接地距离保护动作判据及试验方法
1 前言
高压及超高压线路故障统计表明：单相接地故障占到总故障的85％以上。接地故障一般由杆塔上瓷瓶闪络和导线对树枝等物体放电引起，故障处接地电阻的存在对接地距离保护有直接的影响。因此，选用合适的动作判据，提高经电阻接地时距离保护的计算精度，是保护设计者要考虑的重要问题。
在做接地距离继电器动作特性曲线静态试验时，往往不考虑零序阻抗补偿系数，以及不同动作判据的影响。这样，对接地距离区别于相间距离最重要的环节得不到考核，也不能体现产品的设计特色，并会带来一定的误差。
2 保护原理
计算单相接地的通用公式是：
只要母线与短路点之间没有分流支路，在不考虑互感情况下，公式将永远成立。第一项表示母线到短路点的线路压降，第二项表示接地电阻上的压降。将公式化简可得：
以上公式均表达准确，没有误差，能精确反映保护安装点到短路点的线路正序阻抗和短
路点的接地电阻。公式中接地电阻上的压降
流，为线路本侧及对侧零序电流之和，因对侧
·Rg，但是流经故障点接地电阻上的电
作何种假设，由是一个未知量，不管对
于不同短路点两侧零序电流分支系数（复数，大小和相位）的变化，均会对计算产生不可避免的误差。
下面给出三种不同保护的动作判据，并对其原理特点及试验方法进行讨论。
传统的晶体管、集成电路等接地距离保护，受技术条件限制动作判据一般选用公式（1）的前一项。不考虑接地电阻的影响，零序补偿系数也用实数表示。经电阻接地时，测量误差大，送端有较大超越；金属性接地短路也有实数补偿带来一定误差。
一些微机接地距离保护的动作判据选用公式（2），但根据不同情况忽略对保护动作影响不大的部分。采用判据2的两项判据，在金属性接地短路和接地电阻较小时采用判据2①，
当测量接地电阻较大（R1＞X1／3）时，采用判据2②。这样金属性短路测量精确，经接地电阻较小时忽略接地电阻上的压降，接地电阻较大时忽略线路正序电阻上的压降
某微机线路保护中单相接地距离的动作判据采用判据3。和公式（3
）的区别是，中的短路点电流用本侧零序电流代替。解出X1、Rg。得到测量电抗
为X1，测量电阻为X1·K1＋Rg。保护在金属性接地短路，单侧充电线路经电阻接地短路时测量计算准确。比较三种判据，很明显判据3的计算精度最高。但并没有考虑双侧电源时对侧的助增影响，必然也存在误差。
（1）测量电抗的误差
对电抗X1的正确测量是建立在保护处和故障点同相位的基础之上，和间的相位关系只决定于故障点两侧的零序阻抗，与系统功角、负荷电流、接地电阻的大小等均无关，用公式表示为为本侧零序电流分支系数。随着短路点的变化，C0的大小和角度都会发生变化，当C0角度为负时测量电抗增大，为正时测量电抗减小。由于线路两侧的系统阻抗角一般大于线路阻抗角，故一般有近端故障测量电抗增大，远端故障测量电抗减小，若两侧系统零序电抗完全对称，线路中点故障时测量电抗最准。远端故障测量电抗减少，将可能造成距离保护超越，但C0角度不大，将继电器的电抗线下倾基本可以避免超越。
（2）测量电阻的误差
由于对侧零序电流助增，必将使测量电阻Rg增大，约扩大了1／C0倍，这对提高保护的带接地电阻能力不利。顺便指出，采用判据3建立的阻抗保护，还有一个优点，就是在
正常运行时，负荷阻抗不会造成保护误动。因为在负荷状态下，非常小，负荷阻抗角也不可能达到线路阻抗角，因此保护测量到的R分量会非常大，不会进入保护动作区，动模试验已经得到证明。这样采用四边形距离继电器，就可以适当放宽电阻定值的整定，以提高保护允许接地电阻能力，且没有负荷阻抗进入动作区误动的担心。
在做接地距离继电器动作特性曲线静态试验时，常规试验方法，是将零序补偿系数整定为0，电流大小相位一定，电压相位从0°～360°，改变电压大小从阻抗不动区进入动作区，记录动作电压，电压除以电流得到动作阻抗，在坐标纸上作出阻抗特性曲线。试验步骤是正确的，但在计算保护动作阻抗的方法上存在问题，此方法仅限于采用判据1的接地距离保护，对于判据2的①项也成立。但对于判据2的②项和判据3
由于没考虑
的动作特性。
下面对接地距离保护的试验原理和方法进行分析。
3 试验方法
对单相接地距离继电器的试验方法，总是通过改变试验源的单相电压电流实现。对于施加的故障相电
压，可以分解为故障线路上的压降UL和接地电阻上的压
降 的影响，必然会使计算出来的动作阻抗和保护的实际动作阻抗不对应，作出的动作阻抗轨迹不能真实表达保护
从而求出对应的线路正序电抗、正序电阻以及接地电阻。可以看出只要零序补偿系数确定，对应任意电压电流，都可以分解为单侧充电线路上一点经一定电阻接地的试验模型。因此，静态试验时，完全可以考核到零序补偿系数和接地电阻对接地距离保护的影响。
（1）确定保护的整定值
静态试验时，不考虑零序补偿系数，无非是为了简化计算，这对采用判据1建立的保护是适用的，因为在零序补偿系数整定为0时，判据1已经简化为，将保护动作电压除以电流就是动作阻抗。因此对采用判据1的保护为计算方便，可以将零序补偿系数整定为0，虽然不能考核到保护的零序补偿回路，但这样的计算结果还是正确的。
对采用判据2和判据3建立的保护，动作阻抗的计算就不那么简单，不管对补偿系数怎么整定，动作阻抗都需要通过解方程求出。
对接地距离保护的零序补偿系数和线路正序阻抗角，可以按照220kV或500kV（根据保护的应用范围）的典型线路参数确定。比如按220kV、100km线路，以下均为二次值。
下面以判据3建立的多边形接地距离保护为例，进行整定并试验，见图1。
补偿系数的整定，KR＝1．64，KX＝0．62，K1＝0．18。
动作范围的整定，因为是静态试验可以没有动模试验或电力系统整定那么严格，这里取XDZ＝3．6Ω，RDZ＝5Ω。
（2）常规试验的步骤是正确的
电流恒定IA＝3I0＝5∠0°A（额定电流），电压UA相位从0°～360°，每10°一档（在说明问题，保证精度的前提下可适当调整），降低电压值从阻抗不动作区进入动作区，记录接地距离保护动作时的施加电压UA。计算出动作阻抗，将试验结果列表，并在坐标纸上作出阻抗动作轨迹图。
这里特别指出的是，在计算保护动作阻抗时，一定要根据保护的不同动作判据分别对待。 对于采用判据3的保护计算过程如下：
将试验测量数据电压、电流分解为实部（c）和虚部（s）代入上式，可以解出：
线路正序电抗
得到测量电抗为X1，测量电阻为X1·K1＋Rg。从而计算出动作阻抗。从以上的计算过程可以看出考虑不考虑零序补偿系数只对I′Φ的计算有影响，就是说将零序补偿系数整定为0，计算阻抗的过程也得不到多少简化，都要通过解方程求解。因此为了考核全面，建议试验时考虑零序补偿系数，并严格按照保护的判据进行阻抗计算。
这里列出一组试验数据，当施加电压角度为50°时，降低电压从保护的不动作区进入动作区，记录到保护动作电压是33．5V。按照上面的计算方法得到保护动作阻抗是4．641∠43．02°Ω，见图1。
（3）为检验保护的动作精度，根据保护的动作判据和整定值，当施加电压角度确定后，可以计算出保护理论动作电压和动作阻抗。
比如，在上面的试验中施加电压角度为50°时，作进一步分析，可以计算出保护理论动作电压为33．66∠50°V，理论动作阻抗为4．663∠43．02°Ω，本次试验相当于模拟了单端电源供电线路的80．75km处，发生A相经2．848Ω电阻接地故障，可以分解为线路压降26．82V，接地电阻上压降14．24V，向量图见图2。
4 结束语
线路发生单相经高阻接地故障时，为提高保护的测量精度，微机保护一般采用了区别于常规保护的复杂判据。在静态试验，计算保护的动作阻抗时，一定要按照保护的动作判据进行，由于计算错误盲目认为保护在偏离灵敏角时误差大，是不正确的。对复杂的计算过程可借助于计算机实现。
参考文献：
［1］王梅义，等．高压电网继电保护运行技术［M］．北京：水利电力出版社，1984．
接地距离保护动作判据及试验方法
1 前言
高压及超高压线路故障统计表明：单相接地故障占到总故障的85％以上。接地故障一般由杆塔上瓷瓶闪络和导线对树枝等物体放电引起，故障处接地电阻的存在对接地距离保护有直接的影响。因此，选用合适的动作判据，提高经电阻接地时距离保护的计算精度，是保护设计者要考虑的重要问题。
在做接地距离继电器动作特性曲线静态试验时，往往不考虑零序阻抗补偿系数，以及不同动作判据的影响。这样，对接地距离区别于相间距离最重要的环节得不到考核，也不能体现产品的设计特色，并会带来一定的误差。
2 保护原理
计算单相接地的通用公式是：
只要母线与短路点之间没有分流支路，在不考虑互感情况下，公式将永远成立。第一项表示母线到短路点的线路压降，第二项表示接地电阻上的压降。将公式化简可得：
以上公式均表达准确，没有误差，能精确反映保护安装点到短路点的线路正序阻抗和短
路点的接地电阻。公式中接地电阻上的压降
流，为线路本侧及对侧零序电流之和，因对侧
·Rg，但是流经故障点接地电阻上的电
作何种假设，由是一个未知量，不管对
于不同短路点两侧零序电流分支系数（复数，大小和相位）的变化，均会对计算产生不可避免的误差。
下面给出三种不同保护的动作判据，并对其原理特点及试验方法进行讨论。
传统的晶体管、集成电路等接地距离保护，受技术条件限制动作判据一般选用公式（1）的前一项。不考虑接地电阻的影响，零序补偿系数也用实数表示。经电阻接地时，测量误差大，送端有较大超越；金属性接地短路也有实数补偿带来一定误差。
一些微机接地距离保护的动作判据选用公式（2），但根据不同情况忽略对保护动作影响不大的部分。采用判据2的两项判据，在金属性接地短路和接地电阻较小时采用判据2①，
当测量接地电阻较大（R1＞X1／3）时，采用判据2②。这样金属性短路测量精确，经接地电阻较小时忽略接地电阻上的压降，接地电阻较大时忽略线路正序电阻上的压降
某微机线路保护中单相接地距离的动作判据采用判据3。和公式（3
）的区别是，中的短路点电流用本侧零序电流代替。解出X1、Rg。得到测量电抗
为X1，测量电阻为X1·K1＋Rg。保护在金属性接地短路，单侧充电线路经电阻接地短路时测量计算准确。比较三种判据，很明显判据3的计算精度最高。但并没有考虑双侧电源时对侧的助增影响，必然也存在误差。
（1）测量电抗的误差
对电抗X1的正确测量是建立在保护处和故障点同相位的基础之上，和间的相位关系只决定于故障点两侧的零序阻抗，与系统功角、负荷电流、接地电阻的大小等均无关，用公式表示为为本侧零序电流分支系数。随着短路点的变化，C0的大小和角度都会发生变化，当C0角度为负时测量电抗增大，为正时测量电抗减小。由于线路两侧的系统阻抗角一般大于线路阻抗角，故一般有近端故障测量电抗增大，远端故障测量电抗减小，若两侧系统零序电抗完全对称，线路中点故障时测量电抗最准。远端故障测量电抗减少，将可能造成距离保护超越，但C0角度不大，将继电器的电抗线下倾基本可以避免超越。
（2）测量电阻的误差
由于对侧零序电流助增，必将使测量电阻Rg增大，约扩大了1／C0倍，这对提高保护的带接地电阻能力不利。顺便指出，采用判据3建立的阻抗保护，还有一个优点，就是在
正常运行时，负荷阻抗不会造成保护误动。因为在负荷状态下，非常小，负荷阻抗角也不可能达到线路阻抗角，因此保护测量到的R分量会非常大，不会进入保护动作区，动模试验已经得到证明。这样采用四边形距离继电器，就可以适当放宽电阻定值的整定，以提高保护允许接地电阻能力，且没有负荷阻抗进入动作区误动的担心。
在做接地距离继电器动作特性曲线静态试验时，常规试验方法，是将零序补偿系数整定为0，电流大小相位一定，电压相位从0°～360°，改变电压大小从阻抗不动区进入动作区，记录动作电压，电压除以电流得到动作阻抗，在坐标纸上作出阻抗特性曲线。试验步骤是正确的，但在计算保护动作阻抗的方法上存在问题，此方法仅限于采用判据1的接地距离保护，对于判据2的①项也成立。但对于判据2的②项和判据3
由于没考虑
的动作特性。
下面对接地距离保护的试验原理和方法进行分析。
3 试验方法
对单相接地距离继电器的试验方法，总是通过改变试验源的单相电压电流实现。对于施加的故障相电
压，可以分解为故障线路上的压降UL和接地电阻上的压
降 的影响，必然会使计算出来的动作阻抗和保护的实际动作阻抗不对应，作出的动作阻抗轨迹不能真实表达保护
从而求出对应的线路正序电抗、正序电阻以及接地电阻。可以看出只要零序补偿系数确定，对应任意电压电流，都可以分解为单侧充电线路上一点经一定电阻接地的试验模型。因此，静态试验时，完全可以考核到零序补偿系数和接地电阻对接地距离保护的影响。
（1）确定保护的整定值
静态试验时，不考虑零序补偿系数，无非是为了简化计算，这对采用判据1建立的保护是适用的，因为在零序补偿系数整定为0时，判据1已经简化为，将保护动作电压除以电流就是动作阻抗。因此对采用判据1的保护为计算方便，可以将零序补偿系数整定为0，虽然不能考核到保护的零序补偿回路，但这样的计算结果还是正确的。
对采用判据2和判据3建立的保护，动作阻抗的计算就不那么简单，不管对补偿系数怎么整定，动作阻抗都需要通过解方程求出。
对接地距离保护的零序补偿系数和线路正序阻抗角，可以按照220kV或500kV（根据保护的应用范围）的典型线路参数确定。比如按220kV、100km线路，以下均为二次值。
下面以判据3建立的多边形接地距离保护为例，进行整定并试验，见图1。
补偿系数的整定，KR＝1．64，KX＝0．62，K1＝0．18。
动作范围的整定，因为是静态试验可以没有动模试验或电力系统整定那么严格，这里取XDZ＝3．6Ω，RDZ＝5Ω。
（2）常规试验的步骤是正确的
电流恒定IA＝3I0＝5∠0°A（额定电流），电压UA相位从0°～360°，每10°一档（在说明问题，保证精度的前提下可适当调整），降低电压值从阻抗不动作区进入动作区，记录接地距离保护动作时的施加电压UA。计算出动作阻抗，将试验结果列表，并在坐标纸上作出阻抗动作轨迹图。
这里特别指出的是，在计算保护动作阻抗时，一定要根据保护的不同动作判据分别对待。 对于采用判据3的保护计算过程如下：
将试验测量数据电压、电流分解为实部（c）和虚部（s）代入上式，可以解出：
线路正序电抗
得到测量电抗为X1，测量电阻为X1·K1＋Rg。从而计算出动作阻抗。从以上的计算过程可以看出考虑不考虑零序补偿系数只对I′Φ的计算有影响，就是说将零序补偿系数整定为0，计算阻抗的过程也得不到多少简化，都要通过解方程求解。因此为了考核全面，建议试验时考虑零序补偿系数，并严格按照保护的判据进行阻抗计算。
这里列出一组试验数据，当施加电压角度为50°时，降低电压从保护的不动作区进入动作区，记录到保护动作电压是33．5V。按照上面的计算方法得到保护动作阻抗是4．641∠43．02°Ω，见图1。
（3）为检验保护的动作精度，根据保护的动作判据和整定值，当施加电压角度确定后，可以计算出保护理论动作电压和动作阻抗。
比如，在上面的试验中施加电压角度为50°时，作进一步分析，可以计算出保护理论动作电压为33．66∠50°V，理论动作阻抗为4．663∠43．02°Ω，本次试验相当于模拟了单端电源供电线路的80．75km处，发生A相经2．848Ω电阻接地故障，可以分解为线路压降26．82V，接地电阻上压降14．24V，向量图见图2。
4 结束语
线路发生单相经高阻接地故障时，为提高保护的测量精度，微机保护一般采用了区别于常规保护的复杂判据。在静态试验，计算保护的动作阻抗时，一定要按照保护的动作判据进行，由于计算错误盲目认为保护在偏离灵敏角时误差大，是不正确的。对复杂的计算过程可借助于计算机实现。
参考文献：
［1］王梅义，等．高压电网继电保护运行技术［M］．北京：水利电力出版社，1984．