單端電氣量減少過渡電阻對距離保護影響的方法

陳林，袁靜，吳長敏，劉祖高

(雅礱江流域水電開發有限公司，成都 610000)

單端電氣量減少過渡電阻對距離保護影響的方法

陳林，袁靜，吳長敏，劉祖高

(雅礱江流域水電開發有限公司，成都 610000)

當短路點存在過渡電阻時，會使得距離繼電器的測量阻抗不能準確反應短路點到保護安裝處的正序阻抗，可能會導致距離保護不正確動作。本文在研究了過渡電阻對距離保護的影響的基礎上提出了一種新的基于單端電氣量的保護算法方法，并且推導出了短路點到保護安裝處的阻抗的表達式，新的保護算法在理論上不受過渡電阻的影響。最后利用PSCAD仿真試驗驗證了結論的正確性。

過渡電阻；單端電氣量；距離保護

0 前言

當線路發生故障時，金屬性短路的情況極少[1-2]，一般都是經過過渡電阻發生短路。兩相經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注的問題[3-6]。

通常的解決方法是利用線路兩側的測量電氣量[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的信息量，需要專門的傳遞信息的設備，增加了保護裝置的接線復雜性。

本文首先分析了過渡電阻對距離繼電器的影響，然后基于數學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，并且給出了保護安裝處與短路點的短路阻抗的計算表達式，PSCAD仿真結果驗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的電流，IK表示流過短路點的電流，短路點用K表示，Z1m表示保護安裝處到短路點處的短路阻抗。

圖1 線路經過過渡電阻接地網絡圖

以M側為例進行分析過渡電阻對距離保護的影響。由電路原理可得出M側測量阻抗表達式為：

Rg對測量阻抗的影響取決于雙側電源提供的短路電流之間的夾角的性質：若滯后于，則具有負的阻抗角，即表現為容性的阻抗，即過渡電阻的存在可能使總的測量阻抗變小；反之，具有感性的阻抗，它的存在可能使測量阻抗變大。所以測量阻抗會因為過渡電阻的存在使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

傳統距離繼電器是基于單側電氣量進行測量的，因此M處無法得到電流或者。下面從零序網絡的角度給出新的保護算法。圖2表示的是圖1的零序網絡圖，圖中下標0表示各個電氣量的零序分量，Z0M與Z0N分別表示M，N兩側的綜合零序阻抗。

圖2 零序網絡圖

由圖2零序網絡圖可以得到式 (2)：

在系統結構不變的情況下，C0M只與短路點的位置有關。由于C0M的角度很小，一般小于5°，可以認為是常數。

M側電氣量的關系式為：

將式 (2)代入式 (3)可得

經過化簡可以得到最終的表達式

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

將式 (6)、(7)聯立可以得到：

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

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，距離繼電器可以準確計算出到短路阻抗值。

3 仿真驗證

基于PSCAD/EMTDC暫態仿真軟件搭建了如圖3所示的仿真模型，系統M的參數設置為R= 9.186 Ω，L=138 mH，系統N側的參數設置與M側相同，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：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)設置接地短路，分別計算出在3個不同的過渡電阻值下計算所得短路電抗值，并與實際電抗值比較，列出表1；然后在F2點做同樣的仿真實驗。通過6次仿真結果驗證新方法的有效性。

圖3 仿真系統圖

圖4給出了F1點A相經300 Ω發生接地故障時保護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。

在實際保護裝置中，由于電阻量的計算誤差較大，距離繼電器一般是根據電抗值的大小來決定距離保護是否動作[5]。表1與表2分別列出了在F1，F2點發生故障時，利用新的保護算法求得的短路電抗值。

表2 F2處經過不同的過渡電阻時的測量距離

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

4 結束語

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算法基礎上進行相應的改進即可，在微機保護中非常易于實現；并且新的保護算法是基于本地信息進行計算，因此可以保證保護的速動性，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.電力系統故障分析 [M].北京：中國電力出版社，2009.

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

[3] 朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術 [M].北京：中國電力出版社，2005.

[4] 李光琦.電力系統暫態分析 [M].北京：中國電力出版，2007.

[5] 楊奇遜，黃少鋒.微型機繼電保護基礎 [M].北京：中國電力出版社，2007.

[6] 張保會，尹項根.電力系統繼電保護 [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有限公司，主要從事電力系統維護與檢修。

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