电力系统短路暂态过程对距离保护的影响

2015-01-29陈静

新媒体研究 2014年22期

关键词：影响

摘要本文简要分析了超高压输电线路短路暂态过程中各暂态分量对距离保护继电器的影响以及消除这种影响的几种措施。

关键词暂态过程;直流分量;低频分量;高频分量;暂态超越;影响

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0044-01

在中级教材《电力系统继电保护》（保定林正馨）一书中，关于距离保护的章节中，有一节分析了影响距离保护阻抗继电器正确测量的因素的问题，本文就这一问题作一点浅显的补充。

书中提到，影响阻抗继电器正确测量的因素主要有两方面：分支电流和过渡电阻的存在。这是电力系统处于稳态时的分析结果，除这两个因素外，输电线路特别是超高压输电线路短路后的暂态过程中出现的各种暂态分量对距离继电器也有着不可忽视的影响。超高压输电线路暂态分析和计算是一个复杂的问题，而且在暂态过程中各分量出现是同时的，相互是有影响的。这里只能就一些基本概念和问题进行初步的讨论。

1 暂态过程对距离继电器的影响

超高压输电线路的特点是电压高、输送功率大、距离远，为了保证超高压远距离输电线路的稳定运行，对电力系统继电保护的快速性提出更高的要求，一般要求超高压输电线路继电保护动作时间在20 ms以下，而超高压输电线路短路后的暂态过程持续的时间，有时可达100 ms左右，因此，快速继电保护不可避免地要在电力系统短路后的暂态过程中动作，动作正确与否自然就要受到暂态过程影响。

暂态过程对距离保护的影响与暂态过程中产生的暂态分量、保护动作原理、继电器构成型式等一系列因素有关。

1）各种暂态分量对电流波形的影响。

电流波形将直接影响继电器的动作。电流波形的半波宽度和波形过零的时刻对继电器的影响最大。

直流分量的影响：

电力系统是由发电机、变压器和输电线路等元件组成，当不计输电线路分布电容时，它是简单的电阻和电感回路，在这种回路中发生短路时，由于回路阻抗突然减小，其稳态短路电流分量突然增大，但在电感元件中电流是不能突变的，为了维持电感中的电流在短路的切除瞬间不能突变就产生了支流分量，此直流分量按短路回路的时间常数（T1）衰减。直流分量的出现将改变电流正负两半波的宽度和波形过零的时刻，使一个半波变宽，而另一个半波变窄;如果直流分量衰减得很慢（对500 kV线路，T1=75 ms），将使故障电流波形大大偏移时间轴（见波形图），对距离保护的影响则表现在靠近保护范围末端短路时出现暂态超越或延缓动作。

低频分量的影响：

超高压输电线路上采用串联补偿电容器，是为了大幅度抵消线路电抗，达到提高线路传输能力的目的。当线路上具有串补电容器时，电网是由电阻、电容和电感组成的串联电路，线路发生短路时，电感中的电流和电容上的电压都不能突变，因此产生振荡衰减的低频分量。

低频分量对电流两半波的影响是不规则的，如果第一个周期使正半波变宽，负半波变窄，第二个周期又可能出现相邻的正负两半波都变宽或变窄的现象，当低频分量频率很低时，半波的时间很长，已超过快速继电器的动作时间，对继电器来说和直流分量有类似的影响。

高频分量的影响：

由于超高压远距离输电线路的分布电容的影响，可以出现无限多个频率的周期性暂态分量，其最低频率一般都高于工频，故称高频分量。高频分量本质上是由长线路上短路暂态过程中的电磁波沿线路传播，并在线路始端和末端来回反射引起的。高频分量主要是分布电容上的电荷对线路上的电感元件放电产生的，它保证了短路时分布电容上的电压不能突变。高频分量电流在短路处很大，在远离故障点的保护安装处衰减得特别快，只是在最初半个周期内可能改变波形的级性。

2）暂态超越。

距离继电器主要的任务是正确测量距离，也就是说，在保护区外发生短路时，继电器不动作。实际上，由于多种因素的影响，可能会在保护区外发生短路而导致继电器误动作，把继电器正方向邻近保护区外短路时的误动作叫做超越，若由于距离继电器内部构成上的误差、电流、电压互感器的误差、阻抗整定时数值上的误差和过渡电阻的存在等引起的超越，可称为稳态超越;而由故障电流中存在的直流分量、低频分量、高频分量等引起的超越即为暂态超越。暂态超越的特点是，距离继电器在邻近保护区外发生短路时的暂态过程中会误动作;暂态过程结束时，继电器就返回。暂态超越由下式确定：

暂态超越百分比 = （ZOR—ZSR）*100%/ZSR

式中：ZOR—直流分量存在时，继电器动作阻抗的最大值;

ZSR—直流分量不存在时，继电器动作阻抗的最大值。

显然，继电器的暂态超越随电力系统暂态过程中直流分量的增大而增加。

2 消除暂态分量对距离继电器的影响措施

要消除暂态分量对距离继电器的影响，主要应在继电器构成的各环节中采取相应措施。

1）采用带气隙的电抗互感器来构成。

电抗互感器对抑制直流分量和低频分量能起很大作用，而又不延缓基波分量的输出。

2）根据继电器构成方式采用合适的比较器。

各种比较器对暂态过程中消除各种分量的影响能力各有差异。在比较器构成上，故障电流中各个分量对相位比较器影响最大，对幅值比较器影响最小。

3）采用滤波回路或滤波器是消除暂态分量影响最有效的

办法。