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2008年第9期《贵州电力技术》(总第111期)
电力系统输电线路接地距离保护整定计算探讨
贵州电力职工教育培训中心刘英[550002]
摘要本文主要介绍接地距离保护整定计算过程中影响整定阻抗值的几个因素,包括与相邻线路接地距离,零序
电器动作影响,补偿系数的问题及分支系数(包括正序分支系数和零序分支系数)一般计算方法,同时文中对接地
距离保护分析计算作了详细归纳总结并提出了自己的一些见解.
关键词接地距离保护零序补偿系数零序互感整定零序补偿系数零序分支系数正序分支系数
1引言
220kV及以上中性点直接接地系统中,最显着
短路故障的保护基本上只有三段式零序电流保护和
接地距离保护两种,三段式零序电流保护简单可靠,
,接地
距离保护它具有保护范围不随运行方式改变而变化
的优点,具有较高的灵敏性从而提高保护动作的可
中,往往装设接地距离保护作为反映接地短路故障
主保护,并辅之以三段式零序电流保护,这样提高了
保护动作的可靠性.
对阻抗继电器接线方式应满足以下基本条件:
(1)阻抗继电器测量阻抗ZJ应与保护安装点
到短路点之间的距离成正比,而与系统运行方式
无关.
(2)阻抗继电器测量阻抗zJ应与短路形式无
关,即在同一点发生不同类型短路时,应有相同的测
量阻抗.
接人接地距离保护阻抗继电器的电压电流为:
vj=vx,IJ=Ix+K3Io
,,
测量阻抗:ZjZL
1
.(1)
』v十AJ
其中U为故障相相电压;I为故障相相电流;
7r,
=
为零序补偿系数;Z为单位长度正序阻J1
抗,LD为故障点至保护安装处之间的距离,测量阻
抗z与短路点距离保护安装处的长度成正比,阻抗
继电器能正确测量故障点位置.
测量阻抗z的大小与短路点位置成正比关系,
这种接线广泛应用于接地距离保护阻抗继电器的接
线中,其具体接线如图1所示:
1
但在接地距离保护中,由于有各种因素对测量
阻抗继电器正确测量产生影响,使测量阻抗增大或
减小,致使接地距离保护不能正确动作,如两相接地
短路零序互感耦合阻抗的影响,平行线路零序耦合
阻抗对接地距离阻抗继电器正确测量的影响及正序
分支系数,零序分支系数的影响等因素;同时必须解
决好接地距离与接地距离保护,接地距离与零序电
流保护配合,接地距离与相邻线路纵联保护配合,接
计算继电保护整定值,才能使继电保护正确动作并
充分发挥其技术性能.
2零序耦合阻抗对接地距离阻抗继电器正
确测量的影响
(1)两相接地短路零序互感耦合阻抗对阻抗继
电器测量阻抗的影响.
以接地距离I段保护为例说明,接地距离I段
整定其保护范围原则同相间距离I段一样,按保护
线路全长(80—85%).其整定计算公式如下:
Z9zj:KXZL
但由于目前使用较多的以故障相电压为极化量
的接地方向阻抗继电器,可能在两相接地短路时发生
,即保护范围为线路全长
70%,主要是因
:
..
2008年第9期《贵州电力技术》(总第111期)
圈2
如图2中D点发生A相接地短路,加人A相阻抗
继电器的电压==厶,加入A相阻抗继电器的
电流:厶+,0,其中:为零序补偿系数
Ⅳ
测量阻抗:z,==z
J
测量阻抗z与短路点距离保护安装处的长度
成正比,阻抗继电器能正确测量故障点位置,保护正
,如
图3所示:
圈3
D点发生AB两相接地短路,AB两相之间有零
序互感作用,此时加入A相阻抗继电器的电压Uj=
=+加入A相阻抗继电器的电流,
=
厶+,0,:
::>
其中K=为零序补偿系数01
在发生AB两相接地短路时,被整定相与另一
短接相之间有零序互感耦合,测量阻抗z大于接地
点至保护安装处实际线路阻抗,则将造成两相接地
短路时保护范围缩小,
计及零序互感耦合阻抗的影响,为了抵偿这一影响
必须考虑零序互感整定零序补偿系数.
不计及零朔抗的劬向时,零序数:
K=
计及零序互感耦合阻抗的影响时,零序补偿
系数:
零序补偿系数增大,则Zj减小z,=≥,
按(2),只需将K
?
6?
调整至K即可,
短路是由单相接地短路发展而来,而且单相接地短
路故障占线路故障几率70%左右,所以单回线正常
运行时,零序补偿系数可不考虑两相接地零序互感
7—7
耦合阻抗影响即零序补偿系数仍按K.=考DL1
,所以(2)
.
(2)正常运行的双回双端共端线路末端接地故
障时,零序互感耦合阻抗对测量阻抗的影响
接地距离保护除了考虑两相接地短路零序耦合
阻抗影响外,还必须考虑双回双端共端线路末端接
地短路时零序耦合阻抗对接地距离阻抗继电器正确
测量的影响.
如图4所示正常运行的双回双端线路末端发生
A相接地短路故障.
因考虑两条线路之间存在零序互感耦合阻抗,
加入线路L的A相阻抗继电器的电压=UA=
厶.+也埘,加入A相阻抗继电器的电流I:I
+K3I.,】线路与L2线路之间零序互感
耦合阻抗,测量阻抗:
>Z
lAB
测量阻抗z所测量阻抗大于实际线路阻抗,保
护范围缩小,
合阻抗存在,因此必须考虑零序互感整定零序补偿
,Zj=
相应减小,
是当双回线一回挂地线检修时,零序补偿系数若仍
按K考虑,此时阻抗继电器测量阻抗将减小,这样
保护灵敏性虽高,但有超越保护范围造成越级动作
的可能,此时应将零序补偿系数调至K:值,
测量阻抗从理论上等于线路实际阻抗,根据现场运
,使K
值减小,即:
,
Z0-Z1-
Zo
=—
2008年第9期《贵州电力技术》(总第111期)
值减小,测量阻抗增大,保证保护动作的选
择性.
综上所述,有零序互感的平行线路,若按一回线
路的零序补偿系数K值考虑,虽不会引起接地距离
保护越级动作,但在两回线运行时,测量阻抗比实际
线路阻抗增大,保护灵敏性很差,有可能造成在本线
路保护范围故障,保护拒动;当某一回线路挂接地线
检修,若零序补偿系数仍按有零序互感阻抗K考
虑,则此时阻抗继电器测量阻抗将减小,这样保护灵
敏性虽高,但有超越保护范围造成越级动作的可能.
由于微机保护的应用,K值调整也越来越方便快捷.
同样该问题也存在于接地距离II段和接地距离III
段整定计算.
3零序分支系数和正序分支系数对阻抗继
电器正确测量的影响
接地距离II段与接地距离III段在整定计算
时,还需与下一相邻线路保护配合整定,考虑下一
相邻线路母线带有中性点接地运行的变压器,或
l
母线有电源或为双回平行线路,使得=不等
O
于1,Kz=I/:
Z测=
圈5
以接地距离II段整定计算为例说明.
接地距离II段与相邻接地距离I段配合,按规
程规定计算式为:
Zz=KKZ÷KKKzZ’oz)
其中z本线路正序阻抗,
距离I段动作阻抗;K=—,Kz助增系数,选
用正序分支系数与零序分支系数两者中较小值,由
于所取的是正序分支系数与零序分支系数两者中较
小值进行整定,人为地使II段保护范围缩短很多,
可能使配合更加困难,
此我认为有必要计算实际正序分支系数与零序分支
系数,为了保证动作的选择性,必须考虑各种情况下
正序分支系数与零序分支系数的最小值,而在校验
时考虑各种情况下正序分支系数与零序分支系数的
最大值,使整定校验更加精确.
如图5所示,保护A的实际测量阻抗为:
UXI1Z1+I2Z2+IoZ0+I1ZDzl+I’2ZD+I’oZDz0
Ix+K310Ix+3K10
=
[(I1+I2+10)z1+(Zo—Z1)10+Kz1I1ZDz1+Kz1I2ZDz1+KIoZ’Dzo]/(Ix+K310)
=
[(Ix+K310)z1+Kz1ZDz1(Il+I2+Io)一Kz1ZtDZ110+KZ010ZtDZ0]/(Ix+K310)
=
z1十Kz1ZDz1+[Kz010Z’DZ1(1+3K1)一Kz1zDz1Io(3K+1)]/(IX+K310)
,z,
o
I
z=KKZ测,
式中z本线路正序阻抗,;考
虑两相接地短路超越动作,.=
,l/,,–I’o/Io分别为正序和零序助增系数;
捌为本线路和
相邻线路的零序补偿系数;
由此可见接地距离II段(接地距离III段)整定
计算及校验关键在于正序和零序分支系数的计算,
现就其计算系统归纳总结:
(1)零序分支系数的计算
如图6所示,由于零序电流分布与变压器中性点
接地及接地点数目有关,所以零序分支系数的计算与
B母是否带有接地运行的变压器及接地数目有关:
,则
:一
(4)
(5)
圈6
.
画出整个系统零序网络,在零序网络图中,只画至变
压器中性点接地侧变压器
△
是短路点选择为被保护线路相邻下一BC线路I段
保护范围末端,而不是线路末端,对应零序阻抗为下
一
,
如图7所示:
:
I’o
:>l
106BO
图7中,,
零序电流大小与零序阻抗成反比,B母线所带变压
?7-
2008年第9期《贵州电力技术》(总第111期)
圈7
器中性点接地数目越多,零序阻抗z∞越小,分担电
流越大即I,,o越大,,分支系数越大,所以分支
系数大小不仅取决于B母是否带有中性点接地变
压器,
定计算时,K加取各种运行方式下的最小值,校验时
取各种运行方式下最大值.
变压器
B母线带有中性点可接地也可不接地运行的变
压器,因考虑接地距离II段整定阻抗整定值,应取
各种情况下最小值,因此=1.
由此可见K总是大于1或等于1,为使接地距
离II段在各种情况下保证动作选择性,整定接地距
离II段的整定阻抗,通常取各种情况下的最小值,
即为1.
(2)正序分支系数计算,主要考虑两种情形
,如图8所示,此时正序分支系
数=I’1/Ii>1,称为正序助增系数.
图8
正序网络图如9所示:
?
8?
图9
=>1
为保证接地距离II动作的选择性,接地距离保
护II段整定阻抗计算时,其正序助增系数应取各种
情况下的最小值,因此考虑B母线电源断开的运行
方式下,此时K为最小,K=1代人计算式进行计
,取各种运行方式下最
大值..
所示:
圈lU
此时正序分支系数Kz=,/I<1,称为吸取分
路相邻下一BC线路I段保护范围末端,而不是线路
末端,对应正序阻抗为下一线路I段保护范围末端
对应正序整定阻抗ZDz,在其正序网络如图11
所示:
D
图11
正序助增系数Kzl==<
在进行接地距离II段保护整定阻抗计算时,
应考虑双回线同时运行的运行方式,
,必须考虑分支系数
最大.
接地距离保护整定计算是一项较为复杂的系统
工程,它不仅与电网接线有关,而且与系统运行方式
,才能使计算结果更精确,保护
动作更准确无误.
(收稿日期:20080824)