接地距離保護動作判據(jù)及試驗方法

接地距離保護動作判據(jù)及試驗方法

　　摘 要：對單相接地距離保護幾種不同的動作判據(jù)作了簡單的比較，并提出其正確的試驗方法。

關(guān)鍵詞：接地距離；動作判據(jù)；試驗方法

　　1　前言

　　高壓及超高壓線路故障統(tǒng)計表明：單相接地故障占到總故障的85％以上。接地故障一般由桿塔上瓷瓶閃絡(luò)和導(dǎo)線對樹枝等物體放電引起，故障處接地電阻的存在對接地距離保護有直接的影響。因此，選用合適的動作判據(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| 無紙記錄儀| 提高經(jīng)電阻接地時距離保護的計算精度，是保護設(shè)計者要考慮的重要問題。

　　在做接地距離繼電器動作特性曲線靜態(tài)試驗時，往往不考慮零序阻抗補償系數(shù)，以及不同動作判據(jù)的影響。這樣，對接地距離區(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)計特色，并會帶來一定的誤差。

　　2　保護原理

　　計算單相接地的通用公式是：

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

　　以上公式均表達準確，沒有誤差，能精確反映保護安裝點到短路點的線路正序阻抗和短路點的接地電阻。公式中接地電阻上的壓降·R_g，但是流經(jīng)故障點接地電阻上的電流，為線路本側(cè)及對側(cè)零序電流之和，因?qū)��?cè)是一個未知量，不管對作何種假設(shè)，由于不同短路點兩側(cè)零序電流分支系數(shù)（復(fù)數(shù)，大小和相位）的變化，均會對計算產(chǎn)生不可避免的誤差。

　　下面給出三種不同保護的動作判據(jù)，并對其原理特點及試驗方法進行討論。

　　傳統(tǒng)的晶體管、集成電路等接地距離保護，受技術(shù)條件限制動作判據(jù)一般選用公式（1）的前一項。不考慮接地電阻的影響，零序補償系數(shù)也用實數(shù)表示。經(jīng)電阻接地時，測量誤差大，送端有較大超越；金屬性接地短路也有實數(shù)補償帶來一定誤差。

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

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

　�。�1）測量電抗的誤差

　　對電抗X₁的正確測量是建立在保護處和故障點同相位的基礎(chǔ)之上，和間的相位關(guān)系只決定于故障點兩側(cè)的零序阻抗，與系統(tǒng)功角、負荷電流、接地電阻的大小等均無關(guān)，用公式表示為為本側(cè)零序電流分支系數(shù)。隨著短路點的變化，C₀的大小和角度都會發(fā)生變化，當(dāng)C₀角度為負時測量電抗增大，為正時測量電抗減小。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量電抗增大，遠端故障測量電抗減小，若兩側(cè)系統(tǒng)零序電抗完全對稱，線路中點故障時測量電抗最準。遠端故障測量電抗減少，將可能造成距離保護超越，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）測量電阻的誤差

　　由于對側(cè)零序電流助增，必將使測量電阻R_g增大，約擴大了1／C₀倍，這對提高保護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，還有一個優(yōu)點，就是在　　

　　正常運行時，負荷阻抗不會造成保護誤動。因為在負荷狀態(tài)下，非常小，負荷阻抗角也不可能達到線路阻抗角，因此保護測量到的R分量會非常大，不會進入保護動作區(qū)，動模試驗已經(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，以提高保護允許接地電阻能力，且沒有負荷阻抗進入動作區(qū)誤動的擔(dān)心。

　　在做接地距離繼電器動作特性曲線靜態(tài)試驗時，常規(guī)試驗方法，是將零序補償系數(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區(qū)進入動作區(qū)，記錄動作電壓，電壓除以電流得到動作阻抗，在坐標(biāo)紙上作出阻抗特性曲線。試驗步驟是正確的，但在計算保護動作阻抗的方法上存在問題，此方法僅限于采用判據(jù)1的接地距離保護，對于判據(jù)2的①項也成立。但對于判據(jù)2的②項和判據(jù)3由于沒考慮的影響，必然會使計算出來的動作阻抗和保護的實際動作阻抗不對應(yīng)，作出的動作阻抗軌跡不能真實表達保護的動作特性。

下面對接地距離保護的試驗原理和方法進行分析。

　　3　試驗方法

　　對單相接地距離繼電器的試驗方法，總是通過改變試驗源的單相電壓電流實現(xiàn)。對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�零序補償系數(shù)確定，對應(yīng)任意電壓電流，都可以分解為單側(cè)充電線路上一點經(jīng)一定電阻接地的試驗?zāi)Ｐ汀Ｒ虼�，靜態(tài)試驗時，完全可以考核到零序補償系數(shù)和接地電阻對接地距離保護的影響。

　　（1）確定保護的整定值

　　靜態(tài)試驗時，不考慮零序補償系數(shù)，無非是為了簡化計算，這對采用判據(jù)1建立的保護是適用的，因為在零序補償系數(shù)整定為0時，判據(jù)1已經(jīng)簡化為，將保護動作電壓除以電流就是動作阻抗。因此對采用判據(jù)1的保護為計算方便，可以將零序補償系數(shù)整定為0，雖然不能考核到保護的零序補償回路，但這樣的計算結(jié)果還是正確的。

　　對采用判據(jù)2和判據(jù)3建立的保護，動作阻抗的計算就不那么簡單，不管對補償系數(shù)怎么整定，動作阻抗都需要通過解方程求出。

　　對接地距離保護的零序補償系數(shù)和線路正序阻抗角，可以按照220kV或500kV（根據(jù)保護的應(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為例，進行整定并試驗，見圖1。

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

　　動作范圍的整定，因為是靜態(tài)試驗可以沒有動模試驗或電力系統(tǒng)整定那么嚴格，這里取X_DZ＝3．6Ω，R_DZ＝5Ω。

　�。�2）常規(guī)試驗的步驟是正確的

　　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（在說明問題，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作區(qū)進入動作區(qū)，記錄接地距離保護動作時的施加電壓U_A。計算出動作阻抗，將試驗結(jié)果列表，并在坐標(biāo)紙上作出阻抗動作軌跡圖。

　　這里特別指出的是，在計算保護動作阻抗時，一定要根據(jù)保護的不同動作判據(jù)分別對待。

　　對于采用判據(jù)3的保護計算過程如下：

　　將試驗測量數(shù)據(jù)電壓、電流分解為實部（c）和虛部（s）代入上式，可以解出：

　　線路正序電抗

　　得到測量電抗為X₁，測量電阻為X₁·K₁＋R_g。從而計算出動作阻抗。從以上的計算過程可以看出考慮不考慮零序補償系數(shù)只對I＇_Φ的計算有影響，就是說將零序補償系數(shù)整定為0，計算阻抗的過程也得不到多少簡化，都要通過解方程求解。因此為了考核全面，建議試驗時考慮零序補償系數(shù)，并嚴格按照保護的判據(jù)進行阻抗計算。

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

　�。�3）為檢驗保護的動作精度，根據(jù)保護的動作判據(jù)和整定值，當(dāng)施加電壓角度確定后，可以計算出保護理論動作電壓和動作阻抗。

　　比如，在上面的試驗中施加電壓角度為50°時，作進一步分析，可以計算出保護理論動作電壓為33．66∠50°V，理論動作阻抗為4．663∠43．02°Ω，本次試驗相當(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

　　線路發(fā)生單相經(jīng)高阻接地故障時，為提高保護的測量精度，微機保護一般采用了區(qū)別于常規(guī)保護的復(fù)雜判據(jù)。在靜態(tài)試驗，計算保護的動作阻抗時，一定要按照保護的動作判據(jù)進行，由于計算錯誤盲目認為保護在偏離靈敏角時誤差大，是不正確的。對復(fù)雜的計算過程可借助于計算機實現(xiàn)。