对减小过渡电阻对距离保护影响的探究

　　摘要：在电力系统运行出现短路时，过渡电阻对距离保护的选择性动作影响较大。本文对单电源供电线路发生短路时过渡电阻及双侧电源供电线路发生短路时过渡电阻对距离保护动作的影响作了分析。并讨论了几种距离保护装置中避开过渡电阻对距离保护测量影响的方法。
　　关键词：减小；过渡电阻；距离保护；影响
　　所谓短路点过渡电阻是指当电力线路发生接地短路或相间短路时，短路点电流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流到另一相的路径中所通过的物质电阻。其中包括：电弧电阻，中间物质的电阻，相导线与大地之间的接触电阻，金属杆塔的接触电阻等。
　　1.距离保护原理分析
　　双侧电源输电线路如图1所示，本文以A相经过渡电阻Rf接地故障为例，分析接地距离保护的原理。图2为单相接地故障的复合序网。
　　
　　图1双端电源输电线路
　　
　　
　　图中：G1、G2分别为输电线路的送电侧和受电侧电源；B1、B2、B3分别为线路送电侧电源母线、中间变电所母线、线路受电侧电源母线；R为母线B1处的保护。
　　
　　图2A相经阻抗接地的复合序网
　　
　　
　　图中：Eg1、Eg2分别为B1、B3保护安装处电压相量；úf为故障点电压；ú1、ú2、ú0分别为故障点的正序、负序、零序电压；If为流过故障点的短路电流；If(1)、I’f(2)、I’f(0)分别为流过线路送电侧的正、负、零序电流；I'f(1)、I'f(2)、I'f(0)分别为流过线路受电侧的正、负、零序电流；Z'1、Z'2、Z'0分别为故障点与B1保护安装处之间线路的正、负、零序阻抗；Z″1、Z″2、Z″0分别为故障点与B3保护安装处之间线路的正、负、零序阻抗；Zf为过渡电阻Rf在保护测量阻抗中引起的附加测量分量，当两侧电源存在电势相位差时，流过保护的电流和流过故障点的电流不再同相，Zf就有电抗分量。
　　
　　图3距离保护的多边形特性
　　
　　
　　图4系统电压电流相位关系
　　
　　
　　图中：δ为Eg1和Eg2之间相位差；Eg1、Eg2分别为流过线路送电侧、受电侧的单相故障相电流。A相接地短路，过渡电阻为Rf，则可列故障点处的电压方程
　　Uf=U1+U2+U0=(Ig1+Ig2)Rf(1)
　　根据单相接地的复合序网可列方程
　　Eg1=If(1)Z1′+Z2′If(2)+Z0′If(0)
　　
　　假定线路的正序阻抗等于负序阻抗，式(2)可整理为
　　
　　其中
　　
　　由式(3)可得故障测量阻抗
　　
　　其中未补偿附加测量阻抗时，故障测量阻抗为
　　
　　由于忽略了附加测量阻抗，所以距离保护阻抗测量不准确，实际的故障阻抗为
　　
　　同理，线路发生对称接地故障时，未补偿附加测量阻抗时，故障测量阻抗为
　　
　　由于忽略了附加测量阻抗，所以距离保护阻抗测量不准确，实际的故障阻抗为
　　
　　2.过渡电阻对距离保护工作的影响
　　不考虑助增和外汲的情况下，单侧电源系统k点经过渡电阻发生短路故障。流过过渡电阻的短路电流与流过保护安装处的电流为相等，这时保护安装处测量电压和测量电流关系可表示为可以看出R的存在使继电器的测量阻抗值增大，阻抗角变小，就可能出现测量阻抗超出保护Ⅰ段而落入保护Ⅱ段范围内。
　　如图（5）所示，系统经过渡电阻Rg发生短路，IAB1为助增电流，为流过保护1的故障电流，为流过保护2的故障电流。
　　
　　图5单侧电源助增系统示意图
　　
　　
　　保护安装处A距离保护保护1的测量阻抗为
　　又有
　　两公式结合可得
　　
　　保护安装B处距离保护测量阻抗为：
　　单侧助增电源的存在对保护2没有影响，其测量阻抗值为而对于保护上式可知，由于助增电流的存在，测量阻抗相会使得测量阻抗Zm增大到Zm1，这样就使得保护的选择性更加难以保证，可见单侧电源助增电流的存在加剧了过渡电阻对距离保护的影响，应加以克服。
　　过渡电阻对双侧电源线路距离保护的影响。双侧电源系统中，k点经过Rg渡电阻发生短路故障，IAB为流过保护1的故障电流，IBd为流过保护2的故障电流，ICd为流过保护3的短路电流。
　　当故障前M侧为送端，N侧为受端时，M侧电源电势超前N侧。在系统阻抗角相同的情况下，IAB相位超前ICd。这样附加测量阻抗将具有负的阻抗角，成容性阻抗，使得总测量阻抗减小，可能使测量阻抗落入保护1的距离Ⅰ段范围以内，造成保护距离Ⅰ段误动作，这种现象即为距离保护的稳态超越。
　　当故障前N侧为送端，M侧为受端时，附加测量阻抗将具有正的阻抗角，成感性阻抗，所以总的测量阻抗变大，可能使距离保护Ⅰ段拒动。
　　3.减小过渡电阻影响的一种算法
　　如图6所示，双侧电源系统m侧、n侧电源的等效零序阻抗为Zm0、Zn0；线路单位长度正序和零序阻抗分别为z1=r1+jx1和z0=r0+jx0，被保护线路总的零序阻抗为Z0。线路经过渡电阻Rg发生单相接地故障，测得被保护线路m侧母线处相电压为Um，相电流为Im，零序电流为Im0；n侧母线处相电压为Un，相电流为In，零序电流为In0。令故障点到保护1安装处的正序阻抗为Zk1=Rk1+jXk1，零序电抗为Zk0=Rk0+jXk0，故障点对地的电流为If，零序分量为If0，则m侧故障相电压可以表示为
　　（11）
　　
　　图6系统示意图
　　
　　
　　式中；而对于单相接地
　　（12）
　　又由系统零序等值网络图（如图7），
　　
　　图7系统零序网络
　　
　　
　　按基尔霍夫电压定律列方程，再变换得到
　　
　　式中所以令又Xk0=k3Xk1所以式（12）可化为
　　（13）
　　然后将（13）式带入（11）式可得
　　（14）
　　式中且二者只与两侧系统的运行方式有关，两侧电源运行方式不变，其大小和相位均不改变。在纵联距离保护中，对侧的可通过信号通道得到，且无需进行对时处理。在微机保护中，采用全周傅氏算法得到故障相相电压和电流的实部和虚部，再通过序分量算法得到零序电压和零序电流分量，即：将其带入（14）式可得
　　（15）
　　再将式（15）两边实部与虚部分开，即可得到关于Xk1和Rg的二元二次方程组：
　　
　　（16）
　　式中
　　
　　由于只需要求解Xk1，故将此二元二次方程组简得到一个关于Xk1的一元二次方程
　　（17）
　　利用式（17）即可求出Xk1，判断故障是否发生或是否在本保护范围内。
　　按照图5，用PSCAD/EMTDC进行仿真。采用分布参数线路模型，为消除线路对地电容的影响可以用一个低通滤波器预先滤除电压和电流中的高频分量。
　　总结
　　本文中的算法具有对过渡电阻的自适应性，能够精确地测出保护安装处和故障点间的阻抗的电阻分量，有效地解决了高阻引起的保护拒动问题；本算法受输电线路长度影响小，所以适用于中长线路，并且保护的性能不受直流分量和采样频率等故障条件的影响，本算法也适用于两相短路接地故障。
　　参考文献
　　[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术［M］.北京：中国电力出版社，2005.
　　[2]张华中，王维庆，朱玲玲，等.基于过渡电阻计算的距离保护［J］.电力系统保护与控制，2008，32
　　[3]吴迪帆.过渡电阻对阻力保护的影响[J].实用技术与管理，2007.

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