接地距離保護動(dòng)作判據及試驗方法

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

關(guān)鍵詞：接地距離；動(dòng)作判據；試驗方法

　　1　前言

　　高壓及超高壓線(xiàn)路故障統計表明：?jiǎn)蜗嘟拥毓收险嫉娇偣收系?5％以上。接地故障一般由桿塔上瓷瓶閃絡(luò )和導線(xiàn)對樹(shù)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(dòng)作判據，校正器| 轉換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無(wú)紙記錄儀| 提高經(jīng)電阻接地時(shí)距離保護的計算精度，是保護設計者要考慮的重要問(wèn)題。

　　在做接地距離繼電器動(dòng)作特性曲線(xiàn)靜態(tài)試驗時(shí)，往往不考慮零序阻抗補償系數，以及不同動(dòng)作判據的影響。這樣，對接地距離區別于相間距離最重要的環(huán)節得不到考核，也不能體現產(chǎn)品的設計特色，并會(huì )帶來(lái)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(xiàn)與短路點(diǎn)之間沒(méi)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(xiàn)到短路點(diǎn)的線(xiàn)路壓降，第二項表示接地電阻上的壓降。將公式化簡(jiǎn)可得：

　　以上公式均表達準確，沒(méi)有誤差，能精確反映保護安裝點(diǎn)到短路點(diǎn)的線(xiàn)路正序阻抗和短路點(diǎn)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(diǎn)接地電阻上的電流，為線(xiàn)路本側及對側零序電流之和，因對側是一個(gè)未知量，不管對作何種假設，由于不同短路點(diǎn)兩側零序電流分支系數（復數，大小和相位）的變化，均會(huì )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(dòng)作判據，并對其原理特點(diǎn)及試驗方法進(jìn)行討論。

　　傳統的晶體管、集成電路等接地距離保護，受技術(shù)條件限制動(dòng)作判據一般選用公式（1）的前一項。不考慮接地電阻的影響，零序補償系數也用實(shí)數表示。經(jīng)電阻接地時(shí)，測量誤差大，送端有較大超越；金屬性接地短路也有實(shí)數補償帶來(lái)一定誤差。

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

　　某微機線(xiàn)路保護中單相接地距離的動(dòng)作判據采用判據3。和公式（3）的區別是，中的短路點(diǎn)電流用本側零序電流代替。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，單側充電線(xiàn)路經(jīng)電阻接地短路時(shí)測量計算準確。比較三種判據，很明顯判據3的計算精度最高。但并沒(méi)有考慮雙側電源時(shí)對側的助增影響，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(diǎn)同相位的基礎之上，和間的相位關(guān)系只決定于故障點(diǎn)兩側的零序阻抗，與系統功角、負荷電流、接地電阻的大小等均無(wú)關(guān)，用公式表示為為本側零序電流分支系數。隨著(zhù)短路點(diǎn)的變化，C₀的大小和角度都會(huì )發(fā)生變化，當C₀角度為負時(shí)測量電抗增大，為正時(shí)測量電抗減小。由于線(xiàn)路兩側的系統阻抗角一般大于線(xiàn)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，若兩側系統零序電抗完全對稱(chēng)，線(xiàn)路中點(diǎn)故障時(shí)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(xiàn)下傾基本可以避免超越。

　�。�2）測量電阻的誤差

　　由于對側零序電流助增，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3建立的阻抗保護，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在　　

　　正常運行時(shí)，負荷阻抗不會(huì )造成保護誤動(dòng)。因為在負荷狀態(tài)下，非常小，負荷阻抗角也不可能達到線(xiàn)路阻抗角，因此保護測量到的R分量會(huì )非常大，不會(huì )進(jìn)入保護動(dòng)作區，動(dòng)模試驗已經(jīng)得到證明。這樣采用四邊形距離繼電器，就可以適當放寬電阻定值的整定，以提高保護允許接地電阻能力，且沒(méi)有負荷阻抗進(jìn)入動(dòng)作區誤動(dòng)的擔心。

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

下面對接地距離保護的試驗原理和方法進(jìn)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(guò)改變試驗源的單相電壓電流實(shí)現。對于施加的故障相電壓，可以分解為故障線(xiàn)路上的壓降U_L和接地電阻上的壓降　

　　從而求出對應的線(xiàn)路正序電抗、正序電阻以及接地電阻�？梢钥闯鲋灰�零序補償系數確定，對應任意電壓電流，都可以分解為單側充電線(xiàn)路上一點(diǎn)經(jīng)一定電阻接地的試驗模型。因此，靜態(tài)試驗時(shí)，完全可以考核到零序補償系數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(shí)，不考慮零序補償系數，無(wú)非是為了簡(jiǎn)化計算，這對采用判據1建立的保護是適用的，因為在零序補償系數整定為0時(shí)，判據1已經(jīng)簡(jiǎn)化為，將保護動(dòng)作電壓除以電流就是動(dòng)作阻抗。因此對采用判據1的保護為計算方便，可以將零序補償系數整定為0，雖然不能考核到保護的零序補償回路，但這樣的計算結果還是正確的。

　　對采用判據2和判據3建立的保護，動(dòng)作阻抗的計算就不那么簡(jiǎn)單，不管對補償系數怎么整定，動(dòng)作阻抗都需要通過(guò)解方程求出。

　　對接地距離保護的零序補償系數和線(xiàn)路正序阻抗角，可以按照220kV或500kV（根據保護的應用范圍）的典型線(xiàn)路參數確定。比如按220kV、100km線(xiàn)路，以下均為二次值。

　　下面以判據3建立的多邊形接地距離保護為例，進(jìn)行整定并試驗，見(jiàn)圖1。

　　補償系數的整定，K_R＝1．64，K_X＝0．62，K₁＝0．18。

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

　�。�2）常規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(shuō)明問(wèn)題，保證精度的前提下可適當調整），降低電壓值從阻抗不動(dòng)作區進(jìn)入動(dòng)作區，記錄接地距離保護動(dòng)作時(shí)的施加電壓U_A。計算出動(dòng)作阻抗，將試驗結果列表，并在坐標紙上作出阻抗動(dòng)作軌跡圖。

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

　　對于采用判據3的保護計算過(guò)程如下：

　　將試驗測量數據電壓、電流分解為實(shí)部（c）和虛部（s）代入上式，可以解出：

　　線(xiàn)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(dòng)作阻抗。從以上的計算過(guò)程可以看出考慮不考慮零序補償系數只對I＇_Φ的計算有影響，就是說(shuō)將零序補償系數整定為0，計算阻抗的過(guò)程也得不到多少簡(jiǎn)化，都要通過(guò)解方程求解。因此為了考核全面，建議試驗時(shí)考慮零序補償系數，并嚴格按照保護的判據進(jìn)行阻抗計算。

　　這里列出一組試驗數據，當施加電壓角度為50°時(shí)，降低電壓從保護的不動(dòng)作區進(jìn)入動(dòng)作區，記錄到保護動(dòng)作電壓是33．5V。按照上面的計算方法得到保護動(dòng)作阻抗是4．641∠43．02°Ω，見(jiàn)圖1。

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

　　比如，在上面的試驗中施加電壓角度為50°時(shí)，作進(jìn)一步分析，可以計算出保護理論動(dòng)作電壓為33．66∠50°V，理論動(dòng)作阻抗為4．663∠43．02°Ω，本次試驗相當于模擬了單端電源供電線(xiàn)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(xiàn)路壓降26．82V，接地電阻上壓降14．24V，向量圖見(jiàn)圖2。

　　4　結束語(yǔ)

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