電力系統短路暫態過程對距離保護的影響

摘 ?要 ?本文簡要分析了超高壓輸電線路短路暫態過程中各暫態分量對距離保護繼電器的影響以及消除這種影響的幾種措施。

關鍵詞 ?暫態過程;直流分量;低頻分量;高頻分量;暫態超越;影響

中圖分類號：TM712 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0044-01

在中級教材《電力系統繼電保護》（保定林正馨）一書中，關于距離保護的章節中，有一節分析了影響距離保護阻抗繼電器正確測量的因素的問題，本文就這一問題作一點淺顯的補充。

書中提到，影響阻抗繼電器正確測量的因素主要有兩方面：分支電流和過渡電阻的存在。這是電力系統處于穩態時的分析結果，除這兩個因素外，輸電線路特別是超高壓輸電線路短路后的暫態過程中出現的各種暫態分量對距離繼電器也有著不可忽視的影響。超高壓輸電線路暫態分析和計算是一個復雜的問題，而且在暫態過程中各分量出現是同時的，相互是有影響的。這里只能就一些基本概念和問題進行初步的討論。

1 ?暫態過程對距離繼電器的影響

超高壓輸電線路的特點是電壓高、輸送功率大、距離遠，為了保證超高壓遠距離輸電線路的穩定運行，對電力系統繼電保護的快速性提出更高的要求，一般要求超高壓輸電線路繼電保護動作時間在20 ms以下，而超高壓輸電線路短路后的暫態過程持續的時間，有時可達100 ms左右，因此，快速繼電保護不可避免地要在電力系統短路后的暫態過程中動作，動作正確與否自然就要受到暫態過程影響。

暫態過程對距離保護的影響與暫態過程中產生的暫態分量、保護動作原理、繼電器構成型式等一系列因素有關。

1）各種暫態分量對電流波形的影響。

電流波形將直接影響繼電器的動作。電流波形的半波寬度和波形過零的時刻對繼電器的影響最大。

直流分量的影響：

電力系統是由發電機、變壓器和輸電線路等元件組成，當不計輸電線路分布電容時，它是簡單的電阻和電感回路，在這種回路中發生短路時，由于回路阻抗突然減小，其穩態短路電流分量突然增大，但在電感元件中電流是不能突變的，為了維持電感中的電流在短路的切除瞬間不能突變就產生了支流分量，此直流分量按短路回路的時間常數（T1）衰減。直流分量的出現將改變電流正負兩半波的寬度和波形過零的時刻，使一個半波變寬，而另一個半波變窄;如果直流分量衰減得很慢（對500 kV線路，T1=75 ms），將使故障電流波形大大偏移時間軸（見波形圖），對距離保護的影響則表現在靠近保護范圍末端短路時出現暫態超越或延緩動作。

低頻分量的影響：

超高壓輸電線路上采用串聯補償電容器，是為了大幅度抵消線路電抗，達到提高線路傳輸能力的目的。當線路上具有串補電容器時，電網是由電阻、電容和電感組成的串聯電路，線路發生短路時，電感中的電流和電容上的電壓都不能突變，因此產生振蕩衰減的低頻分量。

低頻分量對電流兩半波的影響是不規則的，如果第一個周期使正半波變寬，負半波變窄，第二個周期又可能出現相鄰的正負兩半波都變寬或變窄的現象，當低頻分量頻率很低時，半波的時間很長，已超過快速繼電器的動作時間，對繼電器來說和直流分量有類似的影響。

高頻分量的影響：

由于超高壓遠距離輸電線路的分布電容的影響，可以出現無限多個頻率的周期性暫態分量，其最低頻率一般都高于工頻，故稱高頻分量。高頻分量本質上是由長線路上短路暫態過程中的電磁波沿線路傳播，并在線路始端和末端來回反射引起的。高頻分量主要是分布電容上的電荷對線路上的電感元件放電產生的，它保證了短路時分布電容上的電壓不能突變。高頻分量電流在短路處很大，在遠離故障點的保護安裝處衰減得特別快，只是在最初半個周期內可能改變波形的級性。

2）暫態超越。

距離繼電器主要的任務是正確測量距離，也就是說，在保護區外發生短路時，繼電器不動作。實際上，由于多種因素的影響，可能會在保護區外發生短路而導致繼電器誤動作，把繼電器正方向鄰近保護區外短路時的誤動作叫做超越，若由于距離繼電器內部構成上的誤差、電流、電壓互感器的誤差、阻抗整定時數值上的誤差和過渡電阻的存在等引起的超越，可稱為穩態超越;而由故障電流中存在的直流分量、低頻分量、高頻分量等引起的超越即為暫態超越。暫態超越的特點是，距離繼電器在鄰近保護區外發生短路時的暫態過程中會誤動作;暫態過程結束時，繼電器就返回。暫態超越由下式確定：

暫態超越百分比 = （ZOR—ZSR）*100%/ZSR

式中：ZOR—直流分量存在時，繼電器動作阻抗的最大值;

ZSR—直流分量不存在時，繼電器動作阻抗的最大值。

顯然，繼電器的暫態超越隨電力系統暫態過程中直流分量的增大而增加。

2 ?消除暫態分量對距離繼電器的影響措施

要消除暫態分量對距離繼電器的影響，主要應在繼電器構成的各環節中采取相應措施。

1）采用帶氣隙的電抗互感器來構成。

電抗互感器對抑制直流分量和低頻分量能起很大作用，而又不延緩基波分量的輸出。

2）根據繼電器構成方式采用合適的比較器。

各種比較器對暫態過程中消除各種分量的影響能力各有差異。在比較器構成上，故障電流中各個分量對相位比較器影響最大，對幅值比較器影響最小。

3）采用濾波回路或濾波器是消除暫態分量影響最有效的

辦法。

最簡單的電容濾波可以抑制高頻分量，對于二倍（100 Hz）或三倍、四倍于工頻頻率的高頻分量來說，在繼電器相應環節中加帶通濾波器也是有效的辦法。實際上，并不是要把暫態分量都濾掉，只要基波分量占優勢，繼電器就能正確動作。

參考文獻

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].電力工業出版社.

作者簡介

陳靜（1971-），女，甘肅蘭州人，中級講師，本科，甘肅電力公司培訓中心培訓師，主要從事電氣運行、變電運行、新能源風力發電等方面的教學、培訓及鑒定工作。endprint