摘要：高压输电线路zui常见的故障是单相接地故障。为了提高距离继电器对单相接地故障的灵敏反应能力，简化继电器的表达方式，通过分析接地距离继电器的极化量，提出了单相补偿式接地距离继电器的统一形式。通过改变其中参数便可构成10多种常用的单相接地距离继电器。
　　
　　0引言
　　
　　在高压输电线路各类故障中，单相接地故障往往占80％以上。因此，提高单相接地距离继电器的性能，对于减少故障引起的损失、提高系统的稳定性具有重要意义。长期以来，广大继电保护工作者在科研和生产的实践中提出了各种各样的接地距离继电器，这些继电器的表述方式各有不同，性能特点也略有区别[1]。分析、研究这些继电器的性能，进而加以改进、提高，就成为继电保护研究的一个重要内容。为了研究方便，文献[2]将这些继电器分为3类：单相阻抗继电器；多相阻抗继电器，测距式距离继电器。文献[3]按照继电器的动作量、极化量的不同将它们分为4类。各种分类方法的侧重点不同。
　　
　　本文将接地距离继电器分为两类：①单相补偿式接地距离继电器，即仅利用故障相信息或对其进行补偿的接地距离继电器，本文称其为第1类；②多相补偿式接地距离继电器，即利用健全相和故障相综合信息的接地距离继电器，本文称其为第Ⅱ类。属于第1类的有：单相阻抗继电器，故障分量阻抗继电器，故障分量电抗继电器。属于第Ⅱ类的有：多相补偿距离继电器，序分量距离继电器，测距式距离继电器。四边形距离继电器和综合比相距离继电器实际上是第1、Ⅱ两类中几种继电器的综合使用。
　　
　　通过研究发现，第1类接地距离继电器在动作性能上具有很多共性，面临的困难也非常相似，*可以用一种统一的形式加以表述，综合进行研究。
　　
　　这种统一表述形式的重要意义在于：
　　
　　a．可以满足现场的不同的实际需要。现场实际应用过程中，往往需要针对不同的一次系统情况，选用不同的接地距离继电器，这反映在微机保护中就需要编写不同的继电器子程序，在模拟式保护中就要安装不同的继电器。有了统一表述形式，就可以仅通过选取不同的整定值实现各种继电器，从而大大提高现场应用的灵活性，同时简化了程序设计。
　　
　　b．为进一步的技术创新创造了条件。这一点尤其重要。通过以一种统一的表达形式对单相补偿式接地距离继电器的本质特征加以揭示，就可以根据实际情况创造出新的接地距离继电器。
　　
　　1单相补偿式接地距离继电器的统一形式
　　
　　本文设计的单相补偿式接地距离继电器的统一形式可以有式（1）和式（2）两种：

　　
　　对比式（1）、式（2）可以看出，将式（2）进行合并简化就可以得到式（1）。本文给出式（2）主要是为了更好地理解统一形式的意义。
　　
　　2统一形式与接地距离继电器的关系
　　
　　下面介绍统一形式如何通过给定整定系数而转化为现有各种形式的单相补偿式接地距离继电器的。
　　
　　式（4）就是带记忆的姆欧继电器的动作判据。
　　
　　c.故障分量阻抗继电器
　　
　　文献[1]所示的故障分量阻抗继电器的动作判据为：
　　
　　d.电抗继电器
　　
　　通常采用的电抗继电器的表述形式为：
　　
　　将ZSET2的相角移到式（8）的两侧，可看到式（7）、式（8）实际上是*相同的。
　　
　　e.抛球特性阻抗继电器
　　
　　当设定不同的ZSET2时，就可以得到偏移特性或抛球特性的各种阻抗继电器。
　　
　　、将上述情况进行总结，可得到各种单相补偿式接地距离继电器与统一形式的各个整定值之间的关系，如表1所示。表中还列出了其他几种继电器类型及其整定值。

　　
　　若各继电器的极化量根据需要进行偏移，可以通过改变K1～K6的相角实现。
　　
　　3两种新型接地距离继电器
　　
　　下面介绍根据统一形式构造出的两种新型接地距离继电器。
　　
　　a．自适应型姆欧继电器

　　
　　该继电器的*优点是：其动作边界可以随接地电阻而动态变化，从而具有良好的耐受接地电阻能力，动作判据形式非常简单，便于理解，易于整定。
　　
　　b.灵敏接地距离继电器
　　
　　该继电器的*优点是：其动作边界固定且受过渡电阻的影响非常小，具有良好的耐受接地电阻能力;其动作边界实际上是按照保护区末端建立的，因此动作判据形式非常直观，便于理解。但当区外故障和反方向故障时，可能出现误动作的情况，需要增加辅助判据，以保证其可靠性。
　　
　　为了直观地进行分析比较，下面给出利用基于ATP复杂网络模型的TRCP—2阻抗继电器暂态特性分析程序进行的仿真验证结果。系统仿真模型如图1所示。
　　
　　仿真计算过程如下。首先将被保护线路分为若干小段，故障点的选取从线路出口开始逐步沿各小段的端部移到对端母线，在计算每个故障点时，接地电阻的选取也是逐步变化的，从0Ω增加接地电阻，从900Ω减少接地电阻，从两个方向逐渐进行计算。若对某个接地电阻动作，就在动作特性图中将对应点标出，直至整个0～900Ω的区域扫描完成为止。图2～图4分别表示在相同系统参数情况下，自适应姆欧继电器、灵敏距离继电器和方向阻抗继电器的动作特性。图中，虚线区域表示保护的动作区，空白区域表示保护的不动作区；各图分别给出了保护安装在送电侧和受电侧的情况，故障类型均为A相接地故障，继电器相别均为A相，L为电气距离百分数。
　　
　　从图2～图4仿真图形可以看出，相对于方向阻抗继电器，本文提出的两种单相式距离继电器具
　　



　　有更强的抗过渡电阻能力，特别是自适应姆欧继电器具有比较理想的动作特性。总的说来，统一形式为进一步的技术创新提供了一个基础，但选择极化量的具体标准是什么，还需要更深入的探讨。本文在这方面做了初步的思考。
　　
　　4统一形式极化量选择的理论初探
　　
　　从统一形式可以看出，各种单相式接地距离继电器的动作量是*相同的，不同的仅仅是极化量。正是极化量的不同直接影响了接地距离继电器的动作性能。这是因为动作量仅仅起到了指出整定点电压即保护区位置的作用，而极化量才起到指出短路点是否位于保护区内的作用。因此，讨论极化量的选取方法特别重要，直接关系到这种短路点的指示是否准确，特别是在保护区的末端附近短路时。下面从理论上对第1类接地距离继电器的极化量选取方法进行初步探讨，以供商榷。
　　
　　这里首先明确一个结论，即任何情况下，短路点的电压是zui有效的指示短路点位置的极化量。因此，极化量选取的第1个关键原则是：在任何情况下极化量的相位应尽量逼近短路点电压相量，逼近程度直接决定了接地距离继电器的性能，第2个关键原则是：因为接地距离继电器在任何情况下都不应该超越，且短路点电压不可能通过线路一侧电量获得，在选取极化量时一定要保证不引起保护超越。
　　
　　在式（2）表示的统一形式的极化量中共有6种电量，分别是故障前、后的测量电压、线路压降、整定点电压。初步研究发现，这6个电压对故障点的指示起到了不同的作用，归纳如下：
　　
　　a．整定点电压量反应临近保护范围末端的短路灵敏度较好，但在保护区首端则灵敏度相对较差。
　　
　　b．同时利用短路前、后的同一电压量，例如：
　　
　　以获得更高的灵敏度。这种灵敏度的获得实际上是由于故障分量的选用引起，而且是以远方故障可能超越为代价的。
　　
　　c．单纯的线路压降也可以灵敏地反应短路情况，例如ìZSET，但这种反应是没有方向性的，当反方向短路时继电器也会动作，因此必须配合有方向的继电器使用。
　　
　　d．所有可以用统一形式表示的接地距离继电器都面临“同相问题”的影响，这是因为同相点前后的理想极化量UF和动作量的相位关系发生了质的变化，仅依靠统一形式无法解决这一问题，而且采用切换判据也极易带来保护的误动作。
　　
　　e.在保证不超越的情况下，极化量逆时针旋转90°越接近故障后的点电压使继电器耐受更高的接地电阻。
　　
　　f．为了保证可靠地不超越，往往需要增加一个偏转角，该偏转角的获得可以通过极化量乘一个相量系数获得。
　　
　　5结语
　　
　　本文提出了单相补偿式接地距离继电器的统一形式，介绍了统一形式与各具体继电器的关系，并给出了两种通过统一形式构造出的新的接地距离继电器。可以发现，统一形式不仅实现了这一类接地距离继电器形式上的简化、统一，并为距离继电器的分析、选型和进一步创新提供了一个科学依据。本文zui后对统一形式的极化量选取进行了初步探讨。