辛俊峰 雷亮

(国网技术学院,山东泰安 271000)

过渡电阻对距离保护的影响研究

辛俊峰 雷亮

(国网技术学院,山东泰安 271000)

随着电网规模的不断扩大和电压等级的不断提高,对继电保护的要求也越来越高。而接地短路时过渡电阻的存在将会影响到保护装置的性能,造成保护误动、拒动,影响电网的安全稳定运行。本文首先对电网距离保护进行了介绍,并讨论了克服过渡电阻对距离保护影响的方法。

距离保护 过渡电阻 影响

1 引言

随着电网规模越来越庞大,电压等级越来越高,如何有效、安全、可靠地提高输送能力,是我国电网面临的迫切需要解决的问题。继电保护作为电网安全稳定运行的第一屏障,始终承担着无可替代的作用。然而,由于短路时一般都不是金属性的,而是在短路点存在过渡电阻。接地短路时过渡电阻的存在,尤其大的过渡电阻,往往会影响到保护装置的性能,造成保护误动、拒动,或者灵敏性不满足要求等。

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。过渡电阻是一种瞬间状态的电阻,一旦故障消失,过渡电阻也随之消失。过渡电阻的存在可能引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短,从而导致保护的误动或拒动。

2 距离保护

在高压输电线路保护中,距离保护占有极其重要的地位。距离保护有很多优点,例如受电力系统运行方式和结构变化的影响较小,能瞬间切除输电线85%～90%范围内的各种故障,保护范围较长且较稳定,适合于远距离重负荷的高压线路,具有一定的耐受过渡电阻的能力,等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要应用最广泛的保护方案之一。

接地距离保护反应输电线路接地故障。距离继电器测量故障阻抗并判定故障位于保护区内或区外。理想的距离继电器仅对保护安装点和整定点之间的故障动作而对此区外的故障不动作。距离保护作为主保护通常整定为保护线路全长的80%～90%,并且通常期望阻抗测量误差少于±5%。对于I段之外的故障,距离保护阶梯时限延时配合的Ⅱ和Ⅲ段,保证了不同线路故障的选择性。系统重负荷时或过渡电阻较大的区外故障,距离保护不误动,这是最基本的要求。

传统距离继电器假设故障点电压为零,通过电压和电流比值测量故障阻抗。实际上,除了人为构造的短路,故障点电压几乎不可能为零,从而故障点电压将影响到故障阻抗的测量,尤其对于高阻接地故障和重负荷单相接地故障。在有负荷的情况下,过渡电阻部分会由于对侧电源的助增作用而转换成为感抗或容抗,导致距离保护超越或者保护范围缩短,大的过渡电阻也会造成距离保护范围缩短。当经过大的过渡电阻接地,重负荷时故障电流可能小于负荷电流。测量阻抗实际上由负荷电流和过渡电阻决定。单相接地故障过渡阻抗达到300Ω时,传统距离保护的测量阻抗相对误差可能超过60%。

图1 四边形特性距离继电器

3 克服过渡电阻影响的方法

3.1 采用多边形特性距离继电器

多边形继电器特性包括四边形特性、五边形特性及类似的特性,它们具有较好的耐受过渡电阻的能力。图1所示为四边形特性距离继电器。它将距离继电器的测量距离功能、方向判别功能和躲负荷功能分别由3个独立元件完成。R元件完成躲负荷功能,其特性如R直线；X元件完成测距功能,其特性如X特性直线；D元件完成方向判别功能,其特性如D特性折线。R整定电阻的选择应兼顾避开负荷状态和提高对过渡电阻的反应能力,可在R轴方向独立移动以适应不同数值的过渡电阻。D元件要保证出口和背后母线经过渡电阻短路时能可靠动作。由于具有优越的耐受过渡电阻能力,四边形特性距离继电器在距离保护中获得广泛应用。在送端区外经过渡电阻故障时,测量阻抗的电抗分量比实际线路电抗小,线路越长,负荷越重,情况越严重。对这种情况,如果X元件与R轴平行,则发生超越的可能性比圆特性方向阻抗继电器还大,这是四边形特性距离继电器的主要弱点。因此其动作特性直线必须下倾防止这种超越。

3.2 采用自适应接地距离继电器

自适应继电保护是在上世纪80年代提出的一个较新的研究课题,它可以定义为:能根据电力系统运行方式和故障状态的变化信息,在线计算并修改继电保护的整定值,以获得最佳保护性能的继电保护系统。自适应继电保护系统在选择性,快速性和灵敏性方面明显优于常规继电保护系统,这不仅使现有电力网络能够传送更多的功率,而且还可以改善电力系统运行方式的灵活性和系统的稳定性。实现自适应继电保护的关键在于当系统发生故障时,如何实时、快速、准确地判出系统的运行方式和故障类型。新判据的多边形阻抗特性用纯电抗线来代替传统的电抗下倾线,不再像传统距离保护那样盲目地缩小动作范围。在可靠防止距离保护超越误动作的前提下,扩大了距离保护的动作范围。自适应继电保护系统尚属理论研究阶段,要达到大范围应用于工程实际,还有大量的问题需要解决。

4 结语

随着电网规模的不断扩大和电压等级的不断提高,对继电保护工作提出了更高的要求。过渡电阻将会影响到保护装置的性能,可能造成保护误动、拒动,从而影响电网的安全稳定运行。本文分析探讨了过渡电阻对距离保护的影响,并讨论了克服过渡电阻对距离保护影响的方法,具有一定的指导意义。

[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]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社,2005.

[3]荣雅君,王 珺 ,王莉丽,等.短路故障时高过渡电阻条件下距离保护的研究[J].华北电力技术,2004,(3):6-7,26.

辛俊峰(1986—),男,中专助理讲师,主要从事电力系统控制、运行、分析等方面的培训教学工作;雷亮(1986—),男,中专助理讲师,主要从事电力系统运行与分析、高电压等方面的培训教学工作。