37距离保护特殊问题的分析

3.7距离保护特殊问题的分析在前面分析中，多以金属性短路为例，但实际中，电力系统的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗、测量电压等发生变化，有可能造成距离保护的不正确动作，距离保护应采取相应的措施。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响1.过渡电阻的性质短路点过渡电阻Rg——指当接地短路或相见短路时，短路点电流流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流到另一相的路径中所通过物质的电阻，包括电弧电阻、中间物质的电阻、相导线与大地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻。相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻组成，电弧电阻可由以下公式估算：gggILR1050电弧长度，m电弧中电流大小，A一般说来，短路初期电弧电流较大，弧长较短，这时过渡电阻较小。几个周期后电弧逐渐伸长，弧阻逐渐增大，相间故障的电弧电阻一般在数欧至十几欧之间。导线对杆塔放电，铁塔成为过渡电阻的主要组成部分，此时过渡电阻与铁塔接地电阻以及大地电导率有关。对于500kV的线路，最大过渡电阻可达300Ω，而220kV可达100Ω。2.单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响在没有助增和外汲的单侧电源线路上，过渡电阻中的短路电流与保护安装处的电流为同一个电流，测量电流与测量电压可以表示为：)(gkmmmmRZIZIURg的存在总是使得继电器的测量阻抗值增大，阻抗角变小，保护范围缩短。2.单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响12ABCjXRjXRABCgRgR保护2测量阻抗为：gmRZ2.保护1测量阻抗为：gABmRZZ1.1.mZ测量阻抗落在I段范围以外，保护拒动；测量阻抗落在II段范围以内，保护误动；结论：1、保护装置距短路点越近时，受过渡电阻影响越大；2、保护装置的整定阻抗越小（相当于保护线路越短），受过渡电阻影响越大。3.双侧电源线路上过渡电阻的影响12ABCgR'kI''kIkIgkgkkgkkkKmRIRZIRIIZIU''''''')()(mIgkkgkmmmRIIRZIUZ''')(由公式可见，过渡电阻对测量阻抗的影响，取决于对侧电源提供的短路电流大小及两侧电流之间的相位关系，有可能使测量阻抗实部增大，也有可能减小。gkkgkmmmRIIRZIUZ''')(若在故障前M端为送端，N侧为受端，两侧系统阻抗相同的情况下，的相位超前，则，将具有负的阻抗角，它的存在有可能使总的测量阻抗角减小。'kI''kIgkkRII'''若在故障前N端为送端，M侧为受端，两侧系统阻抗相同的情况下，的相位超前，则，将具有正的阻抗角，它的存在有可能使总的测量阻抗角增大。''kI'kIgkkRII'''jXRjXRABC12ABCgRgRgkkRII'''jXRjXRABC12ABCgRgRgkkRII'''12ABCgR可见，A处的总测量阻抗可能会因过渡电阻的影响而减小，严重情况下，可能使测量阻抗落入其距离保护I段范围内，造成I段误动作。这种因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现象，称为距离保护的稳态超越。也可能造成测量阻抗的增大，使II段保护拒动。4.克服过渡电阻影响的措施在整定值相同的情况下，动作特性在+R轴方向所占的面积较小，受过渡电阻Rg的影响较大，此外由于接地故障时过渡电阻远大于相间故障过渡电阻，所以过渡电阻对接地距离元件的影响要大于对相间距离元件的影响。克服措施：采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性。4.克服过渡电阻影响的措施jXR在远距离的高压或超高压输电系统中，为了增大线路的传输能力和提高系统的稳定性，一般采用线路串联补偿电容的方法来减小系统间的联络阻抗。3.7.2线路串联补偿电容对距离保护的影响串联补偿电容后，短路阻抗与短路距离之间不再满足正比关系，在补偿电容前后短路时短路阻抗将发生变化，使得距离保护无法正确测量故障距离。11LZ2LZ1LZ2LZCjX由图可见，串联电容对阻抗继电器测量阻抗的影响，与串联电容的安装位置和容抗大小有密切关系。串联补偿电容一般可安装在线路的中部、两端或中间变电所两母线间。串联电容的大小通常用补偿度描述：LCconXXK现以串联补偿电容安装安装于线路一侧的情况为例，说明它对距离保护的影响。1假定在图示k点发生短路、各阻抗继电器采用方向特性。保护3感受到的测量阻抗等于补偿电容的容抗，测量阻抗将落在动作区之外；保护2感受到位反向补偿电容容抗值，呈正向纯电感性质，落在动作区内；保护1感受到的测量阻抗将是线路A-B的阻抗与电容容抗之和，总阻抗值减小，也可能落入动作区；保护4的测量阻抗不收串联补偿电容的影响，但如果故障发生在电容左侧，保护4可能误动。234ABC（1）采用直线型动作特性克服反方向误动。减少串联补偿电容影响的措施：1234ABC当补偿容抗较线路感抗小时，可以采用这种方式。对于误动的保护2,可以采用方向圆和直线特性组合躲开反向串补电容的容抗值。（2）用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护。减少串联补偿电容影响的措施：1234ABC系统在k点发生不对称故障时，负序电流从故障点经线路流向中性点，因为系统呈感性，所以电流亦为感性，保护安装处的负序电压为流过的电流与背侧阻抗的乘积，所以，可以用负序功率方向元件闭锁保护2。（3）选取故障前的记忆电压为参考电压来克服串联补偿电容的影响。减少串联补偿电容影响的措施：(4)通过整定计算来减小串联补偿电容的影响。)(CBArelsetjXZKZ)(CCBrelsetjXZKZ对于保护1的整定：对于保护3、4的整定：电磁暂态过程——系统从故障前的正常运行状态向短路后的故障状态过渡的过渡过程，一般这个过程有几十到上百毫秒。3.7.3短路电压、电流中的非工频分量对距离保护的影响电磁暂态过程中，系统电压和电流不仅会有工频量幅值和相位的变化，而且还会含有大量的非工频暂态分量，包括：（1）衰减直流分量：大小与短路发生瞬间密切相关，衰减常数取决于R-L-C参数；（2）谐波分量：由电路元件非线性参数引起；（3）非周期高频分量：由于电压的变化引起分布电容，电感中的电荷将重新分配，会出现充放电以及行波及其折、返射过程；（4）非工频分量1、衰减直流分量对距离保护的影响及克服措施模拟距离保护：模拟式距离保护中，测量电流通过电抗变换器引入到装置中，电抗器输出电压近似为输入电流的导数，对于衰减的直流分量，也能够部分的传变至输出端。直流分量使电压的波形偏向时间轴一侧，半波波形变宽，另外半波变窄，比相回路无法正确反应两比较量之间的相位关系，可能导致出现错误的比相结果，造成距离保护误动。1、衰减直流分量对距离保护的影响及克服措施数字距离保护：数字式距离保护中，测量电流既可以通过电抗变换器引入，也可以通过小型电流变换器引入，通过电流变换器引入时，直流分量能够部分传变至输出端，输出电压中将会有较大的衰减直流信号。消除衰减直流分量的方法（1）采用不受其影响的算法（2）采用各种滤除衰减直流分量的算法。2、谐波分量对距离保护的影响及克服措施略