陳振榮

（開平市翰聯(lián)電力設(shè)計有限公司 廣東開平 529300）

距離保護(hù)的整定原則分析及其在多邊形阻抗繼電器整定上的應(yīng)用

陳振榮

（開平市翰聯(lián)電力設(shè)計有限公司 廣東開平 529300）

雖然電流、電壓保護(hù)的有點是簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，但只是合適在35kV以下電壓等級的電網(wǎng)中使用，難以應(yīng)用于更高電壓等級的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中。距離保護(hù)是廣泛運(yùn)用在110kV及以上電壓輸電線路中的一種保護(hù)裝置。對長距離、重負(fù)荷線路，由于線路的最大負(fù)荷電流可能與線路末端短路時的短路電流相差甚微，采用距離保護(hù)也能滿足其敏性要求。隨著科技發(fā)展，對故障的檢測準(zhǔn)確度要求提高，距離保護(hù)的整定等實際情況來確定計算出距離和測量元件的整定阻抗和動作時限，盡可能的保護(hù)電網(wǎng)供電的可靠性和供電質(zhì)量。

本文是討論距離保護(hù)的整定原則分析及其在多邊形阻抗繼電器整定上的應(yīng)用，考慮距離保護(hù)對電網(wǎng)、電力系統(tǒng)的影響。

距離保護(hù)；多邊形阻抗繼電器

1 距離保護(hù)的整定

距離保護(hù)是利用短路時的電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點到保護(hù)安裝處的距離而工作的的保護(hù)。距離保護(hù)是一種反映物理量——測量阻抗下降而動作的保護(hù)。顯然距離保護(hù)能夠克服電流保護(hù)收受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響大的缺點。

在正常的情況下，保護(hù)測量元件的測量阻抗為負(fù)荷阻抗。而當(dāng)線路上發(fā)生三相短路時，保護(hù)裝置所測量的阻抗為短路阻抗。短路時，測量阻抗的大小與短路點到保護(hù)安裝處成正比，短點到保護(hù)安裝處的距離越大，測量的阻抗越大，反之越小。原理和原理圖如圖1所示。

圖1 距離保護(hù)原理示意圖

對于距離保護(hù)僅在MN兩端發(fā)生故障時，保護(hù)裝置才會立即動作，將相應(yīng)斷路器斷開，而在保護(hù)區(qū)的反方向和線路的正方向之外的區(qū)域發(fā)生故障是保護(hù)裝置不動作。對于圖1而言，Lset為整定距離，Lk為故障點到保護(hù)安裝處的距離，設(shè)正方向是由M指向N的方向。比較Lk與Lset大小來確定故障的發(fā)生范圍。若Lk小于Lset，說明故障發(fā)生在保護(hù)范圍之內(nèi)，這時候保護(hù)應(yīng)立刻動作，跳開斷路器：若Lk大于Lset，說明故障區(qū)發(fā)生在保護(hù)范圍之外，保護(hù)裝置應(yīng)立刻動作，對應(yīng)斷路器不動作。若故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)的反方向，無需比較和測量，直接判斷區(qū)外故障不動作。

由于阻抗與故障點距離的線性關(guān)系，我們可以根據(jù)求出的知道故障點的距離。在距離保護(hù)中，設(shè)測量的阻抗為Zm，它表示保護(hù)安裝出的測量電壓為Um與測量電流Im之比，即：

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，Um近似額定電壓，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬短路時候，Um降低，Im增大。對于均勻的參數(shù)輸電線路來說，如果忽略影響較小的分布電容和電導(dǎo)，要求Zk與短路距離Lk成線性正比關(guān)系，即：

式中：Z1為單位長度的復(fù)阻抗：r1、x1分別為單位長度的正序電阻和電抗。對于距離保護(hù)實際上是反應(yīng)阻抗降低而動作的阻抗保護(hù)。由圖2可知道，對于整定阻抗Zset在線路的阻抗的方向上，比較Zm和Zset大小，就可以實現(xiàn)Lk與Lset的比較。Zm小于Zset時，說明Lk小于，故障在保護(hù)區(qū)之內(nèi)：反之，Zm大于Zset是，說明Lk大于Lset，故障在保護(hù)區(qū)之內(nèi)。

在復(fù)雜的電力系統(tǒng)系統(tǒng)中存在著單相，三相系統(tǒng)，以上討論的是單相系統(tǒng)。在實際的三相系統(tǒng)中，可能存在多種不同的短路故障，而各種不對稱短路時，各相的電壓、電流都不再像單相那樣直接運(yùn)用以上的公式來計算，所以我們要尋求滿足可以在三相系統(tǒng)使用的距離保護(hù)（如圖3）。

以圖3的網(wǎng)絡(luò)中K點發(fā)生故障為列，按照對稱分量的法，可以求出M母線上的各項電壓為：

圖2 負(fù)荷和短路阻抗圖

圖3 K點故障網(wǎng)絡(luò)圖

1.1 單相接地短路故障

1.2 兩相接地短路故障

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬行兩相接地故障是，故障點兩處接地相電壓為0。以B、C兩相接地故障為列，?？梢缘玫剑?/p>

非故障點不存在此公式所示的關(guān)系，算出的距離不能正確的反應(yīng)故障的距離，且一般都大于整定距離。

1.3 兩相不接地短路故障

在金屬性兩相短路的情況下，故障點出兩故障相對地電壓相等，以A，B 為列，KA=KB。

由（4）減去（5）公式得：

1.4 三相對稱短路

三項對稱性短路時，故障點處的各相電壓相等，且在三相系統(tǒng)對稱是均都為0。這種情況下，應(yīng)用任何一相的電壓、電流或任何兩相的相間電壓、兩相電流差作為距離保護(hù)的測量電壓和電流、都可以得到與式（3）相同的形式，都可以進(jìn)行故障判斷。

對于以上的算法，對于距離保護(hù)是換湯不換藥，都是具有相通性，都是利用了電壓、電流求出故障點的阻抗，對故障點進(jìn)行判斷，從而加快對故障點的維修。距離保護(hù)加快了電力系統(tǒng)的檢修能力，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定的作用使它成為電力不可或缺的部分。

2 距離保護(hù)在多邊形阻抗繼電器整定

現(xiàn)在討論的是多邊形阻抗繼電器的的整定，那就先了解一下其他阻抗器的特征，以便對它的應(yīng)用方向進(jìn)一步的了解。蘋果形特性阻抗元件在R的方向動作比較大，而它耐受過負(fù)荷的能力比較差。但橄欖特性的阻抗元件正好與正好與蘋果阻抗元件正好相反耐受過負(fù)荷能力較強(qiáng)，但耐過渡電阻的能力較差。園特性的阻抗元件在整定值較小時，動作特性園也就比較小，區(qū)內(nèi)經(jīng)過渡電阻短路時，測量阻抗容易落到區(qū)外，導(dǎo)致拒操作。而整定值較大時，反之。

由于多邊形特性的阻抗元件容許故障點過度電阻的能力和躲過負(fù)荷阻抗能力均較強(qiáng)，且在微機(jī)行保護(hù)中容易實現(xiàn)，所以，今年來隨著微機(jī)保護(hù)的廣泛應(yīng)用，多邊形阻抗特性的阻抗元件應(yīng)用相當(dāng)廣泛。圖4為為一中方向多邊形阻抗元件特性。多邊形以內(nèi)為動作區(qū)，多邊形以外為非動作區(qū)，多邊形的幾條邊界為動作邊界。其動作的判斷依據(jù)為：

圖4 多邊形阻抗元件特性圖

如圖4所示，為了減小過渡電阻對阻抗保護(hù)的影響，各邊都采用了傾斜角。在實際使用中，只需要整定Xset、Rset值，其他參數(shù)（a1～a4）是由軟件確定的。其中：

（1）為防止保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過渡電阻Rf短路時，使測量阻抗Zm中的電阻分量增加，造成保護(hù)拒動。通常a3=（45～60°）。

（2）為防止保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過渡電阻Rf短路時，使測量阻抗Zm中的電抗分量可能減少，而造成保護(hù)誤動，通常a4=7°。

（3）為保證安裝處經(jīng)過渡電阻（X=0）短路時，保護(hù)能可靠動作，通常a1=15°。

（4）為保證被保護(hù)線路發(fā)生金屬性（R=0）短路時，保護(hù)能可靠動作，取 a2=15°。

在配電網(wǎng)中，有時候由于線路過短，線路的阻抗相應(yīng)較小，距離保護(hù)耐受過渡電阻的能力大大小降，為了躲過過渡電阻能力，可以使用多邊形阻抗繼電器。具有多邊形的阻抗繼電器能夠同時兼顧耐受過渡電阻的能力和躲負(fù)荷的能力，多邊形繼電器是將園和直線特性結(jié)合起來，廣泛應(yīng)用微機(jī)保護(hù)。對于微機(jī)的廣泛應(yīng)用，我相信多邊形繼電器在今后的需求量會有所提高。

3 結(jié)束語

（1）距離保護(hù)通過故障阻抗來確定故障所在范圍，保護(hù)穩(wěn)定，靈敏度高，動作的情況受電網(wǎng)的運(yùn)行方式影響小。能夠在多側(cè)電源的高壓及超高壓復(fù)雜的電力系統(tǒng)中應(yīng)用。

（2）距離保護(hù)的阻抗測量原理，除可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)外，還可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)中，作為后備保護(hù)。

（3）當(dāng)對于耐受過渡電阻的能力和躲負(fù)荷的能力的要求很高的情況，應(yīng)使用多邊形阻抗元件，它是將圓和直線的特性結(jié)合起來的，具有很好的耐受過渡電阻的能力和躲負(fù)荷的能力。

（4）相對于電流、電壓保護(hù)來說，距離保護(hù)的構(gòu)成、接線、和算法都是比較復(fù)雜的，裝置自身的可靠性稍差。

[1]王維儉，主編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理.

[2]楊曉勉，主編，王艷麗，王雙文，副主編.電力繼電保護(hù)原理及應(yīng)用.

TM773

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1004-7344（2016）17-0077-02

2016-6-2