两种新型故障分量电抗继电器.docx

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1、两种新型故障分量电抗继电器shixiang导语：针对故障分量电抗继电器判据出现的“同一样题在研究高阻接地故障特征的根底上，提出了几十新的切换详据TWONEWEARTH-FAULTREACTANCERELAYSBASEDONFAULT-COMPONENTLIUShiming，TAOHuiliang，YANGChun-mingDongFan_gElectronicInformationIndustryCoLtd，YanTai264001，ChinaABSTRACT：Based0nthetheoreticalanalysisofhigh-resistanceearth-faultcharacteri

2、stiesofHVEHVtransmimiOnline，twokindsofrle3ivtypeearthfaultreactancerelaysbasedOnfaultcomponentareproposedinthispapertheserelayscanovercometheoverreachproblemexistedintheearth-failedlstanceprotectionwithexcellentperformancewithintheprotectivez。neThesteady-statecharacteristicsoftheseprotectiverelayaar

3、estudiedthoroughlyinthepaperKEYWORDS：high-resistanceearth-huh；reactancerelay；faultcomponent摘要：针对故障分量电抗继电器判据出现的“同一样题在研究高阻接地故障特征的根底上，提出了几十新的切换根据构成了2种完好的新型故障分量电抗继电器：双电抗元件故障分量电抗继电器和双参考量故障分量电抗继电器，完全克制了同一样题。该文还对继电器的一些静态特性做了较全面的分析和讨论。关键词：高阻接地故障；电抗继电器；故障分量怎样进步接地间隔继电器，十分是单相接地间隔继电器对高阻接地故障的反响才能，是间隔继电器研究的一个重要内容

4、。其中电抗继电器由于在原理上不受过渡电阻的影响，只反响故障间隔，因此很有实际应用价值，得到了较深化地研究。目前较为实用的是零序电抗继电器。此外，在文1中讨论了一种故障分量电抗继电器，参照图1和图2，忽略系统和线路阻抗中的电阻分量那么继电器判据为假如知足下式，那么是区内故障由平面解析几何知识，将这个表运式转化为比相形式式中UY为故障相的补偿电压；UY=UY一UY/01为补偿电压的故障分量下标“0表示该量是故障前的量。由于各量均为相量，为简单起见省略了相量标记。图1中ES为送端电源；ZS为其电嚣阻抗；ER为受端电源；ZR为其内阻抗；ZL为线路MN的阻抗。线路2端的继电器分别安装子母线M和N处。图2

5、是对应的电压相量图其中Y点为继电器保护整定末端；F为故障点。电抗继电用具有不受过渡电阻影响、保护范围稳定的优点。但是，它们有一个明显的缺乏。如图2所示，根据F点单相接地短路的过渡电阻不同。其故障后的电压相量落在圆弧OHF的不同点上，过渡电阻越大，其位置越靠近F点。假如过渡电阻太大，使得故障后电压相量落在圆弧的HF段上如图中F2点，那么电抗继电器的判据就会完全反向，即区内故障拒动而区外故障误动。这种情况就是所谓的同相问题，圆弧上的分界点H称为“同相点。为了防止“同相问题的影响一种解决措施就是增加闭镇条件1在出现“同相问题的区间将继电器闭锁，防止继电器在区外故障时误动，但这是以牺牲其在区内故障时耐

6、受过渡电阻的才能为代价的；另一种措施就是在同相点前后将判据切换，使得判据在整个圆弧上都能正确判定，如文2的双下偏零序电抗继电器等。本文通过分析单相接地的特点，为故障分量电抗继电器找到了2种切换判据，构成了2种新型电抗继电器。2单相接地分析及保护新方案以受电端为例母线N处的继电器，在简化的电压相量图上分析线路发生单相接地的特点。如图3和图4所示，射线RS和RS分别表示故障前和故障后系统的电压分布曲线，O为零电位点。F为故障点，而Y1和Y2分别为2种情况的保护整定范围末靖，假如整定末端为Y1，那么F点短路就是区内故障，而对于Y2那么F点故障是区外故障。而“同相问题在平面几何图形上表示就是O点所在的

7、位置不同：在“同相点之前O点位于射线RS和RS之间图3；在“同相点之后，那么0点位于射线RS和RS之外下半部图4。21双元件故障分量电抗继电器观察图3和图4可见，在“同相点之前，区内故障90；而在“同相点之后那么相反，区内故障OY1Y190，区外故障OY2Y2这个继电器是在原故障分量电抗继电器判据式1的根底上增加了argUNAUY作为切换爿据而形成的。假如将增加的判据也看作是1个电抗元件，那么这个电抗继电器可以称作“双元件故障分量电抗继电器，简称“双电抗继电器。22双参考量故障分量电抗继电器故障分量电抗继电器利用保护范匿末端补偿电压的故障分量与故障后的量比相实现了故障判别。上一小节介绍了通过增

8、加保护安装处的故障分量电压与故障后电压比相的判据完成了“同相点前后的判据切换。下面讨论在不增加参考点的条件下实现判据切换的方法。对照继电器的数学表达式与电压相量图可知，故障分量电抗继电器用到了故障分量电压YYY取Yl或者Y2和故障后电压OY，为了实现“同相点点前后的判据切换，必需要增加1个条件，如增加1个参加比相的相量。从图中可见，这个梧量可以取故障后系统电压分布曲线RS上韵相量。由于增加了1个电压相量参加比相，因此将这种继电器称为“双参考量故障分量电抗继电器简称“取参量继电器。将电抗继电器中参加比相的2个电压相量分别与RS上的相量比相，分别可以构成2种切换判据221故障后电压相量与RS上的相

9、量比相根据本节关于“同一样题与0点位置的对应关系的表达可知：“同相点之前OY1、OF、OY2在射线RS的上侧图3；而“同相点之后OYl、OF、OY2在射线RS的下侧图4。将这种关系用数学式表达，就是故障后的电压相量与RS上的相量进展比相。结合电抗继电器的判据，可以写出这种新的电抗继电器的动作条件为这里的切换判据是正弦型的，稚之为“正弦切换判据式双参考量故障分量电抗继电器，简称“正弦双参量继电器。222故障分量电压相量与RS上的相量比相同样根据“同相问题与O点位置的对应关系及考虑到故障点处FF0=90，由平面几何知识可知：“同相点之前，Y1Y1S=FFS=Y2Y2S90图3；而“同相点之后,Y1

10、Y1S=FFS=Y2Y2S90图4。将这种关系用数学式表达，就是故障分量电压相量与RS上的相量进展比相。结合电抗继电器的判据，可以写出这种新的电抗继电器的动作条件为3继电器在各种情况下的动作情况分析上一节从分析系统受电端正向区内、区外单相经过渡电阻短路情况人手，推导出了几种新的电抗继电器理论上它们不受过渡电阻的影响具有很高的灵敏度。由于这类电抗继电器的动作范围很宽理论上允许过渡电阻大到无穷大，因此必须仔细分析它们在各种条件下的可靠性。31箍电器安装在系统不同倒及各处正向、反向故障情况根据继电器安装在送电侧还是受电侧、故障发生在保护区内还是区外、正向还是反向、过渡电阻是否超过发生“同相问题的临界

11、值，分别对3种继电器的动作情况做出分析1双电抗继电用具有良好的性髓，在各种条件下没有拒动、误动的情况；2双参量继电器在反向故障时轻易误动，如正弦双参量继电器安装于受电侧时会在反向故障时误动，而余弦双参量继电器安装在任何一锱都会在反向故障时误动，因此它们在应用耐都需要增加方向元件；3正弦双参量继电器安装于选电佣在正向故障时其判别结论与要求完全相反，即区内故障不动而区外故障动作。解决的方法无需在送电时将判据反向，由于考虑到增加了方向元件后，迭电储继电器没有“同相问题，所以此时继电器直接使用判据90argUYUY-90就可以了。32出口短路故障的情况由于双电抗继电器元件在判据中使用了保护安装处的电压

12、相量参加比相，因此需要分析在保护安装处发生单相接地短路时继电器的动作情况。在保护安装处发生单相接地短路时argUNUN=argUNUY=90，判据2不能动作。可以考虑增加argUNUN=argUNUN=90argUYUY90动作判据，但考虑到计算误差和测量误差等的影响，增加这个判据是要冒反向故障误动的风险的，当然这叉可以通过增加方向判据来弥补；不过由于此时是出口处发生接地故障，一般情况下其它单相间隔继电器都可以正确判定，因此即使不增加这些烦琐的措施，也不会对保护的整体效果产生大的危害。33不同过渡电阻短路的情况1金属性短路图24中O点此时双电抗继电器不受影响，仍可以正确判定；对于正弦双参量继电

13、器，由于相量UY与UY一UN在同一条直线上。继电器失去了判别标准，无法判定；由于是金属性短路，其它单相间隔继电器可以正确反响，所以不是大缺陷；对于余弦双参量继电器，根据分析此时有可能在反向故障时误动，同样需要依靠增加方向判别元件来防止误动。2过渡电阻为临界值图24中H点由于此种情况下故障后线路上各点的电压相量在同一条直线上，所以文中所述几种电抗继电器都无法正确判定，实际上在“同相点的情况下其它各种电抗继电器也都会失效。由于文中几种电抗继电器没有引入任何的补偿量，所以理论上除“同相点外几种继电器不存在保护死区。当然实用上为防止受测量误差和计算误差影响而误动，会在“同相点附近将保护闭锁，造成一定大

14、小的死区，这个死区的范围不大，并且比拟稳定，与系统运行情况、短路点位置无关。3过渡电阻为无穷大图中F点这是正常运行情况，继电器不该动作。假如任何一个小干扰，使得保护范围内任意一点的补偿电压相量落在其接地特性半圆弧上，就会引起继电器的误动。这也是所有电抗继电器都存在的问题。所以电抗继电器在应用中必须有很强的抗干扰措施。怎样采取实在有效的抗干扰措蘸，确保继电器的稳定、正确动作，是这类继电器研究的一个关键问题。4故障分量电抗继电器在阻抗平面上的特性由于故障分量电抗继电器利用了测量电压或补偿电压的故障分量，因此它们的特性很难用单一的测量阻抗在阻抗平面上表达。为便于理解和认识其特性，以下在一定的简化条件

15、下推导出判据式2在阻抗平面上的示意图，以显示这类继电器的阻抗特性。而文中其它2种电抗继电器即使在简化条件下也很难在阻抗平面上显示其效果了。首先假设故障前系统中各点的电压相等。这个假设条件也同时说明在故障前系统中流过的电流为零，因此故障后的电流就即是电流的故障分量I=I。考虑到1式中z为故障后点继电器的测量阻抗，Z=UN/I因此式2表示的继电器动作条件可以表示成测量阻抗的表达式式中y为系统阻抗角，=argZr+Zy。据此可以在阻抗平面上表示出该继电器的测量阻抗特性图5根据假设的前提条件可推知式中IF是流过过渡电阻RG的电流。得到IFI/，所以过渡电阻在继电器测量阻抗中引起的附加分量的相位角arg

16、ZR=argIFIRG=-90+。式5中将阻抗Z和Z-Zy旋转了90-=-90+正是为了补偿这一角度。图中阴影区内为继电器动作范围，它与R轴平行，保护范围不受过渡电阻的影响。动作区间呈带状分布，讲明它有明确的方向性，这也是双电抗继电器的与其它电抗继电器相比的一个优点。1故障分量电抗继电器增加了切换判据后，充分发挥了电抗继电器的优点，耐受过渡电阻的才能极强，保护范围稳定。2由于判据是“自切换的，没有引入任何近似量，因此在原理上不存在保护死区，也不存在超越问题。仅在“同相点上是个例外可以称之为保护的“盲点。3继电器判据的表达式明晰明了，计算简单，计算量小。4故障分量的应用也会出现问题。由于采用了故

17、障分量这类电抗继电器必须在故障后短时间内动作这不利于将它们用做后备保护；故障后暂态经过中存在的大量谐波分量和非周期分量，对于电抗继电器的抗干扰极为不利。这些问题可以考虑采用文1中的用非故障相电量实时测量故障相电量的负荷分量的方法解决。参考文献：1朱声石ZhuShenshi高压电甩继电保护原理与技术TheprincipleandtecbruqueofhighvohageneworkprotectionrelyM北京：中国电力出版社Beijing;ChiaElectncityPress19952叶萍，陈德树YePing，chenDeshu一种姐克驻极化接地间隔继电器区外稳态超越问题的新方案Anewscbemeof10polarizedearth-faultdistancerelaywhichcanovercometheoverreachproblemJ中国电机工程学报PcooeedingsofCSEE,1995,3;199-203刘世明，博士，博士后研究人员从事为超高压输电线路煮机保护研究；陶惠皂，博士从事维电保护和变电站综旨自动让设备的开发和研究；杨春明博士，从事继电保护和变电站缘音自动化设备的开发和研究。转自0