過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響研究

辛俊峰 雷亮

(國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院,山東泰安 271000)

過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響研究

辛俊峰 雷亮

(國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院,山東泰安 271000)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級(jí)的不斷提高,對(duì)繼電保護(hù)的要求也越來(lái)越高。而接地短路時(shí)過渡電阻的存在將會(huì)影響到保護(hù)裝置的性能,造成保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng),影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文首先對(duì)電網(wǎng)距離保護(hù)進(jìn)行了介紹,并討論了克服過渡電阻對(duì)距離保護(hù)影響的方法。

距離保護(hù) 過渡電阻 影響

1 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越龐大,電壓等級(jí)越來(lái)越高,如何有效、安全、可靠地提高輸送能力,是我國(guó)電網(wǎng)面臨的迫切需要解決的問題。繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一屏障,始終承擔(dān)著無(wú)可替代的作用。然而,由于短路時(shí)一般都不是金屬性的,而是在短路點(diǎn)存在過渡電阻。接地短路時(shí)過渡電阻的存在,尤其大的過渡電阻,往往會(huì)影響到保護(hù)裝置的性能,造成保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng),或者靈敏性不滿足要求等。

短路點(diǎn)過渡電阻是指當(dāng)電力線路發(fā)生接地短路或相間短路時(shí),短路點(diǎn)電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地流回中性點(diǎn)或由一相流到另一相的路徑中所通過的物質(zhì)電阻。其中包括:電弧電阻,中間物質(zhì)的電阻,相導(dǎo)線與大地之間的接觸電阻,金屬桿塔的接觸電阻等。過渡電阻是一種瞬間狀態(tài)的電阻,一旦故障消失,過渡電阻也隨之消失。過渡電阻的存在可能引起保護(hù)的超范圍動(dòng)作或使保護(hù)的范圍縮短,從而導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)。

2 距離保護(hù)

在高壓輸電線路保護(hù)中,距離保護(hù)占有極其重要的地位。距離保護(hù)有很多優(yōu)點(diǎn),例如受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)變化的影響較小,能瞬間切除輸電線85%～90%范圍內(nèi)的各種故障,保護(hù)范圍較長(zhǎng)且較穩(wěn)定,適合于遠(yuǎn)距離重負(fù)荷的高壓線路,具有一定的耐受過渡電阻的能力,等等。因此距離保護(hù)一直是復(fù)雜電網(wǎng)中高壓輸電線路最重要應(yīng)用最廣泛的保護(hù)方案之一。

接地距離保護(hù)反應(yīng)輸電線路接地故障。距離繼電器測(cè)量故障阻抗并判定故障位于保護(hù)區(qū)內(nèi)或區(qū)外。理想的距離繼電器僅對(duì)保護(hù)安裝點(diǎn)和整定點(diǎn)之間的故障動(dòng)作而對(duì)此區(qū)外的故障不動(dòng)作。距離保護(hù)作為主保護(hù)通常整定為保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%～90%,并且通常期望阻抗測(cè)量誤差少于±5%。對(duì)于I段之外的故障,距離保護(hù)階梯時(shí)限延時(shí)配合的Ⅱ和Ⅲ段,保證了不同線路故障的選擇性。系統(tǒng)重負(fù)荷時(shí)或過渡電阻較大的區(qū)外故障,距離保護(hù)不誤動(dòng),這是最基本的要求。

傳統(tǒng)距離繼電器假設(shè)故障點(diǎn)電壓為零,通過電壓和電流比值測(cè)量故障阻抗。實(shí)際上,除了人為構(gòu)造的短路,故障點(diǎn)電壓幾乎不可能為零,從而故障點(diǎn)電壓將影響到故障阻抗的測(cè)量,尤其對(duì)于高阻接地故障和重負(fù)荷單相接地故障。在有負(fù)荷的情況下,過渡電阻部分會(huì)由于對(duì)側(cè)電源的助增作用而轉(zhuǎn)換成為感抗或容抗,導(dǎo)致距離保護(hù)超越或者保護(hù)范圍縮短,大的過渡電阻也會(huì)造成距離保護(hù)范圍縮短。當(dāng)經(jīng)過大的過渡電阻接地,重負(fù)荷時(shí)故障電流可能小于負(fù)荷電流。測(cè)量阻抗實(shí)際上由負(fù)荷電流和過渡電阻決定。單相接地故障過渡阻抗達(dá)到300Ω時(shí),傳統(tǒng)距離保護(hù)的測(cè)量阻抗相對(duì)誤差可能超過60%。

圖1 四邊形特性距離繼電器

3 克服過渡電阻影響的方法

3.1 采用多邊形特性距離繼電器

多邊形繼電器特性包括四邊形特性、五邊形特性及類似的特性,它們具有較好的耐受過渡電阻的能力。圖1所示為四邊形特性距離繼電器。它將距離繼電器的測(cè)量距離功能、方向判別功能和躲負(fù)荷功能分別由3個(gè)獨(dú)立元件完成。R元件完成躲負(fù)荷功能,其特性如R直線；X元件完成測(cè)距功能,其特性如X特性直線；D元件完成方向判別功能,其特性如D特性折線。R整定電阻的選擇應(yīng)兼顧避開負(fù)荷狀態(tài)和提高對(duì)過渡電阻的反應(yīng)能力,可在R軸方向獨(dú)立移動(dòng)以適應(yīng)不同數(shù)值的過渡電阻。D元件要保證出口和背后母線經(jīng)過渡電阻短路時(shí)能可靠動(dòng)作。由于具有優(yōu)越的耐受過渡電阻能力,四邊形特性距離繼電器在距離保護(hù)中獲得廣泛應(yīng)用。在送端區(qū)外經(jīng)過渡電阻故障時(shí),測(cè)量阻抗的電抗分量比實(shí)際線路電抗小,線路越長(zhǎng),負(fù)荷越重,情況越嚴(yán)重。對(duì)這種情況,如果X元件與R軸平行,則發(fā)生超越的可能性比圓特性方向阻抗繼電器還大,這是四邊形特性距離繼電器的主要弱點(diǎn)。因此其動(dòng)作特性直線必須下傾防止這種超越。

3.2 采用自適應(yīng)接地距離繼電器

自適應(yīng)繼電保護(hù)是在上世紀(jì)80年代提出的一個(gè)較新的研究課題,它可以定義為:能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化信息,在線計(jì)算并修改繼電保護(hù)的整定值,以獲得最佳保護(hù)性能的繼電保護(hù)系統(tǒng)。自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)在選擇性,快速性和靈敏性方面明顯優(yōu)于常規(guī)繼電保護(hù)系統(tǒng),這不僅使現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)能夠傳送更多的功率,而且還可以改善電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的靈活性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)繼電保護(hù)的關(guān)鍵在于當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),如何實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地判出系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障類型。新判據(jù)的多邊形阻抗特性用純電抗線來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電抗下傾線,不再像傳統(tǒng)距離保護(hù)那樣盲目地縮小動(dòng)作范圍。在可靠防止距離保護(hù)超越誤動(dòng)作的前提下,擴(kuò)大了距離保護(hù)的動(dòng)作范圍。自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)尚屬理論研究階段,要達(dá)到大范圍應(yīng)用于工程實(shí)際,還有大量的問題需要解決。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級(jí)的不斷提高,對(duì)繼電保護(hù)工作提出了更高的要求。過渡電阻將會(huì)影響到保護(hù)裝置的性能,可能造成保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng),從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文分析探討了過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響,并討論了克服過渡電阻對(duì)距離保護(hù)影響的方法,具有一定的指導(dǎo)意義。

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辛俊峰(1986—),男,中專助理講師,主要從事電力系統(tǒng)控制、運(yùn)行、分析等方面的培訓(xùn)教學(xué)工作;雷亮(1986—),男,中專助理講師,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析、高電壓等方面的培訓(xùn)教學(xué)工作。