接地距離保護(hù)零序補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)分析

陳昊

（南京供電公司,江蘇南京210008）

接地距離保護(hù)對(duì)金屬性接地故障保護(hù)范圍相對(duì)穩(wěn)定、易配合，廣泛應(yīng)用于高壓配網(wǎng)和輸電網(wǎng)。零序電流補(bǔ)償系數(shù)是接地距離保護(hù)的重要概念。通過引入復(fù)數(shù)形式K觶，可以使測(cè)量阻抗恰等于故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的正序阻抗。

不同保護(hù)制造廠家對(duì)零序補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)有不同的方式。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作人員若能正確掌握零序補(bǔ)償各種實(shí)現(xiàn)方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而理解其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，將有利于更好把握接地距離保護(hù)的動(dòng)作特性，提高保護(hù)裝置的校驗(yàn)、驗(yàn)收工作質(zhì)量。本文針對(duì)線路不同的X/R比值，進(jìn)行了零序補(bǔ)償系數(shù)的動(dòng)態(tài)分析，歸納了零序補(bǔ)償系數(shù)隨零序電阻補(bǔ)償系數(shù)和零序電抗補(bǔ)償系數(shù)漸變的變化規(guī)律，結(jié)合誤整定事故案例，討論了X/R比對(duì)零序補(bǔ)償?shù)挠绊?，?jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析一致。

1 零序補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式

設(shè)線路正負(fù)序阻抗相等，即Z1=Z2。單相故障時(shí)，母線電壓U準(zhǔn)為：

式中，U準(zhǔn)為測(cè)量電壓；I準(zhǔn)為測(cè)量電流；I0為零序電流為零序補(bǔ)償系數(shù)為補(bǔ)償電壓3I0Z1，反映了零序電流在輸電線路互感阻抗上的壓降。

從具體實(shí)現(xiàn)情況來(lái)看，不同的微機(jī)保護(hù)廠家因算法、習(xí)慣的差異，在K觶的實(shí)現(xiàn)方式上有多種形式，其中又以K蘊(yùn)方式和KX、KR方式最為常見。表1給出了典型的零序補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式。

表1 典型零序補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式

2種實(shí)現(xiàn)方式都能表征K觶在復(fù)平面所處的位置，可以相互轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)[2]推導(dǎo)了零序補(bǔ)償2種實(shí)現(xiàn)方式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:

將式（2）變形為幅值相角形式（K觶=|K|蟻茲），有：

保護(hù)定值零序電抗補(bǔ)償系數(shù)KX、零序電阻補(bǔ)償系數(shù)KR有所調(diào)整時(shí)，必然對(duì)零序補(bǔ)償有所影響，線路阻抗角不同時(shí)，這種影響有著顯著的區(qū)別。下面根據(jù)不同的X/R比值，分2種情況討論零序補(bǔ)償系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

2 大X/R比情況下K X、K R影響的動(dòng)態(tài)分析

KX、KR方式，可通過KR、KX2個(gè)參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)K觶在復(fù)平面的變化，其對(duì)補(bǔ)償電壓也有著相應(yīng)的影響，但同時(shí)應(yīng)該看到，這種影響對(duì)不同線路而言有一定差別。

高壓輸電線路常常滿足X/R>>1。經(jīng)統(tǒng)計(jì)南京地區(qū)500 kV線路的X/R一般在 [4.16,15.89]。不失一般性，這里取，繪制關(guān)于KX、KR的動(dòng)態(tài)漸變坡面，如圖1所示。

圖1 |UC|動(dòng)態(tài)漸變坡面（X/R=10）

下面討論KX、KR對(duì)式（1）中補(bǔ)償電壓UC的影響。

1）在KX=KR時(shí)，K觶的相角為0，此時(shí)的補(bǔ)償電壓為

K觶 只將I0Z1線性放縮，獲得UC，繪制UC幅值關(guān)于KX、KR的動(dòng)態(tài)調(diào)整線，如圖2所示。

圖2 |UC|動(dòng)態(tài)調(diào)整線

2）KX和KR不相等時(shí)，K觶的相角不為0，K觶除了將I0Z1放縮外，還將使其偏移一個(gè)相位茲，茲可能取正，也可能取負(fù)。

當(dāng)KX>>KR時(shí)，即使有X/R>>1，K觶仍有可能使I0Z1偏移一個(gè)較大的角度，這種情況的出現(xiàn)有可能帶來(lái)一定問題。整定保護(hù)定值應(yīng)注意這一點(diǎn)檢查和校核工作。

3 非大X/R比情況下，K X、K R影響的動(dòng)態(tài)分析

配網(wǎng)中，線路的X/R常常差距不懸殊，此時(shí)，KX、KR對(duì)K觶和UC的影響和高壓輸電線路的情形有差別。以高壓配網(wǎng)為例，南京地區(qū)110 kV線路的X/R一般在[2.14,4.01]。不失一般性，不妨取X/R=2.5繪制動(dòng)態(tài)漸變坡面如圖3所示，進(jìn)一步再取一種極端情況作為參照繪制動(dòng)態(tài)漸變坡面如圖4所示。

圖3 動(dòng)態(tài)漸變坡面（X/R=2.5）

圖4 動(dòng)態(tài)漸變坡面（X/R=1）

圖3的動(dòng)態(tài)漸變坡面雖然仍然向KR傾斜，但傾斜程度比圖1已顯緩和。此時(shí)KX對(duì)零序補(bǔ)償系數(shù)幅值的影響仍然要大于KR，但已遠(yuǎn)不如高壓輸電線路（X/R=10）那樣差別懸殊。圖4是一個(gè)極端的情形：X/R=1，此時(shí)動(dòng)態(tài)漸變坡面已不再向KR傾斜，在KX、KR2個(gè)方向上不偏不倚，這時(shí)，KX、KR保持著對(duì)零序補(bǔ)償系數(shù)幅值相等的影響力。

下面討論X/R=2.5時(shí)，KX、KR對(duì)補(bǔ)償電壓的影響。

1）KX=KR時(shí)，K觶亦將I0Z1線性放縮，獲得UC。此時(shí)繪制關(guān)于KX、KR的動(dòng)態(tài)調(diào)整線與X/R=10情形下對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整線相重合，見圖2。

2）KX屹KR時(shí)，K觶的相角不為0，除了將I0Z1放縮外，也將使其偏移一個(gè)角度，但較X/R>>1的情形要有所緩解。

4 保護(hù)整定問題及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由上述分析可知，一般來(lái)說(shuō)，KX、KR的影響是不對(duì)稱的，現(xiàn)實(shí)中曾經(jīng)發(fā)生過因KX、KR定值整定顛倒，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的事故。對(duì)一個(gè)X/R較大的輸電線路而言，KX、KR的不對(duì)稱作用十分顯著，如果一旦出現(xiàn)誤整定，將給接地距離繼電器引入錯(cuò)誤的零序補(bǔ)償，進(jìn)而使接地距離保護(hù)動(dòng)作行為不正確。輸電線路的阻抗角越接近90毅（這里考慮阻抗角在 [45毅，90毅]），誤整定引起的偏差越嚴(yán)重，并可以通過本文方法算得定量的影響結(jié)果。

為驗(yàn)證誤整定對(duì)不同X/R線路的影響，使用PW系列北京博電繼電保護(hù)測(cè)試儀模擬外部故障，對(duì)國(guó)電南自微機(jī)保護(hù)PSL602、PSL603進(jìn)行手動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：阻抗定值1贅，線路X/R比分別為10、9、8、2.5、1,模擬A相接地故障。其中，保護(hù)定值KX、KR數(shù)值不等且整定顛倒。將故障電流幅值由大到小動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)（步長(zhǎng)為0.1 A），觀察保護(hù)裝置的動(dòng)作行為。試驗(yàn)結(jié)果表明，保護(hù)動(dòng)作行為與分析相一致。在X/R=10的情形下，誤整定對(duì)保護(hù)動(dòng)作門檻影響最大。

5 結(jié)論

基于對(duì)接地距離保護(hù)零序補(bǔ)償系數(shù)的定量分析，可以得到以下結(jié)論。

1）零序補(bǔ)償系數(shù)KX、KR對(duì)距離保護(hù)零序補(bǔ)償系數(shù)和補(bǔ)償壓降有著重要的影響。就某一條具體線路而言，一般這種影響是不對(duì)稱的。

2）隨實(shí)際線路X/R比變化，KX、KR的影響有所差別。淤 X/R>>1時(shí)，KX對(duì)K觶的影響顯著大于KR；X/R寅肄時(shí)，KR失效，類似可推得X/R<<1，KR對(duì)K觶的影響顯著大于KX。于 X/R接近1時(shí)，KX與KR對(duì)的影響力相近。盂KX=KR時(shí)，圖2中動(dòng)態(tài)調(diào)整線的變化規(guī)律不受X/R大小影響。

零序補(bǔ)償是接地距離保護(hù)的重要概念。對(duì)KX、KR定量的分析，有利于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作者深化對(duì)接地距離保護(hù)原理的認(rèn)識(shí)，提高防范誤整定的能力，從而使繼電保護(hù)裝置可以更好得發(fā)揮作用，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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