過渡電阻對雙側(cè)電源供電系統(tǒng)保護的影響

李 東

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽淮南 232001）

0 引言

距離保護是通過比較測量阻抗與整定阻抗的大小關(guān)系來進行保護動作，從而快速切除故障。當供電網(wǎng)絡(luò)的電壓超過35 kV時，為該供電網(wǎng)絡(luò)配備距離保護裝置是比較好的選擇之一，其原因是距離保護裝置的綜合性能在35 kV以上的供電網(wǎng)絡(luò)中會比其他保護裝置更加優(yōu)越和完善。

供電網(wǎng)絡(luò)故障情況下通過計算得到的測量阻抗反映的是故障處到保護裝置處的距離，當故障處的過渡電阻不能忽略或較大時，就會對測量阻抗值的大小有一定的影響，從而影響保護模塊對保護動作的判斷，即會對距離保護的保護范圍產(chǎn)生一定的影響。

1 過渡電阻與雙端供電網(wǎng)絡(luò)測量阻抗的關(guān)系

雙側(cè)電源供電系統(tǒng)仿真模型如圖1所示，其參數(shù)為：左側(cè)電源E=110 kV，右側(cè)電源E=115.5 kV，線路L=L=120 km。單位長度線路的正序電抗為0.4 Ω/km。在PSCAD中對距離保護Ⅰ段和Ⅱ段采用帶有方向性的方向阻抗繼電器；距離保護Ⅲ段采用偏移特性阻抗繼電器，偏移率取0.1。

在圖1中，母線B、C這段線路的中點處發(fā)生短路故障，此時過渡電阻為R。其中電源E提供的短路電流為I，電源E提供的短路電流為I。短路電流I=I+I。

對α的取值分析如下：當α＜0時，Z及Z的電抗值部分減小；當α＞0時，Z及Z的電抗值部分增大。當過渡電阻達到一定值時，會影響保護的正常動作。

2 仿真驗證

2.1 阻抗圓動作特性下仿真驗證

（1）在PSCAD中將故障過渡電阻R設(shè)定為0.01 Ω，在線路L的中點處模擬a、b、c三相故障情況，得到的線對地阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖2所示，相間阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖3所示。

方向阻抗繼電器的非動作區(qū)在圓外，其余為動作區(qū)。由方向阻抗繼電器的動作特性可知，測量阻抗位于動作區(qū)時保護動作，測量阻抗偏離動作區(qū)時保護不發(fā)生動作。圖2中各相的相對地阻抗、圖3中相間阻抗的測量值均位于距離保護Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的阻抗圓內(nèi)，即當在線路L中點處發(fā)生三相故障且過渡電阻為0.01 Ω時，保護3的各段均能正確動作。

（2）在PSCAD中將故障過渡電阻R設(shè)定為18 Ω，同樣在線路L的中點處模擬a、b、c三相故障情況，得到的線對地阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖4所示，相間阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖5所示。

圖4中各相的相對地阻抗已經(jīng)處于保護3距離保護Ⅰ段的非動作區(qū)，但仍處在保護Ⅱ、Ⅲ段的動作區(qū)內(nèi)；圖5中相間阻抗的測量值也都已經(jīng)發(fā)生偏移，處在保護3距離保護Ⅰ段的非動作區(qū)，但仍處于保護Ⅱ、Ⅲ段的動作區(qū)內(nèi)。即當在線路L中點處發(fā)生三相故障且過渡電阻為18 Ω時，保護3的Ⅰ段不能夠正確動作。

在距離保護Ⅰ段的保護范圍內(nèi)，當設(shè)定的過渡電阻達到18 Ω時，距離保護Ⅰ段不能正確切除保護范圍內(nèi)發(fā)生的故障。一般來說，110 kV雙側(cè)電源供電系統(tǒng)的最大過渡電阻為30～40 Ω，此時過渡電阻為18 Ω，保護不能正確動作，顯然抗過渡電阻能力較差。

2.2 阻抗四邊形動作特性下仿真驗證

在PSCAD中用四邊形動作特性來代替阻抗圓動作特性，仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

由圖6和圖7可知，當用四邊形動作特性來代替阻抗圓動作特性且R=18 Ω時，相對地阻抗與相間阻抗均在保護動作的范圍內(nèi)。

2.3 改進多邊形動作特性下仿真驗證

在PSCAD中將故障過渡電阻R設(shè)定為28 Ω，同樣在線路L的中點處模擬a、b、c三相故障情況，得到的線對地阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖8所示，相間阻抗與三段距離保護各段保護阻抗圓之間的關(guān)系如圖9所示。

當過渡電阻設(shè)定值達到28 Ω時，由圖8可知，各相的相對地阻抗已經(jīng)處于阻抗圓動作特性和阻抗四邊形動作特性的非動作區(qū)；由圖9可知，相間阻抗的測量值也都發(fā)生了偏移，處在阻抗圓動作特性和阻抗四邊形動作特性的非動作區(qū)。此時阻抗圓和阻抗四邊形兩種特性下保護均不能正確動作。

圖中的多邊形動作特性是在四邊形動作特性基礎(chǔ)上做出改進得到的：將四邊形的三條邊保持不變可使整定阻抗值保持不變，確保第四條邊的斜率保持不變，并使其在X軸上獨立移動，以此來適應不同的過渡電阻值。當過渡電阻為28 Ω時，圖8中相對地阻抗值在改進多邊形動作區(qū)之內(nèi)，圖9中相間阻抗值也在改進多邊形動作區(qū)之內(nèi)，即此時改進多邊形動作特性仍能正確切除故障。

3 結(jié)論

仿真結(jié)果表明，在本文搭建的電壓等級為110 kV的雙側(cè)電源供電系統(tǒng)中，若在距離保護Ⅰ段的保護動作范圍內(nèi)發(fā)生故障，當過渡電阻增加到18 Ω時，保護測量阻抗偏離阻抗Ⅰ段動作區(qū)域，即保護范圍減小，阻抗圓保護特性抗過渡電阻能力較差。通過仿真驗證可知，采用阻抗四邊形動作特性來代替阻抗圓動作特性，過渡電阻小于28 Ω時，保護都處在四邊形保護動作特性的動作區(qū)域內(nèi)，保護的抗過渡電阻能力得到一定的提升。通過仿真驗證可知，改進多邊形動作特性的抗過渡電阻能力較四邊形動作特性的抗過渡電阻能力進一步提升，并能夠適應不同的過渡電阻值。