第四章 过渡电阻对阻抗继电器的影响 一． 过渡电阻对相间阻抗继电器的影响
电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。短路点的过渡电阻g R 是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质的电阻，相导线与地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。
在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。短路初瞬间，电弧电流g I 最大，弧长g
l 最短，弧阻g R 最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻g R 迅速增大，因此电弧电阻属于非线性电阻。在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分，铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧；当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。目前我国对500kV 线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计；对220kV 线路，则按100Ω估计。
对于图中所示的单侧电源网络，当线路B —C 的出口经g R 短路时，保护l 的测量阻抗为g J R Z =1.，保护2的测量阻抗为g AB J R Z Z +=2.。可见，过渡电阻会使测量阻抗增大，对保护1，测量阻抗增大的数值就是g R ；对保护2，由于2.J Z 是AB Z 与g R 的向量和，
图 单侧电源线路经过渡电阻g R 短路的等效图
由图可知其数值比无g R 时增大不多。因此可以得出结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大。
图 过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析
当g R 较大使1?k Z 落在保护1的第Ⅱ段范围内，而2.k Z 仍落在保护2的第Ⅱ段范围内时，两个保护将同时以第Ⅱ段时限动作，从而失去选择性。
如图所示的双侧电源网络接线，各参数标示于图中，假设全系统各元件的阻抗角相等，以'()S L S Arg Z Z Z ArgZ φ∑
∑=++=表示。
当线路上任意点经过渡电阻Rg 发生三相短路时，设三相参数相同，则仍可用一相回路进行分析。此时在F 点Rg 中流过的电流为：
F M N I I I =+
（4-25）
安装于线路M 侧的继电器测量阻抗为：
F M M L g L R M
M
U I Z Z R Z Z I I αα=
=+
=+
（4-26）
式中α表示故障点位置占线路全长的百分数，Z R 表示由过渡电阻在测量阻抗中引起的附加分量。由于对侧电源的助增作用使Rg 所产生的影响要复杂得多。例如，当两侧电势相位不同时，I M 和I N
图 双侧电源网络接线及有关参数
若出现相位差，因此Z R 不是一个纯电阻。如图4-16所示，当I M 超前于I N 时，
0M N
I Arg
I γ=>，此时I M 也超前于I F ，因此Z R 呈电容性。反之，如I M 落后于I N ，则Z R 呈电
感性。现根据图4-15进一步分析如下。
1．系统正常运行时，M 侧测量阻抗（g R =∞）
101M N M FM FN
E E I Z Z -=
+
（4-27）
式中Z FM ——故障点至M 侧电源之间的总阻抗； Z FN ——故障点至N 侧电源之间的总阻抗； F 点的电压 101101
M M F FM U E I Z =-
将式（4-27）代入并化简可得
101M N FN FM
F FM FN
E Z E Z U Z Z +=
+
（4-28）
图4-16 双侧电源线路上过渡电阻对测量阻抗的影响
在M 点继电器的测量阻抗
101101101101101
101
()
M F M L M M M U I Z U Z I I α+=
=
101101
F L M U Z I α=+
M N FN FM
L M N
E Z E Z Z E E α+=+
- （4-29）
此阻抗就是系统两侧电源摆开在某一δ角时的测量阻抗。也可以看成是，当F 点的过渡电阻g R =∞时的测量阻抗。
2．系统F 点经过渡电阻Rg 三相短路时，M 点测量阻抗： 可运用等效发电机原理进行分析（如求M 点测量阻抗，须知M 点电压和流过M 处的电流，故从故障点电流开始计算）。此等效电源的电势为Rg 断开时F 点的电压，即U F101
,等效内阻
抗为
//FM FN
i FM FN FM FN
Z Z Z Z Z Z Z ==
+
（4-30）
如图4-17所示。根据该图即可求得故障点的总电流
101
F F i g
U I Z R =
+
()
M N FN FM
FM FN g FM FN E Z E Z Z Z R Z Z +=
++
（4-31
）
又根据图4-15可得
I M F M F g
M FM FM
E I R E U Z Z --=
=
（4-32）
将式（4-31）代入上式化简后可得
()
M M N FN g g M FM FN g FM FN E Z E R E R I Z Z R Z Z +-=
++ （4-33）
将式（4-31）和（4-33）代入式（4-26）可得
()M N F FN FM g R g M
M M N FN g g
E Z E Z R I Z R I E Z E R E R +=
=
+-
图4-17 等效发电机接线图
1[1]1(
)M N FN FM
M N
M N g
M FN
E Z E Z E E E E R E Z +=
-
--+
1
[1]1M N FN FM
j g M N
E Z E Z kR e E E θ
-+=
-
+-
（4-34）
式中
M N j M FN
E E ke E Z θ--=
（4-35）
可根据系统运行情况、系统参数、及故障点位置来确定。 令max R Z ?表示当g R →∞时Z R 之值，则
max M FN N FM
R M N
E Z E Z Z E E ?+=
-
（4-36）
g R =∞表示系统中没有短路，因此应与短路以前的状态相符。与式（4-29）相比，max
R Z ?正是等式右端的最后一项，即在正常运行情况下，F 点电压U
F101和电流I
M101
之比。
当短路点过渡电阻Rg 为任意有限数值时，将式（4-34）、（4-36）代入（4-26）中，则得M 点继电器的测量阻抗。
max 1
[1]1M L R j g Z Z Z kR e θ
α?-=+-
+
（4-37）
3．当M 侧为送电端时，Rg 对测量阻抗Z M 的影响：此时E M 超前E N 为δ角，FN Z 的阻抗角为φ∑，因此代入式（4-35）即可求出k 和θ之值。然后根据（4-37）式可求出Rg 由0→∞
图4-18 双侧电源线路经过渡电阻(0)g
R =→∞短路时，送电侧
测量阻抗的轨道
变化时，Z M 的变化轨迹，如图4-18所示。(先画出系统正常运行时的电压降落图，M 侧电势为参考向量，N 侧落后M 侧δ角，连接M 侧及N 侧电势的顶点，连线为系统电势差，再画出由此电势差产生的电流，电势差连线上可画出相应的M U 和N U ，此图各项电压都除以电流，即为系统正常运行时阻抗图，电势差连线对应全系统阻抗。阻抗图的M 点位于坐标原点，被保护线路阻抗位于第一象限，则可看出O 点位于第一象限，OM 连线即为负荷阻抗。而受电侧N 位于坐标原点时，O 点位于第二象限)。
对式（4-37）中最后一项
1
1j g kR e θ
-+随Rg 变化的轨迹，已在图4-2中作过分析，为了
引用这个分析的结果，我们取用一个新的座标系统，设把F 点作为原点，FO 为实数方向，且令FO=1。过O 点作半直线OD ，其与FO 轴的夹角为θ-，则当Rg 变化时，OD 就是(1)j g kR e θ-+的轨迹，实线园弧FO 是半直线OD 的几何反演，虚线园弧FO 则是OD 的复数反演，同于图4-2，用作图法可求园心的位置C ，已示于图中。
由于FO=1,虚线园弧代表
1
1j g kR e
θ
-+的轨迹,因此，实线园弧F G O 又是1[1]1j g k R e θ
--
+的轨迹,如图4-19所证明.但需要注意,当Rg=0时, 1
[1]1j g kR e θ
--+们位于F 点,g
R =∞时，则位于O 点。
实际上,在图4-18中FO 不是1而是max R Z ?,因此园弧FGO 也就是:
max 1
[1]1R R j g Z Z kR e θ
?-=-
+
的轨迹。
这样F 点短路,而过渡电阻Rg 具有不同数值时,则测量阻抗Z M 将沿着园弧FGO 变化。由于Z R 呈电容性,使测量阻抗的电抗部分减少,因此当保护区外短路时,继电器要出现超越可能误动作。
例如在图4-20中,园1为M 侧方向阻抗继电器的动作特性园,当区外F 点故障时可画出Z R 变化的轨迹FGO ,此园弧与园1交于A 、B 两点，则当Rg 数值位于这一范围内时，继电器就出现超越。
需要指出，以上分析Z R 的变化轨迹，只与F 点的位置有关。当E M 、E N 、δ一定时；不同地点短路后Z R 的变化情况如图4-21所示。至于保护安装地点M ，只要它们于S 和F 之间，而不论处于什么位置上，所求Z R 对它都是适合的。
图4-19 求1
11j g kR e
θ
--
+的轨迹
总结以上分析得到，对位于送电侧的保护装置，当正方向发生短路时，由于过渡电阻的影响可能出现超越。影响超越的因素有：
（1）O 点位置。O 点是短路前测量阻抗的末端，O 点越靠近M 点，超越就越严重。实际上只有在振荡时O 点才会靠近M 点，此时即使没有短路，阻抗继电器受振荡影响也可能误动作。
(2)Rg 的数值。Rg=0时并不出现超越，Rg 很大时,也不会引起超越。一般Rg 较小时影响最大。
4．当M 侧为受电端时，Rg 对测量阻抗Z M 的影响：此时E M 落后E N 为δ角，仍可按（4-35）式求出k 和θ，但θ为大于90°的负值。
相似于对图4-18的分析，可求出Rg
由0→∞变化时，Z R 的变化轨迹如图4-22所示。此时Z R 的变化轨迹为大园弧FGO ，Z R 是感性的，测量阻抗轨迹沿园弧FGO 由第I 象限转到第II 象限。
由此可见，对位于受电侧的保护，当正方向发生短路时，过渡电阻的影响是使保护范围缩短，灵敏度下降，而不可能出现超越。
5．如果我们将线路两侧M 和N 的保护综合在一起来看，设M 为送电侧，则N 必为受电侧，此时当线路上各点（如F 1、F 2、F 3）短路时，M 侧的保护以M 为原点，过渡电阻的影响呈电容性，Z R 的轨迹为小园弧FO ；N 侧的保护以N 为原点，过渡电阻的影响呈电感性，过渡电阻的影响呈电感性，Z R 的轨迹为小园弧FO 如图4-23
所示。
图4-21 不同地点短路时，
Z R 的轨迹
图4-20 送电侧保护在区外故障时出现的超越
图4-22 双侧电源线路经过渡电阻
（Rg=0→∞短路时，受电侧测量阻抗的轨迹）
图中同时画出了M侧方向阻抗继电器的动作特性园1和N侧方向阻抗继电器的动作特性园2。
6．讨论反向经过渡电阻短路时对阻抗继电器的影响：在图4-23中，当F4点短路时，对受电保护N来看就是反向故障，此时通过N侧保护的电流为I M（N侧背后母线处所装保护的测量阻抗应与M侧保护测量阻抗性质相似，只是相差线路全长的阻抗），因此N侧保护测
F O变化，显然可见，此时N侧保护反方向经过渡电阻故障，量阻抗末端的轨迹仍是小园弧
O
保护可能失去方向性。同理，M侧反方向经过渡电阻故障，保护具有明确的方向性，不可能误动作。
图4-23 线路两端保护受短路点过渡电阻影响的比较
当方向阻抗继电器的极化电压有记忆作用时，其动态特性是一个抛球园（参见图3-5），此时继电器不会失去方向性。
7．最后分析两相短路时过渡电阻的影响：两相经过渡电阻短路时的系统接线如图4-24（σ）所示（设为BC两相经2R电阻短路）。当忽略系统正序和负序阻抗的差别时，由于两相短路无零序分量，因此可直接用ABC系统进行计算，而无需分解为对称分量，这样分析比较简便。
将M侧电源的三相势以E MA为基准可表示为：
13213
2MA MA MB MA MA MC MA MA E E jO
E E j E E E j E ??=+?
?
=-=-?
?
?=-+?
?
（4-38）
同理将N 侧电源的三相电势以E NA 为基准，则可表示为：
132213
22NA NA NB NA NA NC NA NA E E jO
E E j E E E j E ??=+?
?
=-=-?
?
?=-+?
?
（4-39）
上两式中，除空载情况以外，E MA 和E NA 一般是不同相的。 运用叠加原理将图（a ）分解为图（b ）和图（c ）两种状况。图（b ）中各电势均取式（4-38）和图（4-39）右侧的第一项，形式上看是不带j 的部分，但实际上E MA 和E NA 可能不同相位。图（c ）中各电势则取两式可侧的第二项，全是带j 的部分。
在图（b ）的系统中，M 侧各相的电流为：
12MA NA A MF NF B C A E E I Z Z I I I ?
-?'=
?+??
'''==-?
?
（4-40）
由于B 、C 两相的电势相同。电流也相等，因此系统中各处的
B 、
C 相电压均相等，U BC =0，
0B C I I ''-=，故在故障支路中的电流0F I '=。
在图（c ）的系统中，由于A 相电势为零，B 相和C 相的电势大小相等相位相反，因此M
图2-24 双侧电源线路两相短中时，用ABC 系
统进行计算的系统图
侧各相的电流为：
A B C I I I ?''=?
??''''=-? （4-41）
故障支路中的电流F I ''，应等于M 侧和N 侧所供电流之和。 因此从分析BC 相间继电器测量阻抗BCM M BM CM
U Z I I =
-的观点来看，我们只需对图4-24
（c ）进行计算。在图（c ）中，M 侧B 、C 两相的电势差为：
33
22
B C MA MA
E E j
E j E -
=-- =MA - =E MBC
同理在N 侧B 、C 两相的电势差为E NB Ｃ，因此只要以电势E MBC 和E NBC 作为两侧的电源电势，就可用图4-15进行计算。换言之，对于两相短路，故障相间继电器的测量阻抗与三相
短路时完全相同。
最后顺便指出，将式（4-40）和（4-41）的计算结果进行迭加，即可求出两侧电势间具有任意角度
δ下发生两相短路时的电流及相应的电压。例如，设过渡电阻R=0，则可求出图（C ）中M 侧B 、C 两相的电流为：
''
''
BM CM MF
I I =-=
（4-42）
因此，M 侧各相总电流为：
'
''
MA NA
AM A A MF NF
E E I I I Z Z -=+=
+
'
''
132MA NA BM B B MF NF MF E E E I I I Z Z -=+=-
-+132MA NA CM C C MF NF MF
E E E I I I Z Z -'''=+=-
++ （4-43）
8．总的结论：综上所述，在双侧电源的网络中发生相间短路时，短路点过渡电阻对相间阻抗继电器的影响如下：
（1）对位于送电侧的保护，当正方向短路时，在本侧电源供给的短路电流作用下，将出现超越。而当反方向短路时，在对侧电源供给的短路电流作用下，继电器具有明确的方向性。
（2）对位于受电侧的保护，当正方向短路时，在本侧电源供给的短路电流作用下，将使保护范围缩短或降低灵敏度。而当反方向短路时，在对侧电源所供短路电流的作用下，继电器可能失去方向性而误动作。
二． 过渡电阻对相（接地）阻抗继电器的影响
采用
y y U I K I +接线法的相阻抗继电器，主要用于接地距离保护中作用阻抗测量元件以
及单相重合闸中作为选相元件。
接地距离继电器必须克服过渡电阻的影响。接地短路时的过渡电阻包括电弧电阻，接地电阻和接地媒介物（如树枝等）的电阻，后者可能达到非常大的数值。最需要采用接地距离继电器的是短线路，在那里整定阻抗小、特性园小，因此过渡电阻较大就不能反应。
在两相短路接地的过渡电阻不是单值的，此时有相过渡电阻和接地过渡电阻。由于在过渡电阻中流过的电流和继电器中的电流（相电流加零序补偿电流）不同，使继电器的测量带来误差。实践证明两故障相中的超前相会发生超越，因而必须采取措施，通常是使之退出工作。对于这种故障可由相间距离继电器来保护。因为按
U I ??
接线的距离继电器不受接地电
阻的影响，而相间过渡电阻（一般为电弧电阻）的数值是不大的。为了简化分析，可以只考虑接地过渡电阻的影响。
一、接地短路时电流电压的基本关系
如图所示的单侧电源网络，在F 点发生单相接地（A 相），设线路每公里的正序阻抗为Z 1，零序阻抗为Z 0，故障点距M 母线的长度为L 公里且全系统各元件的正序和负序阻抗相等。
将故障点的电压U F 和电流I F 以A 相为基准分解为对称分量，
图 单侧电源单相接
地短路示意图 则
120
21202
120AF
BF CF
I
I I I I a I a I I I a I a I I ?=++??
=++??
=++?
?
（5-1）
12021202
120AF BF CF
U U U U U a U aU U U aU a U U ?=++??
=++??
=++?
?
（5-2）
按照各序的等效网络，在保护民安装地点M 母线上各对称分量的电压应为：
111122210000M M M U U I Z L U U I Z L U U I Z L ?
=+?
?
=+??
?
=+?
（5-3）
则M 母线上的各相电压为：
1200
12011
0001101 () (-) ()AM M M M AF A AF
A AF
U U U U Z Z L I I I U Z Z
Z L I I I U Z Z L I K I U =++=++
+=++=++
（5-4）
21202120212011001 ()
() ()BM M M M B BF U a U aU U a U aU U a I Z L a I Z L I Z L U I K I Z L
=++=+++++=++
（5-5）
212001 ()CM M M M C CF U aU a U U U I K I Z L
=++=++ （5-6）
式中01
1
Z Z K Z -=
由此可见，如设线路中每相电流为I ?，则不论是故障相还是非故障相，在线路上的
电压降均可表示为：
01()M F U U I K I Z ?-=+L （5-7）
如果故障点F 有过渡电阻，则U AF 、U BF 、U CF
均不等于零，此时安装于M 侧相阻抗继
电器的测量阻抗将分别是：
10
AF MA A U Z Z L I K I =+
+ （5-8）
10BF MB B U Z Z L I K I =+
+ （5-9）
10
C F
MC C U Z Z L I K I =+
+ （5-10）
以上关系虽以单相接地为例导出，但实际上可以适用于各种故障的情况，因为在求线路上的电压降时，是按各对称分量的关系合成的，并未限定它只适合于来一个故障类型。
二、单相短路接地时相（接地）阻抗继电器的测量阻抗
对于图4-15所示之双侧电源系统，可绘出单相短路接地时的复合序网如图5-2所示。假设为A 相故障，则线路M 侧A 相继电路的测量阻抗为：
图5-2 双侧电源线路单相短路接地时的复合序网图
010
3F A M L g A A U I Z Z R I K I I K I α=
=+
++
根据叠加原理，从复合序网可求得故障点事故分量电流的各序分量为：
1201023F F F F FF
FF U I I I Z Z Rg
===
++
式中
1011MF 1NF
M N M E E I Z Z -=
+
1011011MF M M F U E I Z =-
1110111M N NF MF
F MF NF
E Z E Z U Z Z +=
+
111211MF NF
FF FF MF NF
Z Z Z Z Z Z ==
+
0OMF ONF
FF OMF ONF
Z Z Z Z Z =
+
为求出流经M 侧的事故分量电流，引入正序和零序电路分配系数C 1和C 0；
111111NF FF MF NF MF
Z Z
C Z Z Z =
=+
0ONF OFF OMF ONF OMF
Z Z
C Z Z Z =
=+ （5-13）
211IMF MF F I I C I == (5-14) OMF OF O I C I =
我们知道，在三相输电线路上，Z 1=Z 2其各序阻抗和各相自阻抗Z L 、互阻抗Z m 之间的关系是：
102L m L m
Z Z Z Z Z Z =-=+ （5-15）
反之则有
01
1
23
3L m Z Z Z Z Z Z +=
-= （5-16）
如果对归算到F 点的整个系统阻抗，也引入等效自阻抗Z LFF 和等效互阻抗Z mFF 的概念（它们实际上是不存在的），则
1123
3
FF OFF
LFF OFF
FF mFF
Z Z Z Z Z Z +=-= （5-17）
代入（5-12）式，则可简化为：
101
3F OF LFF g
U I Z R =
+ （5-18）
设已求得短路以前流经M 侧的负荷分量电流（只有正序）I
M101
，其值为：
101
1011M F M MF
E U I Z -=
（5-19）
则M 侧的A 相总电流应为式（5-14）和（5-19）的迭加：
10112A M MF MF OMF I I I I I =+++
=
101101
101(2)3M F F MF LFF g
C C E U U Z Z R +-+?+ （5-20）
将式（5-14）和（5-20）代入（5-11），可得：
111
[1]1K MF M L E
Z Z Z GRg
α=+
-
+ （5-21）
式中101
101
K M F E F E U U -=
为与两侧电势有关之系数；
11
3K C MF LFF
E
G K Z Z =
+?，
K C =2C 1+（1+K ）C 0，为与电流分配系数有关之系数。
101101110
101
101
1101
K F F MF MF E
M M M F F MF
F Z Z U U E U E U I Z U =
=
=
--
令
1011max 101
K F MF R E
M Z U Z I =
=
1max 1
[1]1M L R Z Z Z GRg
α?=+-
+ （5-22）
G 为一复数，如经计算以后表示为：
j G ke θ-=
则式（5-22）就与（4-37）具有完全相同的形式。因此过渡电阻（当其数值较小时）在测量阻值抗中引起的附加分量，在送电端是电容性的，在受电端是电感性的。当过渡电阻Rg 增大时，测量阻抗末端的轨迹沿圆弧变化（相似于图4-18和4-22）。当Rg=∞时就是系统正常运行或振荡时的测量阻抗。
三、两相短路接地时相（接地）阻抗继电器的测量阻抗
如图5-3（a ）所示之双侧电源系统，为在F 点发生BC 两相经过渡电阻（每相为R b 和R C ）短路后又经Rg 接地的一般情况。为了简化分析，取R b =R c =0，而只考虑R g 的影响，此时其复合序网如图5-3(b)所示，图中各参数所代表的意义同于图5-2。经过一步简化后，计算其故障分量电流的等效回路如图5-3（c ）。
在上述情况下，安装于M 侧的B 、C 两相阻抗继电器的测量阻抗将是：
10
3OF B MB L B B U I Z Z Rg I K I I K I α=
=+
++ （5-23）
10
3OF C MC L C C U I Z Z Rg I K I I K I α=
=+
++ （5-24）
图5-3 双侧电源线路两相短路接地的分析
为分析Rg 的影响，必须先求出故障点电流I OF 、及M 侧的电流I B 、I C 和I O 。 根据图5-3（c ）的复合序网。求解故障点的电流如下。保留零序阻抗回路运用等效发电机原理（参图4-17）。则等效电源的电势为0.5U
F101
，等效内阻抗为0.5Z 1FF ，因此：
101
10.50.53F OF FF OFF U I Z Z Rg
-=
++ （5-25）
由于在故障点2(3)OF F OF OFF U U I Z Rg ==-+ =21F FF I Z - 故可求得
213OFF F OF FF
Z Rg
I I Z +=
12()F F OF I I I =-+
113FF OFF OF FF
Z Z Rg
I Z ++=-
（5-26）
引入电流分配系数C 1和C 0（见5-13式），则流经M 侧保护之事故分量电流为I 1MF
=C 1I 1F ，
I 2MF =C 1I 2F ，I OMF =C 0I OF 。
按（5-19）式求出短路以前的负荷分量电流I M101
。则M 侧各序分量的电流为（以A 相为
基准）：
11011122210M M F M MF F OM OMF OF I I C I I I C I I I C I ?=+?
?
==??
?
==?
（5-28）
代入式（5-23），可求得B 相继电器的测量阻抗为：
12123(1)OF MB L M M OM
I Rg
Z Z I I K I ααα=+
+++
=1max 1
[1]1L BR B Z Z G Rg
α?+-+ （5-29）
式中
1max 2
101
12FF
BR M F Z Z E a U ?=-
+
2
101
B 12
1101
123
G 0.51121(1)0.5M F FF OFF
M
OFF Z FF OFF F E U Z Z Z E K K Z Z U αα+=
?
+??++-+-??+??
1OFF
Z FF
Z K Z =
同理代入式（5-24），可求得C 相继电器的测量阻抗。实际上只需将式（5-29）各项中的2
α与α互换，即可得出MC Z 。显然可见，在Z MB 和Z MC 的计算公式中，Z R ·max 和G 是不相同
的。当Rg=∞时，BC 两相短路依然存在，因此在这种情况下，继电器的测量阻抗即为发生两相短路时相阻抗继电器的测量值：
MB 1L BR max MC 1L CR max
Z Z Z Z Z Z αα=+=+ （5-31）
尽管（5-29）式相当复杂，但在系统运行情况给定以后，101/M F E U 为已知，即可求出Z R ·max 和G 的复数值，这之后，就仍然可以采用同上的求解法，求解Rg 由0→∞时，Z MB 和Z MC 的轨迹。现分别讨论如下。
1． 线路为单侧电源供电，故障前线路空载，因此对B 、C 相继电器分别有： （1）由两相短路的矢量图（图5-4）可见，故障点电压
1B FB MF U Z =-
，1C FC MF U I Z =+ （两相短路：
B 1
C 1F B B MF F C C MF
U E I Z U E I Z =-=-， 见矢量图）
1max 1max MF BR MF CR U Z Z I U j
Z I ??=-===FB B FC C
图5-4 单侧电源BC 两相
短路的矢量图
即证明当Rg=∞时，继电器的测量阻抗为：
.max 1.max
1BR MF CR MF
Z Z Z =-=+
11MB L MF MC
L MF
Z Z j Z Z j αα=-=+
即为两相短路时，相阻抗继电器的测量阻抗。
（2）线路为单侧电源供电时：
13
0.5B MF OMF
G Z Z =
+
1[1(1)]
0.5OMF Z MF OMF K Z Z -+-+
13
0.5C MF OMF
G Z Z =
+
·
11[1(1)]
0.5OMF Z MF OMF
Z k
K Z Z +++-+
设,c B
j j B B C c G k e
G k e θθ==，则由式（5-29）可见，Rg 对测量阻抗的影响，关健在于
B C θθ和的数值。
由于11OL L L Z Z K z -=
，故1+K=1OL L Z Z ，一般情况下，11OS OL S L
Z Z
Z Z <，故0111OS OL MF S L MF Z Z Z Z Z Z +=<+1OL
L
Z Z ，亦即K Z <（1+K ）。设取K Z =1+K ，则
130.5B MF OMF G Z Z =
+
=
330||Z φ∑
∠
130.5C MF OMF G Z Z =
+
=
330||2
Z φ∑?∠-
∠
当阻抗角90φ∑≈时，则
60B θ≈- ； 120C θ≈-。
取1Z K ≈至1+K ，则可得 可见θ角的范围是：
600B θ-<
< 180120C θ-<<
-
（3）由以上分析的Z R ·max 和G 的复数值，即可代入（5-29）式，而用图解法求出Rg 由0→∞变化时，Z MB 和Z MC 的轨迹。
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变压器组件
ABB 电力技术产品
有载分接开关
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UC型有载分接开关
UC型有载分接开关
?
概述
组合型
? 单独的切换开关和分接选择器 ? 切换开关在单独的油室内
? 安装，检修简单方便 ? 独特的驱动系统，吊芯和复装简单 ? 切换开关开放式设计，维修方便 ? 运行可靠性高，40年世界各地的运行经验 ? 性能指标 ? 最大冲击电压1050 kV ? 最大通过电流1600/4500 A
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? 最大级电压5000 V ? UC型开关可用于任何联结形式的变压器 ? 触头电气寿命最大50万次 ? 机械寿命100万次以上。
UC型有载分接开关 UC型开关主要由三部分组成：
? 切换开关、分接选择器、电动机构 ? 还包括传动系统、开关保护装置、储油柜( 用户可自备)等。 ? 此外，还可选装远方档位显示、自动电压调 整器、对应档位的空接点、BCD编码器等附 件。 ? 切换开关 分为UCG、UCL、UCD、UCC等，其 主要区别在外观尺寸、额定通过电流。
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结构特点
传动系统
切换开关
分接选择器
电动机构
? 分接选择器 分为I、III、C、G型等。 ? 电动机构 分为BUL、BUE1、BUE2型等。
UCG型有载开关
第四章 过渡电阻对阻抗继电器的影响 一． 过渡电阻对相间阻抗继电器的影响 电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。短路点的过渡电阻g R 是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质的电阻，相导线与地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。 在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。短路初瞬间，电弧电流g I 最大，弧长g l 最短，弧阻g R 最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻g R 迅速增大，因此电弧电阻属于非线性电阻。在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分，铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧；当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。目前我国对500kV 线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计；对220kV 线路，则按100Ω估计。 对于图中所示的单侧电源网络，当线路B —C 的出口经g R 短路时，保护l 的测量阻抗为g J R Z =1.，保护2的测量阻抗为g AB J R Z Z +=2.。可见，过渡电阻会使测量阻抗增大，对保护1，测量阻抗增大的数值就是g R ；对保护2，由于2.J Z 是AB Z 与g R 的向量和， 图 单侧电源线路经过渡电阻g R 短路的等效图 由图可知其数值比无g R 时增大不多。因此可以得出结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大。
图 过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析 当g R 较大使1?k Z 落在保护1的第Ⅱ段范围内，而2.k Z 仍落在保护2的第Ⅱ段范围内时，两个保护将同时以第Ⅱ段时限动作，从而失去选择性。 如图所示的双侧电源网络接线，各参数标示于图中，假设全系统各元件的阻抗角相等，以'()S L S Arg Z Z Z ArgZ φ∑ ∑=++=表示。 当线路上任意点经过渡电阻Rg 发生三相短路时，设三相参数相同，则仍可用一相回路进行分析。此时在F 点Rg 中流过的电流为： F M N I I I =+ （4-25） 安装于线路M 侧的继电器测量阻抗为： F M M L g L R M M U I Z Z R Z Z I I αα= =+ =+ （4-26） 式中α表示故障点位置占线路全长的百分数，Z R 表示由过渡电阻在测量阻抗中引起的附加分量。由于对侧电源的助增作用使Rg 所产生的影响要复杂得多。例如，当两侧电势相位不同时，I M 和I N
实验三方向阻抗继电器特性实验 1．实验目的 （1）熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。 （2）测量方向阻抗继电器的静态()?f Z pu =特性，求取最大灵敏角。 （3）测量方向阻抗继电器的静态()r pu I f Z =特性，求取最小精工电流。 2．LZ-21型方向阻抗继电器简介 1）LZ-21型方向阻抗继电器构成原理及整定方法 距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成。 阻抗继电器的构成原理可以用图3-1来说明。图中，若K 点三相短路，短路电流为I K ，由PT 回路和CT 回路引至比较电路的电压分别为测量电压U 'm 和整 定电压set U '，那么 m m YB PT K K YB PT m Z I n n Z I n n U 1 1=='(3-1) 式中：n PT 、n YB —电压互感器和电压变换器的变比； Z K —母线至短路点的短路阻抗。 当认为比较回路的阻抗无穷大时，则： I m CT I K CT set Z I n Z I n U 1 1=='（3-2） 式中：Z I —人为给定的模拟阻抗。 比较式（3-1）和式（3-2）可见，若假设 CT YB PT n n n =?，则短路时，由于线路上流过同一电流K I ，因此在比较电路上比较set U '和m U '的大小，就等于比较I Z 和m Z 的大小。如果set m U U '>'，则表明I m Z Z >，保护应不动作；如果set m U U '<'，则表明I m Z Z <，保护应动作。阻抗继电器就是根据这一原理工作的。 电抗变压器DKB 的副方电势2E 与原方电流1 I 成线性关系，即,12I K E I =I K 是一个具有阻抗量纲的量，当改变DKB 原方绕组的匝数或其它参数时，可以改 图3-1 阻抗继电器的构成原理说明图 1—比较电路 2—输出
关于110KV线路保护知识 一、长距离输电线的结构，短路过渡过程的特点： 高压长距离输电线的任务是将远离负荷中心的大容量水电站或煤炭产地的坑、口火电厂的的巨大电功率送至负荷中心，或作为大电力系统间的联络线，担负功率交换的任务。因此；偏重考虑其稳定性及传输能力，为此长距输电线常装设串联电容补偿装置以缩短电气距离。 为补偿线路分布电容的影响，以防止过电压和发电机的自励磁，长距离输电线还常装设并联电抗补偿装置，其典型结构图如下： 短路过程的特点： 1、高压输电线电感对电阻的比值大，时间常数大，短路时产生的电流和电压、非同期性自由分量衰减较慢。为了保持系统稳定，长距离输电线的故障，对其快速性提出严格的要求。应尽切除，其保护动作要求在20～40ms。因此快速保护不可避免地要在短路电流存在时间内工作。 2、由于并联电抗所储磁能在短路时释放，在无串联电容补偿的线路上可产生非周期分量电流，在一定条件下此电流可能同时流向线路两端或从线路两端流向电抗器。因而在外部短路时，流入线路两端继电保护非周期分量电流数值可能不等。方向相同（例如：都从母线指向线路）。 3、串联电容和线路及系统电感及并联电抗等谐振将产生幅值较大的频率低于工频的低次谐波，由于这种谐波幅值大，频率接近工频，故使电流波形和相位将发生严重畸变。 4、由于分布电容大，因而分布电容和系统以及线路的电感产生的高次谐波很多，幅值也很大，对电流的相位和波形也将产生影响。 距离保护的定义和特点 距离保护——是以距离测量元件为基础反应被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作所构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度正比故名。 其特点：主要用于输电线的保护，一般是三段式或四段式，第一、二段带方向性，作本线段的主保护，其中，第一段保护线路80%～90%，第二段保护余下的10%～20%并作相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线路的后备保护。 其整套保护应包括故障起动、故障距离测量、相应时逻辑回路与电压回路断线闭锁。有的还配置振荡闭锁等基本环节以及对整套保护的连续监视等装置。有的接地距离保护还配置了单独的选相元件。 距离保护为什么能测量距离？
电力系统继电保护习题及其解答 1. 如图所示的WL1、WL2均装设了三段式电流保护。 （1）当K1和K2点发生短路时，应由哪一个保护动作，跳开哪一个开关？请分别说明之。 答：K1：应由1动作，跳开QF1。 K2：应由2动作，跳开QF1。 （2）当K3点发生短路时，问 ：①如保护5 因故拒动，这时应由哪一个保护动作，跳开哪一个开关？ 答：应由保护3动作，跳开QF1开关。这个保护对WL2所起的保护作用称为近后备保护。 ②如WL1的保护3正确跳开QF1，试分析原因？该保护对WL2所起的保护作用称为什么？ 答：原因是保护5、6拒动或QF2拒动。 保护对WL2所起的保护作用称为远后备。 2.以变压器复合电压起动的过电流保护为例，回答下列问题。 a 、复合电压包括哪几个电压？ b 、负序电压滤过器什么情况有电压输出？ 输出的是什么电压？。 c 、发生不对称短路时，写出动作过程 答：a 、低电压和负序电压。 b 、当发生不对称短路事故时有电压输出，输出的电压是负序电压。 c 、当发生不对称短路事故时，FY 有负序电压输出，FYJ 中的低电压继电器常闭触点断开，YJ 断电，其常闭触点闭合，YZJ 通电，接通SJ ，经延时后，接通断路器的跳闸回路。 4. 计算题： 如图所示电网中线路AB 及BC 均装有三段式距离保护（第Ⅲ段采用全 YZJ SJ t U < U > FY L FYJ a b c YJ + + + - - 由电流继电 器 由电压互感器来 电压回路断线信 号 跳闸
阻抗继电器），试整定计算保护1各段的动作阻抗Z DZ ，并进行灵敏度校验（若灵敏度不满足要求，不要求采取措施）。第Ⅲ段灵敏度校验按近后备进行校验。设线路AB 长l=60km,线路阻抗按0.4Ω/km 计算，K K I =0.85, II 段K K II =0.8, III 段 K K III = 1.25, K h = 1.15, K zq = 2.5,相邻线路BC 考虑分支影响后的动作阻抗K fz Z I DZ.3=12.6Ω, Z fh.min =220Ω 解：（一）距离I 段整定计算 （1）整定阻抗 Z zd.1I =K k I Z AB =0.85?0.4?60=20.4(Ω) （2）动作时间 t 1I =0秒 （3）保护范围 为线路全长的85%。 （二）距离II 段整定计算 （1）整定阻抗 Z zd.1II =K k II （Z AB +K fz.min Z zd.3I ）=0.85?(24+12.6)=29.28(Ω) （2）灵敏度校验 K lm II = AB zd Z Z 1 .= 60 4.028 .29?=1.22<1.5 灵敏度不满足要求。 （三）距离III 段整定计算 Ｚzd.1III = zg fh k K K K 1 Z fh.min =5.215.125.11??220?=61.22(Ω) 灵敏度 ＫLM = 24 22 .61=2.55>1.5 满足要求。 5.请计算变 压 器 额定运行时差动保护臂中的不平衡电流。变压器 Y,d11 接线，容量为20MVA, 变比为35/11。（ 请将计算式子及结果填入表格中。） 变压器额定电压 35 （KV ）Y 侧 11 （KV ）?侧 变压器一次额定电流 35 310203 ??=329.6A 11 310203 ??=1050A 电流互感器接线方式 ? Y 电流互感器计算变比 5 6.3293?=5570 5 1050 电流互感器实际变比 5 600 =120 5 1100 =220
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 cl cl cl I U Z =。 cl Z 可以写成jX R +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3-3所示。 以图3—3（a ）中线路BC 的距离保护第Ⅰ段为例来进行说明。设其整定阻抗 BC zd Z Z 85.0='，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cl Z 与R 轴的夹角为线路的阻抗角 d ?。 反方向短路时，测量阻抗cl Z 在第三象限。如果测量阻抗cl Z 的相量，落在zd Z '向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。 TV TA d TA BC TV B cl cl cl n n Z n I n U I U Z === 阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图3—3（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．全阻抗继电器 （1）幅值比较 图3-3 用复数平面分析阻抗继电器的特性 （a ）系统图；(b )阻抗特性图 (b) (a)
全阻抗继电器的动作特性如图3—4所示，它是以整定阻抗zd Z 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 ： cl zd Z Z ≥ 构成幅值比较的电压形成回路如图 3—5所示。 （2）相位比较 相位比较的动作特性如图3—6 所示，继电器的动作与边界条件为cl zd Z Z -与 cl zd Z Z +的夹角小于等于 90，即 图3-5 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路 B TA DKB TV c l U B U y =Z I z d c l =cl I R z d Z c l Z k ?j ?0 j X
有载调压分接开关过渡电阻选用设计 摘要： 本文通过介绍有载分接开关的基本工作原理及有载分接开关切换过程中暂态过程的建模来选用合适过渡电阻值，同时着重从几个方面（有利于改善触头的切换任务，提高触头的电气寿命以及其工作可靠性三个原则来进行匹配）来分析并从中筛选出最佳方案。这对于变压器设计者更深入的了解有载分接开关以及设计过程中考虑更为全面起到了一定的指导作用。 关键词：灭弧；有载调压开关；变压器 Abstract:Through the introduction of on-load tap basic working principle and the transient process on-load tap changer switching process modeling to choose a suitable transition resistance value at the same time focus from several aspects (help to improve the contact switch tasks, three principles to improve the contact electrical life as well as its operational reliability to match) to analyze and to filter out the best solution. For transformer designers a deeper understanding of the on-load tap switch as well as the design process to consider more comprehensive played a certain role in guiding.Keywords: interrupter; OLTC; transformer 引言 变压器通过调压线圈中增减绕组的分接头来改变电压比的方法几乎与变压器同时问世，有载调压开关的应用使得在不切断负载的情况下可以调节电压。 如今，有载调压分接开关已经由油中灭弧的方式向通过真空泡灭弧的方式发展。无论是工业用户还是电网用户为了缩小维护成本降低维护工作量，都对真空开关比较青睐。所以真空有载调压分接开关是当今以及未来的发展趋势。因此选用真空开关对节省维护成本，降低供电公司工作量也是非常有益的。 1 传统有载调压开关（例如M型）的作用及原理 1.1分接开关的基本功能 一是在开路情况下“选择”一个分接头，二是在不中断电流的情况下把功率“切换”或“调换”到所选的分接头上。而其中也有简易式有载分接开关（即：选择开关）是把两种功能结合在一个装置中，而分接选择器与切换开关或调换开关互相分开的分接开关是用于功率较高的情况下。
一、选择题 1、以电压U 和(U-IZ)比较相位，可构成( )。 A ：全阻抗特性的阻抗继电器 B ：方向阻抗特性的阻抗继电器 C ：电抗特性的阻抗继电器 D ：带偏移特性的阻抗继电器 2、模拟型方向阻抗继电器受电网频率变化影响较大的回路是( )。 A ：幅值比较回路 B ：相位比较回路 C ：记忆回路 D ：执行元件回路 3、阻抗继电器的精确工作电流是指，当φk =φ sen ，对应于( )时，继电器刚好 动作的电流。 A ：Z act =0.8z set 时的电流 B ：Z act =0.9z set 时的电流 C ：Z act =z set 时的电流 4、如果用Z m 表示测量阻抗，Z set 表示整定阻抗，Z act 表示动作阻抗。线路发生短 路，不带偏移的圆特性距离保护动作，则说明( )。 A ； act set set ,m Z Z Z Z << B ： act set set ,m Z Z Z Z ≤≤ C: act set set ,m Z Z Z Z <≤ 5、某距离保护的动作方程为 90<270J DZ J Z Z Arg Z -0°)是( )。 A ：90+<270+J DZ J Z Z Arg Z δδ-
阻抗继电器的接线方式 一、对阻抗继电器接线方式的基本要求及常用接线方式 阻抗继电器的接线方式是指接入阻抗继电器的电压和电流?. m U m 分别取用什么电压和电流的接线方法。对于阻抗继电器，接入电压和电流将会直接影响阻抗继电器的测量阻抗 Ｚm 。根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压 和电流?. m U m 应满足如下要求： （１）阻抗继电器的测量阻抗应与短路点到保护安装处的距离成正比，而与系统的运行方式无关； （２）阻抗继电器的测量阻抗还应与故障类型无关，也即保护范围不随故障类型而变化。 类似于功率方向继电器接线方式中的定义，阻抗继电器的接线方式分为0 o 接线，+30 o 接线和－30 o 接线。电压、电流的具体接线方式见表3－3。 表3－３ 阻抗继电器的常用接线方式 具体接线如表3－３所示。按此种方式接线，加到继电器上的电压和电流相位差为0 o 。现对各种相间短路时阻抗继电器的测量阻抗进行分析。分析时，测量阻抗仍用电力系统一次测量阻抗表示或假定电流互感器，电压互感器的ＫI ＝ＫU ＝１。 １、三相短路 图3-31 三相对称短路时测量阻抗的分析 如图3-31所示，当线路发生三相短路时，由于为对称性短路。因此，三个阻抗继电器的工作情况完全相同，故可以其中一相为例进行分析，如KR1。设短路点Ｋ至保护安 装处之间的距离为，线路每千米的正序阻抗为Z l 1，则加入继电器KR1的电压应为 . AB U =－＝?. A U . B U A Z 1l －?B Z 1l ＝（?A －?B ）Z 1l 阻抗继电器的测量阻抗为
l Z I I U Z B A A B m 1. . . ) 3(1=?= （3-29） 同理可得，KR2、KR3的测量阻抗为 (3)(3) 23m m 1Z Z Z ==l 由此可见，三个阻抗继电器的测量阻抗相等，且均等于短路点到保护安装点之间的阻抗。 当保护范围内发生三相短路时，三个继电器均能动作。 ２、两相短路 图3-32 两相短路时测量阻抗的分析 如图3-32所示，设ＡＢ两相短路。对接于故障相间的阻抗继电器KR1而言，其所 加电压为 .AB U =－＝?.A U . B U A Z 1l －?B Z 1l ＝（?A －?B ）Z 1l 此时，阻抗继电器KR1的测量阻抗为 l Z I I U Z B A A B m 1. . . )2(1=?= （3-30） 可见，与三相短路的测量阻抗相等。当保护范围内发生两相短路时，KR1也能正确动作。 但对阻抗继电器KR2和KR3而言，由于所加电压为故障相与非故障相间的电压，其数值 较高，而电流却只有一个故障相的电流，其值较(?. AB U A －?B )小，因此，它们的测量阻抗比(2)1 m Z 大，不能动作。但由于KR1能正确动作，所以整套保护不会因为KR2、KR3的拒动而受到影响。 ３、中性点直接接地系统中的两相接地短路 图3-33 中性点直接接地系统中两相接地短路时测量阻抗的分析 如图3-33所示，仍以A －B 两相故障为例。显然，因为系统中性点接地，两相故障电流经地形成回路，?A ≠?B 。可以认为导线A 、B 具有耦合关系，并设Z L 为每千米的自感阻抗，Z M 表示每千米的互感阻抗，则安装地点的故障相电压可表示为 .A U ＝＋ .A I L Z l . B I M Z l . B U ＝＋ . B I L Z l . A I M Z l 故得阻抗继电器KR1的测量阻抗为
有载分接开关的切换波形问题 随着人们对电源电压的要求越来越高，各供电系统也相应提出了电压合格率的考核标准，而有载分接开关作为调整电压的一种主要手段之一，也更加广泛应用于电网设备当中。有载分接开关的工作原理如下：有载分接开关是在负载状态下调节变压器绕组分接位置,这就要求有载分接开关在从一个分接工作位置变换相邻分接位置的过程中,既要保证负载电流的连续性，即主电流不能断开；又要保证过渡分接间不能有短路产生。因此,在有载分接开关切换过程中,必然在某一瞬间同时桥接两个分接头,以保证负载电流的连续性。而桥接的两个分接间必须用限流阻抗来限制级间循环电流,从而保证不会发生分接间短路,实现这一功能的电路可称为过渡电路，由此限流阻抗也称过渡阻抗。 然而，与变压器等其它电力设备不同，有载分接开关作为一种在线动态装置，处在频繁地带负荷调压的工作状态中，虽然通常具有动作几十万次的机械寿命，但是受材质、工艺及负荷轻重的影响，其故障率在变压器总事故中的比例相对较高。吊芯检查是发现有载分接开关内部潜在缺陷最直接有效的手段之一，但是，吊芯检查必须要求操作人员具备相关专业的操作技能和优秀的判断能力，这给使用单位带来了困难。因此，常规预防性试验在加强对有载分接开关潜在缺陷异常的诊断监控、提高电力系统运行可靠性方面有着重要意义。传统的预防性试验只能测量变压器在分接切换前后接触是否良好，绝缘性能是否劣化，却无法监测有载分接开关过渡过程的机械特性。 通过对有载分接开关动作特性的测试，分析有载分接开关的过渡时间、过渡波形、过渡电阻、三相同期性等参数，可及时有效地判断其是否存在潜在缺陷和故障。国内常规的有载分接开关基本采用电阻过渡的方式，它能带负载变换变压器调压线圈的分接头。有载分接开关由于是在带负载的情况下变换分接位置，因此它必须满足两个基本条件:①在变换分接的过程中，要保证负荷电流连续，即有载分接开关在变换分接位置过程中,要保证负载电流的连续、不能开路断流；②同时又要保证两分接之间不能有短路产生。因此,在有载分接开关切换过程中,必然在某一瞬间同时桥接两个分接头,以保证负载电流的连续性；而桥接的两个分接间必须串接过渡电阻以限制级间循环电流,保证不发生分接间短路,实现这一功能的电路为过渡电路。 正是有载分接开关是通过过渡电阻限流（级间环流）来达到带负荷换挡的目的，其动作过程中过渡电阻会接入线圈回路，形成电流或电压的变化，所以现在国内市场上应用的有载分接开关动态测试设备正是利用这种电流的变化波动来检查有载分接开关的动态特征的；具体如附图（a）、(b)所示，分接开关的切换开关不调档时，承担主电流的是KA或KB（同时相对应K1或K4也呈闭合状态）,如果从KA切换到KB，有如下程序：
PC REQUIREMENTS OF UR 阻抗继电器的动作特性 电厂继保2009-04-20 19:11:33 阅读80 评论0 字号：大中小 BC线路距离I段内发生单相接地故障。由于1）线路参数是分布的，Ψd有差异; 2) CT,PT有误差; 3）故障点过渡电阻 ;
4）分布电容等; 为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。 圆1：以od为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等 利用复数平面分析阻抗继电器 阻抗继电器的实现原理： 幅值比较原理： 相位比较原理： 一、全阻抗继电器
特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd 为半径的圆，圆内为动作区。 Zdz.J——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。无论Ψd多大 Zdz.J ＝Zzd，它没有方向性。 1、幅值比较原理： 两边同乘以IJ，且IJ×ZJ＝UJ 动作方程式 2、相位比较原理：
分子、分母同乘以IJ： 二、方向阻抗继电器 以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。 Ψlm——最大灵敏角，它本身具有方向性。
1、幅值比较原理 2、相位比较原理 三、偏移特性阻抗继电器 反方向：偏移-αZzd(α<1)圆内动作。圆心： 半径：
Zdz.J随ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。 1、幅值比较原理 2、相位比较原理 总结三种阻抗的意义：
分接开关过渡电阻匹配的探讨 摘要：从改善触头切换任务、提高触头寿命和提高工作可靠性三个方面分析有载分接开关过渡电阻理论上最佳匹配 的方式以及实际匹配的修正状况。 关键词：分接开关、过渡电阻、匹配 一．概 述 过渡电阻是电阻式有载分接开关的—个重要组成部分。这种型式的分接开关采用过渡电路高速转换的原理来实现调压目的。因此，调压过程是在暂态条件下工作。在由图1中，当分接1转换到分接2的过程中，过渡触头将过渡电阻R 和回路电感L 0 突然接入级电压Us 的电路中，其环流为： 因R 远大于 L 0 ，环流Ic 的暂态分量(Us/2R)e － αt 很快衰减。 图1 双电阻过渡电路 对于调压变压器，按理论计算不到几个毫秒，该暂态分量就衰减 R －过渡电阻 Us －级电压 到零。因此，过渡电阻的匹配可以按稳态情况来考虑。 I N －负载电流 I c －环流 二．过渡电阻理论最佳的匹配 过渡电阻的匹配一般都是按交流稳态情况下考虑，并遵循利于改善触头的切换任务，提高触头电气寿命和工作可靠性三原则进行匹配。综合考虑匹配方案，从中筛选最佳匹配值。 分接开关采用过渡电路的原理实现分接变换操作。过渡电路按GB10230.1分接开关标准归纳分为旗循环、对称尖旗循环以及非对称尖旗循环三种分接变换操作法。触头切换任务与它所采用的分接变换操作法有关。 1．改善触头切换任务的匹配 ⑴ 双电阻过渡旗循环法的触头任务 双电阻过渡旗循环法的过渡电路见图2所示，电弧触头变换程序为“1—2一1”程序，输出电压经过四次变化，输出电压变化的相量图(图3)外观很象一面旗。因此称它为旗循环变换法。 (a) (b) (a) (b) 图2 双电阻过渡电路(“1－2－1”程序) 图3 双电阻过渡旗循环法相量图 (a)－CM 型分接开关 (b)－CV 型分接开关 (a)－电流相量 (b)－电压相量
HDKC-5535变压器有载分接开关测试仪 一、变压器有载分接开关切换特性试验的重要性 1、变压器有载分接开关的作用 有载分接开关不仅在电力系统中可以作为逆调压、联络电网、无功分配以及调节负荷潮流等手段，而且还在电化工、电冶炼工业所用的特种变压器上作为带负载调节电压、电流和功率的手段。有载分接开关已成为不可缺少的关键电气设备之一，它的可靠性直接决定整个电力系统能否正常安全运行，因此正确而及时的做好维护和检修，是保证电网安全运行的重要手段。 2、变压器有载分接开关切换特性试验的重要性 切换开关是在带负载的情况下切换的，必定要产生电弧，开关触头要逐渐烧蚀。为使切换开关正常工作，不但要求及时息弧，触头不过度发热和过度烧毁，以维持一定的机械寿命和电寿命，而且要求负载电流始终不能中断，电流波形的畸变和电压闪变要在允许范围内，因此开关必须按照设计好的程序进行。 切换特性试验就是过渡波形测量，用来检验切换各段程序和总时间及切换波形是否符合要求。它是变压器有载分接开关试验中最重要的试验，也是最难做的试验。因为切换开关是有载开关的“心脏”，它的品质好坏是有载开关品质的最重要标志。有载开关潜伏性的最重大事故征兆大多能从本试验中反应出来。而且试验波形具有多变性，各种开关的判据也不尽相同，分析判断稍难。 国家电力行业标准（DL/T 574—95）规定：测量有载分接开关的过渡电阻值，它与铭牌值比较偏差应不大于±10%；测量切换程序与时间，正反方向的切换程序与时间均应符合制造厂要求。 二、有载分接开关的分类及切换原理 图一有载分接开关电路 （a）组合式分接开关（b）复合式分接开关有载分接 开关按结构方式分为复合式和组合式两大类。其电路如图一所示。 复合式：把分接选择器和切换开关作用功能结合在一起，其触头是在带负荷下选择切换分接头。 复合式有载分接开关结构简单，制造维护方便，可用在6～110kV 电压等级的中小容量有载调压变压器上。主要产品型号有MR公司的V型和国内厂家生产的仿V型、SYJZZ型。其动作程序如图二所示。（以双电阻为例）。
变压器分接开关故障分析 变压器的调压分接开关分有载分接开关和无载分接开关两大类。分接开关的可靠性直接影响到变压器的安全运行和电能质量，因此改进检修工艺、完善检测手段、提高运行维护和管理水平是保证设备可靠运行的必要措施。 一、无载分接开关的故障 （1）变压器渗油（导电杆螺帽不紧、箱盖，油标密封垫，放油阀，焊缝等处）使无载分接开关裸露在空气中，使之逐渐受潮。裸露的分接开关绝缘受潮后性能下降，导致放电短路，损坏变压器。 （2）无载分接开关的制造质量差，结构不合理、压力不够、接触不可靠，外部字轮位置与内部实际位置不完全一致，引起星形动触头位置不完全接触，错位的动、静触头使两抽头间的绝缘距离变小，并在两触头之间的电势作用下发生短路或对地短路放电，短路电流很快就把抽头线圈匝绕坏，甚至导致整个绕组损坏。 （3）运行中的变压器无载分接开关长期浸在高于常温的油中，油的老化可能引起分接开关触头出现碳化膜和油垢，触头发热后使弹簧压力降低（特别是触环中弹簧、由于材料和制造工艺差，使弹性降低很快）或零件变形，分接开关的引线头与接线螺丝松动等原因未及时处理，使导电部位接触不良，接触电阻增大，绕组层间，匝间等处，引起短路烧坏变压器。 （4）操作不慎引起分接开关不完全到位或扭断动触头的绝缘轴，断落的触头引起线间或对地短路，最终导致变压器投入运行时，将高压三相绕组烧坏。 （5）安装工艺差，对各部位紧固螺栓的检查不仔细，造成变压器箱体进水，使分接开关绝缘，绕组绝缘受潮。还有运行维护不到位，没有严格执行好《变压器运行规程》，没有及时进行常规维护和污垢的清理，导致变压器散热条件差而损坏。 二、有载分接开关的故障 （一）有载分接开关油室的的渗漏 导致有载分接开关油室的渗漏主要原因有：密封胶垫老化、密封结构和制造工艺存在缺陷，检修及安装不当造成的缺陷。在国产的有载分接开关中，SYXZ 系列的有载分接开关渗漏现象普遍。渗漏部位主要有以下几处： （1）切换开关转动轴与油室底盘之间的密封松动或损坏。 （2）有载开关油室的绝缘筒与底盘之间密封结构不良，以及密封垫老化等
209 *作者简介:何燕,女,河北省保定市供电公司,助理工程师。 距离保护测量元件特性的分析与总结 何 燕 * (河北省保定市供电公司,河北 保定 071000) 摘 要:本文深入阐述距离保护测量元件中阻抗继电器与距离继电器特性的差异,阻抗继电器是建立在测量阻抗概念上的一类继电器;距离继电器是建立在补偿电压特点基础上的一类继电器。理顺阻抗继电器与距离继电器的关系,有利于对距离保护测量元件的研究与设计,有利于在实际应用中对距离保护测量元件性能的掌握。 关键词:距离保护;阻抗继电器;阻抗测量;距离继电器;补偿电压 输电线路距离保护测量元件是电力系统继电保护领域的一个热门研究课题。每年都有大量这方面的研究论文发表,为了方便距离保护测量元件的研究与分析,我国继电保护科研人员首先提出把距离保护测量元件划分 为两大类的思想,[1] 即第 类距离继电器和第 类距离继电器。随着研究的深入,又改称为单相阻抗继电器(第 类距离继电器)和多相距离继电器(第 类距离继电 器)。[2]近年来又有文献[4] 从元件的特性出发,提出将距离保护测量元件划分为阻抗继电器与距离继电器两大类的观点。本文从工程实际出发对分析与研究距离保护测量元件的特性进行分析与研究,认为将距离保护测量元件划分为阻抗继电器与距离继电器很有必要。 一、距离保护的基本原理 [3] 系统在正常运行时,不可能总工作于最大运行方式下,因此当运行方式变小时,电流保护的保护范围将缩短,灵敏度降低;而距离保护,顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离,受系统运行方式影响较小,保护范围稳定。常用于线路保护。距离保护是测量保护安装处至故障点的距离,并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗ZCL 比较。当短路点在保护范围以内时,保护动作;反之,则不动作。因此,距离保护又称为低阻抗保护。距离保护装置一般由起动元件、测量元件、时间元件、振荡闭锁元件、电压回路断线失压闭锁元件共五个主要部分组成。而阻抗继电器是距离保护装置的核心元件,它主要用来作测量元件、作功率方向起动元件。当发生线路故障时,阻抗继电器测得的测量阻抗Z LC 为保护安装处到短路点的短路阻抗,即:Z LC =U !M /I M ! =Z l *L (1)式中:U !M 为测量电压;I ! M 为测量电流;Z l 为线路单位长度阻抗;L 为故障点到保护安装处的距离。比如在短路时,母线电压下降,导致流经保护安装处的电流增大, 即短路时的测量阻抗Z LC 比正常时测量到的阻抗值大大降低,所以距离保护所反应的信息量在故障前后的变化值比单一电流变化值要大,即比反应单一物理量的电流保护灵敏度要高得多。 正是由于这个特点,往往认为用于距离保护的距离保护测量元件均是利用测量线路阻抗来得到故障点到保护装置的距离。但元件从设计原理上来说,有阻抗测量和补偿电压特性两种不同的方法。 二、距离保护测量元件1 基于测量阻抗的继电器 阻抗继电器就是通过计算安装点的入口电压与电流 的比值,Z J =U !J /I !J 。其中:U !J 为测量电压;I ! J 为测量电流。测量阻抗的基本原理:电力系统正常运行时,测量电压为额定值,测量电流为负荷电流,测量阻抗反映了保护安装处看到的负荷阻抗,负荷阻抗幅值较大,偏阻性;当线路发生金属性短路时,测量电压突然下降,测量电流突然增大,测量阻抗反映了保护安装处至短路点之间的线路阻抗,该阻抗的幅值比较小,且呈感性。 阻抗继电器是反应测量阻抗变化的继电器。阻抗继电器在阻抗复平面上给出一动作区域,当测量阻抗进入这区域内时,继电器动作;否则不动作。 阻抗继电器的动作区域可以用数据图表的形式给出,也可以用阻抗动作方程的形式给出。微机保护中,微处理器能够对输入的测量电压与测量电流作除法运算,因此,阻抗继电器的动作区用数据图表的形式给出比较方便,且动作区域的形状可以多种多样。模拟量构成的距离保护装置中,阻抗继电器的动作区域以阻抗动作方程的方式给出。这时,为了判别测量阻抗是否进入动作区域,又不作除法运算,需要把阻抗动作方程变换为电压动作方程。阻抗继电器以电压动作方程为动作判据,决定是否动作。因此,也可以说,阻抗继电器是用测量阻抗Z 表示动作特性的一类继电器。例如,方向圆阻抗继电器的阻抗动作方程为: 中国电力教育2009年管理论丛与技术研究专刊
长沙理工大学毕业设计申请书 湖南省长沙理工大学 2006年制
二、立论依据 （包括项目的研究意义、国内外研究现状分析） 1研究意义 距离保护因具有不受运行方式变化影响的特点而在输电线路中广为应用，常规的距离保护存在受过渡电阻和系统振荡影响的不足之处。突变量距离保护原理是一种新型的距离保护原理，具有不受运行方式和系统振荡影响、抗过渡电阻能力强、有明确的动作方向性等特点。 2国内外研究现状分析 （1）关于突变量距离继电器的分析 突变量距离继电器以前一周期的补偿电压U*101作为极化电压，测量最后一周期的补 偿电压U*相位变化，其中|U|*=|U| J -Z zd |I|,他的动作方程为 突变量继电器可以用于相间短路，也可以用于保持接地短路。在前一种情况下反映相补偿电压，因为突变量距离继电器所反映的电压和电流都不是单一的，他的动作特性与系统具体运行情况有关，不能化作单一变量的函数分析。 （2）关于突变量分析 突变量是一种短暂的故障分量分相突变量和正向突变量，它存在于任何类型的故障 中。而稳定的故障分量即负序和零序分量只存在于不对称故障中。故障分量是有故障本身引起的，独立于负荷分量之外。因此基于检测故障分量的保护原理具有先天性的优势。而突变量特别是正序突变量存在于任何类型故障。 故障分量具有以下特点：故障分量仅在故障后存在，非故障状态下不存在故障分量。 故障点的故障分量电压最大，系统中性点故障分量电压为零。
保护安装地点的故障分量电流和故障分量电压的相位关系由安装处到被测系统的中 性点间的阻抗决定。不受系统电势及短路点过渡电阻影响。 (3) 一种新的自适应突变量保护方案 传统的突变量距离保护通过牺牲保护的动作灵敏度来防止保护在区外误动。本研究表明，借助广域测量得到的对端信息可在一定程度上提高该保护的性能。鉴于距离保护具有不依赖通道的优点，此研究以对侧信息作为一种辅助信息，在保护启动第一周期内仍采用传统的判据，在一周期以后，根据系统实时参数，自动调整保护的整定值和切换动作判据。在保证保护可靠动作的情况下，最大程度地增加了保护的动作范围。 新的原理需要对侧系统参数，因此，该组合判据适用于对发生在本线路的故障进行一步精确判断。 参考文献： [1] 许正亚，输电线路新型距离保护[M].北京：中国水利水电出版社2002. [2] 朱声石，高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社（第二版）2002. [3] 李光琦，电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社1994. [4] 贺家李，电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社（第三版）1994. [5] 陈德树，计算机继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社1992. [6] A.R.V an C.Warrington.Protective Relays Their and Practice.Norwich,Great Britain:Fletcher ＆Son Ltd,1977. [7] 黄守盟，电力系统继电保护信号处理[M].北京：中国水利水电出版社1993. [8] 隋风海，陈涛，李钢，论突变量距离继电器[M]电力系统自动化，1995 [9] 林湘宁，刘沛，冯兴学自适应振荡闭锁判据的理论基础[M]电力系统自动化，2004 [10]索南加乐，许庆强，宋国兵，等.自适应接地距离继电器.电力系统自动化，2005,29（17）：17-21.
第四章-过渡电阻对阻抗继电器的影响(研究生)
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第四章 过渡电阻对阻抗继电器的影响 一． 过渡电阻对相间阻抗继电器的影响 电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。短路点的过渡电阻g R 是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质的电阻，相导线与地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。 在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。短路初瞬间，电弧电流g I 最大，弧长g l 最短，弧阻g R 最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻g R 迅速增大，因此电弧电阻属于非线性电阻。在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分，铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧；当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。目前我国对500kV 线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计；对220kV 线路，则按100Ω估计。 对于图中所示的单侧电源网络，当线路B —C 的出口经g R 短路时，保护l 的测量阻抗为g J R Z =1.，保护2的测量阻抗为g AB J R Z Z +=2.。可见，过渡电阻会使测量阻抗增大，对保护1，测量阻抗增大的数值就是g R ；对保护2，由于2.J Z 是AB Z 与g R 的向量和， A B 2 g R 1 C 图 单侧电源线路经过渡电阻g R 短路的等效图 由图可知其数值比无g R 时增大不多。因此可以得出结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大。
第三节 第三节 阻抗继电器的接线方式 一、对距离保护接线方式的要求及接线种类 加入继电器的电压和电流应满足如下要求： 1． 1． 继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障安装处的距离成 正比。 2． 2． 继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。 阻抗继电器常用的接线方式有四类，如表3-1中所示。表中“Δ”表示按相间电压或相电流差，“Y ”表示按相电压或相电流。 二、反应相间短路阻抗继电器的 0接线 1、三相短路 以1J 为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距离为L 千米，线路每千米的正序阻抗为Ω1Z ，则保护安装地点的电压AB U 应为 L Z I I L Z I L Z I U U U B A B A B A AB 111)( -=-=-= 此时，阻抗继电器的测量阻抗为 () L Z I I U Z B A AB J 131 =-= 结论：在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的正序阻抗，三个继电器均能正确动作。 2．两相短路 如图3-32所示，设以AB 两相短路为例，分析此时三个阻抗继电器的测量阻抗。对1J 而言 ()00ΔΔ I U ()030--Y I U Δ()030Y I U Δ J U J I J U J U J I B A I I -B I -A U 3I K I A +03I K I B +0 3I K I C +B U C U C I -A I -C B I I -A C I I -J I J I J U A B U C A U B C U A B U C A U B C U A B U C A U B C U 接线方式继电器 1 J 2J 3 J 表3-1 阻抗继电器的常用接线方式 A I B I C I 0 3I K I U Y Y +图3-31 三相短路测量阻抗分析 ) 3