朱德亮，蘇建明

(國網(wǎng)銅陵供電公司，安徽 銅陵 244000)

距離保護(hù)被廣泛應(yīng)用在超高壓輸電線路保護(hù)中[1]，以阻抗繼電器為核心元件距離保護(hù)易受到系統(tǒng)振蕩的影響，在系統(tǒng)振蕩無故障條件下容易引起誤動(dòng)[2-3]，在實(shí)用保護(hù)邏輯中采用振蕩閉鎖元件來識(shí)別系統(tǒng)振蕩短時(shí)閉鎖及開放距離保護(hù)元件[4-6]。眾多學(xué)者對如何設(shè)置閉鎖元件提出了眾多解決方案[7-11]，但使得距離保護(hù)邏輯變得復(fù)雜，不利于保護(hù)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

在電磁式保護(hù)時(shí)代，以多相距離補(bǔ)償繼電器的距離保護(hù)得到了廣泛應(yīng)用[12-13]，該繼電器在系統(tǒng)單純振蕩無故障條件下可靠不動(dòng)作，但在系統(tǒng)振蕩中心在整定范圍內(nèi)，同時(shí)系統(tǒng)振蕩達(dá)到最大值附近會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)情況。

為了提高距離補(bǔ)償繼電器抑制系統(tǒng)振蕩的性能，文獻(xiàn)[14]提出一種基于多相距離補(bǔ)償繼電器的距離保護(hù)構(gòu)成方案，該距離繼電器利用單相與相間補(bǔ)償電壓向量比相方式來識(shí)別故障相區(qū)內(nèi)及區(qū)外故障，在系統(tǒng)無振蕩情況下繼電器能夠正確反映區(qū)內(nèi)及區(qū)外故障，在系統(tǒng)振蕩較小的情況下繼電器同樣能夠正確反映區(qū)內(nèi)及區(qū)外故障；文獻(xiàn)[15]通過分析多相補(bǔ)償距離繼電器在系統(tǒng)振蕩且單相接地情況下的動(dòng)作特性，指出其反映故障相的動(dòng)作元件及反映非故障相的動(dòng)作元件在系統(tǒng)振蕩較大條件下可能出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)現(xiàn)象，并沒有給出具體解決方案。

本文通過研究多相補(bǔ)償距離繼電器的動(dòng)作方程，通過動(dòng)作特性提出了一種不對稱整定阻抗原則的多相補(bǔ)償距離繼電器來解決上述對稱整定阻抗原則的多相補(bǔ)償距離繼電器的缺點(diǎn)，給出詳細(xì)的理論分析過程，仿真結(jié)果證明該方法可有效適用于輸電線路距離保護(hù)上。

1 多相補(bǔ)償距離繼電器動(dòng)作方程

多相距離補(bǔ)償繼電器的動(dòng)作條件，如式(1)所示：

(1)

(2)

(3)

2 單相接地故障多相距離繼電器動(dòng)作性能分析

2.1 不對稱整定多相補(bǔ)償距離繼電器動(dòng)作特性分析

線路區(qū)內(nèi)故障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 線路區(qū)內(nèi)故障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為了簡便分析，針對圖1所示輸電系統(tǒng)有如下假設(shè)：

a.系統(tǒng)各部分阻抗角相等；

b.系統(tǒng)正序分量與負(fù)序分量相等；

c.不考慮經(jīng)過渡電阻接地故障，所論述均為金屬性接地故障。

對圖1所示的系統(tǒng)保護(hù)安裝處M側(cè)的距離繼電器元件分析建立在A相接地故障條件下分析，考慮兩側(cè)電源電勢有如下關(guān)系；

(4)

省略中間步驟，對于保護(hù)安裝處M多相距離繼電器動(dòng)作方程PA-BC有式(5)所示：

(5)

令：

(6)

式(5)可簡化為

(7)

對于兩側(cè)電源幅值比A可取1作近似替代，參數(shù)B的含義為保護(hù)整定范圍對側(cè)至本側(cè)的相對距離大小，為大于0的正實(shí)數(shù)，為了進(jìn)一步分析B值大小對多相距離補(bǔ)償繼電器特性的影響，繪制B取不同值時(shí)PA-BC隨δ變化曲線如圖2所示。

圖2 PA-BC計(jì)算結(jié)果隨δ變化曲線圖

從圖2中曲線可見，B=0時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)振蕩在90°<δ<270°范圍時(shí)，多相距離補(bǔ)償繼電器比動(dòng)作元件易出現(xiàn)拒動(dòng)，拒動(dòng)范圍達(dá)到180°，隨著B值的增大，拒動(dòng)范圍逐漸減小直至拒動(dòng)范圍完全消失。

2.2 對稱整定阻抗多相補(bǔ)償距離繼電器

從式(5)中可以看出影響多相補(bǔ)償距離繼電器動(dòng)作特性的B值主要由相間補(bǔ)償電壓Zset值大小決定，若在單相接地條件下，減小Zset值，B值將逐漸增大，在系統(tǒng)振蕩且單相接地情況下拒動(dòng)范圍將逐漸減少直至消失。根據(jù)上述分析提出一種新的單相接地多相補(bǔ)償距離繼電器相間補(bǔ)償電壓計(jì)算公式如式(8)所示：

(8)

式(8)定義同式(3)，0≤γ≤1為抵消系統(tǒng)振蕩對相間補(bǔ)償電壓帶來的影響而設(shè)定的參數(shù)，即縮小相間補(bǔ)償電壓整定范圍，同樣保持單相補(bǔ)償電壓計(jì)算公式如式(2)所示保持不變，如能夠在單相接地條件下，適當(dāng)降低γ值可有效縮小系統(tǒng)振蕩條件下單相接地故障拒動(dòng)范圍。

上述分析中，定義的多相補(bǔ)償距離繼電器的動(dòng)作充分條件為發(fā)生單相接地情況，如何判斷系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障是分析的重點(diǎn)，文獻(xiàn)[16]為了避免系統(tǒng)振蕩且發(fā)生區(qū)外故障條件下，多相補(bǔ)償距離繼電器動(dòng)作模塊無動(dòng)作，引入閉鎖模塊，本文參照該條件引入判斷單相接地故障判據(jù)，如式(9)所示：

(9)

3 仿真與計(jì)算

為了驗(yàn)證以上結(jié)論的正確性，建立Matlab/Simulink雙端500 kV電源系統(tǒng)輸電線路進(jìn)行仿真研究，如表1所示。

表1 500 kV線路參數(shù)

3.1 系統(tǒng)無故障振蕩條件下仿真分析

如圖1所示的區(qū)內(nèi)故障系統(tǒng)圖，其中?。篫M=100 km、ZN=200 km、Zset=160 km、ZL=200 km。

波形

(b)PA-BC動(dòng)作結(jié)果圖3 系統(tǒng)無故障振蕩條件下振蕩及動(dòng)作波形

3.2 系統(tǒng)故障且振蕩條件下仿真分析

?。篫M=100 km、ZN=200 km、Zf=100 km、Zsef=160 km、ZL=100 km，在上述數(shù)據(jù)計(jì)算條件下B=0.923，小于1，根據(jù)第2.1節(jié)中分析，系統(tǒng)在此種條件下發(fā)生單相接地故障，對稱整定阻抗型多相補(bǔ)償距離繼電器將發(fā)生拒動(dòng)。系統(tǒng)故障時(shí)刻在0.1 s，γ=0.7，分析在系統(tǒng)發(fā)生故障且振蕩條件下，不對稱整定阻抗多相補(bǔ)償距離繼電器同對稱整定阻抗距離繼電器的動(dòng)作特性分析，以A相接地故障分析，仿真結(jié)果如圖4所示，圖4(a)中陰影部分標(biāo)出了動(dòng)作區(qū)，動(dòng)作元件PA-BC分別在不對稱整定阻抗及對稱整定阻抗下多相補(bǔ)償距離繼電器的動(dòng)作結(jié)果，虛線表示對稱整定，實(shí)線表示不對稱整定，對稱整定的多相補(bǔ)償距離繼電器在系統(tǒng)振蕩180°附近出現(xiàn)了拒動(dòng)區(qū)域，但不對稱整定的多相補(bǔ)償距離繼電器始終在動(dòng)作區(qū)，未出現(xiàn)拒動(dòng)情況；圖4(b)及圖4(c)非動(dòng)作元件PB-CA及PC-AB動(dòng)作結(jié)果，對稱整定的多相補(bǔ)償距離繼電器均在系統(tǒng)振蕩180°附近出現(xiàn)了動(dòng)作區(qū)域，但不對稱整定的多相補(bǔ)償距離繼電器始終在非動(dòng)作區(qū)，未出現(xiàn)動(dòng)作情況，仿真結(jié)果有效驗(yàn)證了本文第2節(jié)的理論分析，

(a)PA-BC動(dòng)作結(jié)果

(b)PB-CA動(dòng)作結(jié)果

(c)PC-AB動(dòng)作結(jié)果圖4 系統(tǒng)振蕩且發(fā)生A相接地故障動(dòng)作元件及非動(dòng)作元件波形

4 結(jié)束語

本文通過分析一種對稱整定阻抗的多相補(bǔ)償距離繼電器在單相接地且系統(tǒng)振蕩條件下的動(dòng)作特性，指出該距離繼電器在系統(tǒng)振蕩180°附近時(shí)，反映故障相的動(dòng)作元件出現(xiàn)拒動(dòng)及反映非故障相的動(dòng)作元件出現(xiàn)誤動(dòng)，提出了一種基于不對稱整定阻抗的多相補(bǔ)償距離繼電器，該繼電器利用選相元件判斷單相接地故障，減小相間阻抗繼電器整定阻抗范圍來避免振蕩且單相接地條件下多相補(bǔ)償距離繼電器拒動(dòng)或誤動(dòng)，理論分析及仿真結(jié)果充分驗(yàn)證本文理論分析的正確性，能夠應(yīng)用在輸電線路保護(hù)中。