自适应接地距离继电器研究

摘要：当前要解决接地距离继电器中最为关键的问题便是有效提升接地距离继电器的耐受过度电阻的能力。文章对自适应接地距离继电器动作的特性进行了分析，并且在此基础之上提出了自适应动作特性的修正方式，以保证修正后的自适应接地距离继电器拥有较强的抗过渡电阻能力，同时也能够有效防止出现超越问题。

关键词：自适应；过渡电阻；接地距离继电器；用电安全；高压输电线路；单相接地 文献标识码：A

中图分类号：TM58 文章编号：1009-2374（2016）07-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.072

伴随着人们生活水平以及思想意识的提升，人们不仅越来越重视生活的质量，还更加重视生活安全，其中用电安全问题就是人们所关注的重要问题之一。为了满足人们的需求，只有确保供电系统安全运行，并且保证运行的质量，才能够提升供电设备的使用性能，为人们的用电安全提供保障。在高压输电线路中最为常见的故障之一便是单相接地。一般而言，传统的接地距离继电器往往会受到过渡电阻存在的影响，导致出现了拒动或者超越误动的现象。另外，一旦在出口发生纯金属性短路故障的时候，一般都会出现在电压死区，而为了能够避免死区的存在，当前接地距离继电器应用极化电压，其中是故障前相电压，是故障后相电压。

1 自适应接地距离继电器动作存在的特性

我们假设线路阻抗角和系统阻抗角两者相同，例如双端电源系统结构，该结构有M与N点的侧保护电流，并且电流为正方向保持一致。

为了能够真正地将继电器所承受的过渡电阻能力提升，那么自适应接地距离继电器的动作应该表示为：

90°

式中：K=（Z0-Z1）/（3Z1），其中Z0代表线路的零序阻抗，Z1代表正序阻抗，ZZD代表线路整定阻抗。

经过研究得出，继电器拥有随接地电阻变化而自行进行变化的特点，如果接地电阻有所增加，那么保护动作边界将会伴随着接地电阻增加出现逆时针旋转的现象，这样才能够确保在区内出现故障的时候，补偿电压会一直处于动作区域之内，这与沈冰、何奔腾、张武军等在《新型自适应距离继电器》一文中研究的观点相似。这样一来，不仅能够将传统接地距离继电器动作边界固定下来，还能够将接地电阻能力差的弱电真实地反映出来，从而保证整个设备能够在正常运行的范围之内，并且运行效率会不断提升。

但是在这之中也有一定的问题存在，例如由于输电线路存在的电感要大于电阻，并且大于的量要很高，导致极化电压和动作边界之间的夹角与90°接近。一旦该角小于90°，将会给整个系统正常运行带来影响，同时也会导致出现超越问题。如果在推导过程中，将单侧电源作为主要研究对象，那么保护正方向单相接地短路操将成为相应工作人员的重要任务。

2 修正自适应接地距离继电器分析

通过上述分析可知，自适应接地距离继电器在正方向出现短路的时候，动作特性是一个大圆的圆外，为此拥有较强的耐受过渡电阻能力。但是由于动作区比较大，导致在对侧电源助增的背景下，正方向区外经过渡电阻短路的时候，此时测量阻抗极有可能落入到动作区，便会导致出现保护超越误动作。因此为了能够防止出现超越误动的现象，可以通过直线特性对上述式中进行修改，可修改为：

90°

式中：ZD代表的是模拟阻抗，并且阻抗角一般都取11°；而ZZD，代表的是取线路全长阻抗的90%。本文研究中主要对零序电抗继电器的研究，存在的不同点是ZZD，与ZZD值相比，其模值要大得多，但是它们之间的角度是相同的，因此该式动作边界要比那些普通的零序电抗继电器动作边界上移，这能够有效地避免对侧电源助增过程中，过渡电阻呈现较大容性数值期间有超越的现象。这一举动不仅能够在提升承受过渡电阻能力，还能够防止出现超越问题，所以自适应接地距离继电器正方向短路修正动作区应该与规定动作区相符合。不管接地距离继电器在送电侧还是在受电侧，自适应动作方程动作边界需要将ZZD端点作为圆心，并且进行顺时针旋转。

如果区外接地出现了短路的现象，故障点的电阻会逐渐增加，那么补偿电压现象的出现是不可避免的，最终将会导致出现超越问题，影响整个电路电流的正常运行。但是如果在受电侧保护补偿电压换相位置，那么极有可能会比送电保护出现的换相提前，而解决这一问题最为主要的方式是在其中加一个带下偏角零序电抗继电器。继电器的应用能够保证系统正常的运行，但是在继电器使用期间，相应的工作人员应该给予高度重视，注意超越问题与电流荷载问题，从而保障系统的正常运行。在自适应判断方面有一定的原理存在，常规的距离继电器四边形主要由相应的方向线、电抗线以及电阻线构成。其中电抗线在产生动作的时候，主要依据线路阻抗情况进行整定，为了能够有效地防止区外经过渡电阻故障时保护的超越现象出现，电抗线需要设置一个相应的倾角，该角最为适宜的值为12°左右。

而在超高压线路方面，如果线路阻抗角与90°接近，那么在相应的理论分析中可以通过架设纯电抗的方式进行研究。如果要防止超越，仅仅简单地依靠某角进行防止是不够的，也会使得区域内故障降低的同时，继电器过渡电阻的能力有所下降，最终使得四边形继电器的优势丧失，使其作用无法充分地发挥出来。常规的地变形特性距离继电器具有较大的阻力，当正向区外经过渡电阻出现故障的时候，极有可能出现超越现象。如果在区内经过渡电阻中出现故障，那么保护范围极有可能会缩小。

在正向线路末端经不同过渡电阻出现故障的时候，保护测量阻抗将会变化轨迹，将以一个圆弧的形式出现，该圆弧的圆心与半径能够通过故障前的负荷阻抗与振荡中心的电压进行估算。

3 仿真分析

实际上，继电器主要是一种电子控制器件，它不仅能够对系统进行有效的控制，还能够在被控制系统方面起到巨大的作用。通常在自动控制电路中，都应用继电器以保证其正常运行。实际上该种继电器主要用比较小的电流去控制那些较大的电流，我们也可以将其称之为“自动开关”。所以继电器在电路中不仅能够完成自动调节、安全保护等操作，还能够对电路进行相应的转换，这对电路与电流的安全起到了极大的保障作用。

仿真期间工作人员还需要注意将线路分为若干段，并且严格地检查故障点，从保障装置处逐一进行故障点的保护装置安装，一直安装到线路的末端位置，这样才能够保证故障点保护装置的安装质量。另外，工作人员还需要注意单相接地短路问题，通常在线路的某一点某一过渡电阻会出现单相接地短路问题，那么只有将修正后的自适应接地距离继电器连续6个采样点落在动作区，同时还需要计算出结果值，这样一来保护动作才能够更加有效地实施。

另外，两侧的系统容量都是100MVA，一般在短路前两侧的电源电势角差在30°的时候，仿真结果较为平稳，这与刘卓辉在《自适应接地距离继电器的研究》一文中有着极为相似的观点。如果在计算的过程中，两者所算出的角度同时落在动作区域的时候，那么需要在相应时间点的顶端做好标记。在该仿真背景下，被保护线路的80%都会承受较大的过渡电阻压力，因此应该引起高度重视。

同理，如果线路所承受的过渡电阻超过了规定值，那么将会有超过一半以上的地方出现大的过渡电阻单相接地的现象，但是在保护方面并不会出现超越现象。需要注意的是，如果所使用的系统是500kV，那么在选择过渡电阻的时候，应该确保其最大值应为300，其原因在于只有这样才能够保证具有良好的承受电阻特性，避免故障的出现。

在不断研究中得出，不管所使用的系统是110kV还是500kV，不管保护安装在送电测还是在受电侧，本文研究的过渡电阻动作特性方案较为优良，同时当线路的阻抗和系统阻抗值较大的时候，便会有较大的防止超越能力，这对整个系统设备而言具有积极的作用。这与沈冰、何奔腾、张武军等在《新型自适应距离继电器》一文中有着极为相似的观点，不仅能够保护设备的使用情况，还能够使得设备在应用中延长其寿命，减少供电单位等供电资本的投入，更加能够为供电安全提供保障。

4 结语

本文主要着手于三个重要的方面：（1）分析了自适应接地距离继电器动作存在的特性；（2）分析了修正自适应接地距离继电器；（3）分析了仿真效果。本文主要提出了接地距离继电器所采用的自适应电压向量作为极化电压，使得动作边界伴随过渡电阻的增加，动态出现改变使得承受过渡电阻能力增加，并且拥有较好的超越能力。修正方程的存在能够使得抗超越能力不断提升，使得设备使用性能不断增加，并且在此基础之上，继电器设备的使用效果能够满足实际需求。

参考文献

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[2] 龙军，王冠南，徐鹏，等.可变圆限定性负序电压极化距离继电器[J].电网技术，2012，36（11）.

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[7] 沈冰，何奔腾，张武军，等.新型自适应距离继电器[J].电力系统自动化，2007，31（7）.

作者简介：刘子秀（1981-），男，江西南昌人，江西省火电建设公司电力工程师。

（责任编辑：秦逊玉）