過渡電阻對距離保護的影響及其對策分析

任圓 蔡清亮 高德艷

摘要：在我國快速發展過程中，經濟在快速發展，社會在不斷進步，110kV線路多采用距離保護作為線路主保護，而短路點過渡電阻的存在使阻抗繼電器的測量阻抗發生變化，易造成距離保護拒動。針對過渡電阻對距離保護的影響問題，基于PSCAD仿真平臺搭建110kV雙側電源輸電線路及線路距離保護的仿真模型，分析在不同短路情況下保護的動作特性，并基于此線路對仿真結果進行測試驗證。仿真結果表明，過渡電阻對距離保護會產生較大影響，而零序電流保護元件抗過渡電阻干擾的能力較強，作為110kV線路的后備保護，與距離保護配合具有較高的可靠性，能維持系統的穩定性。

關鍵詞：線路保護;過渡電阻;PSCAD/EMTDC;仿真分析

引言

短路故障點的過渡電阻是影響距離保護正確工作的因素之一。當線路發生接地短路時，由于過渡電阻的存在，必將引起測量阻抗的變化，從而對接地距離保護的正確工作帶來影響。本文通過分析單側電源線路和雙側電源線路出口故障時過渡電阻對不同距離保護工作的影響，比較傳統型距離保護、自適應距離保護、神經網絡距離保護躲過渡電阻特性的各自優缺點，提出了基于人工神經網絡的自適應距離保護硬件設計和工作原理。

1距離保護的分類、配置與整定

1.1距離保護的分類

1）阻抗繼電器阻抗繼電器是反映測量阻抗變化的距離保護，通過判斷測量阻抗是否落入其動作區域來判定是否動作：當落入保護動作區域時，保護動作;否則，不動作。其中，保護安裝處的測量阻抗表達式為 式中： 分別表示保護安裝處的電壓、電流和零序電流，且φ=A，B，C;K表示零序電流補償系數;α表示故障點到保護安裝處的距離百分比;Zl表線路阻抗; 分別表示故障點的電壓和電流;R表示過渡電阻; 表示過渡電阻引起的故障附加阻抗。阻抗繼電器常見的動作特性有方向圓、四邊形、偏移圓和全阻抗等。2）距離繼電器距離繼電器是按照故障點的電壓邊界條件建立動作判據，即利用故障相補償電壓在保護范圍臨界點存在相位突變180°的特點，來判別區內與區外故障：當判定為區內故障時，保護動作;否則，不動作。其中，補償電壓表達式為 式中：Zset表示整定阻抗;其他符號定義與式（1）中相同。補償電壓在正常運行態、振蕩、兩相運行和區外故障時，均能夠正確反映整定點電壓;唯有在保護區內故障時，方不能準確反映整定點的電壓。為判斷補償電壓相位是否存在突變，距離繼電器需引入起參考作用的極化量（可以是電壓、電流，或電壓與電流構成的復合量）來比相。在保護判據中選擇不同的極化量，可構成具有不同動作特性的保護方案，如極化距離繼電器、工頻變化量距離繼電器、多相補償距離繼電器、電抗繼電器等。

1.2距離保護的整定

距離保護整定原則是按金屬性故障來校驗靈敏度，且不計及弧光電阻的影響。1）阻抗繼電器在符合逐級配合原則的前提下，盡可能提高距離保護的靈敏度。對于配合有困難時，采用不完全配合，即后備保護之間定值不配，按時間段相配的原則整定，時間級差采用0.3～0.4s。距離I段：按可靠躲過本線路末端故障整定。如500kV輸電線路可靠系數取0.6～0.8;220kV輸電線路可靠系數取0.6～0.7;同桿或部分同桿的平行雙回線可靠系數取0.5～0.6。對于超短線路（如小于5km），為防止超越應停用距離I段。

2過渡電阻對距離保護的影響

關斷零序保護，在仿真模型中的斷路器2、斷路器6、斷路器3和斷路器5中只配備距離保護和重合閘保護，而斷路器1、斷路器4只配備簡單的電源保護，觀察斷路器動作情況。在仿真實驗中設置故障開始時間為0.2s，持續時間0.6s。以單相故障為例進行分析，故障點位于線路AB長度50%處。110kV架空輸電線路發生接地故障時短路點的過渡電阻一般不超過40Ω。一般來講，過渡電阻值越大對距離保護的影響越大，本文設置接地點過渡電阻分別為1Ω，30Ω和60Ω，以對比分析在較小、中等、較大的過渡電阻情況下距離保護的動作情況。線路AB發生A相永久性接地故障時，保護2和保護6的動作信號圖如圖5所示。由上至下分別是當過渡電阻為1Ω，30Ω和60Ω時保護2處的繼電器測量的電平信號。保護2和保護6在過渡電阻為1Ω和30Ω的接地故障發生后迅速發出跳閘信號，故障被立即切除，但是在過渡電阻為60Ω時不動作。通過觀察阻抗軌跡，若阻抗軌跡落入整定的阻抗圓中，保護動作，否則不動作。可以看出，當過渡電阻為1Ω和30Ω時，A相測量阻抗軌跡在圈內，即短路點位于保護范圍內，距離保護能夠動作，可靠地切除故障;而隨著過渡電阻增大，阻抗軌跡逐漸遠離阻抗圓。在過渡電阻值增大到60Ω時，阻抗軌跡并沒有落入整定的阻抗圓中，距離保護拒動。由以上仿真結果可知：不同阻值的過渡電阻對距離保護的影響不同，過渡電阻越大，對保護的影響越明顯，超出一定范圍會造成保護拒動，距離保護失效。

3采用人工神經網絡的自適應距離保護

采用ANN構成的自適應接地距離保護系統，按電力系統實時狀態自動設置傾斜角α。站計算機采集所需的電壓、電流量，經過處理，將相關的數據送回保護系統，由ANN估算傾斜角α以供距離保護應用。此方法的基本思想是基于現時運行的繼電保護中，當某段線路發生非金屬性短路時，過渡電阻的阻值在實際線路保護中是不能被確定的，因此，流過過渡電阻的電流fI·在保護中也是測不到的，這使得通過計算傾斜角a來實現自適應距離保護的算法變得復雜化、非線性化。通過把人工神經網絡引入到自適應距離保護，對需要保護的雙端輸電線路用PSASP（電力系統分析綜合程序）進行仿真。對仿真線路進行大量試驗以獲得相關數據信息，以計算出傾斜角a。再把實際保護線路能測得的數據結合已經計算出的傾斜角a一起輸入到三層BP網絡進行訓練，以獲得一個訓練好的三層BP網絡。當線路發生短路時，通過把線路的實時測量數據輸入到已訓練的BP網絡中，ANN就能估算出傾斜角a，以實現人工神經網絡在自適應距離保護的應用。人工神經網絡所具有的并行運算能力、極強的自適應性、高度的魯棒性和容錯能力，對于非線性系統的求解比傳統計算方法有著無與倫比的優勢，它解決了某些傳統計算方法難于求解或不能求解的問題，很適合于處理電力系統這樣復雜的非線性大規模動態系統。近十幾年來，ANN在故障診斷、智能控制、繼電保護、優化運算、負荷預測等方面有相當多的應用研究成果出現。

結語

本文通過數值化的方式，分析了系統各因素對單端電源雙回線路負荷側縱聯距離保護承受過渡電阻能力的影響。線路互感、有源側零序阻抗、無源側零序阻抗的變化均不會對負荷側縱聯距離元件的承受最大過渡電阻能力產生明顯影響，有源側系統運行方式是影響距離保護承受過渡電阻能力的主要因素。

參考文獻

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