高阻接地故障对纵联距离保护的影响分析

韩卫恒，续建国，慕国行（国网山西省电力公司调度控制中心，山西 太原 030001）

高阻接地故障对纵联距离保护的影响分析

韩卫恒，续建国，慕国行
（国网山西省电力公司调度控制中心，山西 太原 030001）

通过对一起高阻接地故障的分析，发现相同故障下，四边形动作特性纵联距离保护对高阻故障的灵敏度要高于圆特性保护。提出增大纵联距离保护整定值，提高纵联距离保护对高阻故障的灵敏度；减小送电端距离I段整定值，避免区外高阻接地时保护误动；增大受电端距离I段整定值，避免区内高阻接地时保护拒动。

高阻接地；纵联距离保护；灵敏度

1 事件经过

2014年7 月22日22时，220 kV甲乙线发生C相高阻接地故障，故障点在近乙站侧，故障持续3个周波。甲侧差动保护14 ms动作跳C相，579 ms重合闸动作，纵联距离保护只启动未动作，589 ms重合闸动作；乙侧差动保护16 ms动作跳C相，561 ms重合闸动作，纵联距离保护只启动未动作，接地距离I段20 ms动作跳C相，570 ms重合闸动作。故障录波测距故障点距甲侧31.6 km，距乙侧2.2 km。保护动作情况如表1、表2所示。

表1 甲站继电保护动作信息表

表2 乙站继电保护动作信息表

2 故障过程保护动作行为分析

表3为甲乙线路两侧故障前、故障后电压、电流，UA、UB、UC为三相电压，IA、IB、IC为三相电流。

甲乙线甲站侧电流互感器变比1 250∶1，乙站侧电流互感器变比1 600∶1。

故障前1周波数据显示，线路两侧三相基本平衡。对故障后1周波的数据进行分析，以线路甲侧为例，C相故障电流为3 263 A，保护装置电流突变量启动、零序过流启动整定值一般为240 A，因此保护装置可以正确启动。

保护装置阻抗继电器测量阻抗Zs为

其中，Uφ为相电压，Iφ为相电流；3I0为零序电流；IA、IB、IC分别为A、B、C相短路电流；K为零序阻抗系数，按照定值单取0.5。

将故障后1周波的录波值代入式（1）中，得

纵联距离定值12 Ω、纵联零序定值0.2 A。计算结果显示，C相测量阻抗Zs值在纵联距离动作圆外，不满足纵联距离动作条件。

通过故障分析软件分析甲站纵联距离保护的测量阻抗特性，如图1所示。图中圆为根据PRS-702保护的“圆”动作特性，结合保护装置整定值所画（纵联距离保护整定值12 Ω，阻抗灵敏角82°，零序补偿系数0.5），圆内区域即为纵联距离保护动作范围。圆外曲线为故障持续过程中甲站纵联距离保护测量阻抗Zc轨迹。从图1中可以看出整个故障过程中，甲站侧纵联距离保护测量阻抗一直未进入动作圆内，未能判断出正方向。

表3 故障前后1周波电压电流数值表

图1 甲站纵联距离保护测量阻抗轨迹

图2 乙站纵联距离保护测量阻抗轨迹

图2为乙侧纵联距离保护测量阻抗Zc动作轨迹，Zc进入动作圆内，判断为正方向，并向对侧发信，但由于未收到对侧的正方向允许信号，纵联距离保护未动作，测量阻抗值达到接地距离I段定值，接地距离I段保护动作出口；甲侧纵联距离保护虽收到对侧发来的允许信号，但由于自身未能判断出正方向，纵联距离保护亦未动作。本次故障应为经高阻接地故障。经计算过渡电阻二次值约为9.6 Ω。

纵联零序保护一般为发生高阻接地故障时主保护元件的后备段保护，在纵联距离保护动作的情况下走短延时逻辑，在纵联距离未动作的情况下走长延时逻辑。本次故障纵联距离不满足动作条件，故纵联零序保护走长延时逻辑，纵联零序需满足持续50 ms后启动发信、再持续满足收信25 ms后纵联零序保护动作，而本次故障持续60 ms切除，纵联零序保护延时未达到，故未动作。

3 纵联距离保护动作特性思考

目前，距离保护动作特性分为两大类，一种是按动作方程来实现的，如圆特性，南瑞继保、长园深瑞、国电南瑞等采用此特性；一种是在阻抗复数平面上先固定一个动作特性，如多边形特性，通过计算得到测量阻抗，判断测量阻抗是否在规定的动作特性内，四方继保、国电南自等采用此特性[1]。

以四方继保为例，如图3所示。上面一条线为电抗线，向下倾角（如图中的7°下倾角），是为了经过渡电阻短路时如果过渡电阻的附加阻抗是阻容性时，避免区外故障情况下的超越。右面的一条电阻线用来躲事故过负荷时的最小负荷阻抗。下面一条线为方向线，防止反向短路时误动。

图3中，XDZ为纵联距离阻抗定值的折算电抗分量，RDZ为按躲事故过负荷情况下的负荷阻抗整定值。

图3 多边形距离动作特性

以本次故障和整定值为基础，如果纵联距离动作特性为四边形特性，其动作轨迹如图4所示。图4中可看出，随着故障地持续，测量阻抗会进入四边形动作特性范围内。针对相同故障和整定值，四边形特性纵联距离保护过渡电阻的能力比无偏移圆特性要强。

图4 甲站纵联距离保护多边形距离动作轨迹

4 距离保护整定

输电线路短路示意图如图5所示。

图5 短路示意图

正方向短路时，测量阻抗的计算公式为

其中，Zs为保护安装处的测量阻抗，Um为保护安装处电压，Im为保护安装处电流，If为过渡电阻流经的电流，Rg为过渡电阻，Zk为线路阻抗，Za为过渡电阻产生的附加阻抗。

从式 (3)中可以看出，Za为纯电阻、感性阻抗还是容性阻抗，取决于If/Im的角度。当If超前Im时，Za呈阻感性；当If滞后Im时，Za呈阻容性；当If与Im相位一致时，Za呈纯电阻性。

Za为阻感性和纯电阻性时，会导致测量阻抗增大，可能造成保护拒动；Za为阻容性时，会导致测量阻抗减小，可能造成保护误动。

输电线路送电端和受电端的阻抗继电器在正方向短路时，其过渡电阻的附加阻抗呈现不同的性质。送电端测量阻抗中过渡电阻产生的附加阻抗呈阻容性，受电端过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性。对终端线路，负荷侧过渡电阻附加阻抗呈纯电阻性[2]。

反方向故障时，测量阻抗的计算公式为

输电线路送电端反方向短路时过渡电阻附加阻抗呈阻感性；受电端反方向短路时过渡电阻附加阻抗呈阻容性。

如图5所示，当K1点发生经高阻接地故障，若M端为送电端，N为受电端，M侧感受过渡电阻呈阻容性，测量阻抗减小，N侧感受过渡电阻呈阻感性，测量阻抗增大；当K2点发生故障，M端感受过渡电阻呈阻容性，测量阻抗减小，N侧感受过渡电阻呈阻容性，测量阻抗减小。

对于距离保护定值整定，尤其距离保护I段，送电端整定值宜适当减小，防止区外经过渡电阻接地时距离I段误动，受电端整定值在不超出本线路的情况下可尽量增大保护范围。

对纵联距离保护而言，受正反向元件的保护，其纵联距离整定值可尽量增大，扩大保护圆范围，区内发生高阻接地故障时，保证测量阻抗能可靠进入动作范围内，保护不会拒动；区外故障时，测量阻抗虽能进入动作范围内，但受反方向元件闭锁，保护不会误动。

5 结束语

对于相同故障，纵联距离保护四边形动作特性灵敏度要高于圆特性。

送电端感受过渡电阻呈阻容性，引起测量阻抗减小，距离I段整定值宜适当减小，防止区外故障误动；受电端感受过渡电阻呈阻感性，引起测量阻抗增大，距离I段整定值宜适当增大，防止区内高阻接地拒动。

为提高纵联距离保护对过渡电阻故障的灵敏度，可适当增大纵联距离整定值，受反方向元件优先闭锁作用，增大纵联距离整定值不会引起保护误动。

[1]罗琦，宋述勇.允许式纵联保护分析 [J].山西电力，2008（3）：22-26.

[2]张智刚.国家电网公司继电保护培训教材 [M].北京：中国电力出版社，2009：183-210.

The Analysis of Earth Fault with High Resistance to Longitudinal Distance Protection

HAN Weiheng,XU Jianguo,MU Gouxing
（State Grid Shanxi Electric Power Corporation Dispatch and Control Center, Taiyuan,Shanxi030001,China）

In this paper,through the analysis of grounding fault with high resistance,it is found that for the same fault,the sensitivity of longitudinal distance protection with quadrilateral characteristics is higher than longitudinal distance protection with round characteristics.It is proposed to increase the longitudinal distance protection setting value to improve the longitudinal distance protection sensitivity for high impedance fault.For the sending end,the set values of the first distance protection should be reduced to avoid malfunction for outside earth fault with high resistance.For the receiving end,the set values of the first distance protection can be increased appropriately toavoid protective action resistance for inside earth fault with high resistance.

high resistance grounding;longitudinal distance protection;sensitivity

TM71

A

1671-0320（2017）03-0022-04

2017-01-07，

2017-04-11

韩卫恒（1986），男，山西运城人，2011年毕业于四川大学

电力系统及其自动化专业，工程师，从事继电保护工作;续建国（1963），男，山西原平人，2000年毕业于西南交通大学电力系统及其自动化专业，硕士，高级工程师，从事继电保护管理工作；

慕国行（1972），男，山西阳泉人，1994年毕业于太原电力高等专科学校电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事继电保护工作。