過渡電阻對距離保護的影響研究

辛俊峰 雷亮

(國網(wǎng)技術學院,山東泰安 271000)

過渡電阻對距離保護的影響研究

辛俊峰 雷亮

(國網(wǎng)技術學院,山東泰安 271000)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和電壓等級的不斷提高,對繼電保護的要求也越來越高。而接地短路時過渡電阻的存在將會影響到保護裝置的性能,造成保護誤動、拒動,影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。本文首先對電網(wǎng)距離保護進行了介紹,并討論了克服過渡電阻對距離保護影響的方法。

距離保護 過渡電阻 影響

1 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越龐大,電壓等級越來越高,如何有效、安全、可靠地提高輸送能力,是我國電網(wǎng)面臨的迫切需要解決的問題。繼電保護作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一屏障,始終承擔著無可替代的作用。然而,由于短路時一般都不是金屬性的,而是在短路點存在過渡電阻。接地短路時過渡電阻的存在,尤其大的過渡電阻,往往會影響到保護裝置的性能,造成保護誤動、拒動,或者靈敏性不滿足要求等。

短路點過渡電阻是指當電力線路發(fā)生接地短路或相間短路時,短路點電流經(jīng)由相導線流入大地流回中性點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的超范圍動作或使保護的范圍縮短,從而導致保護的誤動或拒動。

2 距離保護

在高壓輸電線路保護中,距離保護占有極其重要的地位。距離保護有很多優(yōu)點,例如受電力系統(tǒng)運行方式和結(jié)構變化的影響較小,能瞬間切除輸電線85%～90%范圍內(nèi)的各種故障,保護范圍較長且較穩(wěn)定,適合于遠距離重負荷的高壓線路,具有一定的耐受過渡電阻的能力,等等。因此距離保護一直是復雜電網(wǎng)中高壓輸電線路最重要應用最廣泛的保護方案之一。

接地距離保護反應輸電線路接地故障。距離繼電器測量故障阻抗并判定故障位于保護區(qū)內(nèi)或區(qū)外。理想的距離繼電器僅對保護安裝點和整定點之間的故障動作而對此區(qū)外的故障不動作。距離保護作為主保護通常整定為保護線路全長的80%～90%,并且通常期望阻抗測量誤差少于±5%。對于I段之外的故障,距離保護階梯時限延時配合的Ⅱ和Ⅲ段,保證了不同線路故障的選擇性。系統(tǒng)重負荷時或過渡電阻較大的區(qū)外故障,距離保護不誤動,這是最基本的要求。

傳統(tǒng)距離繼電器假設故障點電壓為零,通過電壓和電流比值測量故障阻抗。實際上,除了人為構造的短路,故障點電壓幾乎不可能為零,從而故障點電壓將影響到故障阻抗的測量,尤其對于高阻接地故障和重負荷單相接地故障。在有負荷的情況下,過渡電阻部分會由于對側(cè)電源的助增作用而轉(zhuǎn)換成為感抗或容抗,導致距離保護超越或者保護范圍縮短,大的過渡電阻也會造成距離保護范圍縮短。當經(jīng)過大的過渡電阻接地,重負荷時故障電流可能小于負荷電流。測量阻抗實際上由負荷電流和過渡電阻決定。單相接地故障過渡阻抗達到300Ω時,傳統(tǒng)距離保護的測量阻抗相對誤差可能超過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量距離功能、方向判別功能和躲負荷功能分別由3個獨立元件完成。R元件完成躲負荷功能,其特性如R直線；X元件完成測距功能,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整定電阻的選擇應兼顧避開負荷狀態(tài)和提高對過渡電阻的反應能力,可在R軸方向獨立移動以適應不同數(shù)值的過渡電阻。D元件要保證出口和背后母線經(jīng)過渡電阻短路時能可靠動作。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中獲得廣泛應用。在送端區(qū)外經(jīng)過渡電阻故障時,測量阻抗的電抗分量比實際線路電抗小,線路越長,負荷越重,情況越嚴重。對這種情況,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。因此其動作特性直線必須下傾防止這種超越。

3.2 采用自適應接地距離繼電器

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

4 結(jié)語

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和電壓等級的不斷提高,對繼電保護工作提出了更高的要求。過渡電阻將會影響到保護裝置的性能,可能造成保護誤動、拒動,從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。本文分析探討了過渡電阻對距離保護的影響,并討論了克服過渡電阻對距離保護影響的方法,具有一定的指導意義。

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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、運行、分析等方面的培訓教學工作;雷亮(1986—),男,中專助理講師,主要從事電力系統(tǒng)運行與分析、高電壓等方面的培訓教學工作。