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距离保护两种接线方式分析
2024年5月20日发(作者:梁骊茹)
Dianqi0。ngcheng yu zid。nghua 三 三 l
距离保护两种接线方式分析
吴裕乐
(广东省电力技术改进公司,广东广州510160)
摘要:对距离保护中的带零序电流补偿的接线方式和零序接线方式进行了分析,分析表明距离保护以接地阻抗继电器和相问阻抗继电器
为核心,可以保护各种短路故障。
关键词:接线方式;零序补偿系数:整定计算
0引言
将输电线路一端的电压 、电流, 加到阻抗继电器中,阻抗继
电器反映的是它们的比值,称之为阻抗继电器的测量阻抗 ,zm=
Dm/j 。如果阻抗继电器的测量阻抗能够准确地反映短路点到保护
安装处的阻抗,那么就等于反映了短路点到保护安装处的距离,所
以把这类以阻抗继电器为核心构成的反映输电线路一端电气量变
化的保护称为距离保护。距离保护相对于电流保护来说,其突出的
优点是受运行方式变化的影响小 ]。但是当系统发生单相接地短
路故障时,若仅仅按上述公式进行计算将会得到错误的结果,这时
需要引入零序补偿系数才能保证测量阻抗正确反映短路点到保护
安装处的距离,本文分别对单相接地短路故障和相间短路故障时
测量阻抗的取值进行分析。
1 短路时保护安装处电压计算的一般公式
在图l所示的系统中,线路上K点发生短路。保护安装处的
某相的相电压应该是短路点的该相电压与输电线路上该相的压降
之和。而输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序和零序压降
之和。如果考虑到输电线路的正序阻抗等于负序阻抗,则保护安装
处相电压的计算公式为:
U U l 、十l 寸l l rl I
. . . . .
7一r,
= 目 (,l , ,0)zl+3,o zl (1)
j l
=
U } l K31 zl
式中,妒为相, =A、B、C:,。 , j。为流过保护的该相的正序、负
序、零序电流; 、 、 为短路点到保护安装处的正、负、零序阻
抗:D枷为短路点的该相电压;(, +K3Jo)Z ̄为输电线路上,该相从
短路点到保护安装处的电压降: ( z1)/3 z1,K定义为零序补
偿系数。
保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的2个相电压
之差。考虑到式(1)所示的相电压计算公式后,保护安装处相间电
压的计算公式为:
U U _卿+l
式中, 表示两相相间,q ̄o=AB、BC、CA: 为短路点的相间电
压:, 为两相电流差;j 为输电线路上从短路点到保护安装处
的两相压降之差。两相上的K31oZ。项相抵消。
图1短路故障示意图
2阻抗继电器的接线方式与零序补偿系数的关系
单相金属性短路时,短路点的故障相电压为零,u 。此时保
护安装处的故障相电压为 =‰+(, +K31o)Z =(, K31o)五。为了
使阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装处的正序阻抗
Z,对于保护接地短路的接地阻抗继电器而言,加入继电器的电压
应为故障相的相电压 ,加入继电器的电流应为故障相的相电流
与 3,。电流之和, 3 。,即接线方式为— 卫-一。这种接线方式
l K3I o
通常称作带零序电流补偿的接线方式。在发生两相金属性接地短
路和三相金属性短路时,由于短路点的故障相电压为零,Ur ̄=O。按
这种接线方式构成的故障相上的阻抗继电器的测量阻抗也等于从
短路点到保护安装处的正序阻抗Zl,所以接地阻抗继电器可以保
护各种接点短路和三相短路。在两相金属性短路时,短路点的故障
相电压虽不为零,但短路点的两故障相的相间电压为零, .=0。此
时保护安装处的两故障相的相间电压为 卿_+, =, 。为了
使阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装处的正序阻抗
,
显然对保护相间短路的相问阻抗继电器而言,加入继电器的电
压应为两故障相的相问电压 ,加入继电器的电流应为两故障相
相电流之和, 。即接线方式为旦一。这种接线方式通常称作为零序
,
接线方式。在发生两相金属性接地短路和三相金属性短路时,短路
点的两故障相的相间电压也为零, 。按这种接线方式构成的
两故障相间上的阻抗继电器其测量阻抗也等于从短路.点到保护安
装处的正序阻抗 。所以相问阻抗继电器可以保护所有的相间故
障,这样,上述这些阻抗继电器在它们各自保护的故障类型下,只
要发生的是金属性短路,其测量阻抗都为 ,给整定计算带来了方
便,也满足了对阻抗继电器的要求。
3算例分析
以RCS一941A为例,整定距离保护以及零序补偿系数。假设某条
110kV线路的参数为:五=1_99+i5.89=6.16Q、Zo=7.96+j17.67=1938n,
l=7l。、 6。。有相邻下级线路的联络线、220kV站之间的110kV
联络线躲线末 = X , ≤O.15 S I≤O.7)线路有 接变压器时,
取0.15 S。若 不可整定,原则上亦不考虑定值按躲 接变变压器
高压侧整定 ]。
距离保护定值整定计算如下:
相间距离I段XXI=0.8×5.89--4.71/0.5l n (3)
相间距离II段xx2=1.5×6.05--9.O8/0.99 n (4)
相间距离III段xx3=o.7×90.7=63.5,取62/6.8 n (5)
接地距离I段XDI=0.8×5.89--4.71/O.5l n (6)
接地距离II段xD2=1.5×6.05--9.O8/O.99 n (7)
(下转第87页)
机电信息2011年第6期总第288期83
Zhuangbe ngyong Yu Ya州u
调节;区域1:电压越上限,调主变分接头采取降压程序;区域2:电
三
制器具有齐全的手动调压和电容投切功能,手动调压还有自动防
压越上限,无功越上限,先切电容器组,如电压仍越上限则降压;区
滑档功能。电容投切时自动确定是升降压还是投切电容开关;(12)
域3:电压合格,无功越上限,切电容器组;区域4:电压越下限,无
功越上限先调主变分接头升压,然后切电容器组;区域5:电压越
下限,调主变分接头电容器组,若电压仍越下限则升压;区域6:电
压越下限,无功越下限,先投电容器组,若电压仍越下限则省压;区
调压式无功补偿配有特殊的保护装置,可以实现对电容器的三相
电流速断、延时、不平衡电压或不平衡电流、差压及自藕调压器的
瓦斯、温度等非电量综合保护;(13)装置在合理选择各电器配置
后,能够自动实现功率因数补偿至0.95~O.98。
6结语
域7:电压合格,无功越下限,投电容器组:区域8:电压越上限无功
越下限。先调主变分接头降压,然后投电容器组。
5装置技术的先进性
电压调控自动无功补偿装置在现代技术及电气元件和材料的
当前,在电力负荷高速发展、电网及用电户对供电质量要求愈
来愈高的时期,合理选用无功补偿装置,对电网安全运行、提升企
业经济效益和社会效益都有积极的作用。因为功率因数稳定在较
情况下能够实现以下先进功能:(1)可以同时控带《一段和二段的调压
高的水平时,电压也非常稳定,谐波量将大大减少,设备的运行效
式电容或者是固定电容器;(2)主变可以分列、并列、单台方式运行。
率得以保证,生产时间缩短,产品质量稳定。(1)由于电网不再有谐
控制器能够自动跟踪运行方式的变化并正确检测无功量并控制相 波的影响,也不再有电压剧烈变动的干扰,电网中的其他设备的工
应的设备动作;(3)可控制1~2台,2圈或3圈的变压器;(4)适应
作寿命也会比原先相应地延长。(2)由于功率因数的提高,可以减
所有类型的主变档位信号和所有类型的调压机构;(5)可以任意定 少电网向负荷输送的无功功率。这样,线路的损耗也会相应减少,
义实现电压无功的综合控制,可以通过调压转换开关控制主变自
意味着由线路向空气中排放的热量减少,对保护环境非常有利。
3)由于对谐波、电压闪变的滤除和限制,挂于电网上的设备谐波
动调压或手动调压,可以通过调容转换开关控制电容器自动调容
(
或手动调容;(6)控制器具有自动控制、语音提示控制、手动操作和 损耗会大大降低,而闪变也不再存在。尹
配合控制屏手动及检修操作,控制器有远方接点控制方式和通讯控
制方式;(7)装置既可以控制等容量电容器,又可控制不同容量电容
器;采用特殊的电压调节器调节电容器端电压进而调节无功输出,
并且保证在调节过程中并联电容器不脱离系统,补偿精度高,可实
现容性无功按系统要求自动调节输出。目前产品调节深度为36%
~
[参考文献]
[1]中华人民共和国供电系统设计规范GB50052--1995第五章无功
补偿
[23中华人民共和国电力工业部.6B50227--95并联电容器装置设
计规范
loo%;(8)由于装置没有开关投切,电容器运行时无投切过电压
问题,可以保证电容器安全运行;电容器长期在额定电压下运行,可
大大延长电容器的使用寿命;电容器在调节时无充放电问题,不脱
[3]东北电力设计院.DL5014--92高压静止无功补偿装置
[4]王永安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿.北京:中国电力
出版社,2006
离电网,因此可以实现适时跟踪调节,提高补偿效果,可以在20 s内
完成调节。使系统随时都在最佳运行状态,有效地保证电压质量,保
证无功平衡,降低线损;电容器运行中无投切过电流,电容器可以实
现低电压合闸,大大减少了合闸涌流对系统及电容器的冲击:(9)装
[5]罗安.电网谐波治理和无功功率补偿技术及设备.北京:中国电力
出版社,2006
置自动化程度高,具有完善的保护功能、数字通讯和远程维护功
能,可以满足无人值班及免维护的需要;(1O)装置不产生谐波而且
收稿日期:201卜O卜O6
作者简介:毕晓阳(1967一),男,河南南阳人,工程师,从事煤矿机
可以在每档运行时都保证电抗率不变(有滤波电抗器时);(11)控
电设备管理、运用研究工作。
(上接第83页)
接地距离ⅡI段XD3=0.7×90.7=63.5,取62/6.8 n (8)
向短路则测量阻抗是一z1。对于接在相间故障中2个故障相问上的
零序补偿系数 (17.67—5.89)/(3X 5.89)=o.67 (9)
相问阻抗继电器,只要满足前3个条件其测量阻抗都是从短路点
我们必须根据接地距离元件在保护中的作用,合理地选择零 到保护安装处的正序阻抗 。如果是反方向短路则测量阻抗是
序补偿系数,如果忽略互感影响或零序补偿系数取值不合理,则在
某些情况下,会造成保护装置的不正确动作。在实际整定计算中,
一
五。无论是正常运行下发生的各种短路,还是非全相运行或系统
振荡中发生的各种短路,该结论都是正确的。尹
[参考文献】
[1]庄洪波,陈剑.零序补偿系数的意义及应用[J].湖南电力,2005,25
(3):39 ̄40
线路阻抗若有实测参数,零序补偿系数用实测参数计算,若计算
值>0.67,则取0.67。对于距离I、II段躲变压器中低压侧整定时,
零序补偿系数仍按线路参数取。
4结语
综上所述,可以得到一个重要的结论:只要满足下述4个条
[2]中国南方电网电力调度通信中心.中国南方电网地区电网继电保
护整定原则(实行).2009
件:(1)发生的是金属性短路;(2)从短路点到保护安装处之间的线
路上没有其他的分支电流;(3)阻抗继电器接线方式中的电流不为
零:(4)没有与从短路点到保护安装处之间的线路平行的其他线路
互感的影响,那么接在接地故障中故障相上的接地阻抗继电器,其
收稿日期:201卜01-19
作者简介:吴裕乐(1981一),男,梅州丰顺人,助理工程师,主要从
测量阻抗都是从短路点到保护安装处的正序阻抗zl。如果是反方
事500 kV变电站及以下等级变电站继电保护调试工作
机电信息2011年第6期总第288期87
2024年5月20日发(作者:梁骊茹)
Dianqi0。ngcheng yu zid。nghua 三 三 l
距离保护两种接线方式分析
吴裕乐
(广东省电力技术改进公司,广东广州510160)
摘要:对距离保护中的带零序电流补偿的接线方式和零序接线方式进行了分析,分析表明距离保护以接地阻抗继电器和相问阻抗继电器
为核心,可以保护各种短路故障。
关键词:接线方式;零序补偿系数:整定计算
0引言
将输电线路一端的电压 、电流, 加到阻抗继电器中,阻抗继
电器反映的是它们的比值,称之为阻抗继电器的测量阻抗 ,zm=
Dm/j 。如果阻抗继电器的测量阻抗能够准确地反映短路点到保护
安装处的阻抗,那么就等于反映了短路点到保护安装处的距离,所
以把这类以阻抗继电器为核心构成的反映输电线路一端电气量变
化的保护称为距离保护。距离保护相对于电流保护来说,其突出的
优点是受运行方式变化的影响小 ]。但是当系统发生单相接地短
路故障时,若仅仅按上述公式进行计算将会得到错误的结果,这时
需要引入零序补偿系数才能保证测量阻抗正确反映短路点到保护
安装处的距离,本文分别对单相接地短路故障和相间短路故障时
测量阻抗的取值进行分析。
1 短路时保护安装处电压计算的一般公式
在图l所示的系统中,线路上K点发生短路。保护安装处的
某相的相电压应该是短路点的该相电压与输电线路上该相的压降
之和。而输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序和零序压降
之和。如果考虑到输电线路的正序阻抗等于负序阻抗,则保护安装
处相电压的计算公式为:
U U l 、十l 寸l l rl I
. . . . .
7一r,
= 目 (,l , ,0)zl+3,o zl (1)
j l
=
U } l K31 zl
式中,妒为相, =A、B、C:,。 , j。为流过保护的该相的正序、负
序、零序电流; 、 、 为短路点到保护安装处的正、负、零序阻
抗:D枷为短路点的该相电压;(, +K3Jo)Z ̄为输电线路上,该相从
短路点到保护安装处的电压降: ( z1)/3 z1,K定义为零序补
偿系数。
保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的2个相电压
之差。考虑到式(1)所示的相电压计算公式后,保护安装处相间电
压的计算公式为:
U U _卿+l
式中, 表示两相相间,q ̄o=AB、BC、CA: 为短路点的相间电
压:, 为两相电流差;j 为输电线路上从短路点到保护安装处
的两相压降之差。两相上的K31oZ。项相抵消。
图1短路故障示意图
2阻抗继电器的接线方式与零序补偿系数的关系
单相金属性短路时,短路点的故障相电压为零,u 。此时保
护安装处的故障相电压为 =‰+(, +K31o)Z =(, K31o)五。为了
使阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装处的正序阻抗
Z,对于保护接地短路的接地阻抗继电器而言,加入继电器的电压
应为故障相的相电压 ,加入继电器的电流应为故障相的相电流
与 3,。电流之和, 3 。,即接线方式为— 卫-一。这种接线方式
l K3I o
通常称作带零序电流补偿的接线方式。在发生两相金属性接地短
路和三相金属性短路时,由于短路点的故障相电压为零,Ur ̄=O。按
这种接线方式构成的故障相上的阻抗继电器的测量阻抗也等于从
短路点到保护安装处的正序阻抗Zl,所以接地阻抗继电器可以保
护各种接点短路和三相短路。在两相金属性短路时,短路点的故障
相电压虽不为零,但短路点的两故障相的相间电压为零, .=0。此
时保护安装处的两故障相的相间电压为 卿_+, =, 。为了
使阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装处的正序阻抗
,
显然对保护相间短路的相问阻抗继电器而言,加入继电器的电
压应为两故障相的相问电压 ,加入继电器的电流应为两故障相
相电流之和, 。即接线方式为旦一。这种接线方式通常称作为零序
,
接线方式。在发生两相金属性接地短路和三相金属性短路时,短路
点的两故障相的相间电压也为零, 。按这种接线方式构成的
两故障相间上的阻抗继电器其测量阻抗也等于从短路.点到保护安
装处的正序阻抗 。所以相问阻抗继电器可以保护所有的相间故
障,这样,上述这些阻抗继电器在它们各自保护的故障类型下,只
要发生的是金属性短路,其测量阻抗都为 ,给整定计算带来了方
便,也满足了对阻抗继电器的要求。
3算例分析
以RCS一941A为例,整定距离保护以及零序补偿系数。假设某条
110kV线路的参数为:五=1_99+i5.89=6.16Q、Zo=7.96+j17.67=1938n,
l=7l。、 6。。有相邻下级线路的联络线、220kV站之间的110kV
联络线躲线末 = X , ≤O.15 S I≤O.7)线路有 接变压器时,
取0.15 S。若 不可整定,原则上亦不考虑定值按躲 接变变压器
高压侧整定 ]。
距离保护定值整定计算如下:
相间距离I段XXI=0.8×5.89--4.71/0.5l n (3)
相间距离II段xx2=1.5×6.05--9.O8/0.99 n (4)
相间距离III段xx3=o.7×90.7=63.5,取62/6.8 n (5)
接地距离I段XDI=0.8×5.89--4.71/O.5l n (6)
接地距离II段xD2=1.5×6.05--9.O8/O.99 n (7)
(下转第87页)
机电信息2011年第6期总第288期83
Zhuangbe ngyong Yu Ya州u
调节;区域1:电压越上限,调主变分接头采取降压程序;区域2:电
三
制器具有齐全的手动调压和电容投切功能,手动调压还有自动防
压越上限,无功越上限,先切电容器组,如电压仍越上限则降压;区
滑档功能。电容投切时自动确定是升降压还是投切电容开关;(12)
域3:电压合格,无功越上限,切电容器组;区域4:电压越下限,无
功越上限先调主变分接头升压,然后切电容器组;区域5:电压越
下限,调主变分接头电容器组,若电压仍越下限则升压;区域6:电
压越下限,无功越下限,先投电容器组,若电压仍越下限则省压;区
调压式无功补偿配有特殊的保护装置,可以实现对电容器的三相
电流速断、延时、不平衡电压或不平衡电流、差压及自藕调压器的
瓦斯、温度等非电量综合保护;(13)装置在合理选择各电器配置
后,能够自动实现功率因数补偿至0.95~O.98。
6结语
域7:电压合格,无功越下限,投电容器组:区域8:电压越上限无功
越下限。先调主变分接头降压,然后投电容器组。
5装置技术的先进性
电压调控自动无功补偿装置在现代技术及电气元件和材料的
当前,在电力负荷高速发展、电网及用电户对供电质量要求愈
来愈高的时期,合理选用无功补偿装置,对电网安全运行、提升企
业经济效益和社会效益都有积极的作用。因为功率因数稳定在较
情况下能够实现以下先进功能:(1)可以同时控带《一段和二段的调压
高的水平时,电压也非常稳定,谐波量将大大减少,设备的运行效
式电容或者是固定电容器;(2)主变可以分列、并列、单台方式运行。
率得以保证,生产时间缩短,产品质量稳定。(1)由于电网不再有谐
控制器能够自动跟踪运行方式的变化并正确检测无功量并控制相 波的影响,也不再有电压剧烈变动的干扰,电网中的其他设备的工
应的设备动作;(3)可控制1~2台,2圈或3圈的变压器;(4)适应
作寿命也会比原先相应地延长。(2)由于功率因数的提高,可以减
所有类型的主变档位信号和所有类型的调压机构;(5)可以任意定 少电网向负荷输送的无功功率。这样,线路的损耗也会相应减少,
义实现电压无功的综合控制,可以通过调压转换开关控制主变自
意味着由线路向空气中排放的热量减少,对保护环境非常有利。
3)由于对谐波、电压闪变的滤除和限制,挂于电网上的设备谐波
动调压或手动调压,可以通过调容转换开关控制电容器自动调容
(
或手动调容;(6)控制器具有自动控制、语音提示控制、手动操作和 损耗会大大降低,而闪变也不再存在。尹
配合控制屏手动及检修操作,控制器有远方接点控制方式和通讯控
制方式;(7)装置既可以控制等容量电容器,又可控制不同容量电容
器;采用特殊的电压调节器调节电容器端电压进而调节无功输出,
并且保证在调节过程中并联电容器不脱离系统,补偿精度高,可实
现容性无功按系统要求自动调节输出。目前产品调节深度为36%
~
[参考文献]
[1]中华人民共和国供电系统设计规范GB50052--1995第五章无功
补偿
[23中华人民共和国电力工业部.6B50227--95并联电容器装置设
计规范
loo%;(8)由于装置没有开关投切,电容器运行时无投切过电压
问题,可以保证电容器安全运行;电容器长期在额定电压下运行,可
大大延长电容器的使用寿命;电容器在调节时无充放电问题,不脱
[3]东北电力设计院.DL5014--92高压静止无功补偿装置
[4]王永安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿.北京:中国电力
出版社,2006
离电网,因此可以实现适时跟踪调节,提高补偿效果,可以在20 s内
完成调节。使系统随时都在最佳运行状态,有效地保证电压质量,保
证无功平衡,降低线损;电容器运行中无投切过电流,电容器可以实
现低电压合闸,大大减少了合闸涌流对系统及电容器的冲击:(9)装
[5]罗安.电网谐波治理和无功功率补偿技术及设备.北京:中国电力
出版社,2006
置自动化程度高,具有完善的保护功能、数字通讯和远程维护功
能,可以满足无人值班及免维护的需要;(1O)装置不产生谐波而且
收稿日期:201卜O卜O6
作者简介:毕晓阳(1967一),男,河南南阳人,工程师,从事煤矿机
可以在每档运行时都保证电抗率不变(有滤波电抗器时);(11)控
电设备管理、运用研究工作。
(上接第83页)
接地距离ⅡI段XD3=0.7×90.7=63.5,取62/6.8 n (8)
向短路则测量阻抗是一z1。对于接在相间故障中2个故障相问上的
零序补偿系数 (17.67—5.89)/(3X 5.89)=o.67 (9)
相问阻抗继电器,只要满足前3个条件其测量阻抗都是从短路点
我们必须根据接地距离元件在保护中的作用,合理地选择零 到保护安装处的正序阻抗 。如果是反方向短路则测量阻抗是
序补偿系数,如果忽略互感影响或零序补偿系数取值不合理,则在
某些情况下,会造成保护装置的不正确动作。在实际整定计算中,
一
五。无论是正常运行下发生的各种短路,还是非全相运行或系统
振荡中发生的各种短路,该结论都是正确的。尹
[参考文献】
[1]庄洪波,陈剑.零序补偿系数的意义及应用[J].湖南电力,2005,25
(3):39 ̄40
线路阻抗若有实测参数,零序补偿系数用实测参数计算,若计算
值>0.67,则取0.67。对于距离I、II段躲变压器中低压侧整定时,
零序补偿系数仍按线路参数取。
4结语
综上所述,可以得到一个重要的结论:只要满足下述4个条
[2]中国南方电网电力调度通信中心.中国南方电网地区电网继电保
护整定原则(实行).2009
件:(1)发生的是金属性短路;(2)从短路点到保护安装处之间的线
路上没有其他的分支电流;(3)阻抗继电器接线方式中的电流不为
零:(4)没有与从短路点到保护安装处之间的线路平行的其他线路
互感的影响,那么接在接地故障中故障相上的接地阻抗继电器,其
收稿日期:201卜01-19
作者简介:吴裕乐(1981一),男,梅州丰顺人,助理工程师,主要从
测量阻抗都是从短路点到保护安装处的正序阻抗zl。如果是反方
事500 kV变电站及以下等级变电站继电保护调试工作
机电信息2011年第6期总第288期87