自適應接地距離繼電器研究

摘要：當前要解決接地距離繼電器中最為關鍵的問題便是有效提升接地距離繼電器的耐受過度電阻的能力。文章對自適應接地距離繼電器動作的特性進行了分析，并且在此基礎之上提出了自適應動作特性的修正方式，以保證修正后的自適應接地距離繼電器擁有較強的抗過渡電阻能力，同時也能夠有效防止出現超越問題。

關鍵詞：自適應；過渡電阻；接地距離繼電器；用電安全；高壓輸電線路；單相接地 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM58 文章編號：1009-2374（2016）07-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.072

伴隨著人們生活水平以及思想意識的提升，人們不僅越來越重視生活的質量，還更加重視生活安全，其中用電安全問題就是人們所關注的重要問題之一。為了滿足人們的需求，只有確保供電系統安全運行，并且保證運行的質量，才能夠提升供電設備的使用性能，為人們的用電安全提供保障。在高壓輸電線路中最為常見的故障之一便是單相接地。一般而言，傳統的接地距離繼電器往往會受到過渡電阻存在的影響，導致出現了拒動或者超越誤動的現象。另外，一旦在出口發生純金屬性短路故障的時候，一般都會出現在電壓死區，而為了能夠避免死區的存在，當前接地距離繼電器應用極化電壓，其中是故障前相電壓，是故障后相電壓。

1 自適應接地距離繼電器動作存在的特性

我們假設線路阻抗角和系統阻抗角兩者相同，例如雙端電源系統結構，該結構有M與N點的側保護電流，并且電流為正方向保持一致。

為了能夠真正地將繼電器所承受的過渡電阻能力提升，那么自適應接地距離繼電器的動作應該表示為：

90°

式中：K=（Z0-Z1）/（3Z1），其中Z0代表線路的零序阻抗，Z1代表正序阻抗，ZZD代表線路整定阻抗。

經過研究得出，繼電器擁有隨接地電阻變化而自行進行變化的特點，如果接地電阻有所增加，那么保護動作邊界將會伴隨著接地電阻增加出現逆時針旋轉的現象，這樣才能夠確保在區內出現故障的時候，補償電壓會一直處于動作區域之內，這與沈冰、何奔騰、張武軍等在《新型自適應距離繼電器》一文中研究的觀點相似。這樣一來，不僅能夠將傳統接地距離繼電器動作邊界固定下來，還能夠將接地電阻能力差的弱電真實地反映出來，從而保證整個設備能夠在正常運行的范圍之內，并且運行效率會不斷提升。

但是在這之中也有一定的問題存在，例如由于輸電線路存在的電感要大于電阻，并且大于的量要很高，導致極化電壓和動作邊界之間的夾角與90°接近。一旦該角小于90°，將會給整個系統正常運行帶來影響，同時也會導致出現超越問題。如果在推導過程中，將單側電源作為主要研究對象，那么保護正方向單相接地短路操將成為相應工作人員的重要任務。

2 修正自適應接地距離繼電器分析

通過上述分析可知，自適應接地距離繼電器在正方向出現短路的時候，動作特性是一個大圓的圓外，為此擁有較強的耐受過渡電阻能力。但是由于動作區比較大，導致在對側電源助增的背景下，正方向區外經過渡電阻短路的時候，此時測量阻抗極有可能落入到動作區，便會導致出現保護超越誤動作。因此為了能夠防止出現超越誤動的現象，可以通過直線特性對上述式中進行修改，可修改為：

90°

式中：ZD代表的是模擬阻抗，并且阻抗角一般都取11°；而ZZD，代表的是取線路全長阻抗的90%。本文研究中主要對零序電抗繼電器的研究，存在的不同點是ZZD，與ZZD值相比，其模值要大得多，但是它們之間的角度是相同的，因此該式動作邊界要比那些普通的零序電抗繼電器動作邊界上移，這能夠有效地避免對側電源助增過程中，過渡電阻呈現較大容性數值期間有超越的現象。這一舉動不僅能夠在提升承受過渡電阻能力，還能夠防止出現超越問題，所以自適應接地距離繼電器正方向短路修正動作區應該與規定動作區相符合。不管接地距離繼電器在送電側還是在受電側，自適應動作方程動作邊界需要將ZZD端點作為圓心，并且進行順時針旋轉。

如果區外接地出現了短路的現象，故障點的電阻會逐漸增加，那么補償電壓現象的出現是不可避免的，最終將會導致出現超越問題，影響整個電路電流的正常運行。但是如果在受電側保護補償電壓換相位置，那么極有可能會比送電保護出現的換相提前，而解決這一問題最為主要的方式是在其中加一個帶下偏角零序電抗繼電器。繼電器的應用能夠保證系統正常的運行，但是在繼電器使用期間，相應的工作人員應該給予高度重視，注意超越問題與電流荷載問題，從而保障系統的正常運行。在自適應判斷方面有一定的原理存在，常規的距離繼電器四邊形主要由相應的方向線、電抗線以及電阻線構成。其中電抗線在產生動作的時候，主要依據線路阻抗情況進行整定，為了能夠有效地防止區外經過渡電阻故障時保護的超越現象出現，電抗線需要設置一個相應的傾角，該角最為適宜的值為12°左右。

而在超高壓線路方面，如果線路阻抗角與90°接近，那么在相應的理論分析中可以通過架設純電抗的方式進行研究。如果要防止超越，僅僅簡單地依靠某角進行防止是不夠的，也會使得區域內故障降低的同時，繼電器過渡電阻的能力有所下降，最終使得四邊形繼電器的優勢喪失，使其作用無法充分地發揮出來。常規的地變形特性距離繼電器具有較大的阻力，當正向區外經過渡電阻出現故障的時候，極有可能出現超越現象。如果在區內經過渡電阻中出現故障，那么保護范圍極有可能會縮小。

在正向線路末端經不同過渡電阻出現故障的時候，保護測量阻抗將會變化軌跡，將以一個圓弧的形式出現，該圓弧的圓心與半徑能夠通過故障前的負荷阻抗與振蕩中心的電壓進行估算。

3 仿真分析

實際上，繼電器主要是一種電子控制器件，它不僅能夠對系統進行有效的控制，還能夠在被控制系統方面起到巨大的作用。通常在自動控制電路中，都應用繼電器以保證其正常運行。實際上該種繼電器主要用比較小的電流去控制那些較大的電流，我們也可以將其稱之為“自動開關”。所以繼電器在電路中不僅能夠完成自動調節、安全保護等操作，還能夠對電路進行相應的轉換，這對電路與電流的安全起到了極大的保障作用。

仿真期間工作人員還需要注意將線路分為若干段，并且嚴格地檢查故障點，從保障裝置處逐一進行故障點的保護裝置安裝，一直安裝到線路的末端位置，這樣才能夠保證故障點保護裝置的安裝質量。另外，工作人員還需要注意單相接地短路問題，通常在線路的某一點某一過渡電阻會出現單相接地短路問題，那么只有將修正后的自適應接地距離繼電器連續6個采樣點落在動作區，同時還需要計算出結果值，這樣一來保護動作才能夠更加有效地實施。

另外，兩側的系統容量都是100MVA，一般在短路前兩側的電源電勢角差在30°的時候，仿真結果較為平穩，這與劉卓輝在《自適應接地距離繼電器的研究》一文中有著極為相似的觀點。如果在計算的過程中，兩者所算出的角度同時落在動作區域的時候，那么需要在相應時間點的頂端做好標記。在該仿真背景下，被保護線路的80%都會承受較大的過渡電阻壓力，因此應該引起高度重視。

同理，如果線路所承受的過渡電阻超過了規定值，那么將會有超過一半以上的地方出現大的過渡電阻單相接地的現象，但是在保護方面并不會出現超越現象。需要注意的是，如果所使用的系統是500kV，那么在選擇過渡電阻的時候，應該確保其最大值應為300，其原因在于只有這樣才能夠保證具有良好的承受電阻特性，避免故障的出現。

在不斷研究中得出，不管所使用的系統是110kV還是500kV，不管保護安裝在送電測還是在受電側，本文研究的過渡電阻動作特性方案較為優良，同時當線路的阻抗和系統阻抗值較大的時候，便會有較大的防止超越能力，這對整個系統設備而言具有積極的作用。這與沈冰、何奔騰、張武軍等在《新型自適應距離繼電器》一文中有著極為相似的觀點，不僅能夠保護設備的使用情況，還能夠使得設備在應用中延長其壽命，減少供電單位等供電資本的投入，更加能夠為供電安全提供保障。

4 結語

本文主要著手于三個重要的方面：（1）分析了自適應接地距離繼電器動作存在的特性；（2）分析了修正自適應接地距離繼電器；（3）分析了仿真效果。本文主要提出了接地距離繼電器所采用的自適應電壓向量作為極化電壓，使得動作邊界伴隨過渡電阻的增加，動態出現改變使得承受過渡電阻能力增加，并且擁有較好的超越能力。修正方程的存在能夠使得抗超越能力不斷提升，使得設備使用性能不斷增加，并且在此基礎之上，繼電器設備的使用效果能夠滿足實際需求。

參考文獻

[1] 沈冰，何奔騰，張武軍，等.新型自適應距離繼電器[J].電力系統自動化，2007，31（7）.

[2] 龍軍，王冠南，徐鵬，等.可變圓限定性負序電壓極化距離繼電器[J].電網技術，2012，36（11）.

[3] 楊蘭，張艷平，楊庭芳，等.高壓電網自適應接地距離保護研究[J].高電壓技術，2008，34（1）.

[4] 劉卓輝.自適應接地距離繼電器的研究[D].天津大學，2005.

[5] 韓群英.自適應接地距離繼電器的探討[J].電氣應用，2008，27（21）.

[6] 龍軍，王冠南，徐鵬，等.可變圓限定性負序電壓極化距離繼電器[J].電網技術，2012，36（11）.

[7] 沈冰，何奔騰，張武軍，等.新型自適應距離繼電器[J].電力系統自動化，2007，31（7）.

作者簡介：劉子秀（1981-），男，江西南昌人，江西省火電建設公司電力工程師。

（責任編輯：秦遜玉）