自適應(yīng)接地距離繼電器研究

摘要：當(dāng)前要解決接地距離繼電器中最為關(guān)鍵的問題便是有效提升接地距離繼電器的耐受過度電阻的能力。文章對自適應(yīng)接地距離繼電器動(dòng)作的特性進(jìn)行了分析，并且在此基礎(chǔ)之上提出了自適應(yīng)動(dòng)作特性的修正方式，以保證修正后的自適應(yīng)接地距離繼電器擁有較強(qiáng)的抗過渡電阻能力，同時(shí)也能夠有效防止出現(xiàn)超越問題。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；過渡電阻；接地距離繼電器；用電安全；高壓輸電線路；單相接地 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM58 文章編號：1009-2374（2016）07-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.072

伴隨著人們生活水平以及思想意識的提升，人們不僅越來越重視生活的質(zhì)量，還更加重視生活安全，其中用電安全問題就是人們所關(guān)注的重要問題之一。為了滿足人們的需求，只有確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，并且保證運(yùn)行的質(zhì)量，才能夠提升供電設(shè)備的使用性能，為人們的用電安全提供保障。在高壓輸電線路中最為常見的故障之一便是單相接地。一般而言，傳統(tǒng)的接地距離繼電器往往會受到過渡電阻存在的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)了拒動(dòng)或者超越誤動(dòng)的現(xiàn)象。另外，一旦在出口發(fā)生純金屬性短路故障的時(shí)候，一般都會出現(xiàn)在電壓死區(qū)，而為了能夠避免死區(qū)的存在，當(dāng)前接地距離繼電器應(yīng)用極化電壓，其中是故障前相電壓，是故障后相電壓。

1 自適應(yīng)接地距離繼電器動(dòng)作存在的特性

我們假設(shè)線路阻抗角和系統(tǒng)阻抗角兩者相同，例如雙端電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有M與N點(diǎn)的側(cè)保護(hù)電流，并且電流為正方向保持一致。

為了能夠真正地將繼電器所承受的過渡電阻能力提升，那么自適應(yīng)接地距離繼電器的動(dòng)作應(yīng)該表示為：

90°

式中：K=（Z0-Z1）/（3Z1），其中Z0代表線路的零序阻抗，Z1代表正序阻抗，ZZD代表線路整定阻抗。

經(jīng)過研究得出，繼電器擁有隨接地電阻變化而自行進(jìn)行變化的特點(diǎn)，如果接地電阻有所增加，那么保護(hù)動(dòng)作邊界將會伴隨著接地電阻增加出現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這樣才能夠確保在區(qū)內(nèi)出現(xiàn)故障的時(shí)候，補(bǔ)償電壓會一直處于動(dòng)作區(qū)域之內(nèi)，這與沈冰、何奔騰、張武軍等在《新型自適應(yīng)距離繼電器》一文中研究的觀點(diǎn)相似。這樣一來，不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)接地距離繼電器動(dòng)作邊界固定下來，還能夠?qū)⒔拥仉娮枘芰Σ畹娜蹼娬鎸?shí)地反映出來，從而保證整個(gè)設(shè)備能夠在正常運(yùn)行的范圍之內(nèi)，并且運(yùn)行效率會不斷提升。

但是在這之中也有一定的問題存在，例如由于輸電線路存在的電感要大于電阻，并且大于的量要很高，導(dǎo)致極化電壓和動(dòng)作邊界之間的夾角與90°接近。一旦該角小于90°，將會給整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來影響，同時(shí)也會導(dǎo)致出現(xiàn)超越問題。如果在推導(dǎo)過程中，將單側(cè)電源作為主要研究對象，那么保護(hù)正方向單相接地短路操將成為相應(yīng)工作人員的重要任務(wù)。

2 修正自適應(yīng)接地距離繼電器分析

通過上述分析可知，自適應(yīng)接地距離繼電器在正方向出現(xiàn)短路的時(shí)候，動(dòng)作特性是一個(gè)大圓的圓外，為此擁有較強(qiáng)的耐受過渡電阻能力。但是由于動(dòng)作區(qū)比較大，導(dǎo)致在對側(cè)電源助增的背景下，正方向區(qū)外經(jīng)過渡電阻短路的時(shí)候，此時(shí)測量阻抗極有可能落入到動(dòng)作區(qū)，便會導(dǎo)致出現(xiàn)保護(hù)超越誤動(dòng)作。因此為了能夠防止出現(xiàn)超越誤動(dòng)的現(xiàn)象，可以通過直線特性對上述式中進(jìn)行修改，可修改為：

90°

式中：ZD代表的是模擬阻抗，并且阻抗角一般都取11°；而ZZD，代表的是取線路全長阻抗的90%。本文研究中主要對零序電抗繼電器的研究，存在的不同點(diǎn)是ZZD，與ZZD值相比，其模值要大得多，但是它們之間的角度是相同的，因此該式動(dòng)作邊界要比那些普通的零序電抗繼電器動(dòng)作邊界上移，這能夠有效地避免對側(cè)電源助增過程中，過渡電阻呈現(xiàn)較大容性數(shù)值期間有超越的現(xiàn)象。這一舉動(dòng)不僅能夠在提升承受過渡電阻能力，還能夠防止出現(xiàn)超越問題，所以自適應(yīng)接地距離繼電器正方向短路修正動(dòng)作區(qū)應(yīng)該與規(guī)定動(dòng)作區(qū)相符合。不管接地距離繼電器在送電側(cè)還是在受電側(cè)，自適應(yīng)動(dòng)作方程動(dòng)作邊界需要將ZZD端點(diǎn)作為圓心，并且進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

如果區(qū)外接地出現(xiàn)了短路的現(xiàn)象，故障點(diǎn)的電阻會逐漸增加，那么補(bǔ)償電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)是不可避免的，最終將會導(dǎo)致出現(xiàn)超越問題，影響整個(gè)電路電流的正常運(yùn)行。但是如果在受電側(cè)保護(hù)補(bǔ)償電壓換相位置，那么極有可能會比送電保護(hù)出現(xiàn)的換相提前，而解決這一問題最為主要的方式是在其中加一個(gè)帶下偏角零序電抗繼電器。繼電器的應(yīng)用能夠保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行，但是在繼電器使用期間，相應(yīng)的工作人員應(yīng)該給予高度重視，注意超越問題與電流荷載問題，從而保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在自適應(yīng)判斷方面有一定的原理存在，常規(guī)的距離繼電器四邊形主要由相應(yīng)的方向線、電抗線以及電阻線構(gòu)成。其中電抗線在產(chǎn)生動(dòng)作的時(shí)候，主要依據(jù)線路阻抗情況進(jìn)行整定，為了能夠有效地防止區(qū)外經(jīng)過渡電阻故障時(shí)保護(hù)的超越現(xiàn)象出現(xiàn)，電抗線需要設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的傾角，該角最為適宜的值為12°左右。

而在超高壓線路方面，如果線路阻抗角與90°接近，那么在相應(yīng)的理論分析中可以通過架設(shè)純電抗的方式進(jìn)行研究。如果要防止超越，僅僅簡單地依靠某角進(jìn)行防止是不夠的，也會使得區(qū)域內(nèi)故障降低的同時(shí)，繼電器過渡電阻的能力有所下降，最終使得四邊形繼電器的優(yōu)勢喪失，使其作用無法充分地發(fā)揮出來。常規(guī)的地變形特性距離繼電器具有較大的阻力，當(dāng)正向區(qū)外經(jīng)過渡電阻出現(xiàn)故障的時(shí)候，極有可能出現(xiàn)超越現(xiàn)象。如果在區(qū)內(nèi)經(jīng)過渡電阻中出現(xiàn)故障，那么保護(hù)范圍極有可能會縮小。

在正向線路末端經(jīng)不同過渡電阻出現(xiàn)故障的時(shí)候，保護(hù)測量阻抗將會變化軌跡，將以一個(gè)圓弧的形式出現(xiàn)，該圓弧的圓心與半徑能夠通過故障前的負(fù)荷阻抗與振蕩中心的電壓進(jìn)行估算。

3 仿真分析

實(shí)際上，繼電器主要是一種電子控制器件，它不僅能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效的控制，還能夠在被控制系統(tǒng)方面起到巨大的作用。通常在自動(dòng)控制電路中，都應(yīng)用繼電器以保證其正常運(yùn)行。實(shí)際上該種繼電器主要用比較小的電流去控制那些較大的電流，我們也可以將其稱之為“自動(dòng)開關(guān)”。所以繼電器在電路中不僅能夠完成自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等操作，還能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，這對電路與電流的安全起到了極大的保障作用。

仿真期間工作人員還需要注意將線路分為若干段，并且嚴(yán)格地檢查故障點(diǎn)，從保障裝置處逐一進(jìn)行故障點(diǎn)的保護(hù)裝置安裝，一直安裝到線路的末端位置，這樣才能夠保證故障點(diǎn)保護(hù)裝置的安裝質(zhì)量。另外，工作人員還需要注意單相接地短路問題，通常在線路的某一點(diǎn)某一過渡電阻會出現(xiàn)單相接地短路問題，那么只有將修正后的自適應(yīng)接地距離繼電器連續(xù)6個(gè)采樣點(diǎn)落在動(dòng)作區(qū)，同時(shí)還需要計(jì)算出結(jié)果值，這樣一來保護(hù)動(dòng)作才能夠更加有效地實(shí)施。

另外，兩側(cè)的系統(tǒng)容量都是100MVA，一般在短路前兩側(cè)的電源電勢角差在30°的時(shí)候，仿真結(jié)果較為平穩(wěn)，這與劉卓輝在《自適應(yīng)接地距離繼電器的研究》一文中有著極為相似的觀點(diǎn)。如果在計(jì)算的過程中，兩者所算出的角度同時(shí)落在動(dòng)作區(qū)域的時(shí)候，那么需要在相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的頂端做好標(biāo)記。在該仿真背景下，被保護(hù)線路的80%都會承受較大的過渡電阻壓力，因此應(yīng)該引起高度重視。

同理，如果線路所承受的過渡電阻超過了規(guī)定值，那么將會有超過一半以上的地方出現(xiàn)大的過渡電阻單相接地的現(xiàn)象，但是在保護(hù)方面并不會出現(xiàn)超越現(xiàn)象。需要注意的是，如果所使用的系統(tǒng)是500kV，那么在選擇過渡電阻的時(shí)候，應(yīng)該確保其最大值應(yīng)為300，其原因在于只有這樣才能夠保證具有良好的承受電阻特性，避免故障的出現(xiàn)。

在不斷研究中得出，不管所使用的系統(tǒng)是110kV還是500kV，不管保護(hù)安裝在送電測還是在受電側(cè)，本文研究的過渡電阻動(dòng)作特性方案較為優(yōu)良，同時(shí)當(dāng)線路的阻抗和系統(tǒng)阻抗值較大的時(shí)候，便會有較大的防止超越能力，這對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備而言具有積極的作用。這與沈冰、何奔騰、張武軍等在《新型自適應(yīng)距離繼電器》一文中有著極為相似的觀點(diǎn)，不僅能夠保護(hù)設(shè)備的使用情況，還能夠使得設(shè)備在應(yīng)用中延長其壽命，減少供電單位等供電資本的投入，更加能夠?yàn)楣╇姲踩峁┍Ｕ稀?/p>

4 結(jié)語

本文主要著手于三個(gè)重要的方面：（1）分析了自適應(yīng)接地距離繼電器動(dòng)作存在的特性；（2）分析了修正自適應(yīng)接地距離繼電器；（3）分析了仿真效果。本文主要提出了接地距離繼電器所采用的自適應(yīng)電壓向量作為極化電壓，使得動(dòng)作邊界伴隨過渡電阻的增加，動(dòng)態(tài)出現(xiàn)改變使得承受過渡電阻能力增加，并且擁有較好的超越能力。修正方程的存在能夠使得抗超越能力不斷提升，使得設(shè)備使用性能不斷增加，并且在此基礎(chǔ)之上，繼電器設(shè)備的使用效果能夠滿足實(shí)際需求。

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作者簡介：劉子秀（1981-），男，江西南昌人，江西省火電建設(shè)公司電力工程師。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）