接地距離保護(hù)動(dòng)作判據(jù)及試驗(yàn)方法

接地距離保護(hù)動(dòng)作判據(jù)及試驗(yàn)方法

　　摘 要：對(duì)單相接地距離保護(hù)幾種不同的動(dòng)作判據(jù)作了簡(jiǎn)單的比較，并提出其正確的試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：接地距離；動(dòng)作判據(jù)；試驗(yàn)方法

　　1　前言

　　高壓及超高壓線路故障統(tǒng)計(jì)表明：?jiǎn)蜗嘟拥毓收险嫉娇偣收系?5％以上。接地故障一般由桿塔上瓷瓶閃絡(luò)和導(dǎo)線對(duì)樹枝等物體放電引起，故障處接地電阻的存在對(duì)接地距離保護(hù)有直接的影響。因此，選用合適的動(dòng)作判據(jù)，校正器| 轉(zhuǎn)換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無(wú)紙記錄儀| 提高經(jīng)電阻接地時(shí)距離保護(hù)的計(jì)算精度，是保護(hù)設(shè)計(jì)者要考慮的重要問(wèn)題。

　　在做接地距離繼電器動(dòng)作特性曲線靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，往往不考慮零序阻抗補(bǔ)償系數(shù)，以及不同動(dòng)作判據(jù)的影響。這樣，對(duì)接地距離區(qū)別于相間距離最重要的環(huán)節(jié)得不到考核，也不能體現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特色，并會(huì)帶來(lái)一定的誤差。

　　2　保護(hù)原理

　　計(jì)算單相接地的通用公式是：

　　只要母線與短路點(diǎn)之間沒有分流支路，在不考慮互感情況下，公式將永遠(yuǎn)成立。第一項(xiàng)表示母線到短路點(diǎn)的線路壓降，第二項(xiàng)表示接地電阻上的壓降。將公式化簡(jiǎn)可得：

　　以上公式均表達(dá)準(zhǔn)確，沒有誤差，能精確反映保護(hù)安裝點(diǎn)到短路點(diǎn)的線路正序阻抗和短路點(diǎn)的接地電阻。公式中接地電阻上的壓降·R_g，但是流經(jīng)故障點(diǎn)接地電阻上的電流，為線路本側(cè)及對(duì)側(cè)零序電流之和，因?qū)��?cè)是一個(gè)未知量，不管對(duì)作何種假設(shè)，由于不同短路點(diǎn)兩側(cè)零序電流分支系數(shù)（復(fù)數(shù)，大小和相位）的變化，均會(huì)對(duì)計(jì)算產(chǎn)生不可避免的誤差。

　　下面給出三種不同保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，并對(duì)其原理特點(diǎn)及試驗(yàn)方法進(jìn)行討論。

　　傳統(tǒng)的晶體管、集成電路等接地距離保護(hù)，受技術(shù)條件限制動(dòng)作判據(jù)一般選用公式（1）的前一項(xiàng)。不考慮接地電阻的影響，零序補(bǔ)償系數(shù)也用實(shí)數(shù)表示。經(jīng)電阻接地時(shí)，測(cè)量誤差大，送端有較大超越；金屬性接地短路也有實(shí)數(shù)補(bǔ)償帶來(lái)一定誤差。

　　一些微機(jī)接地距離保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)選用公式（2），但根據(jù)不同情況忽略對(duì)保護(hù)動(dòng)作影響不大的部分。采用判據(jù)2的兩項(xiàng)判據(jù)，在金屬性接地短路和接地電阻較小時(shí)采用判據(jù)2①，當(dāng)測(cè)量接地電阻較大（R₁＞X₁／3）時(shí)，采用判據(jù)2②。這樣金屬性短路測(cè)量精確，經(jīng)接地電阻較小時(shí)忽略接地電阻上的壓降，接地電阻較大時(shí)忽略線路正序電阻上的壓降

　　某微機(jī)線路保護(hù)中單相接地距離的動(dòng)作判據(jù)采用判據(jù)3。和公式（3）的區(qū)別是，中的短路點(diǎn)電流用本側(cè)零序電流代替。解出X₁、R_g。得到測(cè)量電抗為X₁，測(cè)量電阻為X₁·K₁＋R_g。保護(hù)在金屬性接地短路，單側(cè)充電線路經(jīng)電阻接地短路時(shí)測(cè)量計(jì)算準(zhǔn)確。比較三種判據(jù)，很明顯判據(jù)3的計(jì)算精度最高。但并沒有考慮雙側(cè)電源時(shí)對(duì)側(cè)的助增影響，必然也存在誤差。

　�。�1）測(cè)量電抗的誤差

　　對(duì)電抗X₁的正確測(cè)量是建立在保護(hù)處和故障點(diǎn)同相位的基礎(chǔ)之上，和間的相位關(guān)系只決定于故障點(diǎn)兩側(cè)的零序阻抗，與系統(tǒng)功角、負(fù)荷電流、接地電阻的大小等均無(wú)關(guān)，用公式表示為為本側(cè)零序電流分支系數(shù)。隨著短路點(diǎn)的變化，C₀的大小和角度都會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)C₀角度為負(fù)時(shí)測(cè)量電抗增大，為正時(shí)測(cè)量電抗減小。由于線路兩側(cè)的系統(tǒng)阻抗角一般大于線路阻抗角，故一般有近端故障測(cè)量電抗增大，遠(yuǎn)端故障測(cè)量電抗減小，若兩側(cè)系統(tǒng)零序電抗完全對(duì)稱，線路中點(diǎn)故障時(shí)測(cè)量電抗最準(zhǔn)。遠(yuǎn)端故障測(cè)量電抗減少，將可能造成距離保護(hù)超越，但C₀角度不大，將繼電器的電抗線下傾基本可以避免超越。

　　（2）測(cè)量電阻的誤差

　　由于對(duì)側(cè)零序電流助增，必將使測(cè)量電阻R_g增大，約擴(kuò)大了1／C₀倍，這對(duì)提高保護(hù)的帶接地電阻能力不利。順便指出，采用判據(jù)3建立的阻抗保護(hù)，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在　　

　　正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷阻抗不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。因?yàn)樵谪?fù)荷狀態(tài)下，非常小，負(fù)荷阻抗角也不可能達(dá)到線路阻抗角，因此保護(hù)測(cè)量到的R分量會(huì)非常大，不會(huì)進(jìn)入保護(hù)動(dòng)作區(qū)，動(dòng)模試驗(yàn)已經(jīng)得到證明。這樣采用四邊形距離繼電器，就可以適當(dāng)放寬電阻定值的整定，以提高保護(hù)允許接地電阻能力，且沒有負(fù)荷阻抗進(jìn)入動(dòng)作區(qū)誤動(dòng)的擔(dān)心。

　　在做接地距離繼電器動(dòng)作特性曲線靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)試驗(yàn)方法，是將零序補(bǔ)償系數(shù)整定為0，電流大小相位一定，電壓相位從0°～360°，改變電壓大小從阻抗不動(dòng)區(qū)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，記錄動(dòng)作電壓，電壓除以電流得到動(dòng)作阻抗，在坐標(biāo)紙上作出阻抗特性曲線。試驗(yàn)步驟是正確的，但在計(jì)算保護(hù)動(dòng)作阻抗的方法上存在問(wèn)題，此方法僅限于采用判據(jù)1的接地距離保護(hù)，對(duì)于判據(jù)2的①項(xiàng)也成立。但對(duì)于判據(jù)2的②項(xiàng)和判據(jù)3由于沒考慮的影響，必然會(huì)使計(jì)算出來(lái)的動(dòng)作阻抗和保護(hù)的實(shí)際動(dòng)作阻抗不對(duì)應(yīng)，作出的動(dòng)作阻抗軌跡不能真實(shí)表達(dá)保護(hù)的動(dòng)作特性。

下面對(duì)接地距離保護(hù)的試驗(yàn)原理和方法進(jìn)行分析。

　　3　試驗(yàn)方法

　　對(duì)單相接地距離繼電器的試驗(yàn)方法，總是通過(guò)改變?cè)囼?yàn)源的單相電壓電流實(shí)現(xiàn)。對(duì)于施加的故障相電壓，可以分解為故障線路上的壓降U_L和接地電阻上的壓降　

　　從而求出對(duì)應(yīng)的線路正序電抗、正序電阻以及接地電阻�？梢钥闯鲋灰�零序補(bǔ)償系數(shù)確定，對(duì)應(yīng)任意電壓電流，都可以分解為單側(cè)充電線路上一點(diǎn)經(jīng)一定電阻接地的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ虼�，靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，完全可以考核到零序補(bǔ)償系數(shù)和接地電阻對(duì)接地距離保護(hù)的影響。

　　（1）確定保護(hù)的整定值

　　靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，不考慮零序補(bǔ)償系數(shù)，無(wú)非是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，這對(duì)采用判據(jù)1建立的保護(hù)是適用的，因?yàn)樵诹阈蜓a(bǔ)償系數(shù)整定為0時(shí)，判據(jù)1已經(jīng)簡(jiǎn)化為，將保護(hù)動(dòng)作電壓除以電流就是動(dòng)作阻抗。因此對(duì)采用判據(jù)1的保護(hù)為計(jì)算方便，可以將零序補(bǔ)償系數(shù)整定為0，雖然不能考核到保護(hù)的零序補(bǔ)償回路，但這樣的計(jì)算結(jié)果還是正確的。

　　對(duì)采用判據(jù)2和判據(jù)3建立的保護(hù)，動(dòng)作阻抗的計(jì)算就不那么簡(jiǎn)單，不管對(duì)補(bǔ)償系數(shù)怎么整定，動(dòng)作阻抗都需要通過(guò)解方程求出。

　　對(duì)接地距離保護(hù)的零序補(bǔ)償系數(shù)和線路正序阻抗角，可以按照220kV或500kV（根據(jù)保護(hù)的應(yīng)用范圍）的典型線路參數(shù)確定。比如按220kV、100km線路，以下均為二次值。

　　下面以判據(jù)3建立的多邊形接地距離保護(hù)為例，進(jìn)行整定并試驗(yàn)，見圖1。

　　補(bǔ)償系數(shù)的整定，K_R＝1．64，K_X＝0．62，K₁＝0．18。

　　動(dòng)作范圍的整定，因?yàn)槭庆o態(tài)試驗(yàn)可以沒有動(dòng)模試驗(yàn)或電力系統(tǒng)整定那么嚴(yán)格，這里取X_DZ＝3．6Ω，R_DZ＝5Ω。

　　（2）常規(guī)試驗(yàn)的步驟是正確的

　　電流恒定I_A＝3I₀＝5∠0°A（額定電流），電壓U_A相位從0°～360°，每10°一檔（在說(shuō)明問(wèn)題，保證精度的前提下可適當(dāng)調(diào)整），降低電壓值從阻抗不動(dòng)作區(qū)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，記錄接地距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)的施加電壓U_A。計(jì)算出動(dòng)作阻抗，將試驗(yàn)結(jié)果列表，并在坐標(biāo)紙上作出阻抗動(dòng)作軌跡圖。

　　這里特別指出的是，在計(jì)算保護(hù)動(dòng)作阻抗時(shí)，一定要根據(jù)保護(hù)的不同動(dòng)作判據(jù)分別對(duì)待。

　　對(duì)于采用判據(jù)3的保護(hù)計(jì)算過(guò)程如下：

　　將試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)電壓、電流分解為實(shí)部（c）和虛部（s）代入上式，可以解出：

　　線路正序電抗

　　得到測(cè)量電抗為X₁，測(cè)量電阻為X₁·K₁＋R_g。從而計(jì)算出動(dòng)作阻抗。從以上的計(jì)算過(guò)程可以看出考慮不考慮零序補(bǔ)償系數(shù)只對(duì)I＇_Φ的計(jì)算有影響，就是說(shuō)將零序補(bǔ)償系數(shù)整定為0，計(jì)算阻抗的過(guò)程也得不到多少簡(jiǎn)化，都要通過(guò)解方程求解。因此為了考核全面，建議試驗(yàn)時(shí)考慮零序補(bǔ)償系數(shù)，并嚴(yán)格按照保護(hù)的判據(jù)進(jìn)行阻抗計(jì)算。

　　這里列出一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)施加電壓角度為50°時(shí)，降低電壓從保護(hù)的不動(dòng)作區(qū)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，記錄到保護(hù)動(dòng)作電壓是33．5V。按照上面的計(jì)算方法得到保護(hù)動(dòng)作阻抗是4．641∠43．02°Ω，見圖1。

　　（3）為檢驗(yàn)保護(hù)的動(dòng)作精度，根據(jù)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和整定值，當(dāng)施加電壓角度確定后，可以計(jì)算出保護(hù)理論動(dòng)作電壓和動(dòng)作阻抗。

　　比如，在上面的試驗(yàn)中施加電壓角度為50°時(shí)，作進(jìn)一步分析，可以計(jì)算出保護(hù)理論動(dòng)作電壓為33．66∠50°V，理論動(dòng)作阻抗為4．663∠43．02°Ω，本次試驗(yàn)相當(dāng)于模擬了單端電源供電線路的80．75km處，發(fā)生A相經(jīng)2．848Ω電阻接地故障，可以分解為線路壓降26．82V，接地電阻上壓降14．24V，向量圖見圖2。

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　線路發(fā)生單相經(jīng)高阻接地故障時(shí)，為提高保護(hù)的測(cè)量精度，微機(jī)保護(hù)一般采用了區(qū)別于常規(guī)保護(hù)的復(fù)雜判據(jù)。在靜態(tài)試驗(yàn)，計(jì)算保護(hù)的動(dòng)作阻抗時(shí)，一定要按照保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)進(jìn)行，由于計(jì)算錯(cuò)誤盲目認(rèn)為保護(hù)在偏離靈敏角時(shí)誤差大，是不正確的。對(duì)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程可借助于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。