高阻接地故障對縱聯(lián)距離保護(hù)的影響分析

韓衛(wèi)恒，續(xù)建國，慕國行（國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

高阻接地故障對縱聯(lián)距離保護(hù)的影響分析

韓衛(wèi)恒，續(xù)建國，慕國行
（國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

通過對一起高阻接地故障的分析，發(fā)現(xiàn)相同故障下，四邊形動作特性縱聯(lián)距離保護(hù)對高阻故障的靈敏度要高于圓特性保護(hù)。提出增大縱聯(lián)距離保護(hù)整定值，提高縱聯(lián)距離保護(hù)對高阻故障的靈敏度；減小送電端距離I段整定值，避免區(qū)外高阻接地時保護(hù)誤動；增大受電端距離I段整定值，避免區(qū)內(nèi)高阻接地時保護(hù)拒動。

高阻接地；縱聯(lián)距離保護(hù)；靈敏度

1 事件經(jīng)過

2014年7 月22日22時，220 kV甲乙線發(fā)生C相高阻接地故障，故障點(diǎn)在近乙站側(cè)，故障持續(xù)3個周波。甲側(cè)差動保護(hù)14 ms動作跳C相，579 ms重合閘動作，縱聯(lián)距離保護(hù)只啟動未動作，589 ms重合閘動作；乙側(cè)差動保護(hù)16 ms動作跳C相，561 ms重合閘動作，縱聯(lián)距離保護(hù)只啟動未動作，接地距離I段20 ms動作跳C相，570 ms重合閘動作。故障錄波測距故障點(diǎn)距甲側(cè)31.6 km，距乙側(cè)2.2 km。保護(hù)動作情況如表1、表2所示。

表1 甲站繼電保護(hù)動作信息表

表2 乙站繼電保護(hù)動作信息表

2 故障過程保護(hù)動作行為分析

表3為甲乙線路兩側(cè)故障前、故障后電壓、電流，UA、UB、UC為三相電壓，IA、IB、IC為三相電流。

甲乙線甲站側(cè)電流互感器變比1 250∶1，乙站側(cè)電流互感器變比1 600∶1。

故障前1周波數(shù)據(jù)顯示，線路兩側(cè)三相基本平衡。對故障后1周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以線路甲側(cè)為例，C相故障電流為3 263 A，保護(hù)裝置電流突變量啟動、零序過流啟動整定值一般為240 A，因此保護(hù)裝置可以正確啟動。

保護(hù)裝置阻抗繼電器測量阻抗Zs為

其中，Uφ為相電壓，Iφ為相電流；3I0為零序電流；IA、IB、IC分別為A、B、C相短路電流；K為零序阻抗系數(shù)，按照定值單取0.5。

將故障后1周波的錄波值代入式（1）中，得

縱聯(lián)距離定值12 Ω、縱聯(lián)零序定值0.2 A。計(jì)算結(jié)果顯示，C相測量阻抗Zs值在縱聯(lián)距離動作圓外，不滿足縱聯(lián)距離動作條件。

通過故障分析軟件分析甲站縱聯(lián)距離保護(hù)的測量阻抗特性，如圖1所示。圖中圓為根據(jù)PRS-702保護(hù)的“圓”動作特性，結(jié)合保護(hù)裝置整定值所畫（縱聯(lián)距離保護(hù)整定值12 Ω，阻抗靈敏角82°，零序補(bǔ)償系數(shù)0.5），圓內(nèi)區(qū)域即為縱聯(lián)距離保護(hù)動作范圍。圓外曲線為故障持續(xù)過程中甲站縱聯(lián)距離保護(hù)測量阻抗Zc軌跡。從圖1中可以看出整個故障過程中，甲站側(cè)縱聯(lián)距離保護(hù)測量阻抗一直未進(jìn)入動作圓內(nèi)，未能判斷出正方向。

表3 故障前后1周波電壓電流數(shù)值表

圖1 甲站縱聯(lián)距離保護(hù)測量阻抗軌跡

圖2 乙站縱聯(lián)距離保護(hù)測量阻抗軌跡

圖2為乙側(cè)縱聯(lián)距離保護(hù)測量阻抗Zc動作軌跡，Zc進(jìn)入動作圓內(nèi)，判斷為正方向，并向?qū)?cè)發(fā)信，但由于未收到對側(cè)的正方向允許信號，縱聯(lián)距離保護(hù)未動作，測量阻抗值達(dá)到接地距離I段定值，接地距離I段保護(hù)動作出口；甲側(cè)縱聯(lián)距離保護(hù)雖收到對側(cè)發(fā)來的允許信號，但由于自身未能判斷出正方向，縱聯(lián)距離保護(hù)亦未動作。本次故障應(yīng)為經(jīng)高阻接地故障。經(jīng)計(jì)算過渡電阻二次值約為9.6 Ω。

縱聯(lián)零序保護(hù)一般為發(fā)生高阻接地故障時主保護(hù)元件的后備段保護(hù)，在縱聯(lián)距離保護(hù)動作的情況下走短延時邏輯，在縱聯(lián)距離未動作的情況下走長延時邏輯。本次故障縱聯(lián)距離不滿足動作條件，故縱聯(lián)零序保護(hù)走長延時邏輯，縱聯(lián)零序需滿足持續(xù)50 ms后啟動發(fā)信、再持續(xù)滿足收信25 ms后縱聯(lián)零序保護(hù)動作，而本次故障持續(xù)60 ms切除，縱聯(lián)零序保護(hù)延時未達(dá)到，故未動作。

3 縱聯(lián)距離保護(hù)動作特性思考

目前，距離保護(hù)動作特性分為兩大類，一種是按動作方程來實(shí)現(xiàn)的，如圓特性，南瑞繼保、長園深瑞、國電南瑞等采用此特性；一種是在阻抗復(fù)數(shù)平面上先固定一個動作特性，如多邊形特性，通過計(jì)算得到測量阻抗，判斷測量阻抗是否在規(guī)定的動作特性內(nèi)，四方繼保、國電南自等采用此特性[1]。

以四方繼保為例，如圖3所示。上面一條線為電抗線，向下傾角（如圖中的7°下傾角），是為了經(jīng)過渡電阻短路時如果過渡電阻的附加阻抗是阻容性時，避免區(qū)外故障情況下的超越。右面的一條電阻線用來躲事故過負(fù)荷時的最小負(fù)荷阻抗。下面一條線為方向線，防止反向短路時誤動。

圖3中，XDZ為縱聯(lián)距離阻抗定值的折算電抗分量，RDZ為按躲事故過負(fù)荷情況下的負(fù)荷阻抗整定值。

圖3 多邊形距離動作特性

以本次故障和整定值為基礎(chǔ)，如果縱聯(lián)距離動作特性為四邊形特性，其動作軌跡如圖4所示。圖4中可看出，隨著故障地持續(xù)，測量阻抗會進(jìn)入四邊形動作特性范圍內(nèi)。針對相同故障和整定值，四邊形特性縱聯(lián)距離保護(hù)過渡電阻的能力比無偏移圓特性要強(qiáng)。

圖4 甲站縱聯(lián)距離保護(hù)多邊形距離動作軌跡

4 距離保護(hù)整定

輸電線路短路示意圖如圖5所示。

圖5 短路示意圖

正方向短路時，測量阻抗的計(jì)算公式為

其中，Zs為保護(hù)安裝處的測量阻抗，Um為保護(hù)安裝處電壓，Im為保護(hù)安裝處電流，If為過渡電阻流經(jīng)的電流，Rg為過渡電阻，Zk為線路阻抗，Za為過渡電阻產(chǎn)生的附加阻抗。

從式 (3)中可以看出，Za為純電阻、感性阻抗還是容性阻抗，取決于If/Im的角度。當(dāng)If超前Im時，Za呈阻感性；當(dāng)If滯后Im時，Za呈阻容性；當(dāng)If與Im相位一致時，Za呈純電阻性。

Za為阻感性和純電阻性時，會導(dǎo)致測量阻抗增大，可能造成保護(hù)拒動；Za為阻容性時，會導(dǎo)致測量阻抗減小，可能造成保護(hù)誤動。

輸電線路送電端和受電端的阻抗繼電器在正方向短路時，其過渡電阻的附加阻抗呈現(xiàn)不同的性質(zhì)。送電端測量阻抗中過渡電阻產(chǎn)生的附加阻抗呈阻容性，受電端過渡電阻產(chǎn)生的附加阻抗呈阻感性。對終端線路，負(fù)荷側(cè)過渡電阻附加阻抗呈純電阻性[2]。

反方向故障時，測量阻抗的計(jì)算公式為

輸電線路送電端反方向短路時過渡電阻附加阻抗呈阻感性；受電端反方向短路時過渡電阻附加阻抗呈阻容性。

如圖5所示，當(dāng)K1點(diǎn)發(fā)生經(jīng)高阻接地故障，若M端為送電端，N為受電端，M側(cè)感受過渡電阻呈阻容性，測量阻抗減小，N側(cè)感受過渡電阻呈阻感性，測量阻抗增大；當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生故障，M端感受過渡電阻呈阻容性，測量阻抗減小，N側(cè)感受過渡電阻呈阻容性，測量阻抗減小。

對于距離保護(hù)定值整定，尤其距離保護(hù)I段，送電端整定值宜適當(dāng)減小，防止區(qū)外經(jīng)過渡電阻接地時距離I段誤動，受電端整定值在不超出本線路的情況下可盡量增大保護(hù)范圍。

對縱聯(lián)距離保護(hù)而言，受正反向元件的保護(hù)，其縱聯(lián)距離整定值可盡量增大，擴(kuò)大保護(hù)圓范圍，區(qū)內(nèi)發(fā)生高阻接地故障時，保證測量阻抗能可靠進(jìn)入動作范圍內(nèi)，保護(hù)不會拒動；區(qū)外故障時，測量阻抗雖能進(jìn)入動作范圍內(nèi)，但受反方向元件閉鎖，保護(hù)不會誤動。

5 結(jié)束語

對于相同故障，縱聯(lián)距離保護(hù)四邊形動作特性靈敏度要高于圓特性。

送電端感受過渡電阻呈阻容性，引起測量阻抗減小，距離I段整定值宜適當(dāng)減小，防止區(qū)外故障誤動；受電端感受過渡電阻呈阻感性，引起測量阻抗增大，距離I段整定值宜適當(dāng)增大，防止區(qū)內(nèi)高阻接地拒動。

為提高縱聯(lián)距離保護(hù)對過渡電阻故障的靈敏度，可適當(dāng)增大縱聯(lián)距離整定值，受反方向元件優(yōu)先閉鎖作用，增大縱聯(lián)距離整定值不會引起保護(hù)誤動。

[1]羅琦，宋述勇.允許式縱聯(lián)保護(hù)分析 [J].山西電力，2008（3）：22-26.

[2]張智剛.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材 [M].北京：中國電力出版社，2009：183-210.

The Analysis of Earth Fault with High Resistance to Longitudinal Distance Protection

HAN Weiheng,XU Jianguo,MU Gouxing
（State Grid Shanxi Electric Power Corporation Dispatch and Control Center, Taiyuan,Shanxi030001,China）

In this paper,through the analysis of grounding fault with high resistance,it is found that for the same fault,the sensitivity of longitudinal distance protection with quadrilateral characteristics is higher than longitudinal distance protection with round characteristics.It is proposed to increase the longitudinal distance protection setting value to improve the longitudinal distance protection sensitivity for high impedance fault.For the sending end,the set values of the first distance protection should be reduced to avoid malfunction for outside earth fault with high resistance.For the receiving end,the set values of the first distance protection can be increased appropriately toavoid protective action resistance for inside earth fault with high resistance.

high resistance grounding;longitudinal distance protection;sensitivity

TM71

A

1671-0320（2017）03-0022-04

2017-01-07，

2017-04-11

韓衛(wèi)恒（1986），男，山西運(yùn)城人，2011年畢業(yè)于四川大學(xué)

電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事繼電保護(hù)工作;續(xù)建國（1963），男，山西原平人，2000年畢業(yè)于西南交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事繼電保護(hù)管理工作；

慕國行（1972），男，山西陽泉人，1994年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事繼電保護(hù)工作。