接地距離保護零序補償的動態分析

陳昊

（南京供電公司,江蘇南京210008）

接地距離保護對金屬性接地故障保護范圍相對穩定、易配合，廣泛應用于高壓配網和輸電網。零序電流補償系數是接地距離保護的重要概念。通過引入復數形式K觶，可以使測量阻抗恰等于故障點至保護安裝處的正序阻抗。

不同保護制造廠家對零序補償的實現有不同的方式。電力系統繼電保護工作人員若能正確掌握零序補償各種實現方式的對應關系，進而理解其動態變化規律，將有利于更好把握接地距離保護的動作特性，提高保護裝置的校驗、驗收工作質量。本文針對線路不同的X/R比值，進行了零序補償系數的動態分析，歸納了零序補償系數隨零序電阻補償系數和零序電抗補償系數漸變的變化規律，結合誤整定事故案例，討論了X/R比對零序補償的影響，經現場實驗驗證，實驗結果和理論分析一致。

1 零序補償實現方式

設線路正負序阻抗相等，即Z1=Z2。單相故障時，母線電壓U準為：

式中，U準為測量電壓；I準為測量電流；I0為零序電流為零序補償系數為補償電壓3I0Z1，反映了零序電流在輸電線路互感阻抗上的壓降。

從具體實現情況來看，不同的微機保護廠家因算法、習慣的差異，在K觶的實現方式上有多種形式，其中又以K蘊方式和KX、KR方式最為常見。表1給出了典型的零序補償實現方式。

表1 典型零序補償實現方式

2種實現方式都能表征K觶在復平面所處的位置，可以相互轉換。文獻[2]推導了零序補償2種實現方式的轉換關系為:

將式（2）變形為幅值相角形式（K觶=|K|蟻茲），有：

保護定值零序電抗補償系數KX、零序電阻補償系數KR有所調整時，必然對零序補償有所影響，線路阻抗角不同時，這種影響有著顯著的區別。下面根據不同的X/R比值，分2種情況討論零序補償系數的動態變化規律。

2 大X/R比情況下K X、K R影響的動態分析

KX、KR方式，可通過KR、KX2個參數的調整實現K觶在復平面的變化，其對補償電壓也有著相應的影響，但同時應該看到，這種影響對不同線路而言有一定差別。

高壓輸電線路常常滿足X/R>>1。經統計南京地區500 kV線路的X/R一般在 [4.16,15.89]。不失一般性，這里取，繪制關于KX、KR的動態漸變坡面，如圖1所示。

圖1 |UC|動態漸變坡面（X/R=10）

下面討論KX、KR對式（1）中補償電壓UC的影響。

1）在KX=KR時，K觶的相角為0，此時的補償電壓為

K觶 只將I0Z1線性放縮，獲得UC，繪制UC幅值關于KX、KR的動態調整線，如圖2所示。

圖2 |UC|動態調整線

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

當KX>>KR時，即使有X/R>>1，K觶仍有可能使I0Z1偏移一個較大的角度，這種情況的出現有可能帶來一定問題。整定保護定值應注意這一點檢查和校核工作。

3 非大X/R比情況下，K X、K R影響的動態分析

配網中，線路的X/R常常差距不懸殊，此時，KX、KR對K觶和UC的影響和高壓輸電線路的情形有差別。以高壓配網為例，南京地區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繪制動態漸變坡面如圖3所示，進一步再取一種極端情況作為參照繪制動態漸變坡面如圖4所示。

圖3 動態漸變坡面（X/R=2.5）

圖4 動態漸變坡面（X/R=1）

圖3的動態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KX對零序補償系數幅值的影響仍然要大于KR，但已遠不如高壓輸電線路（X/R=10）那樣差別懸殊。圖4是一個極端的情形：X/R=1，此時動態漸變坡面已不再向KR傾斜，在KX、KR2個方向上不偏不倚，這時，KX、KR保持著對零序補償系數幅值相等的影響力。

下面討論X/R=2.5時，KX、KR對補償電壓的影響。

1）KX=KR時，K觶亦將I0Z1線性放縮，獲得UC。此時繪制關于KX、KR的動態調整線與X/R=10情形下對應的動態調整線相重合，見圖2。

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

4 保護整定問題及現場實驗驗證

由上述分析可知，一般來說，KX、KR的影響是不對稱的，現實中曾經發生過因KX、KR定值整定顛倒，導致保護誤動的事故。對一個X/R較大的輸電線路而言，KX、KR的不對稱作用十分顯著，如果一旦出現誤整定，將給接地距離繼電器引入錯誤的零序補償，進而使接地距離保護動作行為不正確。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重，并可以通過本文方法算得定量的影響結果。

為驗證誤整定對不同X/R線路的影響，使用PW系列北京博電繼電保護測試儀模擬外部故障，對國電南自微機保護PSL602、PSL603進行手動實驗驗證。

實驗參數為：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，保護定值KX、KR數值不等且整定顛倒。將故障電流幅值由大到小動態調節（步長為0.1 A），觀察保護裝置的動作行為。試驗結果表明，保護動作行為與分析相一致。在X/R=10的情形下，誤整定對保護動作門檻影響最大。

5 結論

基于對接地距離保護零序補償系數的定量分析，可以得到以下結論。

1）零序補償系數KX、KR對距離保護零序補償系數和補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稱的。

2）隨實際線路X/R比變化，KX、KR的影響有所差別。淤 X/R>>1時，KX對K觶的影響顯著大于KR；X/R寅肄時，KR失效，類似可推得X/R<<1，KR對K觶的影響顯著大于KX。于 X/R接近1時，KX與KR對的影響力相近。盂KX=KR時，圖2中動態調整線的變化規律不受X/R大小影響。

零序補償是接地距離保護的重要概念。對KX、KR定量的分析，有利于電力系統繼電保護工作者深化對接地距離保護原理的認識，提高防范誤整定的能力，從而使繼電保護裝置可以更好得發揮作用，保證電網的安全穩定運行。

[1]馮勇鑫，溫渤嬰.接地距離保護中零序補償系數整定方法的探討[J].電力系統及其自動化學報，2008,20（3）:95-98.

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[6]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-931系列超高壓線路成套保護裝置說明書[M].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2006.