输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析

本文着重介绍两端电流相量和故障特征，其中包括两端功率方向的故障特征、 两端电流相位特征两端电流相位特征以及两端测量阻抗的特性。
1. 两端电流相量和故障特征
电流相量不但反映电流的大小，还反映电流的方向。当线路发生内部故障时（a），在故障点有短路电流流出，若规定电流正方向为由母线流向线路，不考虑分布电容影响，两端电流相量和等于流入故障点的电流相量和：
当线路发生外部故障或正常运行(中间既无电源(无电流注入)又无负荷(电流流出))时，任何时刻其两端电流相量和等于零。

（a）内部故障 （b）外部故障
图1 双端电源线路区内、外故障示意图
2. 两端功率方向的故障特征
当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；当发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。

（a）内部故障功率方向 （b）外部故障功率方向
图2 双端电流线路区内、外故障功率方向
3. 两端电流相位特征
两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即相位差为0°；而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位差为180°。

图3

4. 两端测量阻抗的特性
当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。