ZZDF2?EM?0?I?UF1F4F3?EN?0?EF2?EF1( A )?EF4 ?EF3?U?EF1( B )?UOP?EF2?U?UOP( C )△U?UOP?EF3( D )?UOP?? EF4 △U( E )
图3.2.1.2 保护区内外各点金属性短路时的电压分布图
3.2.1.3工频变化量阻抗继电器的动作特性
正方向经过渡电阻故障时的动作特性可用解析法分析，如图3.2.1.3所示：
ZZD?I ?EM?0?IN?EN?0ZS?U ZKRG?EF
图3.2.1.3a 正方向经过渡电阻故障计算用图
设 UZ??EF
3—6
由 ?EF???I??ZS?ZK?
?UOP??U??I?ZZD???I??ZS?ZZD? 则 ?I??ZS?ZZD???I??ZS?ZK? ZS?ZZD?ZS?ZK
式中ZK为测量阻抗，它在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量?ZS为圆心，以ZS?ZZD为半径的圆，如图3.2.1.3a所示，当ZK矢量末端落于圆内时动作，可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻能力。当过渡电阻受对侧电源助增时，由于?IN一般与?I是同相位，过渡电阻上的压降始终与?I同相位，过渡电阻始终呈电阻性，与Ｒ轴平行，因此，不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题。
注意：图3.2.1.3b所示的动作特性只对正方向故障有效，因为分析用电路图是正方向故障电路图（电势在本线路）。
jXZZDjXZKZ'SZS?ZK?ZSZZD?ZK
图3.2.1.3b 正方向短路动作特性 图3.2.1.3c 反方向短路动作特性
对反方向短路, 如图3.2.1.3d所示。
ZZD?EM?0?I?EN?0Z'SRG?EFZK
图3.2.1.3d 反方向故障计算用图
3—7
仍假设 UZ??EF 由 ?EF??I??Z'S?ZK?
?UOP??U??I?ZZD??I??Z'S?ZZD? 则 Z'S?ZZD?Z'S?ZK
测量阻抗?ZK在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量Z'S为圆心，以Z'S?ZZD为半径的圆，如图3.2.1.3c动作圆在第一象限，而因为?ZK总是在第三象限，因此，阻抗元件有明确的方向性。
3.2.1.4 全阻抗距离元件
长距离输电线路对侧母线故障切除时，线路突变为空载，则线路末端电压将从无电压跳转至电容充电电压，工频变化量距离元件有可能动作(|ΔUop|有可能大于UZ)，因此，对ΔZ元件引入此限制条件，用一个简单的全阻抗继电器作为开放ΔZ的条件，其判据：
|U|＜|IZzdw|
U、I分别为故障相电流电压的半波积分值，Zzdw为全阻抗继电器的定值，本装置中固定取
Zzdw≈Un/1.5In
3.2.1.5 工频变化量距离继电器的特点及应用
从分析和试验可以知道，该继电器有如下特点： （1）继电器理论分析和构成原理简单 （2）动作速度快
（3）不需要振荡闭锁，振荡时又发生区内故障一般仍能正确动作，(电力系统振荡时，整定点电压不会小于工作电压，且故障总是在电压达到一定幅值时才有可能)。
（4）可以用做方向比较保护的方向元件。
（5）故障时，非故障相的ΔUop不会大于Uz，有较好的选相能力。
因而它在RCS-900系列保护中得到了广泛应用，主要应用在901、902中做快速距离Ⅰ段。 3.2.2 工频变化量方向继电器(ΔF+，ΔF-)
RCS-901A由变化量方向和零序方向继电器，经通道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护，即装置的纵联保护。
3.2.2.1工频变化量方向继电器测量相角表示式
工频变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位。 其正方向元件的测量相角为：
3—8
??U12??I12?ZCOM???Arg???I12?ZD? 其反方向元件的测量相角为：
???U12???Arg???I?ZD?12??? ???? ?其中：
?U12、?I12为电压、电流变化量的正负序综合分量，无零序分量； ZD为模拟阻抗；
ZCOM为补偿阻抗，当最大运行方式时系统线路阻抗比ZSZL?0.5时， ZCOM?0，否则ZCOM取为“工频变化量阻抗”的一半。
3.2.2.2工频变化量方向继电器动作行为分析
当正方向故障时，如图3.2.1.3(a)，ZS为系统正序阻抗，并假设系统的负序阻抗等于正序阻抗，将工频变化量电压电流分解为对称分量，则： ?U1???I1?ZS
?U2???I2?ZS
?U12??U1?M??U2??(?I1?M??I2)?ZS
?U12???I12?ZS
其中M为转换因子，根据不同的故障类型，装置可选择不同的转换因子，以提高灵敏度。 设系统阻抗角与ZD的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为：
???I12?ZS??I12?ZCOM???Arg???I12?ZD?反方向元件的测量相角为：
?ZS????Arg??Z???0?
?D????ZS?ZCOM???Arg??ZD??????180? ?反方向故障时，如图3.2.1.3(d)，Z'S为线路至对侧系统的正序阻抗，将电压电流分解为对称分量有：
?U1??I1?Z'S
3—9
?U2??I2?Z'S
?U12??I12?Z'S
设系统阻抗角与ZD的阻抗角一致，则正方向元件的测量相角为：
?Z'S?ZCOM???Arg??ZD???Z'S???Arg??Z?D????0? ?反方向元件的测量相角为：
????180? ? 由上可见，正方向故障时，??接近于180°，正方向元件可靠动作，而??接近于0°，反方向元件不可能动作，而反方向故障时，??接近于0°，正方向元件不可能动作，而??接近于180°，反方向元件可靠动作。
由上可见，在正方向元件中引入补偿电压I12?ZCOM不可能引起方向元件误动，在大系统长线路ZS较小的情况下，引入I12?ZCOM可以根本改善继电器的灵敏度，使该方向继电器不仅适用于短线路，而且适用于任何长距离输电线路。
以上分析未规定故障类型，所以对各种故障，方向继电器都有同样优越的方向性，且过渡电阻不影响方向元件的测量相角，另外，由于方向元件不受负荷电流影响，因而该方向元件有很高的灵敏度，可允许测量很大的故障过渡电阻。另外，方向元件不受串补电容的影响（因为ZC?ZS,ZC?Z'S）。
工频变化量方向继电器受浮动门坎的限制，因此，当系统中出现不平衡分量或者系统振荡时，继电器不会误动作，只是自动降低灵敏度。 3.2.2.3 工频变化量方向继电器的特点及应用
该继电器有许多卓越的优点，有极广泛的适用性，较少受系统结构、运行方式，故障方式、故障点过渡电阻、非全相运行以及交流回路暂态过程等影响，理论上简单，构成继电器容易实现，动作速度快，因而广泛使用于LFP-900系列保护，作纵联保护中的方向元件。 3.2.3 零序方向继电器
零序正反方向元件（F0?、F0?）由零序功率P0决定，P0由3U0和3I0?ZD的乘积获得(3U0、
3I0为自产零序电压电流，ZD是幅值为1相角为78°的相量)，P0>0时F0?动作；P0<-1伏安（IN=5A）或P0<-0.2伏安（IN=1A）时F0?动作。纵联零序保护的正方向元件由零序方向比
3—10