電力系統(tǒng)短路暫態(tài)過程對距離保護(hù)的影響

摘 ?要 ?本文簡要分析了超高壓輸電線路短路暫態(tài)過程中各暫態(tài)分量對距離保護(hù)繼電器的影響以及消除這種影響的幾種措施。

關(guān)鍵詞 ?暫態(tài)過程;直流分量;低頻分量;高頻分量;暫態(tài)超越;影響

中圖分類號：TM712 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0044-01

在中級教材《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》（保定林正馨）一書中，關(guān)于距離保護(hù)的章節(jié)中，有一節(jié)分析了影響距離保護(hù)阻抗繼電器正確測量的因素的問題，本文就這一問題作一點淺顯的補(bǔ)充。

書中提到，影響阻抗繼電器正確測量的因素主要有兩方面：分支電流和過渡電阻的存在。這是電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時的分析結(jié)果，除這兩個因素外，輸電線路特別是超高壓輸電線路短路后的暫態(tài)過程中出現(xiàn)的各種暫態(tài)分量對距離繼電器也有著不可忽視的影響。超高壓輸電線路暫態(tài)分析和計算是一個復(fù)雜的問題，而且在暫態(tài)過程中各分量出現(xiàn)是同時的，相互是有影響的。這里只能就一些基本概念和問題進(jìn)行初步的討論。

1 ?暫態(tài)過程對距離繼電器的影響

超高壓輸電線路的特點是電壓高、輸送功率大、距離遠(yuǎn)，為了保證超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的快速性提出更高的要求，一般要求超高壓輸電線路繼電保護(hù)動作時間在20 ms以下，而超高壓輸電線路短路后的暫態(tài)過程持續(xù)的時間，有時可達(dá)100 ms左右，因此，快速繼電保護(hù)不可避免地要在電力系統(tǒng)短路后的暫態(tài)過程中動作，動作正確與否自然就要受到暫態(tài)過程影響。

暫態(tài)過程對距離保護(hù)的影響與暫態(tài)過程中產(chǎn)生的暫態(tài)分量、保護(hù)動作原理、繼電器構(gòu)成型式等一系列因素有關(guān)。

1）各種暫態(tài)分量對電流波形的影響。

電流波形將直接影響繼電器的動作。電流波形的半波寬度和波形過零的時刻對繼電器的影響最大。

直流分量的影響：

電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路等元件組成，當(dāng)不計輸電線路分布電容時，它是簡單的電阻和電感回路，在這種回路中發(fā)生短路時，由于回路阻抗突然減小，其穩(wěn)態(tài)短路電流分量突然增大，但在電感元件中電流是不能突變的，為了維持電感中的電流在短路的切除瞬間不能突變就產(chǎn)生了支流分量，此直流分量按短路回路的時間常數(shù)（T1）衰減。直流分量的出現(xiàn)將改變電流正負(fù)兩半波的寬度和波形過零的時刻，使一個半波變寬，而另一個半波變窄;如果直流分量衰減得很慢（對500 kV線路，T1=75 ms），將使故障電流波形大大偏移時間軸（見波形圖），對距離保護(hù)的影響則表現(xiàn)在靠近保護(hù)范圍末端短路時出現(xiàn)暫態(tài)超越或延緩動作。

低頻分量的影響：

超高壓輸電線路上采用串聯(lián)補(bǔ)償電容器，是為了大幅度抵消線路電抗，達(dá)到提高線路傳輸能力的目的。當(dāng)線路上具有串補(bǔ)電容器時，電網(wǎng)是由電阻、電容和電感組成的串聯(lián)電路，線路發(fā)生短路時，電感中的電流和電容上的電壓都不能突變，因此產(chǎn)生振蕩衰減的低頻分量。

低頻分量對電流兩半波的影響是不規(guī)則的，如果第一個周期使正半波變寬，負(fù)半波變窄，第二個周期又可能出現(xiàn)相鄰的正負(fù)兩半波都變寬或變窄的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)皖l分量頻率很低時，半波的時間很長，已超過快速繼電器的動作時間，對繼電器來說和直流分量有類似的影響。

高頻分量的影響：

由于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的分布電容的影響，可以出現(xiàn)無限多個頻率的周期性暫態(tài)分量，其最低頻率一般都高于工頻，故稱高頻分量。高頻分量本質(zhì)上是由長線路上短路暫態(tài)過程中的電磁波沿線路傳播，并在線路始端和末端來回反射引起的。高頻分量主要是分布電容上的電荷對線路上的電感元件放電產(chǎn)生的，它保證了短路時分布電容上的電壓不能突變。高頻分量電流在短路處很大，在遠(yuǎn)離故障點的保護(hù)安裝處衰減得特別快，只是在最初半個周期內(nèi)可能改變波形的級性。

2）暫態(tài)超越。

距離繼電器主要的任務(wù)是正確測量距離，也就是說，在保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路時，繼電器不動作。實際上，由于多種因素的影響，可能會在保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路而導(dǎo)致繼電器誤動作，把繼電器正方向鄰近保護(hù)區(qū)外短路時的誤動作叫做超越，若由于距離繼電器內(nèi)部構(gòu)成上的誤差、電流、電壓互感器的誤差、阻抗整定時數(shù)值上的誤差和過渡電阻的存在等引起的超越，可稱為穩(wěn)態(tài)超越;而由故障電流中存在的直流分量、低頻分量、高頻分量等引起的超越即為暫態(tài)超越。暫態(tài)超越的特點是，距離繼電器在鄰近保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路時的暫態(tài)過程中會誤動作;暫態(tài)過程結(jié)束時，繼電器就返回。暫態(tài)超越由下式確定：

暫態(tài)超越百分比 = （ZOR—ZSR）*100%/ZSR

式中：ZOR—直流分量存在時，繼電器動作阻抗的最大值;

ZSR—直流分量不存在時，繼電器動作阻抗的最大值。

顯然，繼電器的暫態(tài)超越隨電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中直流分量的增大而增加。

2 ?消除暫態(tài)分量對距離繼電器的影響措施

要消除暫態(tài)分量對距離繼電器的影響，主要應(yīng)在繼電器構(gòu)成的各環(huán)節(jié)中采取相應(yīng)措施。

1）采用帶氣隙的電抗互感器來構(gòu)成。

電抗互感器對抑制直流分量和低頻分量能起很大作用，而又不延緩基波分量的輸出。

2）根據(jù)繼電器構(gòu)成方式采用合適的比較器。

各種比較器對暫態(tài)過程中消除各種分量的影響能力各有差異。在比較器構(gòu)成上，故障電流中各個分量對相位比較器影響最大，對幅值比較器影響最小。

3）采用濾波回路或濾波器是消除暫態(tài)分量影響最有效的

辦法。

最簡單的電容濾波可以抑制高頻分量，對于二倍（100 Hz）或三倍、四倍于工頻頻率的高頻分量來說，在繼電器相應(yīng)環(huán)節(jié)中加帶通濾波器也是有效的辦法。實際上，并不是要把暫態(tài)分量都濾掉，只要基波分量占優(yōu)勢，繼電器就能正確動作。

參考文獻(xiàn)

[1]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].電力工業(yè)出版社.

作者簡介

陳靜（1971-），女，甘肅蘭州人，中級講師，本科，甘肅電力公司培訓(xùn)中心培訓(xùn)師，主要從事電氣運(yùn)行、變電運(yùn)行、新能源風(fēng)力發(fā)電等方面的教學(xué)、培訓(xùn)及鑒定工作。endprint