單端電氣量減少過渡電阻對距離保護(hù)影響的方法

陳林，袁靜，吳長敏，劉祖高

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，成都 610000)

單端電氣量減少過渡電阻對距離保護(hù)影響的方法

陳林，袁靜，吳長敏，劉祖高

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，成都 610000)

當(dāng)短路點(diǎn)存在過渡電阻時，會使得距離繼電器的測量阻抗不能準(zhǔn)確反應(yīng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正序阻抗，可能會導(dǎo)致距離保護(hù)不正確動作。本文在研究了過渡電阻對距離保護(hù)的影響的基礎(chǔ)上提出了一種新的基于單端電氣量的保護(hù)算法方法，并且推導(dǎo)出了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗的表達(dá)式，新的保護(hù)算法在理論上不受過渡電阻的影響。最后利用PSCAD仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

過渡電阻；單端電氣量；距離保護(hù)

0 前言

當(dāng)線路發(fā)生故障時，金屬性短路的情況極少[1-2]，一般都是經(jīng)過過渡電阻發(fā)生短路。兩相經(jīng)過渡電阻接地時接地電阻雖然很大，但相間距離繼電器不受其影響，能保證正確動作。而兩相相間短路時，由于相間電弧電阻很小，一般忽略其影響。只有單相故障時高阻接地才可能成為關(guān)注的問題[3-6]。

通常的解決方法是利用線路兩側(cè)的測量電氣量[5]，這種方法雖然可以很好的消除過渡電阻對距離繼電器的影響，但需要交換線路兩側(cè)的信息量，需要專門的傳遞信息的設(shè)備，增加了保護(hù)裝置的接線復(fù)雜性。

本文首先分析了過渡電阻對距離繼電器的影響，然后基于數(shù)學(xué)解析法提出了一種基于單端電氣量的減小過渡電阻對距離繼電器的影響的措施，并且給出了保護(hù)安裝處與短路點(diǎn)的短路阻抗的計(jì)算表達(dá)式，PSCAD仿真結(jié)果驗(yàn)證了新方法的有效性。

1 過渡電阻對距離繼電器的影響

圖1為線路經(jīng)過渡電阻接地故障時電路示意圖。圖中Rg表示過渡電阻，IM，IN分別表示流過線路兩側(cè)的電流，IK表示流過短路點(diǎn)的電流，短路點(diǎn)用K表示，Z1m表示保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)處的短路阻抗。

圖1 線路經(jīng)過過渡電阻接地網(wǎng)絡(luò)圖

以M側(cè)為例進(jìn)行分析過渡電阻對距離保護(hù)的影響。由電路原理可得出M側(cè)測量阻抗表達(dá)式為：

Rg對測量阻抗的影響取決于雙側(cè)電源提供的短路電流之間的夾角的性質(zhì)：若滯后于，則具有負(fù)的阻抗角，即表現(xiàn)為容性的阻抗，即過渡電阻的存在可能使總的測量阻抗變??；反之，具有感性的阻抗，它的存在可能使測量阻抗變大。所以測量阻抗會因?yàn)檫^渡電阻的存在使Zm不能正確反映短路阻抗Z1m的大小，因此研究消除過渡電阻對距離繼電器的影響意義重大。

2 消除過渡電阻影響措施

傳統(tǒng)距離繼電器是基于單側(cè)電氣量進(jìn)行測量的，因此M處無法得到電流或者。下面從零序網(wǎng)絡(luò)的角度給出新的保護(hù)算法。圖2表示的是圖1的零序網(wǎng)絡(luò)圖，圖中下標(biāo)0表示各個電氣量的零序分量，Z0M與Z0N分別表示M，N兩側(cè)的綜合零序阻抗。

圖2 零序網(wǎng)絡(luò)圖

由圖2零序網(wǎng)絡(luò)圖可以得到式 (2)：

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的情況下，C0M只與短路點(diǎn)的位置有關(guān)。由于C0M的角度很小，一般小于5°，可以認(rèn)為是常數(shù)。

M側(cè)電氣量的關(guān)系式為：

將式 (2)代入式 (3)可得

經(jīng)過化簡可以得到最終的表達(dá)式

在式 (5)的基礎(chǔ)上，將每個相量分為實(shí)部和虛部，然后將實(shí)部與虛部相對應(yīng)，即將式 (5)分解成2個表達(dá)式，進(jìn)而求出兩未知量X1和Rg’。將實(shí)部和虛部分開后得到兩個表達(dá)式：

將式 (6)、(7)聯(lián)立可以得到：

式 (6)、(7)中，Umx，Umy表示保護(hù)安裝處測量電壓的實(shí)部和虛部；I0mx，I0my表示保護(hù)安裝處測量電流的實(shí)部和虛部。

通過上面的分析可以看出，上述方法理論上不受過渡電阻的影響，距離繼電器可以準(zhǔn)確計(jì)算出到短路阻抗值。

3 仿真驗(yàn)證

基于PSCAD/EMTDC暫態(tài)仿真軟件搭建了如圖3所示的仿真模型，系統(tǒng)M的參數(shù)設(shè)置為R= 9.186 Ω，L=138 mH，系統(tǒng)N側(cè)的參數(shù)設(shè)置與M側(cè)相同，只是角度偏移了20°。用π型等值電路來等效230 kV，300 km的線路，其典型參數(shù)：R= 0.178 e-4(Ω/m)，wL=0.314 e-3(Ω/m)，wC= 273.544 8(M Ω·m)。首先在線路中F1處 (即100 km處)設(shè)置接地短路，分別計(jì)算出在3個不同的過渡電阻值下計(jì)算所得短路電抗值，并與實(shí)際電抗值比較，列出表1；然后在F2點(diǎn)做同樣的仿真實(shí)驗(yàn)。通過6次仿真結(jié)果驗(yàn)證新方法的有效性。

圖3 仿真系統(tǒng)圖

圖4給出了F1點(diǎn)A相經(jīng)300 Ω發(fā)生接地故障時保護(hù)安裝處的測量電流與電壓。通過圖4可以看出，由于過渡電阻較大，故障電流變化不大。

在實(shí)際保護(hù)裝置中，由于電阻量的計(jì)算誤差較大，距離繼電器一般是根據(jù)電抗值的大小來決定距離保護(hù)是否動作[5]。表1與表2分別列出了在F1，F(xiàn)2點(diǎn)發(fā)生故障時，利用新的保護(hù)算法求得的短路電抗值。

表2 F2處經(jīng)過不同的過渡電阻時的測量距離

由表1和表2可以看出，利用新的保護(hù)算法在不同過渡電阻情形下求得的短路電抗值與實(shí)際短路電抗值相差不大，新的保護(hù)算法不受過渡電阻的影響。但計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值并不完全相同，這主要是由于在高/超壓線路中的分布電容較大引起的，但計(jì)算誤差并不大，可以符合現(xiàn)場精度要求。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于單端電氣量減小過渡電阻對距離繼電器影響的方法。新的方法無需添加任何的接線，只需要在原有的保護(hù)算法基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)即可，在微機(jī)保護(hù)中非常易于實(shí)現(xiàn)；并且新的保護(hù)算法是基于本地信息進(jìn)行計(jì)算，因此可以保證保護(hù)的速動性，是一種非常好的減少過渡電阻影響的方法。

[1] 劉萬順，黃少鋒，徐玉琴.電力系統(tǒng)故障分析 [M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 高中德.超高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)專題分析 [M].北京：水利電力出版社，1990.

[3] 朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù) [M].北京：中國電力出版社，2005.

[4] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 [M].北京：中國電力出版，2007.

[5] 楊奇遜，黃少鋒.微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ) [M].北京：中國電力出版社，2007.

[6] 張保會，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù) [M].北京：中國電力出版社，2005.

A Novel Method to Reduce the Effect of Fault Resistance on Distance Protection Relay Based Single-end Electric Quantity

CHEN Lin，YUAN Jing，WU Changmin，LIU Zugao
(Yalong River Hydropower Development Company，Ltd.，Chengdu 610000，China)

It is no doubt that the measurement impedance will change if the transmission lines occur the transition resistance fault. The measurement impedance can not reflect the exact distance between fault point and the measuring point.In the theory aspect，the paper comes up with a new method based on the traditional one，which use one side electrical quantities to calculate the fault impedance between fault point and the measuring point.At last，PSCAD simulation and MATLAB program prove the theory true.

fault resistance；single-end electrical quantities；distance protection

TM84

B

1006-7345(2015)05-0015-03

2015-08-24

陳林 (1987)，男，助理工程師，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，主要從事水電后勤保障工作 (e-mail)chenlinsc1987＠sina.com

袁靜 (1988)，女，助理工程師，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，主要從事電力系統(tǒng)維護(hù)與檢修。

吳長敏 (1986)，女，工程師，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，主要從事電氣一次檢修維護(hù)；