高艷萍，常風(fēng)然

(1.國網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心，石家莊　050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊　050021)

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阻抗保護(hù)檢驗(yàn)中應(yīng)注意的問題

高艷萍1，常風(fēng)然2

(1.國網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心，石家莊050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊050021)

摘要：針對阻抗保護(hù)定值檢驗(yàn)在檢修工作的重要性，從阻抗保護(hù)檢驗(yàn)的基本原理出發(fā)，提出在接地阻抗的檢驗(yàn)中，要特別注意零序補(bǔ)償系數(shù)的表達(dá)方式，其相角不是線路正序或零序阻抗角；模擬相間故障時(shí)，電壓、電流的幅值和角度需根據(jù)向量圖計(jì)算導(dǎo)出等需要注意的常見問題，為基層繼電保護(hù)工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：阻抗保護(hù)；檢驗(yàn)；補(bǔ)償系數(shù)；故障

0引言

由阻抗測量原理構(gòu)成的距離保護(hù)、阻抗保護(hù)是輸電線路和高壓變壓器上極為重要的保護(hù)。無論是作為中低壓輸電線路的主保護(hù)、后備保護(hù)的距離保護(hù)，還是作為高壓和超高壓變壓器后備保護(hù)的阻抗保護(hù)，其本質(zhì)均是阻抗測量，測量阻抗大小正比于故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。隨著微機(jī)保護(hù)及微機(jī)型繼電保護(hù)測試儀的普及應(yīng)用，阻抗保護(hù)定值已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)，大大減輕了繼電保護(hù)的現(xiàn)場檢修工作量[1]。如此，長期積累，許多基層繼電保護(hù)工作者對阻抗保護(hù)的檢驗(yàn)技術(shù)不掌握，對繼電保護(hù)測試儀提供的定值檢驗(yàn)自動(dòng)菜單口手動(dòng)菜單檢驗(yàn)，理解不夠透徹。作為重要保護(hù)的定值檢驗(yàn)，在保護(hù)檢測、故障后檢驗(yàn)、診斷性試驗(yàn)等非常規(guī)作業(yè)時(shí)，是不可或缺的技能[2]。而且，即便是應(yīng)用測試儀提供的自動(dòng)測試功能，需要清楚其物理含義，才能準(zhǔn)確檢驗(yàn)，才能更好地理解阻抗保護(hù)的原理和特性。

1阻抗保護(hù)檢驗(yàn)的基本參量

阻抗保護(hù)檢驗(yàn)時(shí)，要求0.95倍動(dòng)作，1.05倍不動(dòng)作。根據(jù)阻抗保護(hù)的基本原理，阻抗定值檢驗(yàn)時(shí)，需知道其阻抗值(電阻、電抗值)、阻抗角、補(bǔ)償系數(shù)等，根據(jù)需檢驗(yàn)的定值計(jì)算出母線處的殘壓、通入的電流及相位。

母線殘壓的計(jì)算公式為：

UMφ=UKφ+(Iφ+K×3×I0)×Z1

(1)

式中：φ為U、V、W相；UMφ為該相母線的殘壓；UKφ為該相故障點(diǎn)的電壓；Iφ為該相電流；I0為零序電流；Z1、Z0為故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處正序、零序阻抗；K為零序阻抗補(bǔ)償系數(shù)，K=(Z0-Z1)/(3×Z1)。

當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生單相金屬性短路時(shí)，UKφ=0，則故障相有：

UMφ=(Iφ+K×3×I0)×Z1

(2)

式(1)兩相進(jìn)行相減，得：

UMφφ=UKφφ+Iφφ×Z1

式中：φφ為UV、VW、WU相間；UMφφ為保護(hù)安裝處相間電壓；UKφφ為故障點(diǎn)的相間電壓；Iφφ為兩相電流差。

相間金屬性短路時(shí)，UKφφ=0，則兩故障相環(huán)路上有：

UMφφ=Iφφ×Z1

(3)

由式(2)、式(3)知，為正確測量故障點(diǎn)至安裝處的阻抗(距離)，接地阻抗所接電壓、電流分別為：UMφ和(Iφ+K×3×I0)，要特別注意電流量中的K×3×I0；相間阻抗所接電壓、電流分別為：UMφφ和Iφφ。

對于采用電阻、電抗定值的，需注意到零序補(bǔ)償系數(shù)等參量間的關(guān)系。

K=(Z0-Z1)/(3×Z1)

=((R0+jX0)-(R1+jX1))/(3×Z1)

=((R0-R1)+j(X0-X1)/(3×Z1)

=(Kr×3×R1+jKx×3×X1)/(3×Z1)

=(Kr×R1+jKx×X1)/Z1

(4)

式中：R1、R0為正序、零序電阻；X1、X0為正序、零序電抗；Kr為零序電阻補(bǔ)償系數(shù)，Kr=(R0-R1)/(3×R1)；Kx為零序電抗補(bǔ)償系數(shù)，Kx=(X0-X1)/(3×X1)。

將式(4)代入式(2)化簡整理后得：

UMφ=(Iφ+Kr×3I0)×R1+j(Iφ+Kx×3I0)×X1

(5)

在實(shí)際應(yīng)用中，如果正序阻抗角與零序阻抗角非常接近，可近似認(rèn)為零序阻抗角等于正序阻抗角，即X0/R0=X1/R1，此時(shí)K成為一實(shí)數(shù)，將A式(4)整理可得到K、Kr、Kx之間關(guān)系如下：

(6)

2接地阻抗的檢驗(yàn)

接地阻抗可用單相接地故障進(jìn)行檢驗(yàn)。單相接地故障時(shí)，有Iφ=3×I0，式(2)、式(5)分別變?yōu)椋?/p>

UMφ=(1+K)×Iφ×Z1

(7)

UMφ=((1+Kr)×R1+j(1+Kx)×X1)×Iφ

(8)

2.1圓特性的阻抗保護(hù)檢驗(yàn)

2.1.1自動(dòng)測試

測試儀根據(jù)用戶提供的電流大小、相位、阻抗、K值計(jì)算出母線的殘壓來進(jìn)行阻抗保護(hù)檢驗(yàn)。

選擇阻抗定值校驗(yàn)，其中故障類型為單相接地，短路電流Iφ可取額定電流，整定阻抗為接地距離整定定值，阻抗角為線路正序靈敏角，整定倍數(shù)為整定阻抗的倍數(shù)。試驗(yàn)參數(shù)中若故障觸發(fā)方式為時(shí)間控制時(shí)，故障前時(shí)間應(yīng)確保電壓斷線恢復(fù)，故障時(shí)間應(yīng)稍大于該段距離保護(hù)的延時(shí)。

特別注意的關(guān)鍵參量是系統(tǒng)參數(shù)中的零序補(bǔ)償系數(shù)，應(yīng)選擇幅值/相角的表達(dá)方式，即各公式中的K，其幅值按定值單中給出的數(shù)值，相角是指K的角度，因?yàn)檎蜃杩菇桥c零序阻抗角非常接近，角度相差很小，K值的相角可近似取零度?，F(xiàn)場多次發(fā)現(xiàn)因?yàn)椴焕斫馄浜x，將該相角取為線路正序或零序靈敏角，造成母線電壓計(jì)算出錯(cuò)，最終導(dǎo)致阻抗定值校驗(yàn)出錯(cuò)。

例如接地整定阻抗為4∠80° Ω,額定電流為1 A，線路正序靈敏角為80°,零序補(bǔ)償系數(shù)為0.67∠0°。以U相接地為例，按0.95倍整定阻抗計(jì)算，模擬U相故障，測試儀自動(dòng)算出母線殘壓UU為6.346 V。當(dāng)零序補(bǔ)償系數(shù)取0.67∠80°時(shí)，測試儀按0.95倍母線殘壓計(jì)算，UU=0.95×(1+K)×Iφ×Z1=0.95×(1+0.67∠80°)×1×4=4.928 V，而實(shí)際應(yīng)為6.346 V，造成測量阻抗為4.928/((1+0.67∠0°)×1)=2.95 Ω，與實(shí)際應(yīng)檢驗(yàn)的0.95倍整定阻抗3.8 Ω相差甚遠(yuǎn)。由于計(jì)算殘壓時(shí)測試儀按用戶給定的K值0.67∠80°計(jì)算，而阻抗測量是保護(hù)裝置計(jì)算的，保護(hù)裝置按0.67∠0°計(jì)算，造成測量阻抗明顯偏小。在進(jìn)行欠量動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)也許還不會(huì)注意到，但在進(jìn)行過量不動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，看起來保護(hù)超范圍不正確動(dòng)作，實(shí)則是測試儀設(shè)定的K值相角錯(cuò)誤。

2.1.2手動(dòng)測試

手動(dòng)測試時(shí)，需設(shè)置母線殘壓、短路電流及相位。至少需設(shè)置2個(gè)狀態(tài)，第1個(gè)狀態(tài)為正常狀態(tài)(故障前狀態(tài))，電壓取三相對稱正序；第2個(gè)狀態(tài)為故障狀態(tài)，短路電流Iφ可取額定電流，母線殘壓通過式(7)計(jì)算，故障時(shí)間應(yīng)稍大于該段阻抗保護(hù)的延時(shí)。

仍如上例，U相故障時(shí)母線殘壓UU=0.95×(1+0.67)×1×4=6.346，IU落后UU的角度為線路正序阻抗角。所以：

第1個(gè)狀態(tài)：電壓量UU=57.7∠0°,UV=57.7∠-120°,UW=57.7∠120°；電流為0。

第2個(gè)狀態(tài)：電壓量UU=6.346∠0°,UV=57.7∠-120°,UW=57.7∠120°；電流量IU=1∠-80°,IV、IW為0。

裝置應(yīng)正確動(dòng)作。

2.2多邊形特性的阻抗保護(hù)檢驗(yàn)

2.2.1自動(dòng)測試

注意到保護(hù)裝置需要的是Kr、Kx，因此測試菜單中選擇零序補(bǔ)償系數(shù)的表達(dá)方式為電阻、電抗方式，按定值單給定Kr、Kx即可。檢驗(yàn)接地電阻定值時(shí)，可取X1=0或阻抗角0°；檢驗(yàn)接地電抗定值時(shí)，可取R1=0或阻抗角90°；檢驗(yàn)接地阻抗定值時(shí)，阻抗角取線路正序阻抗角。否則，要注意到在不同阻抗角時(shí)，定值邊界值是不同的，需根據(jù)多邊形的具體特性進(jìn)行定值折算。

其他檢驗(yàn)問題與圓特性的阻抗保護(hù)檢驗(yàn)類似。2.2.2手動(dòng)測試

方法1：采用測試儀手動(dòng)菜單時(shí)，根據(jù)式(8)計(jì)算出故障后母線殘壓。

仍如上例，給定Kr=1、Kx=0.67，Z1=4∠80° Ω；折算Z1=4×cos80°+j4×sin80°=0.6946+j3.939。按0.95倍整定阻抗計(jì)算，這時(shí)故障后UU=0.95×((1+1)×4×cos80°+j(1+0.67)×4×sin80°)×1∠ψ=6.387∠78°×1∠ψ，這里的ψ為電流落后電壓的角度。因此第2個(gè)狀態(tài)參量中，如以UU為基準(zhǔn)設(shè)置，UU=6.387∠0°，IU=1∠-78°。其他同上。

方法2：利用K、Kr、Kx之間關(guān)系式(6)可以求出K，K=0.68

按0.95倍整定阻抗計(jì)算，利用式(7)求出故障后UU=0.95×(1+0.68)×1×4=6.384，所以第2個(gè)狀態(tài)為UU=6.384∠0°(以UU為基準(zhǔn))，IU=1∠-80°。可見，方法1和方法2得到的結(jié)果基本相同，存在的微誤差是由于正序阻抗角與零序阻抗角并不完全相同帶來的，因此在應(yīng)用式(6)時(shí)引入了角度和幅值差。正序阻抗角與零序阻抗角完全相同時(shí)，Kr=Kx，易推得方法1、方法2是完全等同的。

3相間阻抗的檢驗(yàn)

相間阻抗保護(hù)可用兩相故障進(jìn)行檢驗(yàn)。這時(shí)Iφφ=2×Iφ，式(3)可變?yōu)?/p>

UMφφ=2×Iφ×Z1

(9)

從式(9)已知，相間故障母線殘壓計(jì)算與K、Kr、Kx無關(guān)，但式(9)計(jì)算出的是母線相間電壓UMφφ，而不是母線相電壓Uφ。自動(dòng)測試時(shí)，可由測試儀計(jì)算Uφ，但手動(dòng)測試時(shí)仍要由用戶計(jì)算出故障時(shí)的母線殘壓，這是問題的關(guān)鍵。

下面以VW兩相故障為例進(jìn)行說明。由故障分析知識(shí)，當(dāng)VW兩相故障時(shí)，可畫出故障電壓、故障電流相量圖，如圖1所示。

圖1　故障電壓和故障電流的相量示意

ON=0.5×UU；

δ=arctan(0.5UVW/0.5UU)。

UU取正常電壓57.7 V，可計(jì)算出UV、UW、δ等。ψL為線路正序阻抗角，IV落后UVWψ角，進(jìn)而可求得各相量的角度。

例子同上，只是模擬VW兩相短路，IV=-IW，按0.95倍整定阻抗計(jì)算，仍以UU為基準(zhǔn)，則：

UVW=0.95×IVW×Z1=0.95×2×IV×Z1=0.95×2×1×4=7.6

δ=arctan(0.5×7.6/0.5×57.7)=7.5°

以UU為基準(zhǔn)，由圖1可求出故障后UV、UW、IV、IW的角度。

ψUV=-(180°-7.5°)=-172.5°

ψUW=(180°-7.5°)=172.5°

ψIV=-(90°+80°)=-170°

ψW=180°+ψIV=10°

所以第2個(gè)狀態(tài)：

電壓量UU=57.7∠0°,UV=29.1∠-172.5°,UW=29.1∠172.5°；

電流量IU=0∠0°,IV=1∠-170°，IW=1∠10°

裝置應(yīng)正確動(dòng)作。

4結(jié)論

以上就阻抗保護(hù)檢驗(yàn)中的部分問題進(jìn)行了分析，提出了檢驗(yàn)注意事項(xiàng)。希望注意到零序補(bǔ)償系數(shù)的不同表達(dá)方式，注意其幅值和角度的設(shè)置，注意到多邊形特性與圓特性的不同，注意到相間故障時(shí)母線電壓的計(jì)算。阻抗保護(hù)檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)0.95倍靈敏動(dòng)作，1.05倍可靠不動(dòng)，0.7倍測量保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，還應(yīng)做反方向故障驗(yàn)證其方向性。特定項(xiàng)目時(shí)，還需檢驗(yàn)其頻率特性、振蕩特性等諸多性能。深刻理解阻抗保護(hù)的原理，無論其特性如何變化，總能找到合適的檢驗(yàn)手段進(jìn)行試驗(yàn)，這是檢驗(yàn)工作中最需要注意的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓笑，趙景峰，邢素娟. 電網(wǎng)微機(jī)保護(hù)測試技術(shù)[M]. 北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]DL/T 995-2006，繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程[S].

本文責(zé)任編輯：齊勝濤

Announcements During Impedance Protection Test

Gao Yanping1,Chang Fengran2

(1.State Grid Hebei Electric Power Training Center,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Cooperation,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:On the importance of impedance protection setting test in the maintenance work,starting from the basic principle of impedance protection test,some common problems are put forward.In the test of the grounding impedance,paying special attention to the zero sequence compensating coefficient expression,its phase angle is not positive sequence or zero sequence impedance Angle.In the test of the phase-phase fault,amplitude and Angle of voltage and current should be calculated according to vector diagram,etc.These provide reference for grassroots relay protection workers.

Key words:impedance protection;test;compensation coefficient;fault

收稿日期：2016-02-11

作者簡介：高艷萍(1966-)，女，高級(jí)講師，主要從事繼電保護(hù)培訓(xùn)工作。

中圖分類號(hào)：TM774

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-9898(2016)03-0007-04