计及接地距离保护影响的输电线路零序电流保护整定计算...

同种动作原理保护相互配合时，往往是基于分 支系数（或助增系数） ，其中存在一定的假设，即认 为相邻配合保护保护范围末端故障与相邻线末故障 具有相同的分支系数 （或助增系数） 。 但是不同动作 原理的保护相互配合时， 基于分支系数 （助增系数） 的方法是行不通的，必须从保护的动作原理出发。 零序电流保护与接地距离保护配合时，必须确定相 邻配合接地距离保护的保护范围，然后在保护范围 末端设置接地故障，通过计算流过保护的最大零序 电流来整定。其中的关键问题就是确定相邻配合接 地距离保护的保护范围，对于接地距离 I 段，其保 护范围相对固定（互感线路的保护范围仍然受到运 行方式的影响） ，而对于接地距离 II 段、III 段，其 保护范围已经伸出保护所在线路，而且若保护所在 线路的对侧母线存在多条出线时，对每条出线都可 能有一个保护范围，同时保护范围受到运行方式的
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图 1 不同阶段保护动作示意图 Fig.1 Sketch Map of Circuit Breakers Operation in Different Stages
主保护拒动是后备保护存在的意义，只有后备 保护之间才存在配合关系。主保护拒动，依赖近后 备保护切除接地故障；若断路器失灵，则依赖断路 器失灵保护来跳开与失灵断路器相联的所有断路器 来隔离故障线路，但断路器失灵保护的正确动作率 相当低[2]。在断路器失灵同时断路器失灵保护拒动 时，只能依赖相邻保护的远后备作用来切除故障。
影响，在运行方式不定的情况下，确定保护范围有 很大的难度和误差。 2.3 反时限零序电流保护整定计算存在的问题 与阶段式零序电流保护不同，反时限零序电流 保护的动作时间是流过保护零序电流的连续函数， 其保护范围也较大。但与阶段式零序电流保护相同 的是，反时限零序电流保护整定计算同样需要考虑 接地距离保护的影响。文献[4]对此进行了较为详细 的分析。反时限零序电流保护与接地距离保护在动 作时间上应满足的配合关系如图 3 所示。其动作时 间上的配合关系可以用式（1） 、式（2）来表述。式 （1）表式 Rground 1 作为 Rzero 2 的远后备时， Rground 1 II 段 动作时间与 Rzero 2 动作时间应满足的关系，式（2） 表式 Rzero1 作为 Rground 2 的远后备时， Rzero1 动作时间与
Rground 2 II 段动作时间应满足的关系。 Tground 1II ( F1 ) Tzero 2 ( F1 ) t Tzero1 ( F2 ) Tground 2 II ( F2 ) t
整定原则，接地距离保护的保护范围很难确定。
3 零序电流保护整定计算的简化
3.1 零序电流保护在保护系统中的地位 零序电流保护和接地距离保护作为接地故障后 备保护，必须对其在保护系统中的地位进行划分。 《规程》规定“对 220kV 线路的接地故障，宜装设 阶段式或反时限零序电流保护，也可采用接地距离 保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护；对 330~500kV 线路的接地故障，应装设接地距离保护 [7] 并辅以阶段式或反时限零序电流保护” 。 90 年代， 继电保护以整流型和晶体管型为主，微机保护尚未 大范围推广。对于整流型和晶体管型保护来讲，阻 抗继电器实现起来非常复杂， 尤其是接地距离保护。 所以，当时大多只有相间距离保护，接地距离保护 很少。零序电流保护因其具有原理简单、装置实现 容易的优点，在接地后备保护中得到广泛的应用。 因而，在当时的技术水平下，对接地故障，只能以 零序电流保护为主，接地距离保护为辅。 随着计算机技术和继电保护技术的发展，微机 保护得到广泛的应用。 对 330 ~500kV 线路， 都配备 双套微机保护，而对于 220kV 线路也基本都配置双 套微机保护， 也就是说 220kV 及以上电压等级的线 路，都配备了接地距离保护。阶段式零序电流保护 受运行方式影响大，保护范围不稳定（I 段经常无 保护范围或容易伸出对侧母线） ， 整定计算复杂； 与 阶段式零序电流保护相比，接地距离保护具有受运 行方式影响小，保护范围相对稳定的优点。在这种 情况下，对线路上的接地故障，在主保护失灵时， 应以接地距离保护为主，阶段式或反时限零序电流 保护为辅。若接地距离保护作为接地故障的后备保 护，阶段式或零序电流保护则是接地故障的辅助保 护，即辅助接地距离保护完成接地故障的后备保护 作用。 3.2 阶段式零序电流保护整定原则的简化 阶段式零序电流保护和接地距离保护都可以作 为接地故障的后备保护，这两种不同动作原理的保 护在功能上存在这一定的冗余。功能的冗余并不一 定使得保护系统更可靠，相反，它使得阶段式零序 电流保护和接地距离保护的整定计算变的更加复 杂， 也在一定程度上为系统的稳定运行埋下了隐患。 因而，在接地距离保护得到广泛应用的同时，阶段 式零序电流保护可以进行一定的简化。 对于线路上发生的接地故障，接地距离保护基 本都可以正确的动作来切除故障，但是，接地距离 保护有一个固有的缺陷，就是无法正确处理经大过
2 零序电流保护整定计算存在的问题
2.1 零序电流保护的分类 零序电流保护分为阶段式零序电流保护和反时 限零序电流保护。阶段式零序电流保护一般为三段 式或四段式，其动作特性相对简单，只要流过保护 的零序电流大于某段定值，在延时一定时间后保护 动作， 且动作时间与流过保护的零序电流幅值无关， 仅取决于整定值。与阶段式零序电流保护相反，反 时限电流保护的动作时间是流过保护零序电流的函 数，且随着流过保护零序电流幅值的增加其动作时 间缩短。 阶段式零序电流保护保护范围不确定，受系统 运行方式影响较严重。一旦某一更苛刻的运行方式 没有考虑到，保护就有可能误动。阶段式零序电流 保护一般用于网络结构紧密的电力系统，如欧洲电 力系统。这主要是因为此种网络下运行方式的变化 对流过保护的零序电流的影响较小。反时限零序电 流保护具有自适应功能，故障点距离保护越近，流 过保护的零序电流越大，动作时间越短；相反，故 障点距离保护越远，流过保护的零序电流越小，动 作时间越长，所以运行方式的变化只会影响保护的 动作时间，并不影响保护的选择性。在网络结构不 是很紧密，零序电流受系统运行方式影响较大的电 力系统多采用反时限零序电流保护， 如北美地区[3]。 对于同一接地故障，零序电流保护和接地距离 保护都有动作的可能性。目前的整定计算一般只考 虑同种动作原理保护之间的配合，即零序电流保护 只考虑与零序电流保护的配合，接地距离保护只考 虑与接地距离保护的配合。但是，从功能上说，零 序电流保护和接地距离保护的延时段必须相互配 合，才能保证保护的选择性，从而避免误动的可能 性，本文着重分析计及接地距离保护的影响时，零 序电流保护整定计算存在的问题。 2.2 阶段式零序电流保护整定计算存在的问题 阶段式零序电流保护与阶段式接地距离保护功
保护系统中应处的地位。然后对零序电流保护整定 原则的简化进行了一定的探讨。
1 电力系统继电保护保护配置现状
目前，220kV 及以上电压等级的输电线路基本 都配置双套微机保护。从原理上分为纵联差动全线 速动主保护和相间距离、接地距离、零序电流保护 以及断路器失灵保护等后备保护。对于线路上发生 的接地故障，则依赖于纵联差动保护、断路器失灵 保护、零序电流保护和接地距离保护等保护中的某 一或某些保护动作来切除。根据主、后备保护的作 用及动作时间，故障切除顺序分为以下几个阶段： 主保护动作阶段、近后备保护动作阶段、远后备保 护动作阶段。其中主保护为故障线路两端的纵联差 动保护，近后备保护为故障线路两端的零序电流保 护、接地距离保护以及断路器失灵保护，远后备保 护为相邻线路上的零序电流保护和接地距离保护。 各动作阶段需要触发的断路器如图 1 所示。
主保护和后备保护的速动段只保护本线路的全 部或部分，因而不存在配合关系，可以独立Biblioteka Baidu定， 后备保护的延时段则由于伸出对侧母线造成保护范 围的重叠而需要相互协调动作。由于不同的后备保 护之间不能通信，因而他们的协调动作即保护动作 的选择性只能依靠合理整定保护的定值来实现。零 序电流保护和接地距离保护作为切除系统接地故障 的同种功能保护，其整定值必须更加仔细、更加合 理的整定，才能保证这两种不同动作原理但又具有 相同功能的保护动作的选择性。
计及接地距离保护影响的输电线路零序电流保护整定计算及简化问题 研究
杨增力,石东源,段献忠
（华中科技大学电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074） 要： 零序电流保护和接地距离保护是目前输电系统中广
摘
泛采用的两种后备保护，其功能均是切除系统接地故障。本 文从两种不同原理保护的相同功能出发， 分析了计及接地距 离保护影响的零序电流保护整定计算中存在的问题， 以及零 序电流保护在保护系统中应处的地位。在此基础上，本文对 零序电流保护整定计算的原则简化作了一定的探讨。 关键字：整定计算；零序电流保护；接地距离保护；原则简 化
能相同，在整定计算时，应该考虑接地距离保护的 影响。下面以 III 段式零序电流保护和 III 段式接地 距离保护为例，讨论阶段式零序电流保护和接地距 离保护的配合。图 2 为保护配置图及相应保护对应 的保护范围和动作时间。 从图 2 可以看出，在故障线路和相邻线路保护 配置齐全且完全相同的情况下，阶段式零序电流保 护和接地距离保护即使不配合，即仅考虑相同动作 原理的保护之间的配合时，基本不存在保护越级动 作的可能性。但是，在 PT 断线或由于其它原因造 成故障线路接地距离保护退出运行时，保护误动的 概率就大为增加。如图 2 所示，在线路 L 2 的 F 点 发生单相接地故障时，如果 Rground 2 由于某种原因退 出运行，那么 Rground 1 可能先于 Rzero 2 动作，造成越级 动作事故的发生。为了克服这种问题，必须考虑零 序电流保护和接地距离保护之间的配合，对图 2 所 示的系统， Rzero1 需要与 Rzero 2 、 Rground 2 配合， Rground 1 也 需要与 Rzero 2 、 Rground 2 配合。
0 引言
零序电流保护和接地距离保护是目前超高压 输电系统中普遍应用的两种不同动作原理的后备 保护，其功能均是快速切除线路上发生的接地故 障。目前继电保护整定计算仅考虑相同动作原理保 护之间的配合，如零序电流保护仅考虑与零序电流 保护的配合。然而从保护功能方面来说，零序电流 保护也是相邻接地距离保护的后备。因而为了保证 选择性，继电保护整定计算应从功能上考虑保护之 间的配合，而不仅仅是动作原理上，即零序电流保 护应与接地距离保护配合。由于零序电流保护和接 地距离保护在功能上存在着一些重叠，因此必须正 确区分这两种保护在保护系统中应处的地位。 主保护能以最快速度有选择性地切除被保护元 件故障， 一般具有 100%的选择性和 100%的灵敏度。 目前，200kV 及以上电压等级的输电线路的主保护 都得到了加强，每条线路都配置两套全线速动的纵 联差动保护，且在系统实际运行中不允许两套主保 护同时退出运行。电力系统主保护的动作率接近 100%，也就是说后备保护的动作几率是相当低的， 在如此低的概率下，仍然保留零序电流保护和接地 距离保护在功能上的冗余，增加了整定计算的复杂 性。文献[1]认为，在加强变压器主保护的同时应该 简化后备保护，简化保护装置的整定计算。 在研究电力系统继电保护配置现状及保护动作 顺序的基础上，本文首先从功能上分析了零序电流 保护与接地距离保护的配合，以及零序电流保护在
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Rzero1
Rground1
Rzero 2
Rground 2
Rzero1 L1 Rground1
Rzero 2 L 2 Rground 2
图 2 阶段式零序电流保护与接地距离保护的配合 Fig.2 Coordination of Step Zero-Sequence OverCurrent Relay And Ground Distance Relay