距离保护测量元件特性的分析与总结

209

*作者简介:何燕,女,河北省保定市供电公司,助理工程师。

距离保护测量元件特性的分析与总结

何 燕

*

(河北省保定市供电公司,河北 保定 071000)

摘 要:本文深入阐述距离保护测量元件中阻抗继电器与距离继电器特性的差异,阻抗继电器是建立在测量阻抗概念上的一类继电器;距离继电器是建立在补偿电压特点基础上的一类继电器。理顺阻抗继电器与距离继电器的关系,有利于对距离保护测量元件的研究与设计,有利于在实际应用中对距离保护测量元件性能的掌握。

关键词:距离保护;阻抗继电器;阻抗测量;距离继电器;补偿电压 输电线路距离保护测量元件是电力系统继电保护领域的一个热门研究课题。每年都有大量这方面的研究论文发表,为了方便距离保护测量元件的研究与分析,我国继电保护科研人员首先提出把距离保护测量元件划分

为两大类的思想,[1]

即第 类距离继电器和第 类距离继电器。随着研究的深入,又改称为单相阻抗继电器(第 类距离继电器)和多相距离继电器(第 类距离继电

器)。[2]近年来又有文献[4]

从元件的特性出发,提出将距离保护测量元件划分为阻抗继电器与距离继电器两大类的观点。本文从工程实际出发对分析与研究距离保护测量元件的特性进行分析与研究,认为将距离保护测量元件划分为阻抗继电器与距离继电器很有必要。

一、距离保护的基本原理

[3]

系统在正常运行时,不可能总工作于最大运行方式下,因此当运行方式变小时,电流保护的保护范围将缩短,灵敏度降低;而距离保护,顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离,受系统运行方式影响较小,保护范围稳定。常用于线路保护。距离保护是测量保护安装处至故障点的距离,并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗ZCL 比较。当短路点在保护范围以内时,保护动作;反之,则不动作。因此,距离保护又称为低阻抗保护。距离保护装置一般由起动元件、测量元件、时间元件、振荡闭锁元件、电压回路断线失压闭锁元件共五个主要部分组成。而阻抗继电器是距离保护装置的核心元件,它主要用来作测量元件、作功率方向起动元件。当发生线路故障时,阻抗继电器测得的测量阻抗Z LC 为保护安装处到短路点的短路阻抗,即:Z LC =U !M /I M !

=Z l *L (1)式中:U !M 为测量电压;I !

M 为测量电流;Z l 为线路单位长度阻抗;L 为故障点到保护安装处的距离。比如在短路时,母线电压下降,导致流经保护安装处的电流增大,

即短路时的测量阻抗Z LC 比正常时测量到的阻抗值大大降低,所以距离保护所反应的信息量在故障前后的变化值比单一电流变化值要大,即比反应单一物理量的电流保护灵敏度要高得多。

正是由于这个特点,往往认为用于距离保护的距离保护测量元件均是利用测量线路阻抗来得到故障点到保护装置的距离。但元件从设计原理上来说,有阻抗测量和补偿电压特性两种不同的方法。

二、距离保护测量元件1 基于测量阻抗的继电器

阻抗继电器就是通过计算安装点的入口电压与电流

的比值,Z J =U !J /I !J 。其中:U !J 为测量电压;I !

J 为测量电流。测量阻抗的基本原理:电力系统正常运行时,测量电压为额定值,测量电流为负荷电流,测量阻抗反映了保护安装处看到的负荷阻抗,负荷阻抗幅值较大,偏阻性;当线路发生金属性短路时,测量电压突然下降,测量电流突然增大,测量阻抗反映了保护安装处至短路点之间的线路阻抗,该阻抗的幅值比较小,且呈感性。

阻抗继电器是反应测量阻抗变化的继电器。阻抗继电器在阻抗复平面上给出一动作区域,当测量阻抗进入这区域内时,继电器动作;否则不动作。

阻抗继电器的动作区域可以用数据图表的形式给出,也可以用阻抗动作方程的形式给出。微机保护中,微处理器能够对输入的测量电压与测量电流作除法运算,因此,阻抗继电器的动作区用数据图表的形式给出比较方便,且动作区域的形状可以多种多样。模拟量构成的距离保护装置中,阻抗继电器的动作区域以阻抗动作方程的方式给出。这时,为了判别测量阻抗是否进入动作区域,又不作除法运算,需要把阻抗动作方程变换为电压动作方程。阻抗继电器以电压动作方程为动作判据,决定是否动作。因此,也可以说,阻抗继电器是用测量阻抗Z 表示动作特性的一类继电器。例如,方向圆阻抗继电器的阻抗动作方程为:

中国电力教育2009年管理论丛与技术研究专刊

210

-90∀#Arg

Z J

Z J -Z z d

#90∀

(2)

其动作特性如图1所示。

图1 方向圆阻抗继电器动作特性

2 距离继电器的特点分析

以上讨论了阻抗继电器的特点。接下来分析距离继电器的特性。要掌握距离继电器的特点,首先要从补偿电压入手。六个补偿电压的定义如下:

U !A =U !M A -(I !A +3K I !0)Z zd U !B =U !M B -(I !B +3K I !

0)Z z d U !C =U !M C -(I !C +3K I !

0)Z z d

U !AB =U !MAB -I !AB Z zd U !B C =U !MB C -I !BC Z z d U !CA =U !MA CA -I !CA Z z d (3)

其中:U !MA ,U !MB ,U !M C 为保护安装处母线相电压;U !M AB ,U !M BC ,U !M CA 为保护安装处母线线电压;I !A ,I !B ,I !

C 为相电

流;I !AB ,I !BC ,I !CA 为相电流差;Z z d 为整定阻抗;I !

0为零序电流;K 为补偿系数。补偿电压有一特点:即当线路上的短路点从保护区外到保护区内变化时,在保护区末端,故障相补偿电压的相位将发生180度的突然变化。

距离继电器就是利用补偿电压这一特点,判别短路点是在保护区内还是区外,当短路点在保护区内,继电器动作。为了检测补偿电压的相位是否发生突然的变化,需要引入一个或几个起参考作用的电压相量(即极化电压)参加比相。极化电压的特点和比相条件决定了距离继电器的性能。因此,对距离继电器的研究,实质上是对距离继电器中极化电压和比相条件的研究。

3 阻抗继电器与距离继电器的关系

[5]

距离继电器一般只有电压方程,没有阻抗方程。例如:多相补偿相间距离继电器的动作方程为:

360∀∃A r g U !AB

U !B C

∃180∀(4)

无法把式(3)变换为阻抗方程。但是,也有一部分距离继电器可以写出其阻抗方程。例如:以母线电压为极化电压的距离继电器的电压动作方程为:

-90∀∃A r g

U !M A

U MA -(I A +3K I 0)Z zd

∃90∀(5)如果式(5)的分母与分子都除以(I !A +3K I !

0),则式(5)可变换为如式(2)所示的阻抗动作方程。反过来说,式(5)就是方向圆阻抗继电器的电压动作方程可见,距离继电器与阻抗继电器并不是绝对分开的,它们之间存在着内在联系。这也是距离继电器与阻抗继电器这两个名词经常被相互使用的原因。但是,应该看到,大多数距离继电器的电压动作方程不能变换为阻抗动作方程。对这样的距离继电器,用测量阻抗的概念讨论它们的动作特性是没有意义的。

三、结束语

综上所述,可以总结如下:

阻抗继电器是建立在测量阻抗特点基础上的,而距离继电器是建立在补偿电压特点基础上的一类继电器。

阻抗继电器可以用测量阻抗动作方程表示,也可以用电压动作方程表示;而距离继电器一般只有电压动作方程。

测量阻抗动作特性是阻抗继电器自身固有的,可以脱离一次系统独立讨论。但是,测量阻抗受一次系统变化的影响。平常所说的阻抗继电器运行性能分析,实质上是分析一次系统不同运行方式下测量阻抗的变化规律。

距离继电器的动作特性不但与距离继电器的电压动作方程有关,还与一次系统密切相关。脱离一次系统的参数、运行方式、短路类型等因素讨论距离继电器动作特性,可能得出不正确结论。所以说将距离保护测量元件划分为阻抗继电器与距离继电器两类具有很大的工程实际意义。

参考文献:

[1]朱声石 高压电网继电保护原理与技术[M ] 北京:中国电力出版社,1981

[2]朱声石 高压电网继电保护原理与技术(第二版)[M ] 北京:中国电力出版社,1997

[3]孙国凯 电力系统继电保护原理[M ] 北京:中国水利水电出版社,2002

[4]李晓明 阻抗继电器与距离继电器分类的必要性分析[J] 继电器,2007,35(8):76-79

[5]赵镇,周红,欧居勇 线路测量阻抗与距离保护的关系[J] 四川电力技术,2008,31(1):34-38

距离保护测量元件特性的分析与总结