距離繼電器

距離繼電器是反應當故障發生時，由故障點到繼電器安裝處的距離小於預定值動作的繼電器。它主要用在輸電線路距離保護中作故障判別元件，也用來構成發電機和變壓器的相間故障保護。

基本介紹

• 中文名：距離繼電器
• 外文名：Distance relay
• 用途：電力系統繼電保護
• 類型：分相式接地多相式相間分相補償式
• 優點：提高保護性能
• 學科：電力工程

介紹

距離繼電器是反應當故障發生時，由故障點到繼電器安裝處的距離小於預定值動作的繼電器。它主要用在輸電線路距離保護中作故障判別元件，也用來構成發電機和變壓器的相間故障保護。它的主要動作判據是在繼電器的安裝處測量所“見到”的阻抗數值是否小於預先給定的數值，因而又叫阻抗繼電器。有各種構成方式和不同動作特性的距離繼電器可供選用。最早設計的距離繼電器，其動作時間與繼電器安裝點到故障點間的全阻抗值成正比，而與故障電流值大小無關，這是對普遍採用的反時限過電流保護的一個重大改進，20世紀20年代末出現了電抗型距離繼電器，30年代初又有了導納型距離繼電器，以後又陸續出現了各種阻抗型距離繼電器和多相補償式的距離繼電器。距離繼電器的具體構成，最早用電磁型元件，稍後用整流型元件和分立式半導體元件，目前廣泛套用的是積體電路型元件，數字式距離繼電器也已由試驗室進入了商品市場。現代的距離繼電器從原理上分為模擬式及數字式兩大類，它們的動作原理各不相同。在實際的電力網套用中，對距離繼電器的運行性能分析，一直是受到關注的議題。

種類

方向距離繼電器

最常用的一種距離繼電器，普遍用於相間故津保護(相間元件)和作為單相重合閘的選相元件(相對地元件)，也用於單相接地的保護口它以構成距離測量電壓的柑同電壓量為極化量，動作相位差範圍為±90°。這種繼電器自帶方向性，母線短路時不動作，但出口短路時因輸入電壓為零也不動作。為了消除這種電壓死區，一般這種繼電器的極化迴路為一工頻諧振迴路，當發生出口短路時，雖然輸入電壓突變為零，但輸出到執行元件迴路的極化量仍短時保持與故漳前電壓基本同相位的電壓量，以確保執行元件迴路有可靠輸出。這種現象，叫極化迴路具有記憶作用。另外的一種常見極化方法，是以不同的相或相間電壓作極化量，叫交叉極化，同樣可以消除除三相短路而外的電壓死區。交叉極化，特別是極化迴路的記憶作用，還顯著改善了距離繼電器允許故障電阻的性能，它們的動作性能已不能再用表中所示的特性來說明。實際套用中，還有動作範圍不是±90°。以及正負相位差角不對稱，以適應某些特殊要求的方向距離繼電器。

四邊形距離繼電器

它的四個邊由不同直線特性的距離元件組合而成，可以用幾種不同的相位比較方法實現。常用的四邊形距離繼電器是方向性的，即特性的底邊過原點，並帶記憶作用，這種繼電器對母線側經過故障電阻的反方向短路有很好的選擇性，對允許保護區內的故障電阻也有較好性能，既用於保護相間故障也用於保護接地故障用判別元件，有的套用中，將保護接地故障的四邊形距離繼電器作為單相重合閘中的選柑元件，但需要去掉距離測量電壓迴路中的電流分量，以避免非故障相的誤選相。

零序電流極化的接地距離繼電器

用電壓作極化量的保護接地的距離繼電器有共同的缺點，即:兩相短路經電阻接地故障時，接到領前一相的繼電器會嚴重超越，即實際保護範圍大於整定範圍;同時允許保護區內的電阻能力不強。以零序電流作極化量的相對地距離繼電器可以顯著地改善以上性能口有三種實際套用的方式:

①零序電流極化的三相分相式接地距離繼電器，用於組合式距離保護裝置中.在方向元件和選相元件的控制下，使故障相的接地距離繼電器發揮接地保護作用;

②以零序電流、落後零序電流90°的一個量和三個相對地距離測量電壓共5個量是否在同半個平面內作為動作判據構成的多項補償接地距離繼電器;

③以二個相對地距離測量電壓同時落在以零序電流為基準的一定範圍內為判據，構成具有方向性的，同時保護.三個相別的接地故障的距離繼電器。

工頻突變數距離繼電器

這是中國獨創的一種方向距離繼電器。它沒有極化量，只是依靠故障發生後初瞬間的距離測量電壓突變數的幅值大小來判斷故障方向和故障距離。令正常運行時的距離測量電壓幅值為1，當在正方向末端發生金屬性短路時，距離測量電壓的突變數幅值為1;在保護區內短路時大於1。而在保護比外及反方向時則恆小於1。以此實現方向距離保護。這種繼電器的缺點是正方向精度較差，作為無時限的線路保護段其整定值需較短;但其特殊優點是在方向性優良的同時，動作極為迅速，作為線路近端處的相間保護，有利於提高系統的暫態穩定。

構成原理

距離繼電器的構成原理

將輸入的工頻電壓和電流量經過精心安排的文直流迴路轉換，最終由電磁式或電子式執行元件輸出動作信號，構成距離繼電器。雖然模擬式距離繼電器的構成方式及動作特性多種多樣，但都可歸結為三個基本組成部分，即:距離測量電壓迴路、極化迴路及輸出執行元件迴路。

距離測量電壓迴路是任何可以正確進行距離測量的模擬式距離繼電器所共有的一個迴路，它由輸入的電流及電壓量組成，組成後的量如下:極化迴路為了構成距離繼電器，需要有一個參考電量作基準，來判別距離測量電壓在整定短路點前後發生故障時的相位突變，這個參考電量叫距離繼電器的極化量，形成的迴路叫極化迴路。任何合適的電流、電壓或它們的組合量都可以選作極化量。由於選取的極化量不同，從而構成了各種不同運行性能、名目繁多的距離繼電器。尤為特殊的是以不同相的或不同相間的距離測量電壓互為極化量，即當某一相(或相間)短路時，以另外的相(或相間)距離測量電壓作為故障相(或相間)距離測量電壓的極化量，這一大類繼電器通稱為多相補償距離繼電器。

數字式距離保護的構成原理

距離繼電器或距離保護只是線路微機型保護中的一個組成環節，並不以獨立的繼電器出現。其構成原理如下:來自被保護線路的電流和電壓模擬量，經變換器隔離並轉換成適合微型機計算的電平，經過模擬式低通濾波器，在中央處理器的指揮下實行採樣，變成離散信號，傳到中央處理器。按特定的數值算法和邏輯運算，實現距離繼電器的性能要求。常用的距離繼電器的數值算法有:微分方程算法、傅力葉算法等，大多用以求得發生故障後由繼電器安裝處到故障點的電抗.Y及電阻R值，並與給定的動作數值範圍相比較，決定是否輸出動作信號。也有完全按照模擬式距離繼電器的距離測量電壓，極化量及相位動作判據以構成數字式距離繼電器的。

仿真分析

為了驗證零序電壓極化的自適應繼電器的優良動作性能，採用Matlab 軟體對一條長300km的500kV 超高壓線路進行了A 相接地仿真計算，其中輸電線路採用分布參數模型。仿真系統參數如下：

系統參數：ZM=ZN= 5.74+j14.1Ω；

線路參數：r1=0.02083Ω/km，l1= 0.8984mH/km，c1=0.0129MF/km，r0=0.1148Ω/km，l0=2.2886mH/km，c0=0.00523MF/km；

線路兩側電源電動勢相位差60°，整定區為線路全長的85%。

總結得出：

（1）繼電器無論是安裝在送電側和受電側都能正確動作。

（2）在保護範圍內發生接地故障時，零序電壓極化的接地阻抗繼電器有很強的抗過渡電阻能力，這是其他極化電壓繼電器所無法比擬的。

（3）當保護出口處發生接地故障時，零序電壓極化的繼電器有最高的動作靈敏性，即不存在電壓動作“死區”，解決了常規的接地阻抗繼電器的“死區”問題。

（4）繼電器動作具有明確的方向性，這是零序電抗特性的繼電器所不具備的。

（5）與其他距離繼電器的動作特性相比，近保護範圍末端故障時，受電側繼電器耐受過渡電阻的能力有很大的提高。

總結

零序電壓極化的自適應接地阻抗繼電器不但對保護區內過渡電阻有很強的自適應性，而且在保護出口故障時具有動作的高靈敏性和明確的方向性，因此是綜合性能很好的自適應接地距離繼電器。