3. RCS-900系列保护装置交流继电器的工作原理 3.1. 补充基础知识
3.1.1 如何解决继电器安装点到故障点的距离测量问题
无论用什么方式构成距离继电器，都必然解决用什么电量测量才能实现继电器安装点到故障点的距离测量问题。
在对称三相平衡的线路中，取没有任何分流的区段MG，如图3.1.1所示，
A B C M G 图中： G 是故障点； I M 是母线；
ZL 是MG区段的每相自阻抗； ZM 是MG区段的每相互阻抗；
图3.1.1无分流线段示意图
当G点发生各种故障时，以A相金属性故障为例，其MG的电压降可表示为：
UMGA1=IA1ZL+IB1ZM+IC1ZM=IA1ZL-IA1ZM=IA1(ZL-ZM)= IA1Z1
UMGA2=IA2ZL+IB2ZM+IC2ZM=IA2ZL-IA2ZM=IA2(ZL-ZM)= IA2Z2
UMGA0=IA0ZL+IB0ZM+IC0ZM=I0ZL+2I0ZM=I0(ZL+2ZM)= I0(Z1+3ZM)= I0Z0 UA=UMGA1+UMGA2+UMGA0=IA1Z1+IA2Z+I0Z0=IA1Z1+IA2Z2+I0(Z1+3ZM)=
???????????????????????????????????IφZ+3ZMI0=Z1(Iφ+3I0ZM/Z1)=Z1(Iφ+3KI0)
式中：Z1=ZL-ZM 正序阻抗 Z2=ZL-ZM 负序阻抗 Z0=ZL+2ZM=Z1+3ZM 零序阻抗
K=ZM/Z1=(Z0-Z1)/3Z1 零序电流补偿系数
从以上分析可知：对金属性对地故障而言（故障相故障点的电压为零），故障相的母线电压可用式UA=Z1（Iφ+3KI0）表示。也就是说只要MG区间没有短路故障、或其他相对地与相对相对地的分流存在，或者说G点电压为零时、只要各相由M点流入
?????????3—1
线路的电流分别等于该相由线路流入G点的电流，不管这三相电流中其他两相电流的大小和相位如何，对该相来说上式总是成立的。换个方式讲，对金属性故障而言，故障相的电流用Iφ+3KI0代替以后，从故障点到保护安装处的电压总是符合欧姆定律的。因而可以用母线电压与Iφ+3KI0电流来计算故障点到保护安装处的距离。 考虑到非故障相的电压不为零，该线段的压降可用下式表示： UMGA= UMA-（IA+3KI0）ZMG1
UMGB= UMB-（IB+3KI0）ZMG1 UMGC= UMC-（IC+3KI0）ZMG1
???????????????? 从以上分析还知道，K值是这区段内每相互感与正序阻抗的比值。也就是说、当在该区段有零序电流存在时，由于零序电流三相同相位，其另外两相零序电流对该相的零序互感压降总是助增的。为保证故障相故障点到保护安装处的准确测量，对相电流进行补偿是必需的。补偿量为3KI0。
?对相间故障而言，上式也是成立的，但故障相不接地，G点的电压不为零，因此我们
?选一个故障回路来测量，于是送入继电器的电压选Uφφ，送入继电器的电流选Iφφ，对故障相的阻搞测量也符合欧姆。 3.1.2.
工作电压的概念
?绝大多数距离继电器是按照故障点的电压边界条件建立其动作判据的。当在保护区末端故障时动作判据处于临界状态。为了反映此状态，在继电器中要形成或计算出保护区末端的电压，一般称为工作电压Uop，有些书上称为补偿电压或测量电压。
Uop?U?ZzdI?????（1）
?对于相间距离继电器U=U??，I=IΦΦ (??=AB，BC或CA)。对于接地距离继电器U=U?，。严格说，k应为复数，一般为了简化都按实数I=IΦ+3kI0〔?=A，B或C，K=（Z0-Z1）/3Z1〕
处理。实际上是因为在机械型和晶体管继电器中要按复数处理有一定困难。在集成电路保护，尤其是微机保护中按复数处理没有任何困难。Uop可按下式计算
Uop?U??Z1zd(I?-I0)-Z0zdI0?????????????（2）
式中Z1zd和Zozd分别为正序和零序整定阻抗。
假设C.T和P.T.的变比为1。在正常情况下Uop等于线路上整定值末端Y点的电压，即
?3—2
Uop?UY??（3）
实际上，(1)式所描述的工作电压，不仅在正常情况下，而且在振荡、区外故障(包括在Y点经过渡电阻短路)以及两相运行状态下，式(3)都成立；唯有在保护区内发生故障时，式(3)不再成立。从电路上讲这是因为在母线和保护区末端(Y点)之间出现了故障支路的缘故；这可在图3-1中示出。
假设系统各元件阻抗角相等，故障相在沿线路各点发生直接短路时，系统各点的电压相位相同。但Uop的相位可能相反。在不同地点短路时，故障相系统的电压分布如图3-1所示。图3-1中对接地故障，U为故障相地电压，对相间故障U为故障相间电压。
在保护区外(F1和F4)和在保护区末端（F2与Y点重合）故障时都有Uop?UY，唯有在区内（F3）故障时，则有Uop≠UY。区内故障继电器测量到的Uop，可将电压分布线延长到Y点求得，从相位关系看，在区外故障时，Uop的相位不变，而在区内故障时，改变了180°。过去的绝大多数距离继电器都是反应Uop的相位变化。为了测量1个交流量的相位，必须以另1个交流量的相位作为参考，在继电保护中称后者为极化量。选择不同的极化量将得到不同特性的距离继电器。
图3-1 空载线直接短路时的电压分布图
3.2 动作测量继电器
3.2.1 工频变化量距离继电器(ΔZ) 3.2.1.1 系统故障分量的分析方法
??????????3—3
电力系统发生短路故障时，其故障相短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量，如图3.2.1.1的短路状态（A）可分解为图（B）、（C）二种状态下电流电压的迭加。反应工频变化量的继电器不受负荷状态的影响，只要考虑图（C）的故障附加分量。这是一个很简单的电路，在该电路中只有一个电势，它的位置在故障点，它的大小与短路前故障点的大小相同、但方向相反。当故障点不同时，它的位置也不同，因而在正反方向故障时，要采用不同的电路来分析。在正方向故障电路图中计算的特性，只对正方向故障有效。在反方向故障电路图中计算的特性，只对反方向故障有效。
3.2.1.2工频变化量距离继电器的动作方程
工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，其动作方程为：
?UOP?UZ
对相间故障： UOP???U???I???ZZD
???AB,BC,CA
对接地故障： UOP??U???I??K?3I0??ZZD
??A,B,C
ZZD为整定阻抗，一般取0.8～0.85倍线路阻抗； UZ为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量。
EMMIF?EFUF0( A )NENUEMMIFUF0( B )NENU?EM?0 M?IF?EFN?EN?0 ?U( C )
图3.2.1.1 短路系统图
3—4
图3.2.1.2为保护区内外各点金属性短路时的电压分布，设故障前系统各点电压一致(空载情 况)，即各故障点故障前电压为UZ,则?EF1??EF2??EF3?UZ；对反应工频变化量的继电器，系统电势为零，因而仅需考虑故障点附加电势?EF。图中ΔI在相地故障时为Δ（IΦ+3KI0），在相相故障时ΔIΦΦ。
区内故障时，如图3.2.1.2（B），?UOP在本侧系统至?EF1的连线的延长线上，可见，
?????UOP??EF1，继电器动作。
反方向故障时，如图3.2.1.2（C），显然，?UOP在?EF2与对侧系统的连线上，?UOP??EF2，继电器不动作。
区外故障时，如图3.2.12（D），?UOP在?EF3与本侧系统的连线上，?UOP??EF3，继电器不动作。
在有负荷的情况下，对不同点故障，因故障前各点的电位不一致，致使各点故障时故障 网络中的ΔEF也略有不同，但Uz总为故障前工作电压的记忆量，在整定点故障，ΔUOP=UZ=UOPM，总处于理想临界状态，与负荷无关且测量准确,如图3.2.1.2(e)所示。
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