短路点过渡电阻影响距离保护

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。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，一般情况下是使保护范围缩短，但有时候也能引起保护的超范围动作或反方向误动作。现对过渡电阻的性质及其对距离保护工作的影响讨论如下。

（1）短路点过渡电阻的性质

短路点的过渡电阻Rg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（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）。实验证明，当故障电流相当大时（数百安以上），电弧上的电压梯度几乎与电流无关，可取为每米弧长上1.4～1.5 kV（最大值）。根据这些数据可知电弧实际上呈现有效电阻，其值可按下式决定：

式中　Ig——电弧电流的有效值，A；

lg——电弧长度，m。

在一般情况下，短路初瞬间电弧电流Ig最大，弧长lg最短，弧阻Rg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Rg有急速增大之势，如图2.23（a）所示。图中弧阻较大的曲线属于线路电压较低的情况，弧阻较小的曲线则属于线路电压较高的情况。

在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成，其值可按上述经验公式估计。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。此外，当导线通过树木或其他物体对地短路时，过渡电阻更高，难以准确计算。目前我国对500 kV线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计，对于220 kV线路，则按100Ω估计。

图2.23　架空输电线路短路时产生的电弧

（2）单侧电源线路上过渡电阻的影响

如图2.24所示，短路点的过渡电阻Rg总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩短。然而，由于过渡电阻对不同安装地点的保护影响不同，在某种情况下，可能导致保护无选择性动作。例如，当线路B—C的始端经Rg短路，保护1的测量阻抗为Zr·1=Rg，而保护2的测量阻抗为Zr·2=ZAB+Rg，由图2.25可见，由于Zr·2是ZAB与Rg的相量和，因此，其数值比无Rg时增大不多，也就是说测量阻抗受Rg的影响较小。当Rg较大时，就可能出现Zr·1已超出保护1第Ⅰ段整定的特性圆范围，而Zr·2仍位于保护2第Ⅱ段整定的特性圆范围以内的情况。此时两个保护将同时以第Ⅱ段的时限动作，从而失去了选择性。

图2.24　单侧电源线路经过渡电阻Rg短路的等效图

图2.25　过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析

由以上分析可见，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。因此，对短线路的距离保护应特别注意过渡电阻的影响。

（3）双侧电源线路上过渡电阻的影响(www.xing528.com)

在如图2.26所示的双侧电源线路上，短路点的过渡电阻还可能使某些保护的测量阻抗减小。如在线路B—C的始端经过渡电阻Rg三相短路时，和分别为两侧电源供给的短路电流，则流经Rg的电流为，此时，变电所A和B母线上的残余电压为：

则保护1和2的测量阻抗为：

此处，α表示超前于的角度。当α为正时，测量阻抗的电抗部分增大；而当α为负时，测量阻抗的电抗部分减小。在后一种情况下，也可能引起某些保护的无选择性动作。

图2.26　双侧电源通过Rg路的接线图

（4）过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响

在图2.27（a）所示的网络中，假定保护2的距离Ⅰ段采用不同特性的阻抗元件，它们的整定值选择得都一样（为0.85ZAB）。如果在距离Ⅰ段保护范围内阻抗为ZK处经过渡电阻Rg短路，则保护2的测量阻抗为Zr·2=ZK+Rg。由图2.27（b）可见，当过渡电阻达Rg1时，具有透镜型特性的阻抗继电器开始拒动；当达Rg2时，方向阻抗继电器开始拒动；而达Rg3时，则全阻抗继电器开始拒动。一般来说，阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占的面积越大，则受过渡电阻Rg的影响越小。

目前防止过渡电阻影响的方法有：

一种方法是根据图2.27分析所得的结论，采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。例如，对于过渡电阻只能使测量阻抗的电阻部分增大的单侧电源线路，可采用如图2.10（c）所示的不反映有效电阻的电抗型阻抗继电器。在双侧电源线路上，可采用具有如图2.28所示可减小过渡电阻影响的动作特性的阻抗继电器。图2.28（a）所示的多边形动作特性的上边XA向下倾斜一个角度，以防止过渡电阻使测量电抗减小时阻抗继电器的超越。右边RA可以在R轴方向独立移动，以适应不同数值的过渡电阻。图2.28（b）所示的动作特性既容许在接近保护范围末端短路时有较大的过渡电阻，又能防止在正常运行情况下，负荷阻抗较小时阻抗继电器误动作。图2.28（c）所示为圆与四边形组合的动作特性。在相间短路时，过渡电阻较小，应用圆特性；在接地短路时，过渡电阻可能很大，此时，利用接地短路出现的零序电流在圆特性上叠加一个四边形特性，以防止阻抗继电器拒动。

图2.27　过渡电阻对不动作特性阻抗元件影响的比较

图2.28　可减小过渡电阻影响的动作特性

另一种方法是利用所谓瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻，从图2.23（a）可知，其数值在短路瞬间最小，经过0.1～0.15　s后就迅速增大。根据Rg的上述特点，通常距离保护的第Ⅱ段可采用瞬时测量装置，以便将短路瞬间的测量阻抗值固定下来，使Rg的影响减至最小。装置的原理接线如图2.29所示，在发生短路瞬间，启动元件1和距离Ⅱ段阻抗元件2动作，因而启动中间继电器3。3启动后即通过1的触点自保持，而与2的触点位置无关。当Ⅱ段的整定时限到达，时间继电器4动作，即通过3的常开触点去跳闸。在此期间，即使由于电弧电阻增大而使第Ⅱ段的阻抗元件返回，保护也能正确地动作。显然，这种方法只能用于反映相间短路的阻抗继电器。在接地短路情况下，电弧电阻只占过渡电阻的很小部分，这种方法不会起很大作用。

图2.29　瞬时测量装置的原理接线图

注：1—保护装置的启动元件（或第Ⅲ段）；2—第Ⅱ段阻抗元件；3—瞬时测量的中间继电器；4—第Ⅱ段时间元件