态超越。图3-3双侧电源线路经过渡电阻Rf 短路3.3.4减小过渡电阻对距离保护影响的措施（1）采用瞬时测定装置它通常应用于距离保护第段。原理接线如图所示。图3-4 瞬时测定装置原理图 （2）采用带偏移特性的阻抗继电器保护2的测量阻抗Zcl2=Zd+Rg。当过渡电阻达Rg1时，具有椭圆特性的阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg2时，方向阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg3时，全阻抗继电器开始拒动。如图3-5、3-6所示。图3-5 带偏移特性的阻抗继电器保护图3-6带偏移特性的阻抗继电器保护示意图（3）国内外研究现状国内外为解决重负荷时经过渡电阻接地短路或输电线路末端高阻接地故障，传统距离保护无法准确动作的问题，进行了一系列的实验研究。其研究主要集中在多边形特性继电器、复合特性继电器、改进的正序电压极化的接地距离继电器、自适应距离继电器、神经网络距离继电器及其他一些方法。过渡电阻对距离保护的影响当电力系统发生故障时，一般不是金属性短路，大多数的情况下短路点存在着过渡电阻。当存在过渡电阻时，距离保护的测量电阻不再同故障距离成正比，距离保护的动作区会扩大或者缩小，距离保护因此可能发生拒动或者误动，会给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能威胁到电力系统的稳定性 2。如何消除过渡电阻对距离保护的影响为减小过渡电阻对距离保护的影响，继电保护工作者们提出了大量消除过渡电阻影响的算法。如文献6通过分析零序网图，得到两侧零序故障电流相角差的准确表达式，解方程后可准确得到故障点的保护安装处的正序电抗。它仅需知道对侧电源的等效零序阻抗，其全部采用单端数据，计算精度高。同时，在文献7中针对双侧供电的线路所提出的心方案，是一种避开过渡电阻的故障测量方法。该方法可以在在不同故障情况下，只要判断出故障的类型，就可以较准确地侧出故障的距离。作为高压输电线路最常见的故障，单相接地故障很容易引起距离保护的拒动或误动。文献1所提出的基于保护处检测到的有功功率计算过渡电阻的新方法。这种方法改进了距离保护的判据，具有对过渡电阻性，根据过渡电阻的大小自动补偿附加测量阻抗。它可以很好的解决距离保护的拒动问题。因其受输电线路长度影响小，适用于中长线路。也可用于两相短路接地故障。此外，一种可消除限流电抗和故障过渡电阻双方面影响的接地距离保护补偿算法4在最近提出。当相角差较小时，无论发生三相还是单相接地短路，采用此算法的欧姆继电器都能够正确动作。但是，当相角差较大时，则此算法会带有一定的误差。如何消除大相角差产生的影响，还需要再研究。距离保护采用神经网络消除过渡电阻影响人工神经网络是（ANN）是由多个神经元练级而成，是以模拟人脑行为的网络系统，是一种与传统方法不同的信息处理工具，它的一个重要特征是能从给定的样本中通过学习产生规则。5它采用的是自适应保护方式，由存储中有限的权值和阀值在运行中可随时调用。虽然它学习的时间长但它能自适应地按照系统实时状态来自动设置斜角 8。能很好的处理距离保护的问题之外，也可以理想的解决其它按唯一整定值动作方式无法确定其整定值的保护问题。有了算法和系统的引入，以后能更好的对电力系统实施保护。 第四章 模型建立与仿真4.1模型建立考虑具有两级线路的单端电源110kV单回线输电线路系统，如图4-1所示。距离保护安装在线路AB的阻抗继电器处，作为本线路AB的主保护以及下级线路BC的后备保护。图4-1 单端电源电力系统系统的各个元件参数为：电压源的线电压10.5kV，内阻Zg=0.001+j0.0157；变压器容量31.5MVA， Yg-d11接线，折算到高压侧的阻抗ZT=1.86+j18.6；两级线路长度均为100km，线路的正序阻抗z1=(0.05+j0.3)/km，零序阻抗z0=(0.04+j1.2) /km；负荷容量SLD=1.2+j0.9MVA。在Matlab/Simulink中建立仿真模型，如图4-2所示。保护模块已经封装成子系统，其输入数据为阻抗继电器处的电压电流测量值，其输出信号送至阻抗继电器的控制端，以控制其开合状态（信号0表示跳闸，信号1表示合闸，继电器初始状态为合闸。用故障模块设置短路类型以及故障发生的时间（t=0.03s）。通过改变故障点两侧线路的长度来改变故障点的位置，但两侧线路的长度之和始终保持200km不变。仿真起止时间为00.2s，采用变步长、ode23t算法进行仿真。所有模块的频率均为50Hz。图4-2 线路故障及距离保护仿真模型当输电线路发生A相接地短路时，B、C相电流没有变化，一直为0。正常情况下，三相短路故障处于断开状态，A相电流为0。在0.01s时，三相短路故障发生器闭合，此时A相接地短路，其短路电流发生了剧烈的变化，但大体仍为正弦信号。在0.04s时，三相短路故障发生器打开，故障排除，此时故障点A相电流迅速变为0。仿真结果如图4-3，4-4所示：图 4-3 故障点A电流波形图 4-4 故障点B、C电流波形如图4-5所示故障点电流各序分量相同，在故障发生后故障点电流迅速增大，故障排除后电流迅速减为零。图4-5 故障点A相电流各序分量幅值图如图4-6所示故障点电压各序分量在短路故障发生后也迅速增加，且故障排除后负序分量和零序分量降为零，而正序分量维持短路时的值不变。即其A相电位升高。图4-6 故障点A相电压各序分量幅值图4.2不同场合过渡电阻的影响根据测量阻抗的构成方式不同可以分别构成相间距离保护和接地距离保护。相间距离保护采用的测量电压是相间电压，测量电流也为相间电流，能够反应相间短路、两相接地短路和三相短路故障，但不能反应单相接地故障。接地距离保护采用测量电压为保护安装处的相电压，测量电流为带有零序电流补偿的相电流，能够反应单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障，但不能反应相间短路故障。4.2.1 单侧电源线路上过渡电阻的影响由上一章的内容可知，单侧电源上过渡电阻的影响可以导致各测量阻抗均增大，保护范围缩小。从而有可能使两个保护同时在第段的时间内动作，可能失去选择性。示意图如图4-7所示。QFABQFC21图 4-7 过渡电阻对单侧电源的影响仿真模型如图4-2所示，过渡电阻加于BC之间，这时的仿真结果如图4-8、4-9所示。图4-8 距离段内的相间保护动作图图4-9 距离段内的接地保护动作图由上图可知，相间保护与接地保护同时动作，从而失去了选择性。4.2.2 双侧电源线路上过渡电阻的影响双侧电源线路上如果存在过渡电阻，将会导致测量阻抗增大，保护可能会拒动。示意图如图4-10所示。图 4-10 过渡电阻对双侧电源的影响仿真模型如图4-2所示，过渡电阻加于2和右侧电源之间，这时的仿真结果如图4-11、4-12所示。图4.11 距离段内的相间保护动作图图4.12 距离段内的接地保护动作图-第五章 消除过渡阻抗算法及仿真结果5.1消除过渡阻抗算法三段式距离保护子系统的内部构成如图5.1所示，分别由距离段，距离段，距离段构成，距离段输出信号延时0.05s，距离段输出信号延时0.1s，再将各段的动作信号经过点乘模块之后得到最终的断路器动作信号。图5-1 三段式距离保护模块内部结构S函数模块能够将程序与Simulink结合在一起，将电路模型的电气量采集输入到S函数模块，在仿真时，S函数不断循环地调用并执行内部程序，对输入的电气采集量进行处理，并将处