摘要：高壓輸電線(xiàn)路zui常見(jiàn)的故障是單相接地故障。為了提高距離繼電器對(duì)單相接地故障的靈敏反應(yīng)能力，簡(jiǎn)化繼電器的表達(dá)方式，通過(guò)分析接地距離繼電器的極化量，提出了單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的統(tǒng)一形式。通過(guò)改變其中參數(shù)便可構(gòu)成10多種常用的單相接地距離繼電器。
0引言
在高壓輸電線(xiàn)路各類(lèi)故障中，單相接地故障往往占80％以上。因此，提高單相接地距離繼電器的性能，對(duì)于減少故障引起的損失、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。長(zhǎng)期以來(lái)，廣大繼電保護(hù)工作者在科研和生產(chǎn)的實(shí)踐中提出了各種各樣的接地距離繼電器，這些繼電器的表述方式各有不同，性能特點(diǎn)也略有區(qū)別[1]。分析、研究這些繼電器的性能，進(jìn)而加以改進(jìn)、提高，就成為繼電保護(hù)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。為了研究方便，文獻(xiàn)[2]將這些繼電器分為3類(lèi)：?jiǎn)蜗嘧杩估^電器；多相阻抗繼電器，測(cè)距式距離繼電器。文獻(xiàn)[3]按照繼電器的動(dòng)作量、極化量的不同將它們分為4類(lèi)。各種分類(lèi)方法的側(cè)重點(diǎn)不同。
本文將接地距離繼電器分為兩類(lèi)：①單相補(bǔ)償式接地距離繼電器，即僅利用故障相信息或?qū)ζ溥M(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕拥鼐嚯x繼電器，本文稱(chēng)其為第1類(lèi)；②多相補(bǔ)償式接地距離繼電器，即利用健全相和故障相綜合信息的接地距離繼電器，本文稱(chēng)其為第ⅱ類(lèi)。屬于第1類(lèi)的有：?jiǎn)蜗嘧杩估^電器，故障分量阻抗繼電器，故障分量電抗繼電器。屬于第ⅱ類(lèi)的有：多相補(bǔ)償距離繼電器，序分量距離繼電器，測(cè)距式距離繼電器。四邊形距離繼電器和綜合比相距離繼電器實(shí)際上是第1、ⅱ兩類(lèi)中幾種繼電器的綜合使用。
通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，第1類(lèi)接地距離繼電器在動(dòng)作性能上具有很多共性，面臨的困難也非常相似，*可以用一種統(tǒng)一的形式加以表述，綜合進(jìn)行研究。
這種統(tǒng)一表述形式的重要意義在于：
a．可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的不同的實(shí)際需要。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往需要針對(duì)不同的一次系統(tǒng)情況，選用不同的接地距離繼電器，這反映在微機(jī)保護(hù)中就需要編寫(xiě)不同的繼電器子程序，在模擬式保護(hù)中就要安裝不同的繼電器。有了統(tǒng)一表述形式，就可以?xún)H通過(guò)選取不同的整定值實(shí)現(xiàn)各種繼電器，從而大大提高現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的靈活性，同時(shí)簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)。
b．為進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造了條件。這一點(diǎn)尤其重要。通過(guò)以一種統(tǒng)一的表達(dá)形式對(duì)單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的本質(zhì)特征加以揭示，就可以根據(jù)實(shí)際情況創(chuàng)造出新的接地距離繼電器。
1單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的統(tǒng)一形式
本文設(shè)計(jì)的單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的統(tǒng)一形式可以有式（1）和式（2）兩種：
對(duì)比式（1）、式（2）可以看出，將式（2）進(jìn)行合并簡(jiǎn)化就可以得到式（1）。本文給出式（2）主要是為了更好地理解統(tǒng)一形式的意義。
2統(tǒng)一形式與接地距離繼電器的關(guān)系
下面介紹統(tǒng)一形式如何通過(guò)給定整定系數(shù)而轉(zhuǎn)化為現(xiàn)有各種形式的單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的。
式（4）就是帶記憶的姆歐繼電器的動(dòng)作判據(jù)。
c.故障分量阻抗繼電器
文獻(xiàn)[1]所示的故障分量阻抗繼電器的動(dòng)作判據(jù)為：
d.電抗繼電器
通常采用的電抗繼電器的表述形式為：
將zset2的相角移到式（8）的兩側(cè)，可看到式（7）、式（8）實(shí)際上是*相同的。
e.拋球特性阻抗繼電器
當(dāng)設(shè)定不同的zset2時(shí)，就可以得到偏移特性或拋球特性的各種阻抗繼電器。
、將上述情況進(jìn)行總結(jié)，可得到各種單相補(bǔ)償式接地距離繼電器與統(tǒng)一形式的各個(gè)整定值之間的關(guān)系，如表1所示。表中還列出了其他幾種繼電器類(lèi)型及其整定值。
若各繼電器的極化量根據(jù)需要進(jìn)行偏移，可以通過(guò)改變k1～k6的相角實(shí)現(xiàn)。
3兩種新型接地距離繼電器
下面介紹根據(jù)統(tǒng)一形式構(gòu)造出的兩種新型接地距離繼電器。
a．自適應(yīng)型姆歐繼電器
該繼電器的*優(yōu)點(diǎn)是：其動(dòng)作邊界可以隨接地電阻而動(dòng)態(tài)變化，從而具有良好的耐受接地電阻能力，動(dòng)作判據(jù)形式非常簡(jiǎn)單，便于理解，易于整定。
b.靈敏接地距離繼電器
該繼電器的*優(yōu)點(diǎn)是：其動(dòng)作邊界固定且受過(guò)渡電阻的影響非常小，具有良好的耐受接地電阻能力;其動(dòng)作邊界實(shí)際上是按照保護(hù)區(qū)末端建立的，因此動(dòng)作判據(jù)形式非常直觀，便于理解。但當(dāng)區(qū)外故障和反方向故障時(shí)，可能出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況，需要增加輔助判據(jù)，以保證其可靠性。
為了直觀地進(jìn)行分析比較，下面給出利用基于atp復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的trcp—2阻抗繼電器暫態(tài)特性分析程序進(jìn)行的仿真驗(yàn)證結(jié)果。系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。
仿真計(jì)算過(guò)程如下。首先將被保護(hù)線(xiàn)路分為若干小段，故障點(diǎn)的選取從線(xiàn)路出口開(kāi)始逐步沿各小段的端部移到對(duì)端母線(xiàn)，在計(jì)算每個(gè)故障點(diǎn)時(shí)，接地電阻的選取也是逐步變化的，從0ω增加接地電阻，從900ω減少接地電阻，從兩個(gè)方向逐漸進(jìn)行計(jì)算。若對(duì)某個(gè)接地電阻動(dòng)作，就在動(dòng)作特性圖中將對(duì)應(yīng)點(diǎn)標(biāo)出，直至整個(gè)0～900ω的區(qū)域掃描完成為止。圖2～圖4分別表示在相同系統(tǒng)參數(shù)情況下，自適應(yīng)姆歐繼電器、靈敏距離繼電器和方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性。圖中，虛線(xiàn)區(qū)域表示保護(hù)的動(dòng)作區(qū)，空白區(qū)域表示保護(hù)的不動(dòng)作區(qū)；各圖分別給出了保護(hù)安裝在送電側(cè)和受電側(cè)的情況，故障類(lèi)型均為a相接地故障，繼電器相別均為a相，l為電氣距離百分?jǐn)?shù)。
從圖2～圖4仿真圖形可以看出，相對(duì)于方向阻抗繼電器，本文提出的兩種單相式距離繼電器具
有更強(qiáng)的抗過(guò)渡電阻能力，特別是自適應(yīng)姆歐繼電器具有比較理想的動(dòng)作特性?？偟恼f(shuō)來(lái)，統(tǒng)一形式為進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新提供了一個(gè)基礎(chǔ)，但選擇極化量的具體標(biāo)準(zhǔn)是什么，還需要更深入的探討。本文在這方面做了初步的思考。
4統(tǒng)一形式極化量選擇的理論初探
從統(tǒng)一形式可以看出，各種單相式接地距離繼電器的動(dòng)作量是*相同的，不同的僅僅是極化量。正是極化量的不同直接影響了接地距離繼電器的動(dòng)作性能。這是因?yàn)閯?dòng)作量?jī)H僅起到了指出整定點(diǎn)電壓即保護(hù)區(qū)位置的作用，而極化量才起到指出短路點(diǎn)是否位于保護(hù)區(qū)內(nèi)的作用。因此，討論極化量的選取方法特別重要，直接關(guān)系到這種短路點(diǎn)的指示是否準(zhǔn)確，特別是在保護(hù)區(qū)的末端附近短路時(shí)。下面從理論上對(duì)第1類(lèi)接地距離繼電器的極化量選取方法進(jìn)行初步探討，以供商榷。
這里首先明確一個(gè)結(jié)論，即任何情況下，短路點(diǎn)的電壓是zui有效的指示短路點(diǎn)位置的極化量。因此，極化量選取的第1個(gè)關(guān)鍵原則是：在任何情況下極化量的相位應(yīng)盡量逼近短路點(diǎn)電壓相量，逼近程度直接決定了接地距離繼電器的性能，第2個(gè)關(guān)鍵原則是：因?yàn)榻拥鼐嚯x繼電器在任何情況下都不應(yīng)該超越，且短路點(diǎn)電壓不可能通過(guò)線(xiàn)路一側(cè)電量獲得，在選取極化量時(shí)一定要保證不引起保護(hù)超越。
在式（2）表示的統(tǒng)一形式的極化量中共有6種電量，分別是故障前、后的測(cè)量電壓、線(xiàn)路壓降、整定點(diǎn)電壓。初步研究發(fā)現(xiàn)，這6個(gè)電壓對(duì)故障點(diǎn)的指示起到了不同的作用，歸納如下：
a．整定點(diǎn)電壓量反應(yīng)臨近保護(hù)范圍末端的短路靈敏度較好，但在保護(hù)區(qū)首端則靈敏度相對(duì)較差。
b．同時(shí)利用短路前、后的同一電壓量，例如：
以獲得更高的靈敏度。這種靈敏度的獲得實(shí)際上是由于故障分量的選用引起，而且是以遠(yuǎn)方故障可能超越為代價(jià)的。
c．單純的線(xiàn)路壓降也可以靈敏地反應(yīng)短路情況，例如ìzset，但這種反應(yīng)是沒(méi)有方向性的，當(dāng)反方向短路時(shí)繼電器也會(huì)動(dòng)作，因此必須配合有方向的繼電器使用。
d．所有可以用統(tǒng)一形式表示的接地距離繼電器都面臨“同相問(wèn)題”的影響，這是因?yàn)橥帱c(diǎn)前后的理想極化量uf和動(dòng)作量的相位關(guān)系發(fā)生了質(zhì)的變化，僅依靠統(tǒng)一形式無(wú)法解決這一問(wèn)題，而且采用切換判據(jù)也極易帶來(lái)保護(hù)的誤動(dòng)作。
e.在保證不超越的情況下，極化量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°越接近故障后的點(diǎn)電壓使繼電器耐受更高的接地電阻。
f．為了保證可靠地不超越，往往需要增加一個(gè)偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角的獲得可以通過(guò)極化量乘一個(gè)相量系數(shù)獲得。
5結(jié)語(yǔ)
本文提出了單相補(bǔ)償式接地距離繼電器的統(tǒng)一形式，介紹了統(tǒng)一形式與各具體繼電器的關(guān)系，并給出了兩種通過(guò)統(tǒng)一形式構(gòu)造出的新的接地距離繼電器。可以發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一形式不僅實(shí)現(xiàn)了這一類(lèi)接地距離繼電器形式上的簡(jiǎn)化、統(tǒng)一，并為距離繼電器的分析、選型和進(jìn)一步創(chuàng)新提供了一個(gè)科學(xué)依據(jù)。本文zui后對(duì)統(tǒng)一形式的極化量選取進(jìn)行了初步探討。