单端电气量减少过渡电阻对距离保护影响的方法

陈林，袁静，吴长敏，刘祖高

(雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610000)

单端电气量减少过渡电阻对距离保护影响的方法

陈林，袁静，吴长敏，刘祖高

(雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610000)

当短路点存在过渡电阻时，会使得距离继电器的测量阻抗不能准确反应短路点到保护安装处的正序阻抗，可能会导致距离保护不正确动作。本文在研究了过渡电阻对距离保护的影响的基础上提出了一种新的基于单端电气量的保护算法方法，并且推导出了短路点到保护安装处的阻抗的表达式，新的保护算法在理论上不受过渡电阻的影响。最后利用PSCAD仿真试验验证了结论的正确性。

过渡电阻；单端电气量；距离保护

0 前言

当线路发生故障时，金属性短路的情况极少[1-2]，一般都是经过过渡电阻发生短路。两相经过渡电阻接地时接地电阻虽然很大，但相间距离继电器不受其影响，能保证正确动作。而两相相间短路时，由于相间电弧电阻很小，一般忽略其影响。只有单相故障时高阻接地才可能成为关注的问题[3-6]。

通常的解决方法是利用线路两侧的测量电气量[5]，这种方法虽然可以很好的消除过渡电阻对距离继电器的影响，但需要交换线路两侧的信息量，需要专门的传递信息的设备，增加了保护装置的接线复杂性。

本文首先分析了过渡电阻对距离继电器的影响，然后基于数学解析法提出了一种基于单端电气量的减小过渡电阻对距离继电器的影响的措施，并且给出了保护安装处与短路点的短路阻抗的计算表达式，PSCAD仿真结果验证了新方法的有效性。

1 过渡电阻对距离继电器的影响

图1为线路经过渡电阻接地故障时电路示意图。图中Rg表示过渡电阻，IM，IN分别表示流过线路两侧的电流，IK表示流过短路点的电流，短路点用K表示，Z1m表示保护安装处到短路点处的短路阻抗。

图1 线路经过过渡电阻接地网络图

以M侧为例进行分析过渡电阻对距离保护的影响。由电路原理可得出M侧测量阻抗表达式为：

Rg对测量阻抗的影响取决于双侧电源提供的短路电流之间的夹角的性质：若滞后于，则具有负的阻抗角，即表现为容性的阻抗，即过渡电阻的存在可能使总的测量阻抗变小；反之，具有感性的阻抗，它的存在可能使测量阻抗变大。所以测量阻抗会因为过渡电阻的存在使Zm不能正确反映短路阻抗Z1m的大小，因此研究消除过渡电阻对距离继电器的影响意义重大。

2 消除过渡电阻影响措施

传统距离继电器是基于单侧电气量进行测量的，因此M处无法得到电流或者。下面从零序网络的角度给出新的保护算法。图2表示的是图1的零序网络图，图中下标0表示各个电气量的零序分量，Z0M与Z0N分别表示M，N两侧的综合零序阻抗。

图2 零序网络图

由图2零序网络图可以得到式 (2)：

在系统结构不变的情况下，C0M只与短路点的位置有关。由于C0M的角度很小，一般小于5°，可以认为是常数。

M侧电气量的关系式为：

将式 (2)代入式 (3)可得

经过化简可以得到最终的表达式

在式 (5)的基础上，将每个相量分为实部和虚部，然后将实部与虚部相对应，即将式 (5)分解成2个表达式，进而求出两未知量X1和Rg’。将实部和虚部分开后得到两个表达式：

将式 (6)、(7)联立可以得到：

式 (6)、(7)中，Umx，Umy表示保护安装处测量电压的实部和虚部；I0mx，I0my表示保护安装处测量电流的实部和虚部。

通过上面的分析可以看出，上述方法理论上不受过渡电阻的影响，距离继电器可以准确计算出到短路阻抗值。

3 仿真验证

基于PSCAD/EMTDC暂态仿真软件搭建了如图3所示的仿真模型，系统M的参数设置为R= 9.186 Ω，L=138 mH，系统N侧的参数设置与M侧相同，只是角度偏移了20°。用π型等值电路来等效230 kV，300 km的线路，其典型参数：R= 0.178 e-4(Ω/m)，wL=0.314 e-3(Ω/m)，wC= 273.544 8(M Ω·m)。首先在线路中F1处 (即100 km处)设置接地短路，分别计算出在3个不同的过渡电阻值下计算所得短路电抗值，并与实际电抗值比较，列出表1；然后在F2点做同样的仿真实验。通过6次仿真结果验证新方法的有效性。

图3 仿真系统图

图4给出了F1点A相经300 Ω发生接地故障时保护安装处的测量电流与电压。通过图4可以看出，由于过渡电阻较大，故障电流变化不大。

在实际保护装置中，由于电阻量的计算误差较大，距离继电器一般是根据电抗值的大小来决定距离保护是否动作[5]。表1与表2分别列出了在F1，F2点发生故障时，利用新的保护算法求得的短路电抗值。

表2 F2处经过不同的过渡电阻时的测量距离

由表1和表2可以看出，利用新的保护算法在不同过渡电阻情形下求得的短路电抗值与实际短路电抗值相差不大，新的保护算法不受过渡电阻的影响。但计算结果与实际值并不完全相同，这主要是由于在高/超压线路中的分布电容较大引起的，但计算误差并不大，可以符合现场精度要求。

4 结束语

本文提出了一种基于单端电气量减小过渡电阻对距离继电器影响的方法。新的方法无需添加任何的接线，只需要在原有的保护算法基础上进行相应的改进即可，在微机保护中非常易于实现；并且新的保护算法是基于本地信息进行计算，因此可以保证保护的速动性，是一种非常好的减少过渡电阻影响的方法。

[1] 刘万顺，黄少锋，徐玉琴.电力系统故障分析 [M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 高中德.超高压电网继电保护专题分析 [M].北京：水利电力出版社，1990.

[3] 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.

[4] 李光琦.电力系统暂态分析 [M].北京：中国电力出版，2007.

[5] 杨奇逊，黄少锋.微型机继电保护基础 [M].北京：中国电力出版社，2007.

[6] 张保会，尹项根.电力系统继电保护 [M].北京：中国电力出版社，2005.

A Novel Method to Reduce the Effect of Fault Resistance on Distance Protection Relay Based Single-end Electric Quantity

CHEN Lin，YUAN Jing，WU Changmin，LIU Zugao
(Yalong River Hydropower Development Company，Ltd.，Chengdu 610000，China)

It is no doubt that the measurement impedance will change if the transmission lines occur the transition resistance fault. The measurement impedance can not reflect the exact distance between fault point and the measuring point.In the theory aspect，the paper comes up with a new method based on the traditional one，which use one side electrical quantities to calculate the fault impedance between fault point and the measuring point.At last，PSCAD simulation and MATLAB program prove the theory true.

fault resistance；single-end electrical quantities；distance protection

TM84

B

1006-7345(2015)05-0015-03

2015-08-24

陈林 (1987)，男，助理工程师，雅砻江流域水电开发有限公司，主要从事水电后勤保障工作 (e-mail)chenlinsc1987＠sina.com

袁静 (1988)，女，助理工程师，雅砻江流域水电开发有限公司，主要从事电力系统维护与检修。

吴长敏 (1986)，女，工程师，雅砻江流域水电开发有限公司，主要从事电气一次检修维护；