CN1808822A - 一种自适应接地距离继电器 - Google Patents

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CN1808822A CN 200510136630 CN200510136630A CN1808822A CN 1808822 A CN1808822 A CN 1808822A CN 200510136630 CN200510136630 CN 200510136630 CN 200510136630 A CN200510136630 A CN 200510136630A CN 1808822 A CN1808822 A CN 1808822A
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Abstract

本发明涉及高压输电线路接地故障距离保护技术，为一种自适应接地阻抗继电器，它是以故障后保护安装处的负序电压Um2为极化量而构成的自适应接地方向阻抗继电器。本发明的继电器不但有很强的耐受过渡电阻能力，而且还具有负序分量保护的优点，是综合性能非常优良的自适应接地阻抗继电器。MATLAB仿真分析结果证明，该继电器具有优良的动作特性，在500KV的超高压线路上对接地电阻有很强的自适应能力。

Description

一种自适应接地距离继电器
技术领域
本发明涉及高压输电线路接地故障距离保护技术。
背景技术
单相接地故障是高压电网故障的主要形式，其它故障大多也是由单相接地故障发展形成。因此，提高接地阻抗继电器的性能对于减少电网故障引起的损失，提高电网运行的安全、稳定性有着重要意义。如何克服过渡电阻对保护区的影响、如何保证动作的方向性是接地阻抗继电器需要解决的重要问题。现有很多有关接地阻抗继电器的研究文献，这些接地阻抗继电器性能各异，或有很强的抗过渡电阻能力，但超越现象严重；或抗过渡电阻能力不够；或有死区；或无方向性。究其原因，是因为它们的动态动作边界不能随过渡电阻的变化而完全跟随故障点故障电压的变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种自适应接地阻抗继电器，它具有很好的对过渡电阻的自适应性，以克服现有阻抗继电器对保护区内故障时抗过渡电阻能力差的问题。
本发明的技术解决方案是，所述自适应接地阻抗继电器为：以故障后保护安装处的负序电压m2(m为A或B、C相)为极化量而构成自适应接地方向阻抗继电器。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明的自适应接地方向阻抗继电器具有对接地电阻很好的自适应性，其自适应特性分析如下：
分析时统一采用图1所示的双端系统模型，设在K点经过渡电阻Rg发生了单相接地(本文均以A相故障为例)，规定电流正方向如图1示，故障时各故障量如图2和图3所示，图2为M侧向N侧送电，图3为N侧向M侧送电。KA[0]为故障相A相故障点故障前的电压， 为故障点的短路电流，
Figure A20051013663000043
随Rg从0～∞的变化沿圆弧作逆时针变化。
I · KA = 3 U · KA [ 0 ] 3 R g + Z Σ 1 + Z Σ 2 + Z Σ 0
A相补偿电压′A为
U · ′ A = U · A - ( I · A + k 3 I · 0 ) Z set
= 3 I · KA 2 R g - ( I · A + k 3 I · 0 ) Z set + ( I · A + k 3 I · 0 ) Z 1 l k
I · A + k 3 I · 0 = I · loa . A + α I · KA
式中，A为M侧A相电压；
Figure A200510136630000410
为M侧的A相电流和零序电流； 为故障点故障电流负序分量；
Zset为整定阻抗；补偿系数 k = z 0 - z 1 3 z 1 (z0、z1：线路的单位正序阻抗、零序阻抗)；
Figure A200510136630000414
为A相负荷电流；α为与网络结构、故障点位置有关的一个系数。从图2中可见，无论是在送电侧还是在受电侧，如果以 为动作边界(动态动作边界)，滞后一侧为动作区，则保护区内故障时，OPA总是在动作区，保护区外故障时，OPA总是在非动作区，这样保护的动作特性就不受故障点过渡电阻、负荷电流的影响，也不受继电器是在送电侧还是受电侧的影响，其动作方程式为
Figure A200510136630000418
但是在保护安装处测量不到
Figure A20051013663000051
因此要寻找一个能自动跟踪 的变化并可以测量的量。
由于保护安装处的负序电压A2为
U · A 2 = - C 2 M Z M 2 I · KA 2
C2M为M侧负序电流分配系数(可作实数处理)，ZM2为M侧系统的负序等值电抗，由于系统各元件的负序阻抗角很大(M2≈85°)，因此，可用保护安装处的负序电压-A2相位代替 构成负序电压极化的阻抗继电器，其动作方程式为
继电器可以根据过渡电阻自动的调整其动作边界，因此具有极强的抗过渡电阻能力。若要使继电器对过渡电阻有最佳的自适应度，可将负序极化电压A2根据ZM2的阻抗角的大小适当移相(如若M2＝85°，则A2前移角度θ≤5°)实现。同时由于故障点负序电压最大，因此继电器不存在动作的电压“死区”。
关于继电器动作方向性分析。负序电压极化的自适应接地方向阻抗继电器的动作方程如下：
Figure A200510136630000510
或：
分析时以故障电流的方向为电流的正方向，同时为分析简便，设线路空载情况下发生金属性单相接地且全系统有相同的序阻抗角，系统接线见图1(1)正方向K点单相接地
U · OPA = U · A - ( I · A + K 3 I · 0 ) Z set = ( I · A + K 3 I · 0 ) ( Z m - Z set ) - - - ( 3 )
U · A 2 = - C 1 Z M 1 Z Σ 1 + Z Σ 2 + Z Σ 0 U · KA [ 0 ] = - C 1 Z M 1 Z Σ 1 + Z Σ 2 + Z Σ 0 E · MA
= - C 1 Z M 1 Z Σ 1 + Z Σ 2 + Z Σ 0 × ( I · A + K 3 I · 0 ) × ( Z m + Z M 1 ) - - - ( 4 )
将(3)(4)式代入式(1)可得正方向单相接地的动作方程式为
Figure A20051013663000063
动作特性如图4所示，圆内为动作区。
(2)反方向单相接地时
此时的短路电流由 提供，Zset为负值。根据(5)式可得反方向单相接地的动作方程式为
动作特性如图5所示，圆内为动作区。
由动作特性可见，继电器对单相接地故障有明确的方向性。
由以上可知，本发明为一种自适应接地阻抗继电器，它同已有技术相比的特点有：
(1)在保护范围内发生接地故障时，负序电压极化的接地阻抗继电器有很强的抗过渡电阻能力，这是其它极化电压继电器所无法比拟的；
(2)当保护出口处发生接地故障时，负序电压极化继电器有最高的动作灵敏性，即不存在电压动作“死区”，解决了常规的接地阻抗继电器的“死区”问题；
(3)继电器动作具有明确的方向性，这是零序电抗特性的继电器所不具备的；
(4)继电器无论是设在送电侧和受电侧都能正确动作；
附图说明
图1是双端电力系统图示；
图2是A相接地时电压相量图；
图3是A相接地时电压相量图；
图4是正方向接地时的动作特性；
图5是反方向接地时的动作特性。
具体实施方式
采用MATLAB软件对一条长300Km的500KV超高压线路A相接地时进行仿真计算，其中输电线路采用分布参数模型。系统接线如图1所示，仿真系统参数如下：
系统参数：ZM＝ZN＝5.74+j14.1Ω
线路参数：r1＝0.02083Ω/km，l1＝0.8984mH/km，c1＝0.0129MF/km
          r0＝0.1148Ω/km，l0＝2.2886mH/km，c0＝0.00523MF/km。线路两侧电源电势相位差60°，整定区为线路全长的85％。
仿真计算内容：同时对负序电压极化(A2)和目前常用的记忆电压极化(A[0])正序电压极化(A1)的接地阻抗继电器的动作特性进行相位仿真，计算出 arg U · OPA U · POL . A 的相位。继电器分别设在送电侧和受电侧，故障点选取为保护反方向出口、正方向出口、正方向150KM处、近保护范围末端240KM处4个点，过渡电阻从0变化到300Ω(步长为10Ω)，继电器的动作特性均为
Figure A20051013663000075
仿真计算结果见表1(送电侧)和表2(受电侧)。
表1    送电侧
  反方向出口故障   正方向出口故障   保护范围内部(150km)故障
  Rg   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1
  0   -23.3   -28.6   -26.6   -165.3   -166.6   -164.6   -155.1   -163.3   -163.1
  10   -38.5   -34.9   -31.0   -160.1   -156.5   -152.6   -140.5   -144.6   -143.3
  20   -47.2   -38.9   -33.4   -155.2   -146.9   -141.4   -129.7   -129.8   -127.6
  30   -54.0   -41.2   -34.3   -150.8   -138.0   -131.1   -121.9   -118.2   -115.1
  40   -59.2   -42.2   -34.2   -146.7   -129.7   -121.8   -116.2   -108.8   -104.9
  50   -63.3   -42.4   -33.6   -143.0   -122.2   -113.4   -111.9   -101.4   -96.5
  60   -66.5   -42.1   -32.7   -139.7   -115.2   -105.9   -108.6   -94.6   -89.4
  70   -69.2   -41.4   -31.7   -136.7   -108.9   -99.3   -106.0   -89.0   -83.4
  80   -71.4   -40.6   -3.7   -134.0   -103.2   -93.3   -103.9   -84.1   -78.1
  90   -73.2   -39.6   -29.6   -131.6   -97.9   -88.0   -102.2   -79.7   -73.6
  100   -74.7   -38.6   -28.6   -129.3   -93.2   -83.3   -100.8   -75.8   -69.5
  110   -76.1   -37.6   -27.7   -127.3   -88.8   -78.9   -99.6   -72.4   -65.9
  120   -77.2   -36.7   -26.8   -125.5   -84.9   -75.2   -98.5   -69.3   -62.7
  130   -78.2   -35.7   -26.1   -123.9   -81.3   -71.2   -97.6   -66.4   -59.8
  140   -79.1   -34.8   -25.3   -122.4   -78.1   -68.6   -96.8   -63.8   -57.2
  150   -79.9   -33.9   -24.6   -121.0   -75.0   -65.7   -96.1   -61.4   -54.9
  160   -80.6   -33.1   -24.0   -119.7   -72.2   -63.1   -95.5   -59.3   -52.7
  170   -81.2   -32.3   -23.4   -118.5   -69.1   -60.7   -95.0   -57.3   -50.8
  180   -81.8   -31.6   -22.9   -117.5   -67.3   -58.6   -94.5   -55.5   -49.1
  190   -82.3   -30.9   -22.4   -116.5   -65.1   -56.6   -94.0   -53.8   -47.4
  200   -82.8   -30.3   -21.9   -115.5   -63.1   -54.7   -93.6   -52.2   -45.9
  210   -83.2   -29.7   -21.5   -114.7   -61.2   -53.0   -93.3   -50.7   -44.5
  220   -83.6   -29.1   -21.1   -113.9   -59.4   -51.4   -92.9   -49.4   -43.2
  230   -83.9   -28.6   -20.7   -113.1   -57.8   -49.9   -92.6   -48.1   -42.0
  240   -84.3   -28.1   -20.4   -112.4   -56.2   -48.6   --92.9   -46.9   -40.9
  250   -84.6   -27.6   -20.1   -111.8   -54.8   -47.3   -92.1   -45.8   -39.8
  260   -84.9   -27.2   -19.8   -111.2   -53.5   -46.1   -91.8   -44.7   -38.9
  270   -85.1   -26.7   -19.5   -110.6   -52.2   -44.9   -91.6   -43.7   -38.0
  280   -85.4   -26.3   -19.2   -110.1   -51.1   -43.9   -91.4   -42.8   -37.1
  290   -85.6   -26.0   -19.0   -109.5   -49.9   -42.9   -91.2   -41.9   -36.3
  300   -85.8   -25.6   -18.8   -109.1   -48.8   -41.9   -91.0   -41.1   -35.6
表1(续)
  近保护范围末端(230km)故障   保护范围外部(300km)故障
  Rg   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1
  0   -172.7   175.2   175.6   26.3   10.5   9.2
  10   -156.9   -164.3   -162.7   -40.2   -51.0   -51.2
  20   -143.2   -146.2   -143.4   -58.7   -64.8   -63.9
  30   -132.5   -131.2   -127.4   -65.3   -66.9   -65.1
  40   -124.4   -119.1   -114.4   -68.7   -66.0   -63.3
  50   -118.3   -109.2   -103.8   -70.6   -64.1   -60.6
  60   -113.6   -101.1   -95.0   71.9   -61.8   -57.8
  70   -110.0   -94.2   -87.6   -72.8   -59.5   -54.9
  80   -107.1   -8813   -81.4   -73.5   -57.1   -52.2
  90   -104.7   -83.2   -76.1   -74.1   -54.8   -49.7
  100   -102.8   -78.7   -71.4   -74.5   -52.7   47.4
  110   -101.1   -74.7   -67.3   -74.8   -50.9   -45.3
  120   -99.7   -71.2   -63.7   -75.2   -48.9   -43.4
  130   -98.6   -68.1   -60.6   -75.4   -47.2   -41.7
  140   -97.5   -65.2   -57.7   -75.6   -45.7   -40.1
  150   -96.6   -62.6   -55.2   -75.8   -44.2   -38.96
  160   -95.8   -60.3   -52.9   -75.9   -42.9   -37.3
  170   -95.1   -58.2   -50.8   -76.1   -41.6   -36.1
  180   -94.5   -56.2   -48.9   -76.2   -40.4   -35.0
  190   -93.9   -54.4   -47.2   -76.3   -39.3   -34.0
  200   -93.4   -52.8   -45.6   -76.4   -38.3   -33.1
  210   -93.0   -51.2   -44.2   -76.5   -37.4   -32.2
  220   -92.5   -49.8   -42.9   -76.6   -36.5   -31.1
  230   -92.2   -48.5   -41.6   -76.7   -35.7   -30.1
  240   -91.8   -46.1   -40.5   -76.7   -34.9   -29.9
  250   -91.5   -45.1   -39.4   -76.8   -34.2   -29.2
  260   -91.2   -44.1   -38.4   -76.8   -33.5   -28.6
  270   -90.9   -43.1   -37.5   -76.9   -32.9   -28.1
  280   -90.6   -42.2   -36.7   -76.9   -31.7   -27.5
  290   -90.4   -41.4   -35.9   -77.0   -31.2   -27.0
  300   -90.2   -40.5   -35.1   -77.1   -30.3   -26.5
表2    受电侧
  反方向出口故障   正方向出口故障   保护范围内部(150km)故障
  Rg   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1
  0   33.4   18.8   34.1   170.5   155.8   171.2   16708   159.6   176.4
  10   20.1   10.4   27.6   175.5   -165.9   -176.9   -173.8   -177.9   -160.1
  20   6.7   1.7   20.6   -178.9   176.1   -165.1   -153.9   --154.0   -135.3
  30   -5.4   -5.9   14.3   -173.1   -173.5   -153.3   -136.6   -132.9   -113.5
  40   -15.6   -11.9   9.3   -166.9   -163.1   -141.9   -123.8   -116.4   -96.5
  50   -23.8   -16.2   5.8   -160.6   -173.5   -130.9   -114.7   -103.8   -83.5
  60   -30.3   -19.0   3.5   -154.3   -163.1   -120.5   -108.2   -94.1   -73.4
  70   -35.4   -20.8   2.1   -148.1   -152.9   -110.6   -103.5   -86.4   -65.4
  80   -39.5   -21.9   1.2   -142.3   -143.1   -101.5   -100.0   -80.0   -58.8
  90   -42.8   -22.4   0.8   -136.8   -133.6   -93.2   -98.1   -74.6   -53.4
  100   -45.5   -22.6   0.6   -131.7   -124.7   -85.6   -96.9   -70.1   -48.7
  110   -47.8   -22.5   0.6   -127.1   -116.4   -78.7   -95.2   -65.9   -44.7
  120   -49.7   -22.3   0.7   -122.9   -108.8   -72.5   -93.7   -62.4   -41.2
  130   -51.3   -22.0   0.9   -119.2   -101.9   -67.0   -92.5   -59.2   -38.1
  140   -52.7   -21.6   1.1   -115.8   -95.6   -62.0   -91.4   -53.8   -35.3
  150   -53.9   -21.2   1.3   -112.8   -89.9   -57.6   -90.5   -51.5   -32.8
  160   -55.9   -20.7   1.6   -110.2   -84.7   -53.5   -89.7   -49.3   -30.6
  170   -56.8   -20.3   1.8   -107.7   -80.1   -49.9   -87.1   -47.4   -28.6
  180   -57.5   -19.8   2.1   -105.6   -75.9   -46.6   -86.4   -45.6   -26.8
  190   -58.2   -19.4   2.3   103.6   -72.1   -43.7   -85.9   -43.9   -25.1
  200   -58.8   -19.0   2.6   -101.8   -68.6   -45.0   -85.0   -42.4   -23.6
  210   -59.4   -18.6   2.8   -100.2   -65.5   -38.5   -84.6   -41.0   -22.1
  220   -59.9   -18.2   3.1   -98.8   -62.6   -36.3   -84.2   -39.6   -20.8
  230   -60.3   -17.8   3.3   -97.4   -59.9   -34.2   -83.9   -38.4   -19.6
  240   -60.8   -17.4   3.5   -96.2   -57.5   -32.3   -83.6   -37.2   -18.5
  250   -61.2   -17.0   3.7   -95.1   -53.2   -30.6   -83.3   -36.2   -17.5
  260   -61.5   -16.7   3.9   -94.1   -51.3   -29.9   -83.1   -35.1   -16.5
  270   -61.9   -16.4   4.1   -93.1   -49.6   -27.4   -82.8   -34.2   -15.6
  280   -62.2   -16.1   4.3   -92.2   -47.9   -26.1   -82.6   -33.3   -14.8
  290   -62.5   -15.8   4.4   -91.4   -46.4   -24.7   -82.4   -32.5   -13.9
  300   -63.1   -15.5   4.6   -90.7   -45.0   -23.5   -81.8   -31.2   -13.2
表2(续)
  近保护范围末端(230km)故障   保护范围外部(300km)故障
  Rg   UA2   UA[0]   UA1   UA2   UA[0]   UA1
  0   -173.5   -178.5   -161.2   -43.3   -45.8   -27.8
  10   -114.0   -114.8   -96.5   -64.4   -62.0   -43.1
  20   -112.3   -94.8   -75.8   -71.1   -63.9   -44.2
  30   -110.4   -84.9   -65.2   -74.2   -62.6   -42.2
  40   -99.3   -78.1   -57.9   -76.1   -60.2   -39.4
  50   -96.5   -72.6   -52.1   -77.3   -57.5   -36.4
  60   -92.2   -68.1   -47.2   -78.1   -54.7   -33.4
  70   -91.3   -64.1   -43.1   -78.7   -52.1   -30.6
  80   -89.1   -60.5   -39.4   -79.2   -49.5   -28.1
  90   -87.9   -57.8   -36.7   -79.6   -47.1   -25.7
  100   -85.7   -54.5   -33.3   -79.9   -44.8   -23.6
  110   -83.4   -51.8   -30.8   -80.1   -42.8   -21.6
  120   -83.1   -49.4   -28.5   -80.3   -40.9   -19.9
  130   -82.9   -42.3   -26.4   -80.5   -39.1   -18.3
  140   -82.7   -45.3   -24.5   -80.7   -37.5   -16.8
  150   -82.5   -43.4   -22.8   -80.8   -36.0   -15.5
  160   -82.3   -41.7   -21.2   -80.9   -34.6   -14.2
  170   -82.2   -40.1   -19.8   -81.1   -33.3   -13.1
  180   -82.1   -38.7   -18.4   -81.2   -32.1   -12.1
  190   -81.9   -37.3   -17.2   -81.3   -31.0   -11.2
  200   -81.8   -36.1   -16.1   -81.4   -30.0   -10.2
  210   -81.7   -34.9   -15.1   -81.5   -29.0   -9.4
  220   -81.6   -33.8   -14.1   -81.6   -28.1   -8.6
  230   -81.5   -32.8   -13.2   -81.6   -27.3   -7.9
  240   -81.5   -31.9   -12.3   -81.7   -26.5   -7.3
  250   -81.4   -30.9   -11.5   -81.7   -25.8   --6.7
  260   -81.4   -30.1   -10.8   -81.8   -25.1   -6.1
  270   -81.3   -29.3   -10.1   -81.8   -24.4   -5.5
  280   -81.3   -28.5   -9.5   -81.9   -23.8   -5.1
  290   -81.2   -27.8   -8.8   -81.9   -23.2   -4.6
  300   -81.2   -27.2   -8.3   -82.0   -22.7   -4.1

Claims (1)

1、一种自适应接地阻抗继电器，其特征是，以故障后保护安装处的负序电压Um2(m为A或B、C相)为极化量而构成该自适应接地方向阻抗继电器。
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