夏丶biubiu
范文一：阻抗继电器地动作特性阻抗继电器地动作特性
PC REQUIREMENTS OF UR 阻抗继电器的动作特性 电厂继保2009-04-2019:11:33阅读80评论0字号:大中小
BC线路距离I段内发生单相接地故障。由于
1)线路参数是分布的，Ψd有差异;
2)CT,PT有误差; 3)故障点过渡电阻; 4)分布电容等; 为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。 圆1:以od为半径——全阻抗继电器(反方向故障时，会误动，没有方向性)
圆2:以od为直径——方向阻抗继电器(本身具有方向性)
圆3:偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等
利用复数平面分析阻抗继电器 阻抗继电器的实现原理: 幅值比较原理:
相位比较原理:
一、全阻抗继电器
特性:以保护安装点为圆心(坐标原点)，以Zzd为半径的圆，圆内为动作区。
Zdz.J——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。无论Ψd多大Zdz.J,Zzd，它没有方向性。
1、幅值比较原理:
两边同乘以IJ，且IJ×ZJ,UJ
动作方程式 2、相位比较原理:
分子、分母同乘以IJ:
二、方向阻抗继电器
以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。
Ψlm——最大灵敏角，它本身具有方向性。
1、幅值比较原理
2、相位比较原理
三、偏移特性阻抗继电器
反方向:偏移-αZzd(α<>
圆心:
半径:
Zdz.J随ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。
1、幅值比较原理
2、相位比较原理
总结三种阻抗的意义: 1)测量阻抗ZJ:由加入继电器的电压UJ与电流IJ的比值确定。
2)整定阻抗Zzd:一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。
全阻抗继电器:圆的半径 方向阻抗继电器:在最大灵敏角方向上圆的直径
偏移特性阻抗继电器:在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。
3)起动阻抗(动作阻抗)Zdz.J:它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压UJ和电流IJ的比值。 除全阻抗继电器以外:Zdz.J随ΨJ的不同而改变。当ΨJ=Ψlm时，Zdz.J=Zzd，此时最大。
范文二：过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析
过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析
福 州 大 学
2013届毕业设计论文
过渡电阻对不同特性阻抗继
电器的影响分析
指导教师:
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共 33 页
摘要
距离保护用电压与电流的比值(即阻抗)反映保护安装处到短路点距离的远近构成的继电保护，又称阻抗保护。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。但故障输电线路中存在较大的过渡电阻时，很容易引起距离保护拒动或误动。
本文介绍了距离保护的基本知识，分析了过渡电阻分别针对单电源、双电源线路距离保护中采用的不同阻抗继电器特性，并用MATLAB对电力系统运行及故障进行仿真分析，得出过渡电阻对保护的影响及消除其影响的有效措施。
关键词:距离保护 MATLAB仿真 阻抗继电器 过渡电阻
共 33 页
Abstract
Distance protection with the ratio of voltage and current (i.e., impedance) reflect the protection installed place to short-circuit point of distance relay protection, also known as the impedance protection. Compared with the current protection and voltage protection, distance protection performance influenced by system operation mode is smaller. But when there is a larger transition resistance fault in transmission line, it is easy to cause distance protection. Refusing action and error action
This paper introduces the basic knowledge of the distance protection, transition resistance were analyzed respectively for single power supply, power supply circuit adopts different impedance relay in distance protection features, and use MATLAB simulation analysis of power system operation and fault, the effect of transition resistance for the protection and the effective measures to eliminate its effects.
Key words: Distance protection MATLAB simulation Impedance relay Transition resistance
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目录
摘
要 ........................................................................................................................
..................................... 2
Abstract ........................................................................................................................................................ 3
前
言 ............................................................................................................................................................. 5
第一章 电网的距离保
护............................................................................................................................ 7
1.1 距离保护的基本概
念 ................................................................................................................... 7
1.2 距离保护的时限特
性 ................................................................................................................... 7
1.3 距离保护的组
成........................................................................................................................... 8
1.3.1 起动元
件 ...................................................................................................................... 8
1.3.2 方向元
件 ......................................................................................................................
8
1.3.3 距离元
件 ...................................................................................................................... 9
1.3.4 时间元
件 ...................................................................................................................... 9
1.4 阻抗继电
器 ................................................................................................................................. 9
第二章 仿真软
件 ..................................................................................................................................... 15
2.1 Matlab 的简
介 ............................................................................................................................ 15
2.2 Simulink的简
介 .......................................................................................................................... 17
第三章 过渡电阻对距离保护影响及解决措
施 ...................................................................................... 18
3.1 距离保
护 .................................................................................................................................... 18
3.2 过渡电
阻 .................................................................................................................................... 19
3.3 过渡电阻对距离保护的影响及解决措
施 ................................................................................. 19
3.3.1 过渡电阻对单侧电源线路的影
响 .................................................................................. 19
3.3.2 过渡电阻对双侧电源线路的影
响 .................................................................................. 20
3.3.4减小过渡电阻对距离保护影响的措
施 ........................................................................... 21
第四章 模型建立与仿
真........................................................................................................................ 24
4.1模型建
立 ..................................................................................................................................... 24
4.2不同场合过渡电阻的影
响 .......................................................................................................... 26
4.2.1 单侧电源线路上过渡电阻的影
响 .................................................................................. 27
4.2.2 双侧电源线路上过渡电阻的影
响 .................................................................................. 27
第五章 消除过渡阻抗算法及仿真结
果 .................................................................................................. 28
5.1消除过渡阻抗算
法 ...................................................................................................................... 28
5.2仿真结
果 ..................................................................................................................................... 30
参考文
献 ................................................................................................................................................... 33
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前言
随着电网规模越来越庞大，电压等级越来越高，如何有效、安全、可
靠地提高输送能力，是我国电网面临的迫切需要解决的问题。继电保护作
为电网安全稳定运行的第一屏障，始终承担着无可替代的作用。作为动作
于跳闸的继电保护，在技术上要满足四个要求，即可靠性、选择性、速动
性和灵敏性。可靠性是对继电保护性能的最根本要求。可靠性包括安全性
和信赖性。安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发
生误动作。信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统造成严重危害。然而，由于电力系统中短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，可引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短，从而导致保护的误动或拒动。 实际的距离保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。本文对过渡电阻对各种较常用的阻抗继电器的影响进行了分析与研究并提出了相应的消除措施。
过渡电阻一般为纯电阻。接地故障的过渡电阻包括电弧电阻和杆塔接地电阻，对树枝放电时还包括树枝电阻。每个杆塔的接地电阻，在土壤电阻率较低的地区一般为10?;在电阻率较高的地方，可达30?，甚至更高一些。接地故障时最大的过渡电阻发生在导线对树枝放电之时。在实际电力系统中，过渡电阻受当时故障方式、地质条件和天气情况等因素的影响，可能达到比较大的数值，例如单相接地故障，接地电阻可能达到100? (220kv线路)、300?(500kv线路)和400? (750kv线路)。高阻接地故障都是单相故障。
距离保护因其很多优点，在高压输电线路保护中，占有极其重要的地位。例如，受电力系统运行方式和结构变化的影响较小，能瞬间切除输电线85%~90%范围内的各种故障，保护范围较长且较稳定，适合于远距离重负荷的高压线路，具有一定的耐受过渡电阻的能力，等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要应用最广泛的保护方案之一。
接地距离保护反应输电线路接地故障。距离继电器测量故障阻抗并判
定故障位于保护区内或区外。理想的距离继电器仅对保护安装点和整定点之间的故障动作而对此区外的故障不动作。距离保护作为主保护通常整定为保护线路全长的80%~90%，并且通常期望阻抗测量误差少于?5%。对于I段之外的故障，距离保护阶梯时限延时配合的?和?段，保证了不同线路故障的选择性。系统重负荷时或过渡电阻较大的区外故障，距离保护不误动，这是最基本的要求。
传统距离继电器假设故障点电压为零，通过电压和电流比值测量故障阻抗。实际上，除了人为构造的短路，故障点电压几乎不可能为零，从而故障点电压将影响到故障阻抗的测量，尤其对于高阻接地故障和重负荷单相接地故障。在有负荷的情况下，过渡电阻部分会由于对侧电源的助增作用而转换成为感抗或容抗，导致距离保护超越
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或者保护范围缩短，大的过渡电阻也会造成距离保护范围缩短。当经过大的过渡电阻接地，重负荷时故障电流可能小于负荷电流。测量阻抗实际上由负荷电流和过渡电阻决定。单相接地故障过渡阻抗达到300?时，传统距离保护的测量阻抗相对误差可能超过60%。
目前除距离保护外的各种接地保护方案中，除线路差动保护外，几乎都不能够为高阻接地故障提供可靠有效的保护。但是电流差动保护中制动量随负荷电流的增大而增大，在重负荷情况下发生经大电阻接地故障时，由于动作电流很小而制动电流很大，动作量有可能小于制动量而拒动。负荷电流的大小直接影响了差动保护的灵敏度。在超高压、长线路或电缆线路上，分布电容的等值容抗大大减少，电容电流将使输电线路两端电流的
大小和相位都发生严重畸变，降低了差动保护区内故障耐过渡电阻的能力[7]。为了提高纵联差动保护装置的耐过渡电阻能力，一般都在装置中配有零序差动保护作为辅助保护。零序差动保护比分相电流差动保护灵敏度高，受电容电流影响少。但是差动保护不能作为后备保护且需要交换两端信息同步交换。 在高压和超高压输电线路的方向高频保护中，应用相电压补偿式方向元件的方案，具有方向性强，在系统振荡过程中反方向经任何过渡电阻短路时不误动、能自然地适用于两相运行的线路，能切除单相重合闸过程中的短路等优点，因而1978年以来就在我国 220kv、 330kv和 500kv线路上得到了应用。但是，理论分析和实践经验均表明，当过渡电阻达到一定值时，该方向元件可能拒动，尤其是线路末端短路时，容许的过渡电阻更小。
由上可以看出，各原理的保护都不能很好地解决高阻接地时保护误动或拒动问题。保护误动或拒动，会给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能会威胁到电力系统的稳定性。高阻接地的问题在国内外一直没有得到较好的解决，研究具有较高耐受过渡电阻能力的距离保护具有较高的学术和工程研究价值。
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第一章 电网的距离保护
1.1 距离保护的基本概念
由于电流保护的各种特点，在35KV及以上电压的复杂网络中，他们都很难能够满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是为了适应这种要求的一种保
护原理。
距离保护是反映故障点到保护安装地点之间的距离(或阻抗)，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测得保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗成为继电器的测量阻抗。当短路点到保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短;当短路点到保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了有选择性的切除故障线路。
距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗Zzd的大小来实现的。
正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗
Zfh，即 UZcl=cl=ZfhIcl
在被保护线路任一点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗Zd，即
UUclZcl==残=ZdIIcld
距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。
距离保护的实质是用整定阻抗Zzd与被保护线路的测量阻抗Zcl比较。当短路点在保护范围以外时，即Zcl>Zzd时继电器不动。当短路点在保护范围内，即Zcl<Zzd时继电器动作。因此，距离保护又称为低阻抗保护。
动作阻抗:使距离保护刚刚能够动作的最大测量阻抗。
1.2距离保护的时限特性
距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称
为距离保护的
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时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛使用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图1-1所示。这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限:t'、t''、t'''。
1
图1-1 距离保护的时限特性 图3-1 距离保护的时限特性
1.3 距离保护的组成
三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图1-2所示。
1.3.1 起动元件
起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。早期的距离保护，起动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。
1.3.2 方向元件
方向元件的作用是保证保护动作的方向性，防止反方向故障时，保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元件相结合。
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1-2 距离保护原理的组成元件框图
1.3.3 距离元件
距离元件(Z'、Z''、Z''')的主要作用是
测量短路点到保护安装处的距离(即测量阻抗)，一般采用阻抗继电器。
1.3.4 时间元件
时间元件(t''、t''')的主要作用是，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。
正常运行时，起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。
当正方向发生故障时，起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。
如果故障点位于第?段保护范围内，则Z'动作直接起动出口元件8，瞬时动作于跳闸。如果故障点位于距离?段之外的距离?段保护范围内，则Z'不动作，而Z''动作，起动距离?段时间继电器5，经t''时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。
如果故障点位于距离?段之外的距离?段保护范围内，则Z'、Z''不动作，而Z'''动作，起动距离?段时间继电器7，经t'''时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。
1.4 阻抗继电器
继电器的测量阻抗:指加入继电器的电压和电流的比值，即
I Zcl=Uclcl。
Zcl可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来，如图1-3所示。
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1-3 复数平面分析阻抗继电器的特性
(a)系统图(b)阻抗特性图
以图1-3(a)中线路BC的距离保护第?段为例来进行说明。设其整定阻抗'=0.85ZBCZzd，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。
当正方向短路时测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zcl与R轴的夹角为线路的阻抗角?d。
'反方向短路时，测量阻抗Zcl在第三象限。如果测量阻抗Zcl的相量，落在Zzd向量
以内，则阻抗继电器动作;反之，阻抗继电器不动作。
nUUnclZcl==BTV=ZdTAnTV IIclBCTA
阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图1—3(b)所示的阻抗继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。
一、 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器
(一)特性分析及电压形成回路
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1-4 全阻抗继电器的动作特性
1(全阻抗继电器
(1)幅值比较
全阻抗继电器的动作特性如图1—4所示，它是以整定阻抗Zzd为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。它没有方向性。全阻抗继电器的动作与边界条件为 :
Zzd?
Zcl
1-5 全阻抗继电器的幅值比较电压形成回路
构成幅值比较的电压形成回路如图 1-5所示。
(2)相位比较
Zzd相位比较的动作特性如图1-6 所示，继电器的动作与边界条件为Zzd-Zcl与+Zcl的夹角小于等于90 ，即
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1-6 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性
(a)测量阻抗在圆上(b)测量阻抗在圆内(c)测量阻抗在圆外
Z-Zcl-90 ?argzd=θ?90
Zzd+Zcl
分子分母同乘以测量电流得
-U UDky-90?arg=arg=θ?90
+UUCky 量超前于C上式中，D量时θ角为正，反之为负。构成相位比较的电压形成回路
如图1-7所示
1-7 全阻抗继电器相位比较电压形成回路
2(方向阻抗继电器
(1)幅值比较
方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，如图3—8(a)所示，圆的直径为整定阻抗Zzd，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。当正方向短路时，若故障在保护范围内部，继电器动作。当反方向短路时，测量阻抗在第?象
限，继电器不动。因此，这种继电器的动作具有方向性，幅值比较的动作
与边界条件为
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1Zz
2
l
dZc
d
(a)
(b)
图3-8 方向阻抗继电器的动作特性
(a)幅值比较的分析;
(b)相位比较的分析
分子分母同乘以测量电流得
11Zzd?Zcl-Zzd22
=1U ? -1U =B Akyk22
DKB
YB
Uk Uk A B
Uy
图3-9 方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路
其电压形成回路如图3-9所示。
(2)相位比较
Z
1Z2
1Zc-lZz
2Z
R
dZc
d
(b)(a)
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图上图所示，其动作与边界条
件为
(a)幅值比较的分析;
分式上下同乘以电流
Zzd-Zcl
-90?arg=θ?90(bZ
cl
-U Uky
-90?arg?90
U
y
方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路，如图3-10所示。
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YB
Uy C
D Uy
kU
图3-10 方向阻抗继电器相位比较电压形成回路
图3-11 偏移特性阻抗继电器动作特性
3(偏移特性阻抗继电器
(1)幅值比较
Zzd之差。偏移特性阻抗继电器的动作特性，如图3—11所示，圆的直径为Zzd与α
=(-0.1,-0.2)其中α，圆心坐标
1 Zzd)Zoo'=(Zzd+α2,
圆的半径为
1 Zzd)(Zzd-α2，
其动作与边界条件为
即 1 Zzd)?Zcl-Zoo'(Zzd-α2
两边同乘以电流得 11 Zzd)(Zzd-αZzd)?Zcl-(Zzd+α22
=1(1-α ? -1(1+α )U )UAkyk22 (2)相位比较
偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如图3-12所示，其相位比较的动作与边界条件为
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两边同乘以电流得 图3-12 偏移特性阻抗继电器相位比较分析
Z-Zcl-90 ?argzd=θ?90 ZzdZcl-α
-U UDky-90?arg=arg?90
-α UUC
yk
第二章 仿真软件
2.1 Matlab 的简介
Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十 分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，Java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，此外许多的Matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 Matlab的特点:
(1)、此高级语言可用于技术计算
(2)、此开发环境可对代码、文件和数据进行管理
(3)、交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题
(4)、数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等 (5)、二维和三维图形函数可用于可视化数据 (6)、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面
(7)、各种函数可将基于Matlab的算法与外部应用程序和语言(如 C、C++、
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Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel)集成[2]
(8)、不支持大写输入，内核仅仅支持小写 Matlab的优势:
(1)友好的工作平台和编程环境
Matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用Matlab的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括Matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着
Matlab的商业化以及软件本身的不断升级，Matlab的用户界面也越来越精致，更 加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的Matlab提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 (2)简单易用的程序语言
Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)
后再一起运行。新版本的Matlab语言是基于最为流行的C，，语言基础上的，因此语法特征与C，，语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 (3)强大的科学计算机数据处理能力
Matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用Matlab的编程工作量会大大减少。Matlab的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 (4)出色的图形处理功能
Matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表 现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面
的绘制和处理等)方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能(例如:图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等)，Matlab同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等,Matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的Matlab还着重在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
(5)应用广泛的模块集合工具箱
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Matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。 (6)实用的程序接口和发布平台
新版本的Matlab可以利用Matlab编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的 Matlab程序自动转换为独立于Matlab运行的C和C++代码。允许用户编写可以和Matlab进行交互的C或C++语言程序。另外，Matlab网页服务程序还容许在Web
应用中使用自己的Matlab数学和图形程序。Matlab的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是Matlab函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 (7)应用软件开发(包括用户界面)
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口;在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等;在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等;在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。
2.2 Simulink的简介
Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具， 是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形
用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，
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Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.
构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与Matlab 紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。Simulink的特点:
(1)丰富的可扩充的预定义模块库
(2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图
(3)以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理
(4)通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、
属性，生成模型代码
(5)提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成
(6)使用Embedded Matlab? 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调
用
Matlab算法
(7)使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式
(Normal,Accelerator,Rapid
Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型
(8)图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为
(9)可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参
数和测试数据
(10)模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。
第三章 过渡电阻对距离保护影响及解决措施
3.1 距离保护
距离保护是根据短路故障点至保护装置距离远近确定动作时间而采取必要保护措施的一种装置。距离保护装置的主要元件为距离(阻抗)继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流计算出保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。阻抗元件的阻抗值是保护安装处测得的电压(母线TV电压)与电流(线路TA电流)的比值:Z=U,I，也就是短路点到保护安装处的阻抗值。当短路点距离保护安装处近时，其量测阻抗小，动作时间短;当短路点距离保护安装处较远时，其量测阻抗大，动作时间就长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时
间( )与保护安装处至短路点距离(z)的关系t=f(f)，称为距离保护的时限特性。为了满足继电保
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护速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的I、II、III段。距离保护的第1段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80,~85,;第1I段与限时电流速断相似，它的保护范围应不超出下一条线路距离第1段的保护范围，并带有高出一个At的时限以保证动作的选择性;第1II段与过电流保护相似，其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择，动作时限比保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个At。
3.2 过渡电阻
过渡电阻是一种瞬间状态的电阻。当电器设备发生相问短路或相对地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入接地部位的途径中所通过的电阻。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻。接地短路时，过渡电阻主要是杆塔及其接地电阻。一旦故障消失，过渡电阻也随之消失。短路点存在过渡电阻，使距离保护的测量阻抗发生变化，使其误动作。过渡电阻是一种暂态量，在距离保护中成为影响暂态超越的重要因素。
3.3 过渡电阻对距离保护的影响及解决措施
3.3.1 过渡电阻对单侧电源线路的影响
如图3-1所示，当线路 F-G始端经Rf 短路，则保护 2 的测量阻抗为Zm2 = Rf ，保护 1 的测量阻抗为Zm1 = Z + Rf E-F 。当Rf 较大时，可能出现m2 Z 已超出保护2 第?段整定的特性圆范围;而m1 Z 仍位于保护1
第?段整定的特性圆范围以内的情况，如图3-2所示，此时两个保护均以第?段的时限动作，从而导致保护无选择性地跳闸。
图3-1单侧电源线路经过渡电阻Rf 短路
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图3-2过渡电阻对距离保护影响的分析
3.3.2 过渡电阻对双侧电源线路的影响
如图3 所示的双侧电源线路上，如在线路F-G的始端经过渡电阻Rf
单相短路时，
分别为两侧电源供给的短路电流，则流经Rf 的电流为
此时母线E 和F 上的残余电压为
则保护2 和1 的测量阻抗为
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其中，α 表示超前于的角度。当α 为正时，测量阻抗的电抗部分增大，从而使保护范围缩短，有可能造成保护拒动;而当α 为负时，测量阻抗的电抗部分减小，使得保护范围延长，有可能引起保护误动作，导致距离保护的稳态超越。
图3-3双侧电源线路经过渡电阻Rf 短路
3.3.4减小过渡电阻对距离保护影响的措施
(1)采用瞬时测定装置
它通常应用于距离保护第?段。原理接线如图所示。
图3-4 瞬时测定装置原理图
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(2)采用带偏移特性的阻抗继电器保护2的测量阻抗Zcl2=Zd+Rg。当过渡电阻达
Rg1时，具有椭圆特性的阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg2时，方向阻抗继电器开始拒动。当过渡电阻达Rg3时，全阻抗继电器开始拒动。如图3-5、3-6所示。
图3-5 带偏移特性的阻抗继电器保护
图3-6带偏移特性的阻抗继电器保护示意图
(3) 国内外研究现状
国内外为解决重负荷时经过渡电阻接地短路或输电线路末端高阻接地故障，传统距离保护无法准确动作的问题，进行了一系列的实验研究。其研究主要集中在多边形特性继电器、复合特性继电器、改进的正序电压极化的接地距离继电器、自适应距离继电器、神经网络距离继电器及其他一些方法。
过渡电阻对距离保护的影响
当电力系统发生故障时，一般不是金属性短路，大多数的情况下短路点存在着过渡电阻。当存在过渡电阻时，距离保护的测量电阻不再同故障距离成正比，距离保护的动作区会扩大或者缩小，距离保护因此可能发生拒动或者误动，会给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能威胁到电力系统的稳定性 [2] 。
如何消除过渡电阻对距离保护的影响
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为减小过渡电阻对距离保护的影响，继电保护工作者们提出了大量消
除过渡电阻影响的算法。如文献[6]通过分析零序网图，得到两侧零序故障电流相角差的准确表达式，解方程后可准确得到故障点的保护安装处的正序电抗。它仅需知道对侧电源的等效零序阻抗，其全部采用单端数据，计算精度高。同时，在文献[7]中针对双侧供电的线路所提出的心方案，是一种避开过渡电阻的故障测量方法。该方法可以在在不同故障情况下，只要判断出故障的类型，就可以较准确地侧出故障的距离。
作为高压输电线路最常见的故障，单相接地故障很容易引起距离保护的拒动或误动。文献[1]所提出的基于保护处检测到的有功功率计算过渡电阻的新方法。这种方法改进了距离保护的判据，具有对过渡电阻性，根据过渡电阻的大小自动补偿附加测量阻抗。它可以很好的解决距离保护的拒动问题。因其受输电线路长度影响小，适用于中长线路。也可用于两相短路接地故障。
此外，一种可消除限流电抗和故障过渡电阻双方面影响的接地距离保护补偿算法
[4]在最近提出。当相角差较小时，无论发生三相还是单相接地短路，采用此算法的欧姆继电器都能够正确动作。但是，当相角差较大时，则此算法会带有一定的误差。如何消除大相角差产生的影响，还需要再研究。
距离保护采用神经网络消除过渡电阻影响
人工神经网络是(ANN)是由多个神经元练级而成，是以模拟人脑行为的网络系统，是一种与传统方法不同的信息处理工具，它的一个重要特征是能从给定的样本中通过学习产生规则。[5]它采用的是自适应保护方式，由存储中有限的权值和阀值在运行中可随时调用。虽然它学习的时间长但
它能自适应地按照系统实时状态来自动设置斜角 [8] 。
共 33 页 能很
第四章 模型建立与仿真
4.1模型建立
考虑具有两级线路的单端电源110kV单回线输电线路系统，如图4-1所示。距离保护安装在线路AB的阻抗继电器处，作为本线路AB的主保护以及下级线路BC的后备保护。
.1
图4-1 单端电源电力系统 负荷2
系统的各个元件参数为:电压源的线电压10.5kV，内阻Zg=0.001+j0.0157Ω;变压器容量31.5MVA， Yg-d11接线，折算到高压侧的阻抗ZT=1.86+j18.6Ω;两级线路长度均为100km
，线路的正序阻抗z1=(0.05+j0.3)Ω/km，零序阻抗z0=(0.04+j1.2) Ω/km;负荷容量SLD=1.2+j0.9MVA。
在Matlab/Simulink中建立仿真模型，如图4-2所示。保护模块已经封装成子系统，其输入数据为阻抗继电器处的电压电流测量值，其输出信号送至阻抗继电器的控制端，以控制其开合状态(信号0表示跳闸，信号1表示合闸，继电器初始状态为合闸。用故障模块设置短路类型以及故障发生的时间(t=0.03s)。通过改变故障点两侧线路的长度来改变故障点的位置，但两侧线路的长度之和始终保持200km不变。仿真起止时间为0~0.2s，采用变步长、ode23t算法进行仿真。所有模块的频率均为50Hz。
图4-2 线路故障及距离保护仿真模型
当输电线路发生A相接地短路时，B、C相电流没有变化，一直为0。正常情况下，三相短路故障处于断开状态，A相电流为0。在0.01s时，三相短路故障发生器闭合，此时A相接地短路，其短路电流发生了剧烈的变化，但大体仍为正弦信号。在0.04s时，三相短路故障发生器打开，故障排除，此时故障点A相电流迅速变为0。仿真结果如图4-3，4-4所示:
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图 4-3 故障点A电流波形
图 4-4 故障点B、C电流波形
如图4-5所示故障点电流各序分量相同，在故障发生后故障点电流迅速增大，故障排除后电流迅速减为零。
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图4-5 故障点A相电流各序分量幅值图
如图4-6所示故障点电压各序分量在短路故障发生后也迅速增加，且故障排除后负序分量和零序分量降为零，而正序分量维持短路时的值不变。即其A相电位升高。
图4-6 故障点A相电压各序分量幅值图
4.2不同场合过渡电阻的影响
根据测量阻抗的构成方式不同可以分别构成相间距离保护和接地距离保护。相间距离保护采用的测量电压是相间电压，测量电流也为相间电流，能够反应相间短路、两相接地短路和三相短路故障，但不能反应单相接地故障。接地距离保护采用测量电压为保护安装处的相电压，测量电流为带有零序电流补偿的相电流，能够反应单相接地故障、两相接地故障、
三相接地故障，但不能反应相间短路故障。
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4.2.1 单侧电源线路上过渡电阻的影响
由上一章的内容可知，单侧电源上过渡电阻的影响可以导致各测量阻抗均增大，保护范围缩小。从而有可能使两个保护同时在第?段的时间内动作，可能失去选择性。示意图如图4-7所示。
图 4-7 过渡电阻对单侧电源的影响
仿真模型如图4-2所示，过渡电阻加于BC之间，这时的仿真结果如图4-8、4-9所示。
图4-8 距离?段内的相间保护动作图
图4-9 距离?段内的接地保护动作图
由上图可知，相间保护与接地保护同时动作，从而失去了选择性。
4.2.2 双侧电源线路上过渡电阻的影响
双侧电源线路上如果存在过渡电阻，将会导致测量阻抗增大，保护可能会拒动。示意图如图4-10所示。
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E EN图 4-10 过渡电阻对双侧电源的影响
仿真模型如图4-2所示，过渡电阻加于2和右侧电源之间，这时的仿真结果如图4-11、4-12所示。
图4.11 距离?段内的相间保护动作图
图4.12 距离?段内的接地保护动作图
-
第五章 消除过渡阻抗算法及仿真结果
5.1消除过渡阻抗算法
三段式距离保护子系统的内部构成如图5.1所示，分别由距离?段，距离?段，距离?段构成，距离?段输出信号延时0.05s，距离?段输出信号延时0.1s，再将各段的动作信号经过点乘模块之后得到最终的断路器动作信号。
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图5-1 三段式距离保护模块内部结构
S函数模块能够将程序与Simulink结合在一起，将电路模型的电气量采集输入到S函数模块，在仿真时，S函数不断循环地调用并执行内部程序，对输入的电气采集量进行处理，并将处理结果输出用以控制电路模型。
S函数的编写有固定的格式，它是由初始化函数、动态更新函数以及输出函数构成。
初始化函数用于说明程序输入和输出量的个数、连续或离散状态个数以及采样时间等。本程序中采用离散状态量，相间距离保护程序的输入量个数是12个，分别为经过傅里叶变换后得到的三相电压和三相电流的幅值和相角，输入量个数为1个动作信号。接地距离保护程序的输入量个数是14个，比相间距离保护程序多了零序电流的幅值和相角。
动态更新函数用于计算测量阻抗值，在动态更新函数中将由傅里叶变换模块得到的电压电流幅值和相角组合成电压和电流的相量形式，并计算得到各相的测量阻抗值。在用测量电压除以测量电流得到测量阻抗时会遇到某时刻测量电流恰好过零点或者电流非常小的情况，此时程序会出错，
因此先判断该采样点的测量电流值是否非常小，如果很小的话就直接为测量阻抗赋值，如果测量电流比较大的话，就用电压除以电流的方式得到测量阻抗。
输出函数用于保护判断，并输出最终的动作信号。在输出函数中将动态更新函数得到的各相测量阻抗与整定阻抗值比较，三相中只要有一相测量阻抗值满足动作方程就输出跳闸信号。另外，由于傅里叶变换模块需要经过一个周期才有输出，因此在输出函数的开始的时候判断仿真时间是否小于0.025s，如果是则直接输出不动作的信号，否则进行正常的保护判断程序。
程序流程图如图5-2所示。
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初始化函数动态更新函数输出函数
图5-2 保护程序流程图
5.2仿真结果
调节故障点的位置仿真得到距离保护各段的保护范围为:?段能保护80km内的各种故障，?段能保护150km，?段能保护本级以及下级线路全长。
各段中的相间距离保护对于范围内的单相接地故障不会误动，而接地距离保护对于范围内的相间短路也不会误动作。
以130km处发生两相相间短路为例，此时故障发生在?段范围外，距离?段应该不动作，而距离?段和距离?段分别延时0.05s和0.1s动作，并且这两段距离保护模块内所包含的相间距离动作而接地距离不会动作。
仿真结果如图5-3、5-4所示。
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图5-3 130km处相间短路时距离各段动作图
图5-4 距离?段内的相间和接地保护动作图
距离?段保护模块内部的相间距离和接地距离模块的动作如图5-4，是在延时模块前的动作信号，可以看出在相间短路时由相间距离保护动作而接地距离保护不会动作。
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致 谢
在毕业设计过程中，辅导老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固.
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参考文献
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控制，2008,36(18);37-42
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27-29 [4].邹亮，李
庆民，刘洪顺，田冬.计及故障限流器和故障过渡电阻的接地距离保护补偿算法
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20-32
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范文三：过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响分析
福 州 大 学
2013届?毕业设计论?文
指导教师:
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班级:
时间:
联系方式:
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摘要
距离保护用?电压与电流?的比值(即阻抗)反映保护安?装处到短路?点距离的远?近构成的继?电保护，又称阻抗保?护。与电流保护?和电压保护?相比，距离保护的?性能受系统?运行方式的?影响较小。但故障输电?线路中存在?较大的过渡?电阻时，很容易引起?距离保护拒?动或误动。
本文介绍了?距离保护的?基本知识，分析了过渡?电阻分别针?对单电源、双电源线路?距离保护中?采用的不同?阻抗继电器?特性，并用MAT?LAB对电?力系统运行?及故障进行?仿真分析，得出过渡电?阻对保护的?影响及消除?其影响的有?效措施。
关键词:距离保护 MATLA?B仿真 阻抗继电器? 过渡电阻
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Abstr?act
Dista?nce prote?ction? with the ratio? of volta?ge and curre?nt (i.e., imped?ance) refle?ct the prote?ction? insta?lled place? to short?-circu?it point? of dista?nce relay? prote?ction?, also known? as the imped?ance prote?ction?. Compa?red with the curre?nt prote?ction? and volta?ge prote?ction?, dista?nce prote?ction? perfo?rmanc?e influ?enced? by syste?m opera?tion mode is small?er. But when there? is a large?r trans?ition? resis?tance? fault? in trans?missi?on line, it is easy to cause? dista?nce prote?ction?. Refus?ing actio?n and error? actio?n
This paper? intro?duces? the basic? knowl?edge of the dista?nce prote?ction?, trans?ition? resis?tance? were analy?zed respe?ctive?ly for singl?e power? suppl?y, power? suppl?y circu?it adopt?s diffe?rent imped?ance relay? in dista?nce prote?ction? featu?res, and use MATLA?B simul?ation? analy?sis of power? syste?m opera?tion and fault?, the effec?t of trans?ition? resis?tance? for the prote?ction? and the effec?tive measu?res to elimi?nate its effec?ts.
Key words?: Dista?nce prote?ction? MATLA?B simul?ation? Imped?ance relay?
Trans?ition? resis?tance?
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目录
摘要 .............................................................................................................错误～未定义书签。 Abstr?act.........................................................................................................错误～未定义书签。 前言 .............................................................................................................错误～未定义书签。 第一章 电网的距离?保护 ............................................................................错误～未定义书签。
1.1 距离保护的?基本概念 ....................................................................错误～未定义书签。
1.2 距离保护的?时限特性 ....................................................................错误～未定义书签。
1.3 距离保护的?组成 ...........................................................................错误～未定义书签。
1.3.1 起动元件 ..........................................................................错误～未定义书签。
1.3.2 方向元件 ..........................................................................错误～未定义书签。
1.3.3 距离元件 ..........................................................................错误～未定义书签。
1.3.4 时间元件 ..........................................................................错误～未定义书签。
1.4 阻抗继电器? .................................................................................错误～未定义书签。 第二章 仿真软件 ..........................................................................................错误～未定义书签。
2.1 Matla?b 的简介 ..................................................................................错误～未定义书签。
2.2 Simul?ink的简?介 ................................................................................错误～未定义书签。 第三章 过渡电阻对?距离保护影?响及解决措?施......................................错误～未定义书签。
3.1 距离保护 .........................................................................................错误～未定义书签。
3.2 过渡电阻 .........................................................................................错误～未定义书签。
3.3 过渡电阻对?距离保护的?影响及解决?措施 .................................错误～未定义书签。
3.3.1 过渡电阻对?单侧电源线?路的影响......................................错误～未定义书签。
3.3.2 过渡电阻对?双侧电源线?路的影响......................................错误～未定义书签。
3.3.4减小过渡?电阻对距离?保护影响的?措施 ...............................错误～未定义书签。 第四章 模型建立与?仿真 ..........................................................................错误～未定义书签。
4.1模型建立? ..........................................................................................错误～未定义书签。
4.2不同场合?过渡电阻的?影响 ..............................................................错误～未定义书签。
4.2.1 单侧电源线?路上过渡电?阻的影响......................................错误～未定义书签。
4.2.2 双侧电源线?路上过渡电?阻的影响......................................错误～未定义书签。 第五章 消除过渡阻?抗算法及仿?真结果....................................................错误～未定义书签。
5.1消除过渡?阻抗算法 ............................................................................错误～未定义书签。
5.2仿真结果? ..........................................................................................错误～未定义书签。 参考文献 ......................................................................................................错误～未定义书签。
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前言
随着电网规?模越来越庞?大，电压等级越?来越高，如何有效、安全、可靠地提高?输送能力，是我国电网?面临的迫切?需要解决的?问题。继电保护作?为电网安全?稳定运行的?第一屏障，始终承担着?无可替代的?作用。作为动作于?跳闸的继电?保护，在技术上要?满足四个要?求，即可靠性、选择性、速动性和灵?敏性。可靠性是对?继电保护性?能的最根本?要求。可靠性包括?安全性和信?赖性。安全性是要?求继电保护?在不需要它?动作时可靠?不动作，即不发生误?动作。信赖性是要?求继电保护?在规定的保?护范围内发?生了应该动?作的故障时?可靠动作，即不发生拒?绝动作。继电保护的?误动作和拒?动作都会给?电力系统造?成严重危害?。然而，由于电力系?统中短路一?般都不是金?属性的，而是在短路?点存在过渡?电阻。此过渡电阻?的存在，将使距离保?护的测量阻?抗发生变化?，可引起保护?的超范围动?作或使保护?的范围缩短?，从而导致保?护的误动或?拒动。 实际的距离?保护装置通?常需考虑过?渡电阻引起?的后果。本文对过渡?电阻对各种?较常用的阻?抗继电器的?影响进行了?分析与研究?并提出了相?应的消除措?施。
过渡电阻一?般为纯电阻?。接地故障的?过渡电阻包?括电弧电阻?和杆塔接地?电阻，对树枝放电?时还包括树?枝电阻。每个杆塔的?接地电阻，在土壤电阻?率较低的地?区一般为1?0?;在电阻率较?高的地方，可达30??，甚至更高一?些。接地故障时?最大的过渡?电阻发生在?导线对树枝?放电之时。在实际电力?系统中，过渡电阻受?当时故障方?式、地质条件和?天气情况等?因素的影响?，可能达到比?较大的数值?，例如单相接?地故障，接地电阻可?能达到10?0? (220kv?线路)、300?(500kv?线路)和400?? (750kv?线路)。高阻接地故?障都是单相?故障。
距离保护因?其很多优点?，在高压输电?线路保护中?，占有极其重?要的地位。例如，受电力系统?运行方式和?结构变化的?影响较小，能瞬间切除?输电线85?%~90%范围内的各?种故障，保护范围较?长且较稳定?，适合于远距?离重负荷的?高压线路，具有一定的?耐受过渡电?阻的能力，等等。因此距离保?护一直是复?杂电网中高?压输电线路?最重要应用?最广泛的保?护方案之一?。
接地距离保?护反应输电?线路接地故?障。距离继电器?测量故障阻?抗并判定故?障位于保护?区内或区外?。理想的距离?继电器仅对?保护安装点?和整定点之?间的故障动?作而对此区?外的故障不?动作。距离保护作?为主保护通?常整定为保?护线路全长?的80%~90%，并且通常期?望阻抗测量?误差少于?5%。对于I段之?外的故障，距离保护阶?梯时限延时?配合的?和?段，保证了不同?线路故障的?选择性。系统重负荷?时或过渡电?阻较大的区?外故障，距离保护不?误动，这是最基本?的要求。
传统距离继?电器假设故?障点电压为?零，通过电压和?电流比值测?量故障阻抗?。实际上，除了人为构?造的短路，故障点电压?几乎不可能?为零，从而故障点?电压将影响?到故障阻抗?的测量，尤其对于高?阻接地故障?和重负荷单?
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相接地故障?。在有负荷的?情况下，过渡电阻部?分会由于对?侧电源的助?增作用而转?换成为感抗?或容抗，导致距离保?护超越或者?保护范围缩?短，大的过渡电?阻也会造成?距离保护范?围缩短。当经过大的?过渡电阻接?地，重负荷时故?障电流可能?小于负荷电?流。测量阻抗实?际上由负荷?电流和过渡?电阻决定。单相接地故?障过渡阻抗?达到300??时，传统距离保?护的测量阻?抗相对误差?可能超过6?0%。
目前除距离?保护外的各?种接地保护?方案中，除线路差动?保护外，几乎都不能?够为高阻接?地故障提供?可靠有效的?保护。但是电流差?动保护中制?动量随负荷?电流的增大?而增大，在重负荷情?况下发生经?大电阻接地?故障时，由于动作电?流很小而制?动电流很大?，动作量有可?能小于制动?量而拒动。负荷电流的?大小直接影?响了差动保?护的灵敏度?。在超高压、长线路或电?缆线路上，分布电容的?等值容抗大?大减少，电容电流将?使输电线路?两端电流的?大小和相位?都发生严重?畸变，降低了差动?保护区内故?障耐过渡电?阻的能力[7]。为了提高纵?联差动保护?装置的耐过?渡电阻能力?，一般都在装?置中配有零?序差动保护?作为辅助保?护。零序差动保?护比分相电?流差动保护?灵敏度高，受电容电流?影响少。但是差动保?护不能作为?后备保护且?需要交换两?端信息同步?交换。 在高压和超?高压输电线?路的方向高?频保护中，应用相电压?补偿式方向?元件的方案?，具有方向性?强，在系统振荡?过程中反方?向经任何过?渡电阻短路?时不误动、能自然地适?用于两相运?行的线路，能切除单相?重合闸过程?中的短路等?优点，因而197?8年以来就?在我国 220kv?、 330kv?和 500kv?线路上得到?了应用。但是，理论分析和?实践经验均?表明，当过渡电阻?达到一定值?时，该方向元件?可能拒动，尤其是线路?末端短路时?，容许的过渡?电阻更小。
由上可以看?出，各原理的保?护都不能很?好地解决高?阻接地时保?护误动或拒?动问题。保护误动或?拒动，会给电力系?统安全运行?带来重大的?损失，甚至有可能?会威胁到电?力系统的稳?定性。高阻接地的?问题在国内?外一直没有?得到较好的?解决，研究具有较?高耐受过渡?电阻能力的?距离保护具?有较高的学?术和工程研?究价值。
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第一章 电网的距离?保护
1.1 距离保护的?基本概念
由于电流保?护的各种特?点，在35KV?及以上电压?的复杂网络?中，他们都很难?能够满足选?择性、灵敏性以及?快速切除故?障的要求。为此，就必须采用?性能更加完?善的保护装?置。距离保护就?是为了适应?这种要求的?一种保护原?理。
距离保护是?反映故障点?到保护安装?地点之间的?距离(或阻抗)，并根据距离?的远近而确?定动作时间?的一种保护?装置。该装置的主?要元件为距?离继电器，它可根据其?端子上所加?的电压和电?流测得保护?安装处至短?路点之间的?阻抗值，此阻抗成为?继电器的测?量阻抗。当短路点到?保护安装处?近
动作时间短?;当短路点到?保护安装处?远时，其测量阻抗时，其测量阻抗?小，
?增大，动作时间增?长，这样就保证?了有选择性?的切除故障?线路。
距离保护也?有一个保护?范围，短路发生在?这一范围内?，保护动作，否则
Zzd不动作?，这个保护范?围通常只用?给定阻抗的?大小来实现?的。
Zfh正常运行时?保护安装处?测量到的线?路阻抗为负?荷阻抗，即
，UclZ,,Zclfh，Icl
在被保护线?路任一点发?生故障时，测量阻抗为?保护安装地?点到短路点?
Zd的短路阻抗?，即
，，UU残clZ,,,Zcld，，IIcld
距离保护反?应的信息量?比反应单一?物理量的电?流保护灵敏?度高。
ZZzdcl距离保护的?实质是用整?定阻抗与被?保护线路的?测量阻抗比?
ZZzdcl较。当短路点在?保护范围以?外时，即>时继电器不?动。当短路点在?保
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ZZclzd护范围内?，即<时继电器动?作。因此，距离保护又?称为低阻抗?保护。>
动作阻抗:使距离保护?刚刚能够动?作的最大测?量阻抗。
1.2距离保护?的时限特性?
距离保护的?动作时间t?与保护安装?处到故障点?之间的距离?l的关系称?为距离保护?的时限特性?，目前获得广?泛应用的是?阶梯型时限?特性，为了满足速?动性、选择性和灵?敏性的要求?，目前广泛使?用具有三段?动作范围的?阶梯型时限?特性，如图1-1所示。这种时限特?性与三段式?电流保护的?时限特性相
,t?同，一般也作成?三阶梯式，即有与三个?动作范围相?应的三个动?作时限:、,,,,,tt、。
1ZZZ32
t,,,t3
,,,t2
,,t2,,t3
,t,t3,t21
保护3的?段l
保护3的?段
保护3的?段
图1-1 距离保护的?时限特性 图3-1 距离保护的时限特性1.3 距离保护的?组成
三段式距离?保护装置一?般由以下四?种元件组成?，其逻辑关系?如图1-2所示。
1.3.1 起动元件
起动元件的?主要作用是?在发生故障?的瞬间起动?整套保护。早期的距离?保护，起动元件采?用的是过电?流继电器或?者阻抗继电?器。
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1.3.2 方向元件
方向元件的?作用是保证?保护动作的?方向性，防止反方向?故障时，保护误动作?。采用单独的?方向继电器?或方向元件?和阻抗元件?相结合。
1-2 距离保护原?理的组成元?件框图
1.3.3 距离元件
,,,,,,ZZZ距离元件(、、)的主要作用?是测量短路?点到保护安?装处的距离?(即测量阻抗?)，一般采用阻?抗继电器。
1.3.4 时间元件
,,,,,tt时间元件(、)的主要作用?是，根据预定的?时限特性确?定动作的时?限，以保证保护?动作的选择?性，一般采用时?间继电器。
正常运行时?，起动元件1?不起动，保护装置处?于被闭锁状?态。
当正方向发?生故障时，起动元件1?和方向元件?2动作，距离保护投?入工作。
,Z如果故障点?位于第?段保护范围?内，则动作直接?起动出口元?件8，瞬
,Z时动作于?跳闸。如果故障点?位于距离?段之外的距?离?段保护范围?内，则
,,t,,Z不动作，而动作，起动距离?段时间继电?器5，经时限，出口元件8?动作，使断路器跳?闸，切除故障。
,,,ZZ如果故障点?位于距离?段之外的距?离?段保护范围?内，则、不动作，
,,,t,,,Z而动作，起动距离?段时间继电?器7，经时限，出口元件8?动作，使断路器跳?闸，切除故障。
1.4 阻抗继电器?
继电器的测?量阻抗:指加入继电?器的电压和?电流的比值?，即
，，Z,UIclclcl。
ZR，jXcl可以写成的?复数形式，所以可以利?用复数平面?来分析这种?继电器的动?作特性，并用一定的?几何图形把?它表示出来?，如图1-3所示。
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1-3 复数平面分?析阻抗继电?器的特性
(a)系统图(b)阻抗特性图?
以图1-3(a)中线路BC?的距离保护?第?段为例来进?行说明。设其整定阻?,Z,0.85ZzdBC抗，并假设整定?阻抗角与线?路阻抗角相?等。
Zcl当正方向短?路时测量阻?抗在第一象?限，正向测量阻?抗与R轴的?夹角
,d为线路?的阻抗角。
ZZclcl反方向短路?时，测量阻抗在?第三象限。如果测量阻?抗的相量，落在
,Zzd向量以?内，则阻抗继电?器动作;反之，阻抗继电器?不动作。
，，UUnnclBTVTAZ,,,Zcld，，nIInTVclBCTA
阻抗继电器?的动作特性?扩大为一个?圆。如图1—3(b)所示的阻抗?继电器
的动?作特性为方?向特性圆，圆内为动作?区，圆外为非动?作区。
一、 具有圆及直?线动作特性?的阻抗继电?器
(一)特性分析及?电压形成回?路
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1-4 全阻抗继电?器的动作特?性
1(全阻抗继电?器
(1)幅值比较
全阻抗继电?器的动作特?性如图1—4所示，它是以整定?阻抗为半径?Zzd，以坐标原点?为圆心的一?个圆，动作区在圆?内。它没有方向?性。全阻抗继电?器的动作与?边界条件为? :
Z,Zzdcl
1-5 全阻抗继电?器的幅值比?较电压形成?回路
构成幅值比?较的电压形?成回路如图? 1-5所示。
(2)相位比较
相位比较的?动作特性如?图1-6 所示，继电器的动?作与边界条?件为与的夹
,Z,ZZ，Z90zdclzdcl?角小于等于?，即
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1-6 相位比较方?式分析全阻?抗继电器的?动作特性
(a)测量阻抗在?圆上(b)测量阻抗在?圆内(c)测量阻抗在?圆外
ZZ,,,zdcl,90,arg,,,90ZZ，zdcl
分子分母同?乘以测量电?流得
，，，U,UDky,,,,90,arg,arg,,90，，，，UUCky ，，,CD上式中，量超前于量?时角为正，反之为负。构成相位比?较的电压形?成回路如图?1-7所示
1-7 全阻抗继电?器相位比较?电压形成回?路
2(方向阻抗继?电器
(1)幅值比较
方向阻抗继?电器的动作?特性为一个?圆，如图3—8(a)所示，圆的直径为?整
Zzd定阻抗，圆周通过坐?标原点，动作区在圆?内。当正方向短?路时，若故障在保?护范围内部?，继电器动作?。当反方向短?路时，测量阻抗在?第?象限，继电器不动?。因此，这种继电器?的动作具有?方向性，幅值比较的?动作与边界?条件为
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jXjX
ZZzdzd1Z,Z1ZzdclzdZ,Zclzd2,2RRZZclcl
00
(b)(a)
图3-8 方向阻抗继电器的动作特性
(b)相位比较的分析a)幅值比较的分析;(
11Z,Z,Zzdclzd22 分子分母同?乘以测量电?流得
11，，，，，AUUUB,,,,kyk22
DKB
1，，AUk2，Icl1，U，kB2
YB
，，UUycl
图3-9 方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路
其电压形成?回路如图3?-9所示。
(2)相位比较
jXjX
ZZzdzd
1Z,Z1ZzdclzdZ,Zclzd2,2RRZZclcl
00
(b)(a)
相位比较的?方向阻抗继?电器动作特?性如图上图?所示，其动作与边?界条件为
图3-8 方向阻抗继电器的动作特性ZZ,,,zdcl,90,arg,,,90(b)相位比较的分析a)幅值比较的分析;(Zcl 分式上下同?乘以电流
，，UU,ky,,,90,arg,90，Uy 方向阻抗继?电器相位比?较的电压形?成回路，如图3-10所示。
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YB
，，UCy，Ucl
，Uy，D
，，IUclk
DKB 图3-10 方向阻抗继电器相位比较电压形成回路
jX
Zzd
,0ZZclclR0
，,Zzd
图3-11 偏移特性阻抗继电器动作特性
3(偏移特性阻?抗继电器
(1)幅值比较
Zzd偏移特性阻?抗继电器的?动作特性，如图3—11所示，圆的直径为?与
Z，，,,zd之差。其中=(-0.1,-0.2)，圆心坐标
1，Z(Z,Z),，oo'zdzd2, 圆的半径为?
1，(Z,Z),zdzd2， 其动作与边?界条件为
1，(Z,,Z),Z,Zzdzdcloo'2 即
11，，(Z,,Z),Z,(Z，,Z)zdzdclzdzd22
两边同乘以?电流得
11，，，，，，A,(1,,)U,U,(1，,)Ukyk22
(2)相位比较
偏移特性阻?抗继电器相?位比较分析?，如图3-12所示，其相位比较?的动作
与边?界条件为
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ZZ,,,zdcl,90,arg,,90,，ZZ,,clzd
jX
Zzd
,
ZR0cl
，,Zzd
图3-12 偏移特性阻抗继电器相位比较分析两边同乘以?电流得
，，，U,UDky,,,90,arg,arg,90，，，，,U,UCyk
第二章 仿真软件
2.1 Matla?b 的简介
Matla?b和Mat?hemat?ica、Maple?并称为三大?数学软件。它在数学类?科技应用软?件中在数值?计算方面首?屈一指。Matla?b可以进行?矩阵运算、绘制函数和?数据、实现算法、创建用户界?面、连接其他编?程语言的程?序等，主要应用于?工程计算、控制设计、信号处理与?通讯、图像处理、信号检测、金融建模设?计与分析等?领域。
Matla?b的基本数?据单位是矩?阵，它的指令表?达式与数学?、工程中常用?的形式十
分相似，故用Mat?lab来解?算问题要比?用C，FORTR?AN等语言?完成相同的?事情简捷得?多，并且mat?hwork?也吸收了像?Maple?等软件的优?点,使Matl?ab成为一?个强大的数?学软件。在新的版本?中也加入了?对C，FORTR?AN，C++ ，Java的?支持。可以直接调?用,用户也可以?将自己编写?的实用程序?导入到Ma?tlab函?数库中方便?自己以后调?用，此外许多的?Matla?b爱好者都?编写了一些?经典的程序?，用户可以直?接进行下载?就可以用。 Matla?b的特点:
(1)、此高级语言?可用于技术?计算
(2)、此开发环境?可对代码、文件和数据?进行管理
(3)、交互式工具?可以按迭代?的方式探查?、设计及求解?问题
(4)、数学函数可?用于线性代?数、统计、傅立叶分析?、筛选、优化以及数?值积分等 (5)、二维和三维?图形函数可?用于可视化?数据 (6)、各种工具可?用于构建自?定义的图形?用户界面
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(7)、各种函数可?将基于Ma?tlab的?算法与外部?应用程序和?语言(如 C、C++、
Fortr?an、Java、COM 以及 Micro?soft Excel?)集成[2]
(8)、不支持大写?输入，内核仅仅支?持小写 Matla?b的优势:
(1)友好的工作?平台和编程?环境
Matla?b由一系列?工具组成。这些工具方?便用户使用?Matla?b的函数和?文件，其中许多工?具采用的是?图形用户界?面。包括Mat?lab桌面?和命令窗口?、历史命令窗?口、编辑器和调?试器、路径搜索和?用于用户浏?览帮助、工作空间、文件的浏览?器。随着
Matla?b的商业化?以及软件本?身的不断升?级，Matla?b的用户界?面也越来越?精致，更
加接近Wi?ndows?的标准界面?，人机交互性?更强，操作更简单?。而且新版本?的Matl?ab提供了?完整的联机?查询、帮助系统，极大的方便?了用户的使?用。简单的编程?环境提供了?比较完备的?调试系统，程序不必经?过编译就可?以直接运行?，而且能够及?时地报告出?现的错误及?进行出错原?因分析。 (2)简单易用的?程序语言
Matla?b一个高级?的矩阵/阵列语言，它包含控制?语句、函数、数据结构、输入和输出?和面向对象?编程特点。用户可以在?命令窗口中?将输入语句?与执行命令?同步，也可以先编?写好一个较?大的复杂的?应用程序(M文件)后再一起运?行。新版本的M?atlab?语言是基于?最为流行的?C，，语言基础上?的，因此语法特?征与C，，语言极为相?似，而且更加简?单，更加符合科?技人员对数?学表达式的?书写格式。使之更利于?非计算机专?业的科技人?员使用。而且这种语?言可移植性?好、可拓展性极?强，这也是Ma?tlab能?够深入到科?学研究及工?程计算各个?领域的重要?原因。 (3)强大的科学?计算机数据?处理能力
Matla?b是一个包?含大量计算?算法的集合?。其拥有60?0多个工程?中要用到的?数学运算函?数，可以方便的?实现用户所?需的各种计?算功能。函数中所使?用的算法都?是科研和工?程计算中的?最新研究成?果，而前经过了?各种优化和?容错处理。在通常情况?下，可以用它来?代替底层编?程语言，如C和C++ 。在计算要求?相同的情况?下，使用Mat?lab的编?程工作量会?大大减少。Matla?b的这些函?数集包括从?最简单最基?本的函数到?诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶?变换的复杂?函数。函数所能解?决的问题其?大致包括矩?阵运算和线?性方程组的?求解、微分方程及?偏微分方程?的组的求解?、符号运算、傅立叶变换?和数据的统?计分析、工程中的优?化问题、稀疏矩阵运?算、复数的各种?运算、三角函数和?其他初等数?学运算、多维数组操?作以及建模?动态仿真等?。 (4)出色的图形?处理功能
Matla?b自产生之?日起就具有?方便的数据?可视化功能?，以将向量和?矩阵用图形?表
现出来，并且可以对?图形进行标?注和打印。高层次的作?图包括二维?和三
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维的可?视化、图象处理、动画和表达?式作图。可用于科学?计算和工程?绘图。新版本的M?atlab?对整个图形?处理功能作?了很大的改?进和完善，使它不仅在?一般数据可?视化软件都?具有的功能?(例如二维曲?线和三维曲?面的绘制和?处理等)方面更加完?善，而且对于一?些其他软件?所没有的功?能(例如:图形的光照?处理、色度处理以?及四维数据?的表现等)，Matla?b同样表现?了出色的处?理能力。同时对一些?特殊的可视?化要求，例如图形对?话等,Matla?b也有相应?的功能函数?，保证了用户?不同层次的?要求。另外新版本?的Matl?ab还着重?在图形用户?界面(GUI)的制作上作?了很大的改?善，对这方面有?特殊要求的?用户也可以?得到满足。
(5)应用广泛的?模块集合工?具箱
Matla?b对许多专?门的领域都?开发了功能?强大的模块?集和工具箱?。一般来说，它们都是由?特定领域的?专家开发的?，用户可以直?接使用工具?箱学习、应用和评估?不同的方法?而不需要自?己编写代码?。目前，Matla?b已经把工?具箱延伸到?了科学研究?和工程应用?的诸多领域?，诸如数据采?集、数据库接口?、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程?求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设?计、LMI控制?、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制?设计、实时快速原?型及半物理?仿真、嵌入式系统?开发、定点仿真、DSP与通?讯、电力系统仿?真等，都在工具箱?(Toolb?ox)家族中有了?自己的一席?之地。 (6)实用的程序?接口和发布?平台
新版本的M?atlab?可以利用M?atlab?编译器和C?/C++数学库和图?形库，将自己的
Matla?b程序自动?转换为独立?于Matl?ab运行的?C和C++代码。允许用户编?写可以和M?atlab?进行交互的?C或C++语言程序。另外，Matla?b网页服务?程序还容许?在Web
应用中使用?自己的Ma?tlab数?学和图形程?序。Matla?b的一个重?要特色就是?具有一套程?序扩展系统?和一组称之?为工具箱的?特殊应用子?程序。工具箱是M?atlab?函数的子程?序库，每一个工具?箱都是为某?一类学科专?业和应用而?定制的，主要包括信?号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和?系统仿真等?方面的应用?。 (7)应用软件开?发(包括用户界?面)
在开发环境?中，使用户更方?便地控制多?个文件和图?形窗口;在编程方面?支持了函数?嵌套，有条件中断?等;在图形化方?面，有了更强大?的图形标注?和处理功能?，包括对性对?起连接注释?等;在输入输出?方面，可以直接向?Excel?和HDF5?进行连接。
2.2 Simul?ink的简?介
Simul?ink是M?atlab?最重要的组?件之一，它提供一个?动态系统建?模、仿真和综合?分析的集成?环境。在该环境中?，无需大量书?写程序，而
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只需要通?过简单直观?的鼠标操作?，就可构造出?复杂的系统?。Simul?ink具有?适应面广、结构和流程?清晰及仿真?精细、贴近实际、效率高、灵活等优点?，并基于以上?优点Sim?ulink?已被广泛应?用于控制理?论和数字信?号处理的复?杂仿真和设?计。同时有大量?的第三方软?件和硬件可?应用于或被?要求应用于?Simul?ink。
Simul?ink是M?atlab?中的一种可?视化仿真工?具， 是一种基于?Matla?b的框图设?计环境，是实现动态?系统建模、仿真和分析?的一个软件?包，被广泛应用?于线性系统?、非线性系统?、数字控制及?数字信号处?理的建模和?仿真中。Simul?ink可以?用连续采样?时间、离散采样时?间或两种混?合的采样时?间进行建模?，它也支持多?速率系统，也就是系统?中的不同部?分具有不同?的采样速率?。为了创建动?态系统模型?，Simul?ink提供?了一个建立?模型方块图?的图形用户?接口(GUI) ，这个创建过?程只需单击?和拖动鼠标?操作就能完?成，它提供了一?种更快捷、直接明了的?方式，而且用户可?以立即看到?系统的仿真?结果。
Simul?ink用于?动态系统和?嵌入式系统?的多领域仿?真和基于模?型的设计工?具。对各种时变?系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和?图像处理系?统，Simul?ink提供?了交互式图?形化环境和?可定制模块?库来对其进?行设计、仿真、执行和测试?。.
构架在Si?mulin?k基础之上?的其他产品?扩展了Si?mulin?k多领域建?模功能，也提供了用?于设计、执行、验证和确认?任务的相应?工具。Simul?ink与M?atlab? 紧密集成，可以直接访?问Matl?ab大量的?工具来进行?算法研发、仿真的分析?和可视化、批处理脚本?的创建、建模环境的?定制以及信?号参数和测?试数据的定?义。Simul?ink的特?点: (1)丰富的可扩?充的预定义?模块库
(2)交互式的图?形编辑器来?组合和管理?直观的模块?图 (3)以设计功能?的层次性来?分割模型，实现对复杂?设计的管理? (4)通过Mod?el Explo?rer 导航、创建、配置、搜索模型中?的任意信号?、
参数、属性，生成模型代?码
(5)提供API?用于与其他?仿真程序的?连接或与手?写代码集成? (6)使用Emb?edded? Matla?b? 模块在Si?mulin?k和嵌入式?系统执行中?调用
Matla?b算法
(7)使用定步长?或变步长运?行仿真，根据仿真模?式(Norma?l,Accel?erato?r,Rapid?
Accel?erato?r)来决定以解?释性的方式?运行或以编?译C代码的?形
式来运行?模型
(8)图形化的调?试器和剖析?器来检查仿?真结果，诊断设计的?性能和异常?行为
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(9)可访问Ma?tlab从?而对结果进?行分析与可?视化，定制建模环?境，定
义信号参?数和测试数?据
(10)模型分析和?诊断工具来?保证模型的?一致性，确定模型中?的错误。
第三章 过渡电阻对?距离保护影?响及解决措?施
3.1 距离保护
距离保护是?根据短路故?障点至保护?装置距离远?近确定动作?时间而采取?必要保护措?施的一种装?置。距离保护装?置的主要元?件为距离(阻抗)继电器，它可根据其?端子上所加?的电压和电?流计算出保?护安装处至?短路点间的?阻抗值，此阻抗称为?继电器的测?量阻抗。阻抗元件的?阻抗值是保?护安装处测?得的电压(母线TV电?压)与电流(线路TA电?流)的比值:Z=U,I，也就是短路?点到保护安?装处的阻抗?值。当短路点距?离保护安装?处近时，其量测阻抗?小，动作时间短?;当短路点距?离保护安装?处较远时，其量测阻抗?大，动作时间就?长，这样保证了?保护有选择?性地切除故?障线路。距离保护的?动作时间( )与保护安装?处至短路点?距离(z)的关系t=f(f)，称为距离保?护的时限特?性。为了满足继?电保护速动?性、选择性和灵?敏性的要求?，目前广泛采?用具有三段?动作范围的?时限特性。三段分别称?为距离保护?的I、II、III段。距离保护的?第1段是瞬?时动作的，它的保护范?围为本线路?全长的80?,~85,;第1I段与?限时电流速?断相似，它的保护范?围应不超出?下一条线路?距离第1段?的保护范围?，并带有高出?一个At的?时限以保证?动作的选择?性;第1II段?与过电流保?护相似，其起动阻抗?按躲开正常?运行时的负?荷参量来选?择，动作时限比?保护范围内?其他各保护?的最大动作?时限高出一?个At。
3.2 过渡电阻
过渡电阻是?一种瞬间状?态的电阻。当电器设备?发生相问短?路或相对地?短路时，短路电流从?一相流到另?一相或从一?相流入接地?部位的途径?中所通过的?电阻。相间短路时?，过渡电阻主?要是电弧电?阻。接地短路时?，过渡电阻主?要是杆塔及?其接地电阻?。一旦故障消?失，过渡电阻也?随之消失。短路点存在?过渡电阻，使距离保护?的测量阻抗?发生变化，使其误动作?。过渡电阻是?一种暂态量?，在距离保护?中成为影响?暂态超越的?重要因素。
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3.3 过渡电阻对?距离保护的?影响及解决?措施
3.3.1 过渡电阻对?单侧电源线?路的影响
如图3-1所示，当线路 F-G始端经R?f 短路，则保护 2 的测量阻抗?为Zm2 = Rf ，保护 1 的测量阻抗?为Zm1 = Z + Rf E-F 。当Rf 较大时，可能出现m?2 Z 已超出保护?2 第?段整定的特?性圆范围;而m1 Z 仍位于保护?1 第?段整定的特?性圆范围以?内的情况，如图3-2所示，此时两个保?护均以第?段的时限动?作，从而导致保?护无选择性?地跳闸。
图3-1单侧电源?线路经过渡?电阻Rf 短路
图3-2过渡电阻?对距离保护?影响的分析?
3.3.2 过渡电阻对?双侧电源线?路的影响
如图3 所示的双侧?电源线路上?，如在线路F?-G的始端经?过渡电阻R?f 单相短
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路时?，
分别为两侧?电源供给的?短路电流，则流经Rf? 的电流为
此时母线E? 和F 上的残余电?压为
则保护2 和1 的测量阻抗?为
其中，α 表示超前于?的角度。当α 为正时，测量阻抗的?电抗部分增?大，从而使保护?范围缩短，有可能造成?保护拒动;而当α 为负时，测量阻抗的?电抗部分减?小，使得保护范?围延长，有可能引起?保护误动作?，导致距离保?护的稳态超?越。
图3-3双侧电源?线路经过渡?电阻Rf 短路
3.3.4减小过渡?电阻对距离?保护影响的?措施
(1)采用瞬时测?定装置
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它通常应用?于距离保护?第?段。原理接线如?图所示。
图3-4 瞬时测定装?置原理图
(2)采用带偏移?特性的阻抗?继电器保护?2的测量阻?抗Zcl2?=Zd+Rg。当过渡电阻?达Rg1时?，具有椭圆特?性的阻抗继?电器开始拒?动。当过渡电阻?达Rg2时?，方向阻抗继?电器开始拒?动。当过渡电阻?达Rg3时?，全阻抗继电?器开始拒动?。如图3-5、3-6所示。
图3-5 带偏移特性?的阻抗继电?器保护
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图3-6带偏移特?性的阻抗继?电器保护示?意图
(3) 国内外研究?现状
国内外为解?决重负荷时?经过渡电阻?接地短路或?输电线路末?端高阻接地?故障，传统距离保?护无法准确?动作的问题?，进行了一系?列的实验研?究。其研究主要?集中在多边?形特性继电?器、复合特性继?电器、改进的正序?电压极化的?接地距离继?电器、自适应距离?继电器、神经网络距?离继电器及?其他一些方?法。
过渡电阻对?距离保护的?影响
当电力系统?发生故障时?，一般不是金?属性短路，大多数的情?况下短路点?存在着过渡?电阻。当存在过渡?电阻时，距离保护的?测量电阻不?再同故障距?离成正比，距离保护的?动作区会扩?大或者缩小?，距离保护因?此可能发生?拒动或者误?动，会给电力系?统安全运行?带来重大的?损失，甚至有可能?威胁
[2] 到电力?系统的稳定?性。
如何消除过?渡电阻对距?离保护的影?响
为减小过渡?电阻对距离?保护的影响?，继电保护工?作者们提出?了大量消除?过渡电阻影?响的算法。如文献[6]通过分析零?序网图，得到两侧零?序故障电流?相角差的准?确表达式，解方程后可?准确得到故?障点的保护?安装处的正?序电抗。它仅需知道?对侧电源的?等效零序阻?抗，其全部采用?单端数据，计算精度高?。同时，在文献[7]中针对双侧?供电的线路?所提出的心?方案，是一种避开?过渡电阻的?故障测量方?法。该方法可以?在在不同故?障情况下，只要判断
出?故障的类型?，就可以较准?确地侧出故?障的距离。
作为高压输?电线路最常?见的故障，单相接地故?障很容易引?起距离保护?的拒动或误?动。文献[1]所提出的基?于保护处检?测到的有功?功率计算过?渡电阻的新?方法。这种方法改?进了距离保?护的判据，具有对过渡?电阻性，根据过渡电?阻的大小自?动补偿附加?测量阻抗。它可以很好?的解决距离?保护的拒动?问题。因其受输电?线路长度影?响小，适用于中长?线路。也可用于两?相短路接地?故障。
此外，一种可消除?限流电抗和?故障过渡电?阻双方面影?响的接地距?离保
[4]护补偿?算法在最近提出?。当相角差较?小时，无论发生三?相还是单相?接地短路，采用此算法?的欧姆继电?器都能够正?确动作。但是，当相角差较?大时，则此算法会?带有一定的?误差。如何消除大?相角差产生?的影响，还需要再研?究。
距离保护采?用神经网络?消除过渡电?阻影响
人工神经网?络是(ANN)是由多个神?经元练级而?成，是以模拟人?脑行为的网?络系统，是一种与传?统方法不同?的信息处理?工具，它的一个重?要特征是能?从给定的样?本中通过学?习产生规则?。[5]它采用的是?自适应保护?方
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式，由存储中有?限的权值和?阀值在运行?中可随时调?用。虽然它学习?的时间
[8] 长但?它能自适应?地按照系统?实时状态来?自动设置斜?角。
能很好的处?理距离保护?的问题之外?，也可以理想?的解决其它?按唯一整定?值动作方式?无法确定其?整定值的保?护问题。有了算法和?系统的引入?，以后能更好?的对电力系?统实施保护
?。
第四章 模型建立与?仿真
4.1模型建立?
考虑具有两?级线路的单?端电源11?0kV单回?线输电线路?系统，如图4-1所示。距离保护安?装在线路A?B的阻抗继?电器处，作为本线路?AB的主保?护以及下级?线路BC的?后备保护。
10.5kV10.5/121kV.110/10.5kV110kVABC10kV10kV负荷S100km100km
TT12
图4-1 单端电源电?力系统
系统的各个?元件参数为?:电压源的线?电压10.5kV，内阻Zg=0.001+j0.0157
Ω?;变压器容量?31.5MVA， Yg-d11接线?，折算到高压?侧的阻抗Z?T=1.86+j18.6Ω;两级线路长?度均为10?0km，线路的正序?阻抗z1=(0.05+j0.3)Ω/km，零序阻抗z?0=(0.04+j1.2) Ω/km;负荷容量S?LD=1.2+j0.9MVA。
在Matl?ab/Simul?ink中建?立仿真模型?，如图4-2所示。保护模块已?经封
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装成子?系统，其输入数据?为阻抗继电?器处的电压?电流测量值?，其输出信号?送至阻抗继?电器的控制?端，以控制其开?合状态(信号0表示?跳闸，信号1表示?合闸，继电器初始?状态为合闸?。用故障模块?设置短路类?型以及故障?发生的时间?(t=0.03s)。通过改变故?障点两侧线?路的长度来?改变故障点?的位置，但两侧线路?的长度之和?始终保持2?00km不?变。仿真起止时?间为0~0.2s，采用变步长?、ode23?t算法进行?仿真。所有模块的?频率均为5?0Hz。
图4-2 线路故障及?距离保护仿?真模型
当输电线路?发生A相接?地短路时，B、C相电流没?有变化，一直为0。正常情况下?，三相短路故?障处于断开?状态，A相电流为?0。在0.01s时，三相短路故?障发生器闭?合，此时A相接?地短路，其短路电流?发生了剧烈?的变化，但大体仍为?正弦信号。在0.04s时，三相短路故?障发生器打?开，故障排除，此时故障点?A相电流迅?速变为0。仿真结果如?图4-3，4-4所示:
图 4-3 故障点A电?流波形
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图 4-4 故障点B、C电流波形?
如图4-5所示故障?点电流各序?分量相同，在故障发生?后故障点电?流迅速增大?，故障排除后?电流迅速减?为零。
图4-5 故障点A相?电流各序分?量幅值图
如图4-6所示故障?点电压各序?分量在短路?故障发生后?也迅速增加?，且故障排除?后负序分量?和零序分量?降为零，而正序分量?维持短路时?的值不变。即其A相电?位升高。
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图4-6 故障点A相?电压各序分?量幅值图
4.2不同场合?过渡电阻的?影响
根据测量阻?抗的构成方?式不同可以?分别构成相?间距离保护?和接地距离?保护。相间距离保?护采用的测?量电压是相?间电压，测量电流也?为相间电流
但不能反应?单相接?，能够反应相?间短路、两相接地短?路和三相短?路故障，
地故?障。接地距离保?护采用测量?电压为保护?安装处的相?电压，测量电流为?带有零序电?流补偿的相?电流，能够反应单?相接地故障?、两相接地故?障、三相接地故?障，但不能反应?相间短路故?障。
4.2.1 单侧电源线?路上过渡电?阻的影响
由上一章的?内容可知，单侧电源上?过渡电阻的?影响可以导?致各测量阻?抗均增大，保护范围缩?小。从而有可能?使两个保护?同时在第?段的时间内?动作，可能失去选?择性。示意图如图?4-7所示。
A B C RgQF1 2 QF
(3) K
图 4-7 过渡电阻对?单侧电源的?影响
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仿真模型如?图4-2所示，过渡电阻加?于BC之间?，这时的仿真?结果如图4?-8、4-9所示。
图4-8 距离?段内的相间?保护动作图?
图4-9 距离?段内的接地?保护动作图?
由上图可知?，相间保护与?接地保护同?时动作，从而失去了?选择性。
4.2.2 双侧电源线?路上过渡电?阻的影响
双侧电源线?路上如果存?在过渡电阻?，将会导致测?量阻抗增大?，保护可能会?拒动。示意图如图?4-10所示。
12
，， EEMN (3) K
图 4-10 过渡电阻对?双侧电源的?影响
仿真模型如?图4-2所示，过渡电阻加?于2和右侧?电源之间，这时的仿真?结果如图4?-11、4-12所示。
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图4.11 距离?段内的相间?保护动作图?
图4.12 距离?段内的接地?保护动作图?
-
第五章 消除过渡阻?抗算法及仿?真结果 5.1消除过渡?阻抗算法
三段式距离?保护子系统?的内部构成?如图5.1所示，分别由距离??段，距离?段，距离?段构成，距离?段输出信号?延时0.05s，距离?段输出信号?延时0.1s，再将各段的?动作信号经?过点乘模块?之后得到最?终的断路器?动作信号。
图5-1 三段式距离?保护模块内?部结构
S函数模块?能够将程序?与Simu?link结?合在一起，将电路模型?的电气量采?集输入到S?函数模块，在仿真时，S函数不断?循环地调用?并执行内部?程序，对输入的电?气采集量进?行处理，并将处理结?果输出用以?控制电路模?型。
S函数的编?写有固定的?格式，它是由初始?化函数、动态更新函?数以及输出?函数构成。
初始化函数?用于说明程?序输入和输?出量的个数?、连续或离散?状态个数以?及采样时间?等。本程序中采?用离散状态?量，相间距离保?护程序的输?入量个数是?12个，分别为经过?傅里叶变换?后得到的三?相电压和三?相电流的幅?值和相角，输入量个数?为1
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个动作?信号。接地距离保?护程序的输?入量个数是?14个，比相间距离?保护程序多?了零序电流?的幅值和相?角。
动态更新函?数用于计算?测量阻抗值?，在动态更新?函数中将由?傅里叶变换?模块得到的?电压电流幅?值和相角组?合成电压和?电流的相量?形式，并计算得到?各相的测量?阻抗值。在用测量电?压除以测量?电流得到测?量阻抗时会?遇到某时刻?测量电流恰?好过零点或?者电流非常?小的情况，此时程序会?出错，因此先判断?该采样点的?测量电流值?是否非常小?，如果很小的?话就直接为?测量阻抗赋?值，如果测量电?流比较大的?话，就用电压除?以电流的方?式得到测量?阻抗。
输出函数用?于保护判断?，并输出最终?的动作信号?。在输出函数?中将动态更?新函数得到?的各相测量?阻抗与整定?阻抗值比较?，三相中只要?有一相测量?阻抗值满足?动作方程就?输出跳闸信?号。另外，由于傅里叶?变换模块需?要经过一个?周期才有输?出，因此在输出?函数的开始?的时候判断?仿真时间是?否小于0.025s，如果是则直?接输出不动?作的信号，否则进行正?常的保护判?断程序。
程序流程图?如图5-2所示。
开始
程序初始化初始化函数
设定采用时间以及输
入输出变量个数
动态更新函数
计算测量阻抗
循环执行直到仿真结束
输出函数
距离保护判定
图5-2 保护程序流?程图
输出
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5.2仿真结果?
调节故障点?的位置仿真?得到距离保?护各段的保?护范围为:?段能保护8?0km内的?各种故障，?段能保护1?50km，?段能保护本?级以及下级?线路全长。
各段中的相?间距离保护?对于范围内?的单相接地?故障不会误?动，而接地距离?保护对于范?围内的相间?短路也不会?误动作。
以130k?m处发生两?相相间短路?为例，此时故障发?生在?段范围外，距离?段应该不动?作，而距离?段和距离?段分别延时?0.05s和0?.1s动作，并且这两段?距离保护模?块内所包含?的相间距离?动作而接地?距离不会动?作。仿真结果如?图5-3、5-4所示。
图5-3 130km?处相间短路?时距离各段?动作图
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图5-4 距离?段内的相间?和接地保护?动作图
距离?段保护模块?内部的相间?距离和接地?距离模块的?动作如图5?-4，是在延时模?块前的动作?信号，可以看出在?相间短路时?由相间距离?保护动作而?接地距离保?护不会动作?。
致 谢
在老师的指?导下,经过近一个?月的努力下?过渡电阻对?不同特性阻?抗继电器的?影响分析终?于设计完成?了，在此我对老?师给予的帮?助表示衷心?的感谢,并且感谢曾?给予我帮助?的陈波、张大山、李伟等同学?。
在毕业设计?过程中，辅导老师在?百忙之中对?我的设计给?予了细致的?指导和建议?,对我的辅导?耐心认真，并给我们提?供了大量有?关资料和文?献，使我的这次?设计能顺利?完成。通过这次毕?业设计使我?对以前学习?的知识得到?了更深的了?解,并使知识得?到了进一步?的巩固.
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参考文献
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范文四：特性阻抗测量
同轴线特性阻抗的测量
一、前言
特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗, 它是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性，正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器具有恒定的特性阻抗。传输线匹配的条件就是线路终端的负载的阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率，相反，传输效率会受到影响，所以特性阻抗值是整个传输回路中非常重要的一个参数。
二、测试原理
特性阻抗有很多种测试方法, 我们可以采用TDR 测试法（时域测试法）、史密斯图法、谐振频率法测试同轴电缆的特性阻抗。各种测试方法存在各自的优劣，一般TDR 用于测试跳线类射频电缆，Smith Chart 常用于非跳线类；谐振频率法通常用于75同轴电缆，实际操作中可以根据具体情况选择合适的测试方法。下面通过史密斯图法来测量同轴线的特性阻抗。
Smith 圆图是反射系数（伽马，以符号Γ表示）的平面直角坐标系。反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数，即s11。负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。由于阻抗是复数，反射系数也是复数，反射系数的表达式定义为：
Rho(ρ)=ΓL =Γr +j Γi （1）
Z 0（特性阻抗）通常为常数并且是实数， 于是可以定义归一化的负载阻抗：
Z =Z L R +jX ==r +jx （2） Z 0Z 0
据此，将反射系数的公式重新写为：
ΓL =Γr +j Γi =Z L -Z 0Z L -1r +jx -1 （3） ==Z L +Z 0Z L +1r +jx +1
为了建立圆图， 方程必需重新整理以符合标准几何图形的形式（如圆或射线）。
由公式（3） 得出：
Z =r +jx =1+ΓL 1+Γr +j Γi （4） =1-ΓL 1-Γr -j Γi
经过推算：
1-Γr 2-Γi 22Γi 1+ΓL （5） Z =r +jx ==+j 1-ΓL 1-Γr 2-2Γr +Γi 21+Γr 2-2Γr +Γi 2
由此可得：
1-Γr 2-Γi 2 （6） r =221-Γr -2Γr +Γi
2Γi （7） 221+Γr -2Γr +Γi x =
重新整理公式，可得最终方程：
r 212(Γr -) +Γi 2=() （8） r +1r +1
从而得到以（r ／r ＋1，0）为圆心，半径为1／1＋r 在复平面（Γr ，Γi ）上的电阻圆图。
同时经过经过等式（7）可以推导出一个参数方程，见方程（9）和方程（10）。 x (1+Γr 2-2Γr +Γi 2) =2Γi （9）
11 (Γr -1) 2+(Γi +) 2=2 （10） x x
同样，式（10）也是在复平面（Γr ，Γi ）上的以（1，1／x ）为圆心，半径1／x 的电抗圆图。图1 即为方程式（8）和（10）组成的Smith 图。
图1 Smith 圆图
圆图中的每一点代表在该点阻抗下的反射系数。该点的阻抗实部可以从该点所在的等电阻圆读出，虚部可以从该点所在的等电抗圆读出。同时，该点到原点的距离为反射系数的绝对值，到原点的角度为反射系数的相位。由反射系数可以得到电压驻波比和回波损耗。
VSWR =1+|Γ| （11） 1-|Γ|
Re turnLoss =10lg |Γ|2=20lg |Γ| （12）
三、测试方法
采用网络分析仪选smith （R ＋jX 模式）测试功能，可以得到如图2、3 所示图形（smith chart）：
图2、3中横坐标为反射系数的实部数值，纵坐标为虚部数值，此图标能够从总体上看出阻抗的变化范围，图3中可以看到阻抗值出现异常波动，
会发现在
显示的结果中经常会存在由于电缆内的阻抗失配而产生的纹波，但是却不可能指出电缆内大的反射发生在何处， 所看到的是在每个频率点上电缆内所有反射相加在一起的反射，这是整条传输线上所有部分的复合响应。
图2 电缆内端阻抗图（Smith Chart）
图3 电缆内端阻抗图（Smith Chart）
综上所述， Smith chart 是在频域范围测试阻抗的实部和虚部数值，只能反映电缆特性阻抗的数值变化范围，但是无法断定出现阻抗不良点在电缆的哪一个位置。
四、测试
测试条件：取不同规格的电缆在同一实验环境下测试，测试结果如下 Sample1 Sample2 Sample3 Sample4 Sample5 Sample6 Smith 图法测试： 50.60 51.01 75.02 75.07 300.10 301.03
范文五：1特性阻抗
.1特性阻抗
特性阻抗也称波阻抗，是电缆的二次参数，它描述了电磁波沿均匀线路传播而没有反射时所遇到的阻抗，即线路终端匹配时，线路内任一点的电压波（U ）和电流波（I ）的比值。特性阻抗可以用一个复数表示，当电缆线芯的材料、直径、绝缘形式确定后，特性阻抗只随频率的变化而变化。
特性阻抗Zc 为回路上任意点电压波和电流波之比并有
R 、L 、G 、C 分别为对绞回路的电阻、电感、电导、电容，虚部相位角Φ从零开始到频率f ＝800Hz 时接近-45°，然后逐渐接近零。可以看出传播常数和特性阻抗Zc 均与电缆的一次参数R 、L 、G 、C 有关，TIA/EIA---568---A规定5类缆的特性阻抗为100 15Ω.对于局部网布线系统来说，传输媒介具有稳定的阻抗值是很重要的，否则连接器硬件就会和电缆失配。从而引起信号反射导致传输效率下降，甚至网络无法工作。
对于高频对称电缆，由于频率增加时，集肤效应增加，使内电感减小，而外电感与频率无关，所以随频率的增加，总电感近似于外电感，
式中，r 为等效介电常数；a 为绝缘线心外径；d 为导体直径
由式子可以看出特性阻抗和导体类型和直径，绝缘的类型和厚度有关，在某
种程度上也与线对的绞合性能有关（因等效介电常数εr 和绞合有关）。由于一般的标准中都规定了导体的直径d=24（AWG ），而且从实际情况中看来，此d 值也是最理想值。这样从上式看来影响特性阻抗的只有外径（外径可以看成和导线间距α相等）、组合绝缘介质的等效相对介电常数（εr ）。而且，Zc 正比于α和λ，反比于εr 。所以只要控制好了α、λ、εr 的值，也就能控制好。在实际中常用输入阻抗Zin 来表述电缆的特性阻抗。其定义 式中：Z0为终端开路时的阻抗测量值；Zs 为终端短路时的阻抗测量值。
3.2 回波损耗
回波损耗是数字电缆产品的一项重要指标，回波损耗合并了两种反射的影响，包括对标称阻抗（如：100Ω）的偏差以及结构影响，用于表征链路或信道的性能。它是由于电缆长度上特性阻抗的不均匀性引起的，归根到底是由于电缆结构的不均匀性所引起的。由于信号在电缆中的不同地点引起的反射，到达接收
端的信号相当于在无线信道传播中的多径效应，从而引起信号的时间扩散和频率选择性衰落，使接收端信号脉冲重叠而无法判决。信号在电缆中的多次反射也导致信号功率的衰减，导致误码率的增加，从而也限制传输速度。在生产数字缆的过程中，电缆的回波损耗指标容易出现不合格。它的表达式是
ZH 为负载阻抗，ZC 为波阻抗。按标准规定ZC 分别为100Ω、120Ω、150Ω。 减少回波损耗的方法： 1. 提高同心度
在绝缘串联生产工序，要求铜导体的直径公差在±0.002mm 内，绝缘外径偏差在±0.01mm 内。同心度在96%以上，且表面光滑圆整。否则，单线在进行绞对后电缆的特性阻抗会出现超出指标要求的较大峰值。
2. 采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术并配合使用十字型塑料骨架
采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术可消除绝缘单线偏心对特性阻抗的影响，同时可降低绝缘单线同心度的要求。而采用十字型塑料骨架，可保持电缆结构的稳定性，使单线不均匀造成的特性阻抗的变化变得平滑，使其近端串音和回波损耗在高频时的性能相当好。
3. 采用粘连线对技术
粘连线对技术工艺指的是采用两台挤塑机、一个机头共挤，将同一线对的两根绝缘芯线同步挤出将其粘结在一起。绞对线间粘连后，可确保绞对线结构的稳定性，保持线对两根导线中心距(S)的稳定来提高线对阻抗均匀性，从而提高回波损耗指标；也可避免绝缘导体经弯曲扭绞后导体发生散芯而影响电缆的回波损耗指标。
3.3 结构回波损耗
结构回波损耗的表达式是：
式中，Zm 为拟合阻抗。由此定义可见，SRL 实质是描述Zin 围绕Zm 波动大小的一个指标。引起Zin 波动的原因是电缆部件存在着突发性或周期性的结构偏差或缺陷，如绝缘外径波动、导体直径波动、绞对时绝缘单线在节点处周期性压伤、绝缘发泡不均匀、绝缘偏心时绞对过程因单线的自转造成两导体中心距s 呈周期性的正（余）弦函数波动等。其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL 危害最大。由于输入阻抗与制造过程中的诸多随机缺陷有着极为直接的关系，而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联，相互影响，错综复杂，因而难以分析输人阻抗与某个缺陷的定量关系。但通过长期的生产实践得知，生产过程中随机缺陷较小而造成的阻抗波动很小时，SRL 曲线上只出现小的尖峰。极轻微的周期性结构不均匀造成的影响与其它缺陷造成的影响迭加一起，最终也会呈现出随机
性的波动，这与同轴缆的情况有所不同。当较严重的周期性不均匀缺陷时，且相邻点间的距离等于电缆传输信号波长的一半时，在此频率点及其整数倍频率点上将出现显著的尖峰，即有以下关系：
3.4 衰减
采用utp 结构的电缆，最重要的电气参数是衰减与近端串音衰减。衰减与近端串音衰减是决定局域网设计优劣和电缆长度的主要因素。衰减是决定局域网设计和电缆可以做多长的主要因素，近端串音则是线路传输可靠的一项重要指标。衰减值由以下三部分组成： α=α1＋α2＋α3
式中，α1金属衰减。主要由线对中两根导线因高频电阻产生的衰减和对周围金属（导线和屏蔽）反射电磁波而产生的衰减组成；介质衰减α2与介质的损耗、工作频率和工作电容有关，其值近似与频率成正比；阻抗不均匀时波反射引起的附加衰减α3是由于阻抗不均匀造成波的反射，减小了波向前传输的量，造成终端信号的减弱，其等效于有以附加的“衰减”，这是造成衰减曲线在高频下出现“波纹”的主要原因。这种“波纹”可能导致个别频率点上衰减不合格。
传输线的衰减常数 式中R 、C 、L 、G 分别电缆的一次参数的电阻、电容、电感和电导。进一步计算可得：
式中，D 为绝缘等效介电常数；f 为工作频率（MHz ）；d 为导体直径（mm ）；KD 为衰减的绞线系数；a 为对绞线两导体间的中心距（mm ）；tgδD为绝缘材料等
效介质损耗角正切。
从上式中可以看出：
(1) 对称电缆衰减由导体损耗和介质损耗构成。导体和绝缘几何尺寸及类型是影响数据电缆衰减的主要因素，其衰减与使用频率，介质的介电常数及介质损耗成正比关系，选用低介电常数，低介质损耗的绝缘材料，合理选择绝缘和导体几何尺寸，都可以降低电缆的衰减，另外对绞节距的过于偏小也会因导体有效长度的增加而导致损耗增加，因此应合理地选择对绞节距。
(2) 导体的损耗随着频率的平方根而增加，介质的损耗即与频率成正比。频率越高，介质衰减值越大，六类缆使用频率为250MHz ，所以选用具有低介质损耗角正切的绝缘材料至关重要。
(3) 绝缘厚度的增加可以降低衰减，但同时也会使阻抗增大，回路会产生阻抗不匹配，影响传输质量。因此应在阻抗允许范围内增加绝缘厚度以达到降低衰
减的目的，另外产品成本也会因此而增加，因此应全盘考虑，但更重要的是保证电缆结构尺寸的稳定性和均匀性。
3.5 串音
电磁波从一个传输回路串到另一个传输回路的现象称为串音。串音包括近端串音衰减和远端串音衰减。能量从主串回路传入被串回路的衰减称为串音衰减。此值越大，性能越好。以六类缆为例，有关标准规定六类缆的近端串音衰减（NEXT ）和远端串音衰减(EL FEXT)为： flg153.74NEXT ＝ lg2068FEXT ELf
式中，f 为传输频率（MHz ），以上两式的的用运范围是1～250 MHz。从两式可以看出电缆的近端串音衰减和远端串音衰减随频率的增大而减小。串音主要来自线对间的电磁耦合，降低串音主要是降低线对间的电容不平衡。绝缘线芯的结构均匀性和对称性是提高NEXT 和EL FEXT的基础，合理的绞对节距设计是提高串音防卫度的有力措施，六类缆的对绞节距应在10～30mm 之间。且线对之间节距差，越大越好。但太大的节距差又有损于时延差的减小，因为时延是决定六类缆使用距离的关键参数，时延越大使用距离越短，而减小时延差的措施是适当减小线对节距差，因此必须合理、均衡选择线对之间对绞节距差。降低串音也可以采用线对屏蔽，通过线对屏蔽减少串音是最有效的方法，因为屏蔽可以有效地减少电磁感应在年点之间造成的影响，从而达到有效控制串音的面的，对于屏蔽效果好与差通常由屏蔽材料的厚度和重叠决定。由于传输高频信号时导体会发生集肤效应，频率越高，集肤效应越严重，尤其在5MHz 以上时屏蔽效果会降低，甚至失效。因此必须按照最低使用频率来设计和计算屏蔽层的厚度。重叠率是为了减少屏蔽材料接口位置的电磁泄漏，通常要求重叠率达到25％以上。7类缆的生产就是采用了线对屏蔽的方式，来达到改善串音的目的。降低串音还可以对成缆做好设计，因为成缆节距对串音的影响是通过其影响对绞节距而产生的。因为目前用于通信电缆的设备大多是非退扭设备，因此不同的成缆节距对同一线对将产生不同的绞入率，而绞入率的变化将会改变成缆后各对绞节距的大小，所有在设计时，成缆节距于对绞节距合理的搭配也是改善串音问题的重要方减的目的，另外产品成本也会因此而增加，因此应全盘考虑，但更重要的是保证电缆结构尺寸的稳定性和均匀性。
电缆结构设计是把线材各组成部分参数书面化. 在设计过程中, 主要是根据线材的有关标准, 结合本厂的生产能力, 尽量满足客户要求. 并把结果以书面形式表达出来, 为生产提供依据.
物料用量计算是根据设计线材时选用的材料及结构参数, 计算出各种材料的用量, 为会计部计算成本及仓储发料提供依据. 导体部分有关设计与计算: 导体在结构上有实心及绞线两种, 而其成份方面有纯金属. 合金. 镀层及漆包线等. 在设计过程中, 对于不同的线材选用这些导体材料时, 基于下面几个方面: 1.线材的使用场所及后序加工方式. 2.导体材料的性能:导电率, 耐热性. 抗张强度. 加工性. 弹性系数等.
1.导体绞合节距设计: 绞线中绞合节距大小一般根据绞合导体线规选取(主要针对UL 电子线系列, 电源线,UL444系列,CSA TR-4系列对导体的节距有要求, 需根据标准设计), 有时为了改善某种性能可选其它的节距. 如通信线材为了降衰减选用小节距, 为了提供好的弯曲性能选用较小的节距. 下面的节距表选择表是针对UL 电子线.
美制线规对应截面积及绞线节距
美制线规 标称截面积 最小截面积 节距
30 0.0507 0.0497 6~8
28 0.0804 0.0790 9~11
26 0.1280 0.1260 11~13
24 0.2050 0.1990 14~16
22 0.3240 0.3140 16~19
20 0.5190 0.5090 21~24
18 0.8230 0.8070 27~32
16 1.3100 1.2700 32~38
14 2.0800 2.0200 39~47
2. 多根绞合导体绞合外径计算: 导体绞合采用束绞方式进行, 绞合外径采用下面两种方法计算: 方法1: 方法2: d----单根导体的直径D---绞合后绞合导体外径N---导体根数 上述两种方法中, 方法2比较适合束绞方式导体绞合外径计算：
3. 导体用量计算: 1. 单根导体2. 绞合导体d----单根导体直径ρ—导体密度N---导体绞合根数λ---导体绞入系数 注:用量计算为单芯时导体用量, 当多芯时须考虑芯线绞合时的绞入系数. 4. 导体防氧化. 为防止导体氧化, 可在导体绞合时, 加BAT 或DOP 油（如电源线，透明线）。
押出部分有关的设计与计算: 押出部分包括绝缘押出. 内被押出及外被押出, 在押出过程中, 因对线材要求不同采用押出方式不同. 一般情况下, 绝缘押出采用挤压式, 内护层与外护层采用半挤管式. 有时为了满足性能要求采用挤管式. 其具体选择方法, 参照押出技术. 1.押出料的选择: 设计过程中押出料的选择主要根据胶料的用途、耐温等级、光泽性、软硬度、可塑剂耐迁移性、无毒性能等来选择. 2.押出外径: D2=D+2*T D------押出前外径D2----押出后外径T------押出厚度 押出厚度(T)主要根据线材有关标准, 结合厂内设备生产能力尽量满足客户要求. 3.胶料用量: 采用不同的押出方式, 押出胶料用量计算公式也有不同. 挤管式 挤压式W=(S成品截面-S 缆芯内容物)*ρ ρ-----胶料密度. 考虑到线材的公差, 现期线缆企业一般采用下面计算方法. W=3,14159*1.05*T*(2*D+T)* ρ
芯线绞合有关设计与计算: 芯线绞合国内称为成缆，是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的过程称芯线绞合。其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。因为芯线在绞合过程中有弯曲变形, 有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI 芯线及其它高发泡绝缘芯线。
一般绞合节距取绞合外径的15~20倍. 有时为了改善线材性能, 可选择合适的节距. 如为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距.USB 电缆为了减小芯线变形, 采用大节距.
1. 有关绞合中的基圆直径. 节圆直径. 绞合外径 基圆直径:对于某一绞线层, 绞线前芯线直径称基圆直径. 节圆直径:单线绞合在直径为D0的圆柱体上, 以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆, 其直径为节圆直径. 绞合外径:该层绞线的外接圆直径为绞线外径. 图中对于第三层绞合: 基圆直径为D0(即第二层(1+6)绞合的绞合外径) 节圆直径为D ’ D’=D0+d 绞合外径为D D=D’+d
2. 绞入系数: 芯线绞合的绞入系数为1+(圆周率X 绞合外径/绞合节距) 的二次方. D----绞合外径. H----绞合节距. 在绞线过程中, 对于多芯并芯线分层的情况, 虽然为束绞, 各层芯线绞入系数并不相同. 为了保守起见, 增大安全系 数, 并且减化计算, 所以在上述绞入系数的计算中D 采用芯线绞合的绞合外径(理论上, 各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算).
斜包有关的设计与计算 斜包在线材中主要起屏蔽作用，有时作为同轴电缆的外导体。 屏蔽目的是将外界干挠消除，对于同轴电缆，由于有屏蔽层而使阻抗得以匹配, 降低信号或传输能量之损失。 从屏蔽效果来讲，斜包不如编织，其屏蔽效果具有方向性，弯曲时屏蔽特性发生变化但其具有完成外径小、线材柔软、价格也比较低特点。适用于低频屏蔽。以下从几个方面叙述斜包结构设计:
1.斜包的铜线根数近似计算: 整数部分D-----斜包前外径. d------斜包铜线的直径. 如果是二、三芯绞合，绞合后不圆整，D(斜包前) 外径为等效外径。 此设计中的D 斜包前外径，相当绞线中基圆直径。从理论计算上讲, 要达到100%斜包D 应采用节圆直径，但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满(容易起股) 。所以D 采用斜包前外径(基圆直径) 。在实际生产中，因斜包铜丝一般为0.10mm 、0.12mm 的细线，其值在上述计算中忽略影响不大。采用上面公式计算，其斜包满度可达90%以上，对线材的性能影响很少。
2.斜包节距的选择: 斜包节距根据斜包前外径大小选择，一般按下面优化节距选取(此优化节距考虑到成本、附着力、外观等方面，并通过长时间生产验证) 。 成品外径 斜包节距d<1.0mm 15.5mm=""><><1.2mm 18mm=""><><2.0mm 22mm=""><><2.2mm 25mm=""><><2.4mm><><3.0mm><><3.5mm>
3. 绞入系数: 斜包的绞入系数为1+(圆周率X 斜包后外径/斜包节距) 的二次方. D----斜包后外径. H----斜包节距.
4. 斜包铜线的用量: d----斜包导体直径ρ—斜包导体密度N----斜包导体根数λ---斜包导体绞入系数
5. 斜包方向选择. 斜包一般采用与成缆的反方向：斜包线材生产过程中，斜包铜丝与斜包前线材转动方向相反，如果斜包方向与成缆方向相同时，斜包过程中会先把成缆线材先反扭，使线材松散，以致斜包易出现不良。 不过采用反方向斜包线材相对较硬，弯曲性能差。对于那些成缆芯线少, 芯线线径较大，没有隔离层的线材只能采用与成缆反方向。
6. 斜包线材外被押出: 斜包线材在外被押出前需通过倒轴， 防止断丝在过押出眼模时引起断线
编织有关的设计与计算 编织与斜包相似，在线材中主要起屏蔽作用，防止外界电场与磁埸的影响，提高线材的干挠防卫度，与斜包、铝箔相比具有以下特点：
1. 屏蔽无方向性.
2. 高频屏蔽特性良好, 适用于高频屏蔽.
3. 通过多层屏蔽, 屏蔽效果可达100%.
4. 弯曲时屏蔽特性无变化.
5. 编织有关的计算公式: 编织角正切: 编织系数: 编织密度: 编织用量: h-----编织节距. d-----编织单线直径. a-----编织半绽子数. n----编织并线根数. α—编织角
6. 编织各参数的确定:
1. 根据缆芯外径大小，及编织密度大小选定编织机类型(16锭或24锭高低速编织机)
2. 选定适应编织机的编织单根铜线(镀锡或裸铜线Φ0.08mm, Φ0.10mm, Φ.12mm) 。
3. 密度M. 编织角度α. 节距H 的确定. 注:每锭中的根数应在3-9根的范围内，因为根数少编织易断线，而根数太多使得编织层同层内的铜线重叠，编织角度通常在50-70的范围内，为提高生产效率则编织角度去接近70的值，由上述公式预算各参数，采用凑算法确定的适当的编织根数、编织角度、编织节距、编织密度。计算部分中的编织计算便是采用上述公式，采用枚举法计算得出
其它结构设计与计算: 在线缆设计中，有时为了改善线材质量需加入其它的材料。为了使线材圆整，在芯线绞合时加入填充物；为了防止导体氧化在导体绞合时表面涂B.T.A 为了改善线材附着力绝缘押出时在导体表面涂DOP 或硅油，外被押出时在芯线表面拖滑石粉或云母粉。下面根据其作用不同分类叙述: 1. 填充物设计与计算: 填充物主要有棉纱线和PP 绳，设计时主要根据填充空隙大小、线材性能要求及材使用场所，选择填充棉纱、PP 绳或其它。填充物根数计算N=(S空隙/S单根填物) 整数部分 填充物用量W=单根重量*N*λ λ-----为芯线绞合的绞入系数. 2. 隔离层的设计与计算: 隔离材料的选择：纸带在线材中只起分隔作用；铝箔在线材中有分隔作用与屏蔽作用。当线材只需分隔开时，选用纸带；否则选用铝箔。
有时在一些高性能的通信线中隔离层采用无纺布或发泡PP 带(如SISC) 工艺方式 在分隔层的制造过程中, 为了节约工时, 可根据情况采用绕包. 拖包. 纵包三种不同方式.(注绕包. 拖包时角度α=40-60;纵包时角度α=90). 物料用量n-----为隔离层数. t-----为隔离带厚度. ρ---为隔离材料密度. k-----为隔离带重叠率. 3.有关的绞入率计算: m-----为节径比. h------为节距. d------线材的绞合外径. 说明1:上面的绞入系数计算都为一个工序的计算, 在实际计算物量时, 应考虑整个个生产过程, 所以总的绞入系数可能为多个工序的绞入系数的乘积. 说明2: 设计计算时应取节距范围的下限值, 以在定额中争取最大之绞入系数(而生产中采用接近最大之节距值, 则既利于提高效率, 又可减低正常生产中的材料消耗). 电气性能计算部分随当代电气通信事业的飞速发展，传输信号用的电线电缆电气性能要求也越来越高，所以在通信线材结构设计时，线材的电气性能应为重点考虑对象，下面部分主要介绍常用的通信线材基本的电气性能理论计算方法：
发泡绝缘的等效介电常数的计算公式: 发泡绝缘是一种组合绝缘，主要是为了降低绝缘介质的等效介电常数，提高线材的电气性能。发泡绝缘介质的等效介电常数介于空气绝缘与塑料绝缘的介电常数之间，在设计的过程中可采用下面两种方法对发泡绝缘介质的等效介电常数进行计算。 方法(1): ε-介质的材料的等效介电常数P-发泡度%,它表示泡沫介质内, 所有小气泡的体积与绝缘总体积之比. 方法(2): D泡沫-----泡沫介质的比重D 材料-----介质材料本身的比重εe----- 实心绝缘的介电常数ε------ 发泡绝缘的介电常数
对称电缆的结构计算: 对称通信电缆是由许多绝缘线芯，经绞合成电缆芯后再包以护层所组成，电缆一对或多对具有相同外径及相同结构的两根绝缘线芯对地对称的排列，因此称为对称电缆。对称电缆的导电线芯是用来引导电磁波传输方向的，因此首先要求导电性能好，要有良好的柔软性和足够的机械强度，同时也应考虑其加工，敷设及使用上的方便。
下面分一次传输参数与二次传输参数来叙述对称电缆的主要电气性能：1. 一次传输参数R.L.C.G 称为电缆线路的一次传输参数：这些参数与传输电磁波的电压和电流的大小无关，而与电缆的材料结构及电流的频率有关：
1.1有效电阻. 有效电阻就是当交流流过对称回路时的电阻, 包括直流电阻和由通过交流而引起的附加电阻. R 有=R直+R交R 交=R邻+R集+R金λ----总的绞入系数ρ----导电线芯的电阻率 欧姆*平方毫米/米l------电缆长度 米s------导电线芯的截面积 平方毫米d-----导电线芯的直径 毫米a-----回路两导体中心间距离 毫米K------为涡流系数u------为磁导率ζ----为电导率 有关H(X) F(X) G(X) K的计算详见通信电缆50页
1.2对称电缆的电感 当回路通以交流电后, 则在回路的导电线芯中和回路周围产生磁通, 在导电线芯内的称为内磁通, 在导电线芯外的称为外磁通. 而电感为磁通 与引起磁通的电流之比, 所以相应于内磁通与外磁通有内电感L 内与外电感L 外, 总电感为L=L内+L外. 当对称电路有屏蔽层时, 对称电缆屏蔽回路, 除了有电感L 内与电感L 外, 还有屏蔽体给传输回路带来的附加电感. 1.2.1.无屏蔽: (H/Km) λ----总的绞入系数d-----导电线芯的直径 毫米a-----回路两导体中心间距离 毫米K------为涡流系数u------为磁导率ζ----为电导率 有关Q(X)的计算详见通信电缆54页1.2.2. 有屏蔽: (H/Km) λ----总的绞入系数d-----导电线芯的直径 毫米a-----回路两导体中心间距离 毫米K------为涡流系数u------为磁导率ζ----为电导率 有关Q(X)的计算详见通信电缆54页.
1.3对称电缆的电容 电缆回的电容与一般电容器的电容相似. 两根导电线芯相当于两个电极, 导电线 芯间的绝缘相当于电容器极板间的介质. 当回路两导电线芯带有等量异性电荷时, 此电荷的电量Q 与两导电线芯间的电位差U 之比, 为该回路的电容, 即C=U/Q. 对称电缆回路的电容是比较复杂的, 因为电缆中往往包括很多线对, 而且外面又有屏蔽层或金属套, 所有任何相邻的线芯间或线芯与屏蔽层. 金属套都会有电容的存在. 回路间的电容指各部分之和. 对称电缆回路的电容有两种: 工作电容和部分电容. 一次传输参数中的电容指工作电
容(工作电容为部分电容所组成). 无屏蔽对称电缆(UTP)的电容可按下式计算﹕F/m 适用于两导体相互平行，并且周围无其它线对的理想情况. a-两导体的中心距(mm) d-中心导体的直径(mm) εe-绝缘材料的等效介电常数 对于多对结构的对称电缆，应考虑线对绞合的影响以及邻近线对等因素, 其电容 计算公式为﹕F/m λ----绞合系数φ----校正系数, 考虑邻近线对或线对屏蔽层对于电容的影响. 校正系数φ与各结构参数之间的关系. 屏蔽对绞组 无屏蔽对绞组a----对称电缆导体的中心距DS----屏蔽层内径(mm) d2-----对绞后的外径(mm) d1-----绝缘芯线的外径(mm)
1.4. 对称电缆的绝缘电导. 绝缘电导G 这个参数说明电缆线芯绝缘层的质量和电磁能在线芯绝缘中的损耗情况. 绝缘电导是由绝缘介质的特性决定的, 也就是由绝缘介质的体积绝缘电阻系数 和介质损耗角正切来决定的. 绝缘电导G 是由直流绝缘电导G0和交流电导G~组合的. 计算公式如下: G=G0+G~ G~, =ω*Ctg(δ) G0------直流损耗G~------交流损耗ω------电流频率C-------工作电容tg(δ)---介质损耗角正切2. 二次传输参数 二次传输参数是用以表征传输线的特性的参数, 它包括特性阻抗ZC, 衰减常数α, 及相移常数.
2.1特性阻抗 特性阻抗是电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗, 其值仅与线路的一次传输参数和电流的频率有关, 而与线路的长度无关, 也与传输电压及电流的大小及负栽阻抗无关: 无屏蔽对称电缆(UTP)﹕ 欧 欧 屏蔽对称电缆(STP)﹕ 欧 欧 当对称电缆的中心导体是绞线结构，屏蔽为编织时, 公式为﹕ 欧K3为编织影响的经验修正系数, 取值为0.98~0.99 K1为导体修正系数, 导体结构修正系数K! 与导体根数之间的关系: 绞线内导体的导线根数N 1 3 7 12 19 内导体结构的修正系数K1 1.000 0.871 0.939 0.957 0.970 绞线内导体的导线根数N 27 37 50 70 90 内导体结构的修正系数K1 0.976 0.980 0.983 0.986 0.988 2.2衰减: 衰减是射频电缆的最重要的参数之一, 它反映了电磁能量沿电缆传输时损耗的大小. 电缆的衰减表示电缆在行波状态下工作时传输功率或电压的损耗程度. 对称电缆在射频下的衰减可按高频简化公式如下计算:
2.2. 无屏蔽对称电缆和有屏蔽对称电缆: f-----频率de---绞合导体的电气等效直径d----绞合导体外径Ds--屏蔽内径a-----对称电缆导体的中心距εe--绝缘的等效介电常数tg(δ)---绝缘的等效介质损耗角正切Kp1-----导体的射频电阻系数 见射频电缆结构设计中表4.5 Kp2-----屏蔽的射频电阻系数 见射频电缆结构设计中表4.5 Ks-------绞线导体的电阻系数1.25 KB------编织屏蔽的电阻系数2.0 K3------编织对阻抗影响的系数0.98~0.99
同轴电缆的电气参数计算: 同轴电缆的一个回路是同轴对, 它是对地不对称的. 在金属圆管(称为外导体) 内配置另一圆形导体(称为内导体), 用绝缘介质使两者相互绝缘并保持轴心重合, 这样所构成的线对称同轴对。同轴电缆可用于开通多路栽波通信或传输电视节目, 也可用同轴电缆传输高数码的数据信息(如UL2919屏幕线) 1. 一次传输参数: 同轴电缆的一次传输参数主要随电流的频率及电缆结构尺寸D/d变化而变化. (1).有效电阻, 随频率的增大而增大. 而与内外导体直径比没直接的关系. (2).电感随频率的增大而减小, 随内外导体直径比增大而增大. (3).电容与频率无关, 随直径比的增大而减小. (4).电导与频率基本上成正比, 随直径的增大而减小. 具体计算公式如下:
1.1. 有效电阻: 同轴电缆的有效电阻包括内导体的有效电阻及外导体的有效电阻, 当内外导体都是铜导体时, 总的有效电阻为: (欧姆/公里)
1.2有效电感: 同轴回路的电感由内. 外导体的内电感和内外导体之间的外电感组成, 当内外导体都是铜时, 回路的电感为: (亨/公里)
1.3同轴电缆电容﹕ 同于同轴电缆无外部电场, 所以同轴对的工作电容就等于同轴对内外导体间的部分电容, 电容计算可按圆柱形电容器的电容公式来计算: Dw-外导体结构的修
正系数(理想外导体Dw=0,非理想外导体Dw=编织外导体中的单线直径) K1-内导体结构的修正系数, D1-同轴线外导体内径(mm)
1.4绝缘电导: 同轴对的绝缘导体G 由两部分组成: 一是由绝缘介质极化作用引起的交流电导G~,另一个部分是由于绝缘不完善而引起的直流电导G0: G=G0+G~ G~=ωCtg(δ) G0------直流损耗G~------交流损耗ω------电流频率C-------工作电容tg(δ)---介质损耗角正切2. 二次传输参数: 二次传输参数是用以表征传输线的特性参数, 它包括特性阻抗ZC, 衰减常数α, 及相移常数.
2.1. 同轴电缆特性阻抗﹕2.1.1. 对于斜包, 铝箔纵包可近似看作是理想外导体, 计算如下: 2.1.2. 编织外导体, 绞线内导体计算如下: D---外导体外径d----内导体外径Dw---编织导体直径K1----导体结构修正系数
2.2同轴电缆衰减的计算公式: αR-导体电阻损耗引起的衰减分量, 导体衰减(电阻衰减) 当内外导体都为圆柱形导体时: db/km 当内导体是绞线, 外导体是编织时: db/km D.d----外导体内径. 内导体外径K1-----导体结构修正系数ε-----绝缘介电常数KS-----绞线引起射苹电缆电阻增大的系数,KS=1.25 KB-----编织引起射苹电缆电阻增大的系数Dw----编织外导体中的单线直径KP1,KP2-分别表示内, 外导体与标准软铜不同时引起射频电阻增大或减小 的系数. 编织系数KB 还可用如下计算方法求出: m----为编织的锭数n-----为每锭编织线中的导线根数β-----为编织角(编织导线的方向与电缆轴线方向之间的夹角) αG----介质损耗而引起的衰减分量, 称为介质衰减(电导衰减) tgζe----等效介质损耗角正切εe-------等效介电常数
2.3延时﹕ 延时是指信号沿电缆传输时, 其单位长度上的延迟时间. 同轴电缆的延时与 电缆尺寸无关, 仅仅取决于介质的介电常数. 秒/米V-----信号在电缆中的传播速度εe----等效介电常数
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