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摘 要：距离保护是110kV及以下等级输电线路继电保护的重要组成部分，在当前复杂的电力网络环境下，对促进电网的安全稳定运行起到了重要的作用。文章通过对线路距离保护在异常工况下的运行状态分析，简述了距离保护的阻抗继电器的工作原理，介绍了PT断线、CT断线、系统振荡以及高阻接地等工况下，保护装置的距离保护可能出现的拒动及误动情况以及成因。同时，结合工程实践经验，针对性提出了一些应用中的处理措施。通过分析，探讨线路距离保护装置实际运行中可能出现故障的分析方法和思路。
关键词：距离保护;PT断线;CT断线;系统振荡
Abstract： Distance protection is an important part of relay protection for 110kV transmission lines. In the current complex power network environment， it plays an important role in promoting the safe and stable operation of power grid. Based on the analysis of the operation state of the line distance protection under abnormal conditions， this paper briefly describes the working principle of the impedance relay of the distance protection， and introduces the possible refusal and misoperation of the distance protection of the protection device under the conditions of PT break， CT break， system oscillation and high resistance grounding， as well as the causes. At the same time， combined with practical engineering experience， some treatment measures in application are put forward. Through the analysis， this paper discusses the analysis methods and ideas of possible faults in the actual operation of line distance protection device.
Keywords： distance protection;PT break; CT break; system oscillation
输电线路的距离保护由于不受系统运行方式变化的影响，所以在110kV及以下电压等级的较复杂的电力网络，可以作为一种主要的输电线路线继电保护配置。在距离保护中，阻抗继电器（或称阻抗元件）通过测量故障电压和故障电流计算保护安装点到线路故障点至的阻抗。在实际工程实践中，由于工频电压、电流量受到各种因素的扰动，导致测量阻抗偏离实际值，引起距离保护中阻抗元件误判，需要在距离保护装置设计时进行针对性处理，提高装置的可靠性。
1 距离保护的阻抗分析
距离保护装置通常配置了三段相间距离和三段接地距离继电器。
对于接地距离保护，其测量阻抗可以通过下式计算：
式中為零序补偿系数，反应非故障相零序电流产生的互感磁场对故障相的影响，与正序阻抗和零序阻抗有关，其计算公式为：
对于相间距离保护，其测量阻抗可以通过下式计算：
在正常工况下，当线路上发生故障，保护安装处测得的电流包含了线路的负荷电流和故障电流两个部分，据此计算的测量阻抗能够正确反应故障点与保护安装处之间的阻抗，从而准确定位故障的距离。 2 PT断线对距离保护的影响
距离保护运行过程中，当电压互感器的二次侧发生短路故障，或者二次侧熔断器的某一相或几相熔断等现象发生时，均会导致二次PT断线失压。此时，距离保护将失去电压，对应相阻抗继电器没有了工作电压，而测量电流任然有负荷电流通过，该继电器就有可能发生误动。
现行微机继电保护装置，只有在启动元件动作、阻抗继电器动作，保护装置才会形成出口动作逻辑。而我们通常采用零序电流、相电流或相间电流的突变等电流量作为启动元件，这时即使发生了PT断线故障导致阻抗继电器动作，也不会引起保护装置的误动。同时为了防止PT断线期间由于系统操作、区外故障等引起启动元件动作而造成误动，保护装置应该设置PT断线闭锁的逻辑。在电压互感器二次断线失压时，PT断线闭锁逻辑发出告警信号，同时闭锁距离保护。
对于以距离保护和零序保护作为主保护进行配置的线路保护装置，当发生PT断线又未能及时处理时，由于距离保护被闭锁，如果这时发生了故障，可能造成保护装置拒动。通常在保护功能配置时增加PT断线过流保护功能，该功能受距离保护功能投入控制。当距离保护退出时，该功能不起作用;当距离保护功能投入，如果此时发生了PT断线故障，该功能自动投入使用。
3 CT断线对距离保护的影响
电力系统中二次侧出现CT断线时，从上式（1）的分析可知，无论是断线相还是非断线相，测得的接地阻抗均增大，此时接地距离继电器不会发生误作。而对于相间距离继电器，由式（3）分析可知，测量阻抗或不受断线影响或增大，也不会误动作。也就是说，线路发生CT断线时，对距离保护装置运行无明显影响。
以单相接地故障为例分析，CT断线未发生时，保护装置单相接地的测量阻抗可以用下式表示：
式中，为故障相的负荷电流;为故障相测量电压;为故障分量电流;与故障点向保护安装侧的正序和零序分配系数相关。
当其中一相发生CT断线后，另外一相出现单相接地故障时，故障相测量阻抗为：
比较式（4） 和式（5） 可知，和区别就在于后者受到相负荷电流的影响。当此时线路空载则时 = ，即故障状态下的测量阻抗不受CT 断线影响。当线路带载时发生故障，和的大小主要由断线相的负荷电流与故障相故障电流的相位关系决定。
通过分析知道，当距离保护装置安装系统的电源侧或者负荷侧时，由于系统潮流方向不同，CT断线的断线相和故障相的电流相位关系正好是相反的，由此带来故障时拒动和误动的影响也随电流相位的超前滞后而不同。输电线路越短、负荷电流越大，CT断线对距离保护的影响也就越严重。
由于距离Ⅰ段是零延时的快速动作段，如果线路负荷较大，在出现CT断线后继发区外单相接地故障，测量阻抗的偏差会导致距离Ⅰ段保护误动。所以距离Ⅰ段保护的逻辑中建议增加CT 断线闭锁功能，工程现场根据实际情况需要进行投退。
4 系统振荡对距离保护的影响
电力系统的发电机在正常运行时处于同步运行状态，当并列运行的系统失去同步时，系统功率角会在大范围内周期性变化，出现电力系统振荡。电力系统振荡多数是由于系统切除短路故障时间太慢或者遭受较大冲击，系统暂态稳定性破坏。通常系统发生振荡后，由于励磁调节器或自动装置的作用，会在若干周期后恢复同步。系统振荡时系统功角变化导致的测量电流、电压周期性变化，可能导致继电保护误动作。所以，距离保护装置需要综合考虑系统振荡对其阻抗继电器的工作影响。
系统振荡时，随着电压和电流的周期性变化，对应距离保护阻抗继电器的测量阻抗也出现周期性变化。当变化的阻抗进入到阻抗继电器的动作范围内时，距离保护就会发生误动。实际工程中，当保护装置所在的位置越靠近系统振荡中心位置，距离保護受到的影响越大。所以针对系统振荡，距离保护中需要增加振荡闭锁的元件，以确保振荡时不会产生误动和拒动。
装置的振荡闭锁有多种设计方式，正确区分短路故障和振荡、正确识别振荡过程中发生的短路故障是振荡闭锁逻辑的基本要求。综合工程实践经验，总结了一种振荡闭锁的逻辑，该逻辑分三个部分，任意一个动作开放保护。
4.2.1 起动开放元件
正常运行或系统振荡时，突变量元件不动作，振荡闭锁不开放，将距离Ⅰ、Ⅱ段实行闭锁。在故障发生的瞬间起动元件开放，由于动作没有突变量迅速，可以依据正序电流的大小来开放振荡闭锁160ms。当区外故障或操作时，可能导致起动开放，但是此时有突变量、阻抗元件等共同作用，可以实现振荡的闭锁，不会发生误动。
4.2.2 不对称故障开放元件
对于振荡过程中的不对称故障，可以通过负序电流、零序电流与正序电流来识别，该元件的动作判据为 。考虑到两侧电动势夹角在180°附近区外部短路故障时不能开放保护，m的取值不应小于0.5，一般可以取m = 0.66以留有相当裕度。
4.2.3 对称故障开放元件 可以采用振荡中心电压来识别发生在起动元件开放160ms以后或系统振荡过程中的三相故障，振荡中心电压为。
为正序电压，是正序电压和电流之间的夹角。
当时，延时150ms开放;
当 时，延时500ms开放。
5 高阻接地对距离保护的影响
以单相接地故障为例分析，当输电线路上发生单相接地时，往往不会是理想状态下的金属性接地故障，而是存在过渡电阻。此时，在保护安装处测量到的阻抗不仅包含有线路的阻抗，还出现了附加的接地阻抗，破坏了测量阻抗与故障点到保护安装处之间的正比关系。附加的测量阻抗可以由下式表示：
式中为故障电流，为接地电阻，继电器的测量阻抗为。对于发电侧的距离保护装置，测得的附加阻抗呈容性，如图1（a）所示，保护区外故障时的测量阻抗可能落入设定动作特性圆内，形成保护区超越，引起装置的误动。反之，在受电侧时测得的阻抗呈感性，如图1（b）所示，当发生区内故障时，由于附加阻抗的影响，导致测量阻抗落在设定动作特性圆外，造成继电器拒动。这种影响随着负荷电流的增大和过渡电阻的增大而增大，在较短的线路会导致继电器无法正常工作。
距离继电器主元件以正序电压为极化量的方向阻抗继电器，可以有效提高保护区内故障时的允许过渡电阻的能力。对于接地距离继电器，设置了零序电抗继电器作为辅助元件，使保护区不受接地过渡电阻影响，从而有效提高了保护区的稳定性。而当装置使用在较短线路的保护中时，对极化电压进行移相，可以使装置的允许过渡电阻进一步扩大。
以接地距离继电器为例分析，对于正序电压极化的方向阻抗继电器，工作电压为，极化电压为。其中： 指A、B、C相别，为工作电压，为极化电压，为整定阻抗，为正序电压，为接地距离偏移角。
接地距离极化电压引入移相角，其作用是在短线路应用时，将方向阻抗特性向第一象限偏移，以扩大允许故障过渡电阻的能力。取值范围为0°、15°、30°，该继电器可测量很大的故障过渡电阻，但在对侧电源助增下可能超越，因而引入了零序电抗继电器以防止超越。
零序电抗继电器的工作电压为，极化电压为，式中为接近90度的模拟阻抗。零序电抗特性见图2中的直线A，假定与过渡电阻上压降同相位，则直线A与过渡电阻上压降所呈现的阻抗相平行，因此，零序电抗特性对过渡电阻有自适应的特征。实际的零序电抗特性由于为78°而要下倾12°，所以当实际系统中由于两侧零序阻抗角不一致而使与过渡电阻上压降有相位差时，继电器仍不会超越。
由带偏移角的方向阻抗继电器和零序电抗继电器结合，可以使距离阻抗继电器能测量很大的故障过渡电阻而不会超越。
6 小结
距离保护装置，以距离保护作为装置的主保护，实现线路的全线保护功能。本文通过分析异常工况下距离继电器的测量阻抗变化，得出距离保护可能出现的拒动及误动成因，并结合工程实践经验提出了针对性处理措施，希望通过本文探讨为距离保护装置的实际工程设计及运行维护提供参考。
参考文献：
[1]洪立玮，尹倩.输电线路进线档相间距精确计算方法与算法优化[J].农村电气化，2018（12）：14-16.
[2]Ma Jing，Xiang Xiaoqiang，Li Pei，et al.Adaptive distance protection scheme with quadrilateral characteristic for extremely high-voltage/ultra-high-voltage transmission line[J].IET generation， transmission & distribution，2017，11（7）.
[3]彭素華.一起110kV线路距离保护误动的原因分析及对策[J].建筑工程技术与设计，2020（22）：4113.
[4]冯爱成，王宝华，单馨.含光伏电源配电网的自适应距离保护[J].电力系统保护与控制，2018（16）：141-147.
[5]Ma Jing，Yan Xin，Ma Wei，et al.A New Adaptive Distance Protection Scheme for a Transmission Line[J].Electric Power Components & Systems，2016，44（1）.
[6]詹智华，陈福锋，詹荣荣，周春霞，李岩军.CT断线并短路故障对距离保护动作特性影响分析[J].电气应用，2014，33（09）：86-90.
作者简介：张志峰（1980— ），男，汉族，湖南长沙人，硕士，电气自控专业工程师，主要致力于中低压领域的继电保护技术的研究、微电网控制技术研究，从事微机继电保护装置及配套产品的设计研发工作。
关键词：距离保护;PT断线;CT断线;系统振荡
Abstract： Distance protection is an important part of relay protection for 110kV transmission lines. In the current complex power network environment， it plays an important role in promoting the safe and stable operation of power grid. Based on the analysis of the operation state of the line distance protection under abnormal conditions， this paper briefly describes the working principle of the impedance relay of the distance protection， and introduces the possible refusal and misoperation of the distance protection of the protection device under the conditions of PT break， CT break， system oscillation and high resistance grounding， as well as the causes. At the same time， combined with practical engineering experience， some treatment measures in application are put forward. Through the analysis， this paper discusses the analysis methods and ideas of possible faults in the actual operation of line distance protection device.
Keywords： distance protection;PT break; CT break; system oscillation
输电线路的距离保护由于不受系统运行方式变化的影响，所以在110kV及以下电压等级的较复杂的电力网络，可以作为一种主要的输电线路线继电保护配置。在距离保护中，阻抗继电器（或称阻抗元件）通过测量故障电压和故障电流计算保护安装点到线路故障点至的阻抗。在实际工程实践中，由于工频电压、电流量受到各种因素的扰动，导致测量阻抗偏离实际值，引起距离保护中阻抗元件误判，需要在距离保护装置设计时进行针对性处理，提高装置的可靠性。
1 距离保护的阻抗分析
距离保护装置通常配置了三段相间距离和三段接地距离继电器。
对于接地距离保护，其测量阻抗可以通过下式计算：
式中為零序补偿系数，反应非故障相零序电流产生的互感磁场对故障相的影响，与正序阻抗和零序阻抗有关，其计算公式为：
对于相间距离保护，其测量阻抗可以通过下式计算：
在正常工况下，当线路上发生故障，保护安装处测得的电流包含了线路的负荷电流和故障电流两个部分，据此计算的测量阻抗能够正确反应故障点与保护安装处之间的阻抗，从而准确定位故障的距离。 2 PT断线对距离保护的影响
距离保护运行过程中，当电压互感器的二次侧发生短路故障，或者二次侧熔断器的某一相或几相熔断等现象发生时，均会导致二次PT断线失压。此时，距离保护将失去电压，对应相阻抗继电器没有了工作电压，而测量电流任然有负荷电流通过，该继电器就有可能发生误动。
现行微机继电保护装置，只有在启动元件动作、阻抗继电器动作，保护装置才会形成出口动作逻辑。而我们通常采用零序电流、相电流或相间电流的突变等电流量作为启动元件，这时即使发生了PT断线故障导致阻抗继电器动作，也不会引起保护装置的误动。同时为了防止PT断线期间由于系统操作、区外故障等引起启动元件动作而造成误动，保护装置应该设置PT断线闭锁的逻辑。在电压互感器二次断线失压时，PT断线闭锁逻辑发出告警信号，同时闭锁距离保护。
对于以距离保护和零序保护作为主保护进行配置的线路保护装置，当发生PT断线又未能及时处理时，由于距离保护被闭锁，如果这时发生了故障，可能造成保护装置拒动。通常在保护功能配置时增加PT断线过流保护功能，该功能受距离保护功能投入控制。当距离保护退出时，该功能不起作用;当距离保护功能投入，如果此时发生了PT断线故障，该功能自动投入使用。
3 CT断线对距离保护的影响
- 非故障状态下影响
电力系统中二次侧出现CT断线时，从上式（1）的分析可知，无论是断线相还是非断线相，测得的接地阻抗均增大，此时接地距离继电器不会发生误作。而对于相间距离继电器，由式（3）分析可知，测量阻抗或不受断线影响或增大，也不会误动作。也就是说，线路发生CT断线时，对距离保护装置运行无明显影响。
- 故障状态下阻抗分析
以单相接地故障为例分析，CT断线未发生时，保护装置单相接地的测量阻抗可以用下式表示：
式中，为故障相的负荷电流;为故障相测量电压;为故障分量电流;与故障点向保护安装侧的正序和零序分配系数相关。
当其中一相发生CT断线后，另外一相出现单相接地故障时，故障相测量阻抗为：
比较式（4） 和式（5） 可知，和区别就在于后者受到相负荷电流的影响。当此时线路空载则时 = ，即故障状态下的测量阻抗不受CT 断线影响。当线路带载时发生故障，和的大小主要由断线相的负荷电流与故障相故障电流的相位关系决定。
- 故障状态下影响
通过分析知道，当距离保护装置安装系统的电源侧或者负荷侧时，由于系统潮流方向不同，CT断线的断线相和故障相的电流相位关系正好是相反的，由此带来故障时拒动和误动的影响也随电流相位的超前滞后而不同。输电线路越短、负荷电流越大，CT断线对距离保护的影响也就越严重。
由于距离Ⅰ段是零延时的快速动作段，如果线路负荷较大，在出现CT断线后继发区外单相接地故障，测量阻抗的偏差会导致距离Ⅰ段保护误动。所以距离Ⅰ段保护的逻辑中建议增加CT 断线闭锁功能，工程现场根据实际情况需要进行投退。
4 系统振荡对距离保护的影响
电力系统的发电机在正常运行时处于同步运行状态，当并列运行的系统失去同步时，系统功率角会在大范围内周期性变化，出现电力系统振荡。电力系统振荡多数是由于系统切除短路故障时间太慢或者遭受较大冲击，系统暂态稳定性破坏。通常系统发生振荡后，由于励磁调节器或自动装置的作用，会在若干周期后恢复同步。系统振荡时系统功角变化导致的测量电流、电压周期性变化，可能导致继电保护误动作。所以，距离保护装置需要综合考虑系统振荡对其阻抗继电器的工作影响。
- 系统振荡对距离保护的影响
系统振荡时，随着电压和电流的周期性变化，对应距离保护阻抗继电器的测量阻抗也出现周期性变化。当变化的阻抗进入到阻抗继电器的动作范围内时，距离保护就会发生误动。实际工程中，当保护装置所在的位置越靠近系统振荡中心位置，距离保護受到的影响越大。所以针对系统振荡，距离保护中需要增加振荡闭锁的元件，以确保振荡时不会产生误动和拒动。
- 振荡闭锁逻辑的构成
装置的振荡闭锁有多种设计方式，正确区分短路故障和振荡、正确识别振荡过程中发生的短路故障是振荡闭锁逻辑的基本要求。综合工程实践经验，总结了一种振荡闭锁的逻辑，该逻辑分三个部分，任意一个动作开放保护。
4.2.1 起动开放元件
正常运行或系统振荡时，突变量元件不动作，振荡闭锁不开放，将距离Ⅰ、Ⅱ段实行闭锁。在故障发生的瞬间起动元件开放，由于动作没有突变量迅速，可以依据正序电流的大小来开放振荡闭锁160ms。当区外故障或操作时，可能导致起动开放，但是此时有突变量、阻抗元件等共同作用，可以实现振荡的闭锁，不会发生误动。
4.2.2 不对称故障开放元件
对于振荡过程中的不对称故障，可以通过负序电流、零序电流与正序电流来识别，该元件的动作判据为 。考虑到两侧电动势夹角在180°附近区外部短路故障时不能开放保护，m的取值不应小于0.5，一般可以取m = 0.66以留有相当裕度。
4.2.3 对称故障开放元件 可以采用振荡中心电压来识别发生在起动元件开放160ms以后或系统振荡过程中的三相故障，振荡中心电压为。
为正序电压，是正序电压和电流之间的夹角。
当时，延时150ms开放;
当 时，延时500ms开放。
5 高阻接地对距离保护的影响
- 过渡电阻对阻抗继电器的影响
以单相接地故障为例分析，当输电线路上发生单相接地时，往往不会是理想状态下的金属性接地故障，而是存在过渡电阻。此时，在保护安装处测量到的阻抗不仅包含有线路的阻抗，还出现了附加的接地阻抗，破坏了测量阻抗与故障点到保护安装处之间的正比关系。附加的测量阻抗可以由下式表示：
式中为故障电流，为接地电阻，继电器的测量阻抗为。对于发电侧的距离保护装置，测得的附加阻抗呈容性，如图1（a）所示，保护区外故障时的测量阻抗可能落入设定动作特性圆内，形成保护区超越，引起装置的误动。反之，在受电侧时测得的阻抗呈感性，如图1（b）所示，当发生区内故障时，由于附加阻抗的影响，导致测量阻抗落在设定动作特性圆外，造成继电器拒动。这种影响随着负荷电流的增大和过渡电阻的增大而增大，在较短的线路会导致继电器无法正常工作。
- 常用提高抗过渡电阻能力的方法
距离继电器主元件以正序电压为极化量的方向阻抗继电器，可以有效提高保护区内故障时的允许过渡电阻的能力。对于接地距离继电器，设置了零序电抗继电器作为辅助元件，使保护区不受接地过渡电阻影响，从而有效提高了保护区的稳定性。而当装置使用在较短线路的保护中时，对极化电压进行移相，可以使装置的允许过渡电阻进一步扩大。
以接地距离继电器为例分析，对于正序电压极化的方向阻抗继电器，工作电压为，极化电压为。其中： 指A、B、C相别，为工作电压，为极化电压，为整定阻抗，为正序电压，为接地距离偏移角。
接地距离极化电压引入移相角，其作用是在短线路应用时，将方向阻抗特性向第一象限偏移，以扩大允许故障过渡电阻的能力。取值范围为0°、15°、30°，该继电器可测量很大的故障过渡电阻，但在对侧电源助增下可能超越，因而引入了零序电抗继电器以防止超越。
零序电抗继电器的工作电压为，极化电压为，式中为接近90度的模拟阻抗。零序电抗特性见图2中的直线A，假定与过渡电阻上压降同相位，则直线A与过渡电阻上压降所呈现的阻抗相平行，因此，零序电抗特性对过渡电阻有自适应的特征。实际的零序电抗特性由于为78°而要下倾12°，所以当实际系统中由于两侧零序阻抗角不一致而使与过渡电阻上压降有相位差时，继电器仍不会超越。
由带偏移角的方向阻抗继电器和零序电抗继电器结合，可以使距离阻抗继电器能测量很大的故障过渡电阻而不会超越。
6 小结
距离保护装置，以距离保护作为装置的主保护，实现线路的全线保护功能。本文通过分析异常工况下距离继电器的测量阻抗变化，得出距离保护可能出现的拒动及误动成因，并结合工程实践经验提出了针对性处理措施，希望通过本文探讨为距离保护装置的实际工程设计及运行维护提供参考。
参考文献：
[1]洪立玮，尹倩.输电线路进线档相间距精确计算方法与算法优化[J].农村电气化，2018（12）：14-16.
[2]Ma Jing，Xiang Xiaoqiang，Li Pei，et al.Adaptive distance protection scheme with quadrilateral characteristic for extremely high-voltage/ultra-high-voltage transmission line[J].IET generation， transmission & distribution，2017，11（7）.
[3]彭素華.一起110kV线路距离保护误动的原因分析及对策[J].建筑工程技术与设计，2020（22）：4113.
[4]冯爱成，王宝华，单馨.含光伏电源配电网的自适应距离保护[J].电力系统保护与控制，2018（16）：141-147.
[5]Ma Jing，Yan Xin，Ma Wei，et al.A New Adaptive Distance Protection Scheme for a Transmission Line[J].Electric Power Components & Systems，2016，44（1）.
[6]詹智华，陈福锋，詹荣荣，周春霞，李岩军.CT断线并短路故障对距离保护动作特性影响分析[J].电气应用，2014，33（09）：86-90.
作者简介：张志峰（1980— ），男，汉族，湖南长沙人，硕士，电气自控专业工程师，主要致力于中低压领域的继电保护技术的研究、微电网控制技术研究，从事微机继电保护装置及配套产品的设计研发工作。