CN100370666C - 一种单相接地短路距离继电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力系统线路保护的单相接地短路距离继电器。本发明的目的是提供一种反应单相接地短路，有选相功能，又有很强抗过渡电阻能力的距离继电器。本发明距离继电器动作判据用4个输入量：母线电压向量(U_mφ)、补偿电压向量(U_φ)、零序电流向量(I_o)、负序电流向量(I_2φ)。距离继电器动作判据为：分别与零序电流向量(I_o)与负序电流向量(I_2φ)的方向相同的向量在其正负方向上延长，从而将复平面划分为四块射形区域：两向量在其正方向上延长形成的射形区域，在其负方向上延长形成的射形区域，两剩余的射形区域(P₁和P₂)；当母线电压向量(U_mφ)与补偿电压向量(U_φ)分别落在不同的该两剩余射形区域(P₁和P₂)中时，距离继电器动作；否则，距离继电器不动作。

Description

一种单相接地短路距离继电器

(一)技术领域

本发明涉及一种用于电力系统线路保护的单相接地短路距离继电器。

(二)背景技术

距离保护在电力系统线路保护中获得广泛应用，距离继电器是距离保护中的测量元件。距离继电器反应电力系统短路点的距离，并根据短路点的远近来决定是否发出动作信号。由于电力系统短路类型较多，需要用不同的距离继电器来分别反应不同类型的短路。例如：反应接地短路的接地距离继电器和反应相间短路的相间距离继电器。接地短路又有数种类型，例如A相接地短路、B相接地短路和C相接地短路，因此，又需要三个接地距离继电器分别反应这三种接地短路。两相接地短路可以单独由接地距离继电器反应，也可以单独用相间距离继电器反应，也可以接地与相间距离继电器共同反应。目前常用的接地距离继电器有以下几种：

①姆欧型阻抗继电器。这种距离继电器存在振荡时误动的缺点，需要加振荡闭锁措施；且抗过渡电阻能力较小。

②四边形特性距离继电器。这种继电器也存在振荡时误动的缺点，也需要加振荡闭锁措施；抗过渡电阻能力比姆欧型阻抗继电器好，但也不是很强。

③多相补偿接地距离继电器。这种距离继电器存在短路伴随振荡时，可能误动、也可能拒动的缺点。

为解决以上问题，中国专利申请CN-86106455曾提出过一种接地距离继电器，这种距离继电器由三个输入量构成：母线电压_m、零序电流

和补偿电压_′，这种距离继电器有很好的性能，但也存在缺点：不能单独应用，需要与选相元件配合才能使用。1989年《电力系统自动化》期刊第5期发表“综合比相式接地与相间距离继电器”文章，提出了一种4个输入量的距离继电器，这4个输入量分别为母线电压_m、零序电流

、负序电流和补偿电压_′，动作判据为：这四个输入量同极性5毫秒时，距离继电器动作。由于4个量的距离继电器比三个量的距离继电器增加了负序电流参加比较相位，所以不需要另外增加选相元件，可以独立应用。但是，距离继电器的抗过渡电阻能力不理想。

由于相间短路时的过渡电阻一般不大，目前应用的相间距离继电器能满足实际需要。两相接地短路可以由相间距离继电器反应。单相接地短路时过渡电阻可能很大，因此，单相接地短路时距离继电器的抗过渡电阻能力是一个十分重要的指标。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种反应单相接地短路，有选相功能，又有很强抗过渡电阻能力的距离继电器。

本发明构成的反应单相接地短路的距离继电器分相设置。即A相接地距离继电器反应A相接地短路，B相接地距离继电器反应B相接地短路，C相接地距离继电器反应C相接地短路。单相接地短路距离继电器有4个输入量，这4个输入量分别为

A相：_ma，

，_a′

B相：_mb，

，_b′

C相：_mc，

，_c′

其中：_m(＝a、b、c)为母线电压

为保护安装处零序电流

(＝a、b、c)为保护安装处负序电流

_′(＝a、b、c)为补偿电压。即：

其中：Z_zd为整定阻抗

$K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1}$

Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗。距离继电器动作判据为：分别与零序电流向量

与负序电流向量

的方向相同的向量在其正负方向上延长，从而将复平面划分为四块射形区域：所述的两向量在其正方向上延长形成的射形区域，在其负方向上延长形成的射形区域，两剩余的射形区域(P₁和P₂)；当母线电压向量(_m)与补偿电压向量(_′)分别落在不同的该两剩余射形区域(P₁和P₂)中时，距离继电器动作；否则，距离继电器不动作。

(四)附图说明

图1表示分别与零序电流向量

与负序电流向量

的方向相同的向量在其正负方向上延长，从而将复平面划分为四块射形区域：所述的两向量在其正方向上延长形成的射形区域，在其负方向上延长形成的射形区域，两剩余的射形区域(P₁和P₂)。

图2示出母线电压_m与补偿电压_′共同落在P₁或P₂区域时的状态，这时距离继电器不动作。

图3示出母线电压_m与补偿电压_′分别落在P₁与P₂不同的区域时的状态，这时距离继电器动作。

图4示出母线电压_m与补偿电压_′之一没有落入两剩余的射形区域(P₁和P₂)的状态，这时距离继电器不动作。

图5表示本发明距离继电器动作判据的一种具体措施方案。

图6表示电力系统结构示意图

图7(a)(b)(c)(d)分别表示反方向短路、区内短路、线路末端短路、区外短路时，相量关系图

图8表示非故障相的负序电流

与零序电流

形成夹角为120°的射形区域。

(五)具体实施方式

实施本发明距离继电器动作判据的具体方案有许多种。图5示出一种实施方案。零序电流、负序电流

、母线电压_m和补偿电压_′首先经过方波形成电路，把正弦信号变成方波信号。零序电流和负序电流方波信号经“与1”输出，其作用相当于形成P₁区域；零序电流和负序电流方波信号经“与2”输出，其作用相当于形成P₂区域。“D1”、“D2”、“D3”、“D4”4只D触发器用来判断母线电压与补偿电压是否分别落在P₁与P₂不同的区域，如果是，输出“1”信号；否则，输出“0”信号。输出“1”信号，表明距离继电器动作。输出“0”信号，表明距离继电器不动作。

下面说明，在单相接地短路时本发明的距离继电器有很强的抗过渡电阻能力，且有选相功能。

电力系统如图6所示。假定系统各阻抗的阻抗角均相等，并以A相接地短路为例。

不管系统是否振荡，都有下面关系式：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ma}}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fa}}+({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)Z_{f1}$

式中：_fa为故障相短路点处的电压；Z_f1为母线至短路点之间线路的正序阻抗。

把上式代入补偿电压表达式，可得：

${\stackrel{\·}{U}}_a^{\′}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fa}}+({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)(Z_{f1}-Z_{\mathrm{zd}})={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fa}}+M({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)Z_{f1}$

M＝(Z_f1-Z_zd)/Z_f1

如果整定阻抗Z_zd的阻抗角与Z_f1的阻抗角相等，则M为实数，相量_ma、_a′、_fa的端点在同一条直线上。当区内短路Z_zd＞Z_f1时，M为负实数，U_a′和_ma的端点分列在_fa的两侧，如图7(b)所示；当Z_zd＝Z_f1时，_a′和_fa的端点重合在一起，为临界动作状态，如图7(c)所示；当Z_zd＜Z_f1，即正向区外短路时，M为小于1的正数，_a′、_ma在_fa的同一侧，且_a′的端点落在_fa与_ma的端点之间，如图7(d)所示；当发生反方向短路时，_a′与_ma也在_fA的同一侧，但_ma在_fa和_a′之间，如图7(a)所示。短路点对地电压_fa即为系统两侧零序电流之和

在弧光电阻R_g上的压降：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fa}}=3{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{\Σ}}{R}_g=3{\stackrel{\·}{I}}_0{R}_g/C_{S0}$

C_S0＝(Z_l0-Z_f0+Z_R0)/(Z_S0+Z_l0+Z_R0)

式中：C_S0为S侧零序电流分布系数；Z_S0、Z_R0和Z_l0分别为S侧、R侧和线路L的零序阻抗；Z_f0为测量点至故障点的零序阻抗。由于已经假定系统各阻抗角均相等，故C_S0是实数。因此，

的相位与_FA相同。

通过判断_ma与_a′是否分列在向量

的两端，就能正确判断是否区内短路，且与短路处弧光电阻的大小和线路两侧电势摆开角度的大小无关。

如果系统阻抗角均相等，发生单相接地短路，故障相的负序电流

与零序电流总是同相位，

与之间的夹角为零。所以，_ma与_a′是否分列相量

的两侧，与_ma与_a′是否分列相量

与

所构成的射形区域两侧同等效果。在单相接地短路时，本发明的故障相的距离继电器有很强的抗过渡电阻能力。

发生单相接地短路，非故障相的负序电流

与零序电流之间的夹角总是120°，如图8所示。当两侧电势

与

之间的夹角不是太大时，非故障相的母线电压_m与补偿电压U_′之间的夹角也不会太大。相量U_m与U_′之间的夹角小于120°，就不可能分别落在P₁与P₂不同的区域，非故障相距离继电器不会动作。可见，本发明的距离继电器有选相功能。

本发明的距离继电器只要求反应单相接地短路。电力系统发生两相短路、三相短路和两相短路接地时，将闭锁该距离继电器。

Claims (1)

1.一种单相接地短路距离继电器，距离继电器有4个输入量，这4个输入量分别为距离继电器所在相母线电压向量

零序电流向量

负序电流向量和补偿电压向量

并且此补偿电压为

并且它所选取的系数为： $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ 其中Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的币序阻抗，Z_zd为整定阻抗，

为所在相母线电压向量，

为所在相电流向量，

为零序电流向量，其特征在于分别与零序电流向量

与负序电流向量

的方向相同的向量在其正负方向上延长，从而将复平面划分为四块射形区域：所述的两向量在其正方向上延长形成的射形区域，在其负方向上延长形成的射形区域，两剩余的射形区域(P₁和P₂)；当母线电压向量

与补偿电压向量

分别落在不同的该两剩余射形区域(P₁和P₂)中时，距离继电器动作；否则，距离继电器不动作。

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