电力系统输电线路接地距离保护整定计算探讨.pdf

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1、2 0 0 8年第9期 贵州电力技术 (总第1 1 1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 5 5 0 0 0 2 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 电流和纵联保护配合及变压器保护配合整定计算。尤其考虑接地距离保护中零序互感耦合线路对接地距离阻抗继 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

2、 2 2 0 k V及 以上中性点直接接地系统中，最显著 的特点是单相接地短路时有较大的零序 电流。因此 要求保护具有较高的灵敏性及快速性。而反映接地 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，作为基本保护方式。但相对于零序 电流保护，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 靠性。所以在 2 2 0 k V及以上中性点直接接地系统 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

3、)阻抗 继 电器测量 阻抗 Z J 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 z J 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，I J=I x+K3 I o ，测量阻抗：Z j Z L1 。(1)v 十 A J 其中 U 为故障相相电压；I 为故障相相电流；7 r，=为零序补偿系数；Z 为单位长度正序阻 J 1 抗，L D 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

4、 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 地距离与变压器保护配合等问题。所 以接地距离保 护整定计算已成为一个非常重要 的环节。只有正确 计

5、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(8 08 5 )。其整定计算公式如下：Z 9 z j：KX Z L 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 严重超越 K K往往只取 0 7，即保护范 围为线路全长 7 0 左右。两相接地短路时发生严重超越，主要是因 为零序互感阻抗影响。下面就

6、该问题具体说 明如下：维普资讯 http:/ 2 0 0 8年第9期 贵州电力技术 (总第 1 1 1 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 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 确动作。但若 D点发生 A B两相接地短路故障，如 图 3所示：圈 3 D点发生 A B两相接地短路，A B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 U j=+加入 A相 阻抗继 电器的电流，=厶+，0，其中z。为零序互

7、感耦合阻抗则：其中K=为零序补偿系数 0 1 在发生 A B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，保护灵敏性降低。因此必须 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 Z j 减 小 z，=，这样抵偿了零序互感耦合阻抗影响。整定阻抗仍可 按(2)式进行。由于现在实施微机保护，只需将 K 6 调整至 K 即可，其它参数不变。

8、由于线路两相接地 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7 0 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 DL 1 虑。但为了防止两相接地短路越级跳闸，所以(2)式 中 K K 取 0 7。(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。

9、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=U A=厶 。+也 埘，加入 A相阻抗继电器的电流 I ：I +K 3 I。，其 中 z。为 L】线路与 L 2 线路之间零序互感 耦合阻抗，测量阻抗：ZJ 丁v1Zl A B 测量阻抗 z 所测量阻抗大于实 际线路 阻抗，保 护范围缩小，保护灵敏性 降低。由于有零序互感耦 合阻抗存在，因此必须考虑零序互感整定零序补偿 系数计算 K 。零序补偿系数增大了，Z j=相应减小，抵偿零序互感阻抗影响。但必须注意的 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

10、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 行经验实际测量阻抗 比理论值小。调整 K值，使 K 值减小，即：，Z0-Z1-Zo =维普资讯 http:/ 2 0 0 8年第9期 贵州电力技术 (总第 1 1 1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

11、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 I I 段和接地距离 I I I 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 I I 段与 接地距离 I I I 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、K z =I I 不等于

12、 1。如图 5所示为：Z测=圈 5 以接地距离 I I 段整定计算为例说明。接地距离 I I 段与相邻接地距离 I 段配合，按规 程规定计算式为：Z z=K K Z KK Kz Z o z )其 中 z 本线路正序阻抗，z 。为相邻线路接地 距离 I 段动作阻抗；K =0 70 8，K z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 I I 段保护范 围缩短很多，可能使配合更加困难，甚至不能满足配合要求。因 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

13、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：UX I 1 Z 1+I 2 Z 2+I o Z 0+I 1 Z D z l+I 2 Z D +I o Z D z 0 I x+K31 0 I x+3K1 0 =(I 1+I 2+1 0)z 1+(Z o Z 1)1 0+K z 1 I 1 Z D z 1+K z 1 I 2 Z D z 1+K I o Z D z o (I x+K 3 1 0)=(I x+K 3 1 0)z 1+K z 1 Z D z 1(I l+I 2+I o)一K

14、z 1 Z t D Z 1 1 0+K Z 0 1 0 Z t D Z 0 (I x+K 3 1 0)=z 1 十 K z 1 Z D z 1+K z 0 1 0 Z D Z 1(1+3 K 1)一 K z 1 z D z 1 I o(3 K+1)(I X+K 3 1 0)、z,oIz=KK Z测、式中z 本线路正序阻抗，z。本线路零序阻抗；考 虑两相接地短路超越动作，的可能 K K 取 0 7。=，l ，、=I o I o 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 I I 段(接地距离 I I I 段)整定 计算及校验关键在于正序 和零序分支系数的计

15、 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：a B母线无运行变压器的情形，则：一(4)(5)圈 6 b B母线带有 中性点直接接地运行 的变压器。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 侧不画。值得注意的 是短路点选择为被保护线路相邻下一 B C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 一线路 I 段保护范围末端对应零序整定阻抗 z 。加，如图 7所示：I o：l 10 6 B O 图7中，

16、在零序电压 U D。作用下产生零序电流，零序 电流大小与零序阻抗成反 比，B母线所带变 压 7-维普资讯 http:/ 2 0 0 8年第9期 贵州电力技术 (总第 1 1 1 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，I。越小，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，而且还取决于变压器接地点数 目多少。计算 分支系数 的问题实际转化为计算阻抗比的关系。整 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。c B母线带有中性点可接地也可不接地运行 的 变压器 B母线带有中性点可接地也

17、可不接地运行 的变 压器，因考虑接地距离 I I 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 I I 段在各种情况下保证动作选择性，整定接地距 离 I I 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 a B母线有电源，如图8 所示，此时正序分支系 数=I 1 I i 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 I I 动作 的选择性，接地距 离保 护 I I 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

18、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 算。距离 I I I 远后备校验时，取各种运行方式下最 大值。b B母 线 有 与 B C线 路 平 行 线 路。如 图 l 0 所示：圈 l U 此时正序分支系数 K z =，I 1，称为吸取分 支系数。同样值得注意的是短路点选择为被保护线 路相邻下一 B C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 Z D z ，在其 正 序 网络 如 图 1 1 所示：D 图 1 1 正序助增系数K z l=在进行接地距 离 I I 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，此 时 K 。最 小。在校验接地距离 I I I 段 时，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 有关。只有不断探索，才能使计算结果更精确、保护 动作更准确无误。(收稿 日期：2 0 0 8 0 8 2 4)维普资讯 http:/