尤田柱

（吉林省電力有限公司遼源供電公司，吉林 遼源 136200）

距離保護(hù)的阻抗元件動(dòng)作特性與保護(hù)裝置設(shè)計(jì)原理有關(guān)，不同原理特性的阻抗元件需要采用相應(yīng)的整定計(jì)算方法。矢量“模數(shù)”概念在常規(guī)整定計(jì)算中形成了慣性，如果不能建立“向量”思維，多邊形特性的距離保護(hù)計(jì)算過程的“誤整定”幾率將會(huì)增大，這是因?yàn)槠涮卣髦禃?huì)影響整定計(jì)算結(jié)果，需要引起整定計(jì)算人員的注意。

1 四邊形特性阻抗特征值構(gòu)成

微機(jī)距離保護(hù)阻抗有圓特性和多邊形特性等形式。多邊形特性阻抗保護(hù)具有基本特征和擴(kuò)展特征，擴(kuò)展特征（第Ⅱ象限偏角、第Ⅳ象限偏角、原點(diǎn)矩形等）屬于裝置性能本身的內(nèi)容，與整定計(jì)算無關(guān)，因此本文僅分析基本特征：電阻整定線傾角、電抗整定線傾角（如圖1所示）。

圖1 距離保護(hù)四邊形阻抗特性圖

阻抗特性圖由電阻R—電抗X二維坐標(biāo)軸、電阻整定線 LR和電抗整定線 LX圍成四邊形，其中：電阻特征值體現(xiàn)為LR線的傾角α；電抗特征值體現(xiàn)為LX線的傾角β。對(duì)應(yīng)LR的傾角為α=60°；對(duì)應(yīng)LX線的斜率為tanβ=-1/8，即β=7°。這兩個(gè)特征值在整定計(jì)算和校驗(yàn)時(shí)須以重用。

2 四邊形特性阻抗特征值應(yīng)用

2.1 電阻分量RZ值整定及可靠系數(shù)Kk選取

RZ分量是躲最大負(fù)荷的，整定時(shí)不必過于關(guān)心實(shí)際運(yùn)行的最大負(fù)荷Sm，一般情況僅考慮理論上極限負(fù)荷即可。簡言之，可以電流互感器額定值確定最大負(fù)荷，這是因?yàn)?，假如?shí)際負(fù)荷超電流互感器額定電流時(shí)，須更換較大變比的互感器。RZ的計(jì)算式為：RZ=Umin/(Kk×Imax)，其中：

Umin為母線最小運(yùn)行電壓，可取為 90%的額定電壓；Kk為可靠系數(shù)，可取為1.8～2；Imax為最大負(fù)荷電流，可取為過載50%的極限值。因該項(xiàng)可直接算成二次有名值，對(duì)于CT二次額定電流為5A的保護(hù)，可直接設(shè)定為

靈敏度足夠情況下，建議二次值取為6Ω，以保證任何情況下裝置都不會(huì)誤動(dòng)作，即Kk值取2。亦即，最大極限負(fù)荷阻抗為Zm=Kk×RZ=2×6=12Ω。對(duì)于CT二次額定電流為1A的保護(hù)，則RZ可取為30Ω。若靈敏度低，且實(shí)際最大負(fù)荷又遠(yuǎn)小于極限負(fù)荷，則可適當(dāng)調(diào)大RZ。

2.2 電阻分量可靠系數(shù)真值返校

電阻分量可靠系數(shù) Kk是以負(fù)荷阻抗角按0°計(jì)算的原設(shè)矢量模值（如圖2所示）。

圖2 四邊形阻抗RZ分量整定校驗(yàn)圖

當(dāng)Kk取2時(shí)，最大極限負(fù)荷阻抗Zm= KkRZ=2RZ，可靠系數(shù)裕量Kδ=(Zm-RZ) / Rz=1。

實(shí)際負(fù)荷阻抗角Ψ并非為0°，其最大值可按30°（經(jīng)驗(yàn)值）分析。用LS線表示最大負(fù)荷臨界線，在LS線與LR線的共同作用下，可靠系數(shù)便產(chǎn)生了“變異”，結(jié)果使得實(shí)際裕量小于1。

用Zm在LS線上的映射等效點(diǎn)S到LR的垂距DS表示可靠系數(shù)裕量真值，其大小可通過下列方法求?。?/p>

第一步：建立LR和LS兩線的函數(shù)式，并聯(lián)立求解，求得交點(diǎn)C(R，X)坐標(biāo)值。

代數(shù)求解得C點(diǎn)坐標(biāo)：

第二步：求解OC和CS模值大小

于是，所求可靠系數(shù)裕量真值為Kδ=DS/RZ=0.134。

還可通過點(diǎn)S到LR線的距離求解更簡單（此略）。

由此可知，變異后的實(shí)際可靠系數(shù)為真值為1.134，與計(jì)算時(shí)所選定的2發(fā)生較大變異。因此，從這個(gè)意義上講，RZ宜小不宜大。

2.3 電抗分量的整定

按整定原則計(jì)算的Ⅰ～Ⅲ段電抗分量XⅠ～XⅢ不能直接設(shè)定，原因是LX線傾角β使得整定值XZ要大于計(jì)算值XJ，需予補(bǔ)償，補(bǔ)償度根據(jù)β和線路阻抗角Φ換算。四邊形阻抗 XZ分量及靈敏度雙值圖如圖3所示。

圖3 四邊形阻抗XZ分量及靈敏度雙值圖

圖3中LX線上Z點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)為計(jì)算值XJ，而裝置整定值則為XZ，補(bǔ)償值為XZ-XJ。

LX線之傾角 β所對(duì)應(yīng)的斜率絕對(duì)值為1/8；Φ為線路阻抗角。于是，借助三角形△ZXJXZ可列出算式：

即，裝置的實(shí)際整定值為Xz=XJ(1+1/8tan(Φ))。

2.4 電抗分量靈敏度雙值篩選

圖3所示的K點(diǎn)是阻抗靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)，常規(guī)校驗(yàn)方法是以O(shè)Z/OK為算式，認(rèn)為靈敏度裕量值是OZ-OK，其結(jié)果具有欺騙性。實(shí)際上，靈敏度具有“雙值”，可用校驗(yàn)點(diǎn)K到兩個(gè)邊的垂距來表示兩個(gè)靈敏度分量的裕量。由于 LX和 LR兩線的數(shù)學(xué)表達(dá)式不同，不能在同一數(shù)學(xué)表達(dá)式中求解，需要分別求算。然后比較兩個(gè)值的大小，篩選出數(shù)值小的來反映實(shí)際靈敏度。分析如下：

不同的線路阻抗角Φ所產(chǎn)生的靈敏度“變異”程度不同。點(diǎn)K在水平線上的移動(dòng)范圍，可用左右臨界點(diǎn)Ka和Kb表示。配網(wǎng)導(dǎo)線的阻抗角一般在30°～80°之間。導(dǎo)線線徑越大，線路阻抗角Φ 越大，Ka越靠近X軸；相反，導(dǎo)線線徑越小，線路阻抗角Φ越小，Kb越靠近R軸。不難看出：阻抗角越小，表象靈敏度與實(shí)際靈敏度差值越大。且當(dāng)線路阻抗角Φ較小時(shí)，K點(diǎn)可能越出四邊形外，此時(shí)保護(hù)將“拒動(dòng)”。因此，右臨界點(diǎn)Kb作為R分量靈敏度的零值點(diǎn)予以監(jiān)視。倘若靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)K逼近Kb甚至越出四邊形外，需要采取相應(yīng)措施以保證保護(hù)裝置動(dòng)作行為（如：抬高Rz值、提出報(bào)告、進(jìn)行技改等）。

自K點(diǎn)分別向兩邊做垂線，得到垂點(diǎn)M1和M2。用 KM1表示 X分量的裕量，用 KM2表示 R分量的裕量，通過建立數(shù)學(xué)式分別求解。

X分量的靈敏度裕量可通過下列方法求得：

整定計(jì)算時(shí)的阻抗綜合系數(shù)值Kz=OZ/OK，阻抗Z的裕量為KZ=OZ-OK，阻抗Z的裕量比為KZ/OK。

電抗X分量的裕量為

則裕量比KM1/OK，即為X分量的靈敏度裕量δX：

分析：Φ角越小，δX值也越小，“變異”效果就越明顯。與 Φ(30°～80°)對(duì)應(yīng)的 sin(Φ+β)值的范圍是：0.6～0.9986。亦即，變異后X分量靈敏度裕量是原裕量的0.6～0.9986倍。

例如：整定計(jì)算時(shí)取用的綜合靈敏度系數(shù)為Kz=1.5=1+0.5，那么，實(shí)際的靈敏度變異為KX=1+0.5×(0.6～0.9986)=1.3～1.4993。

R分量的靈敏度裕量可通過下列方法求得：

利用點(diǎn)K(RK，XK)到LR線的距離公式，導(dǎo)出用XK表示的R分量的裕量，求導(dǎo)過程如下：

即為R分量的裕量。

裕量比KM2/ OK，即為R分量靈敏度裕量δR。（其中 OK=XK/sin(Φ)）

分析：K點(diǎn)位置與線路阻抗角Φ有關(guān)，Φ角越大靈敏度裕量也越大，最大線路阻抗角（80°）下對(duì)應(yīng)的靈敏度裕量為：0.342+0.852×RZ/XK，此時(shí)對(duì)應(yīng)于Ka點(diǎn)；相反，Φ角越小靈敏度裕量也越小，當(dāng)LZ與LR相交時(shí)，對(duì)應(yīng)于交點(diǎn)Kb的靈敏度裕量變?yōu)?，該交點(diǎn)定義為R分量靈敏度的“零值”點(diǎn)。零值點(diǎn)坐標(biāo)的電阻值R0和阻抗角Φ0算式為

R0= RZ+XK/tan(α)其中：XK/tan(α)是 RZKb在 R軸上的投影；RZ是電阻分量整定值。

當(dāng)RK≥R0或Φ≤Φ0時(shí)，R分量無靈敏度（進(jìn)入保護(hù)死區(qū)）。

從以上求得的電抗分量裕量和電阻分量裕量中篩選出小的用來反映實(shí)際保護(hù)裕量，min（KM1，KM2）。將其與整定計(jì)算時(shí)的綜合裕量比較，若相差較大，不能保證裝置可靠動(dòng)作時(shí)，應(yīng)采取措施（如：重新選取靈敏度系數(shù)整定和校驗(yàn)等）。

3 結(jié)論

四邊形特性阻抗整定計(jì)算不能直將計(jì)算值作為裝置的整定值；電阻分量整定時(shí)的可靠系數(shù)不能認(rèn)為就是實(shí)際的可靠系數(shù)；保護(hù)靈敏度校驗(yàn)方法不能用“模數(shù)”算法，需計(jì)算雙值，選取小者為實(shí)際靈敏度。線路阻抗角偏小時(shí)，返偽歸真效果將更為明顯，尤其對(duì)阻抗角偏小的配網(wǎng)線路，糾正“模數(shù)”算法導(dǎo)致的錯(cuò)誤的意義更大。因此，建議在實(shí)際整定計(jì)算時(shí)借鑒或采納本文提出的算法，還原四邊形特性距離保護(hù)阻抗元件的本來性能，把住電網(wǎng)安全運(yùn)行的整定計(jì)算關(guān)。

本文闡述的觀點(diǎn)和方法表面上較麻煩，其實(shí)利用保護(hù)定值校驗(yàn)工具（如Excel電子表格編輯的工具）編輯為固定算式后則變得非常簡單。

[1]崔價(jià)佩,孟慶炎,陳永芳,等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算[M].北京:中國電力出版社,1993.

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