接地距离保护零序补偿的动态分析

陈昊

（南京供电公司,江苏南京210008）

接地距离保护对金属性接地故障保护范围相对稳定、易配合，广泛应用于高压配网和输电网。零序电流补偿系数是接地距离保护的重要概念。通过引入复数形式K觶，可以使测量阻抗恰等于故障点至保护安装处的正序阻抗。

不同保护制造厂家对零序补偿的实现有不同的方式。电力系统继电保护工作人员若能正确掌握零序补偿各种实现方式的对应关系，进而理解其动态变化规律，将有利于更好把握接地距离保护的动作特性，提高保护装置的校验、验收工作质量。本文针对线路不同的X/R比值，进行了零序补偿系数的动态分析，归纳了零序补偿系数随零序电阻补偿系数和零序电抗补偿系数渐变的变化规律，结合误整定事故案例，讨论了X/R比对零序补偿的影响，经现场实验验证，实验结果和理论分析一致。

1 零序补偿实现方式

设线路正负序阻抗相等，即Z1=Z2。单相故障时，母线电压U准为：

式中，U准为测量电压；I准为测量电流；I0为零序电流为零序补偿系数为补偿电压3I0Z1，反映了零序电流在输电线路互感阻抗上的压降。

从具体实现情况来看，不同的微机保护厂家因算法、习惯的差异，在K觶的实现方式上有多种形式，其中又以K蕴方式和KX、KR方式最为常见。表1给出了典型的零序补偿实现方式。

表1 典型零序补偿实现方式

2种实现方式都能表征K觶在复平面所处的位置，可以相互转换。文献[2]推导了零序补偿2种实现方式的转换关系为:

将式（2）变形为幅值相角形式（K觶=|K|蚁兹），有：

保护定值零序电抗补偿系数KX、零序电阻补偿系数KR有所调整时，必然对零序补偿有所影响，线路阻抗角不同时，这种影响有着显著的区别。下面根据不同的X/R比值，分2种情况讨论零序补偿系数的动态变化规律。

2 大X/R比情况下K X、K R影响的动态分析

KX、KR方式，可通过KR、KX2个参数的调整实现K觶在复平面的变化，其对补偿电压也有着相应的影响，但同时应该看到，这种影响对不同线路而言有一定差别。

高压输电线路常常满足X/R>>1。经统计南京地区500 kV线路的X/R一般在 [4.16,15.89]。不失一般性，这里取，绘制关于KX、KR的动态渐变坡面，如图1所示。

图1 |UC|动态渐变坡面（X/R=10）

下面讨论KX、KR对式（1）中补偿电压UC的影响。

1）在KX=KR时，K觶的相角为0，此时的补偿电压为

K觶 只将I0Z1线性放缩，获得UC，绘制UC幅值关于KX、KR的动态调整线，如图2所示。

图2 |UC|动态调整线

2）KX和KR不相等时，K觶的相角不为0，K觶除了将I0Z1放缩外，还将使其偏移一个相位兹，兹可能取正，也可能取负。

当KX>>KR时，即使有X/R>>1，K觶仍有可能使I0Z1偏移一个较大的角度，这种情况的出现有可能带来一定问题。整定保护定值应注意这一点检查和校核工作。

3 非大X/R比情况下，K X、K R影响的动态分析

配网中，线路的X/R常常差距不悬殊，此时，KX、KR对K觶和UC的影响和高压输电线路的情形有差别。以高压配网为例，南京地区110 kV线路的X/R一般在[2.14,4.01]。不失一般性，不妨取X/R=2.5绘制动态渐变坡面如图3所示，进一步再取一种极端情况作为参照绘制动态渐变坡面如图4所示。

图3 动态渐变坡面（X/R=2.5）

图4 动态渐变坡面（X/R=1）

图3的动态渐变坡面虽然仍然向KR倾斜，但倾斜程度比图1已显缓和。此时KX对零序补偿系数幅值的影响仍然要大于KR，但已远不如高压输电线路（X/R=10）那样差别悬殊。图4是一个极端的情形：X/R=1，此时动态渐变坡面已不再向KR倾斜，在KX、KR2个方向上不偏不倚，这时，KX、KR保持着对零序补偿系数幅值相等的影响力。

下面讨论X/R=2.5时，KX、KR对补偿电压的影响。

1）KX=KR时，K觶亦将I0Z1线性放缩，获得UC。此时绘制关于KX、KR的动态调整线与X/R=10情形下对应的动态调整线相重合，见图2。

2）KX屹KR时，K觶的相角不为0，除了将I0Z1放缩外，也将使其偏移一个角度，但较X/R>>1的情形要有所缓解。

4 保护整定问题及现场实验验证

由上述分析可知，一般来说，KX、KR的影响是不对称的，现实中曾经发生过因KX、KR定值整定颠倒，导致保护误动的事故。对一个X/R较大的输电线路而言，KX、KR的不对称作用十分显著，如果一旦出现误整定，将给接地距离继电器引入错误的零序补偿，进而使接地距离保护动作行为不正确。输电线路的阻抗角越接近90毅（这里考虑阻抗角在 [45毅，90毅]），误整定引起的偏差越严重，并可以通过本文方法算得定量的影响结果。

为验证误整定对不同X/R线路的影响，使用PW系列北京博电继电保护测试仪模拟外部故障，对国电南自微机保护PSL602、PSL603进行手动实验验证。

实验参数为：阻抗定值1赘，线路X/R比分别为10、9、8、2.5、1,模拟A相接地故障。其中，保护定值KX、KR数值不等且整定颠倒。将故障电流幅值由大到小动态调节（步长为0.1 A），观察保护装置的动作行为。试验结果表明，保护动作行为与分析相一致。在X/R=10的情形下，误整定对保护动作门槛影响最大。

5 结论

基于对接地距离保护零序补偿系数的定量分析，可以得到以下结论。

1）零序补偿系数KX、KR对距离保护零序补偿系数和补偿压降有着重要的影响。就某一条具体线路而言，一般这种影响是不对称的。

2）随实际线路X/R比变化，KX、KR的影响有所差别。淤 X/R>>1时，KX对K觶的影响显著大于KR；X/R寅肄时，KR失效，类似可推得X/R<<1，KR对K觶的影响显著大于KX。于 X/R接近1时，KX与KR对的影响力相近。盂KX=KR时，图2中动态调整线的变化规律不受X/R大小影响。

零序补偿是接地距离保护的重要概念。对KX、KR定量的分析，有利于电力系统继电保护工作者深化对接地距离保护原理的认识，提高防范误整定的能力，从而使继电保护装置可以更好得发挥作用，保证电网的安全稳定运行。

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