過渡電阻對(duì)雙側(cè)電源供電系統(tǒng)保護(hù)的影響

引言

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

供電網(wǎng)絡(luò)故障情況下通過計(jì)算得到的測(cè)量阻抗反映的是故障處到保護(hù)裝置處的距離,當(dāng)故障處的過渡電阻不能忽略或較大時(shí),就會(huì)對(duì)測(cè)量阻抗值的大小有一定的影響,從而影響保護(hù)模塊對(duì)保護(hù)動(dòng)作的判斷,即會(huì)對(duì)距離保護(hù)的保護(hù)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(cè)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E1=110kV,右側(cè)電源E2=115.5kV,線路L1=L2=120k0。單位長度線路的正序電抗為0.mQ/k0。在PSCAD中對(duì)距離保護(hù)I段和Ⅱ段采用帶有方向性的方向阻抗繼電器:距離保護(hù)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(diǎn)處發(fā)生短路故障,此時(shí)過渡電阻為Rg。其中電源E1提供的短路電流為Ik1,電源E2提供的短路電流為Ik2。短路電流Ik=Ik1+Ik2。

則A、B母線處的電壓為:

距離保護(hù)1和3的測(cè)量阻抗為:

其中

對(duì)a的取值分析如下:當(dāng)a<0時(shí),Z01及Z03的電抗值部分減小:當(dāng)a>0時(shí),Z01及Z03的電抗值部分增大。當(dāng)過渡電阻達(dá)到一定值時(shí),會(huì)影響保護(hù)的正常動(dòng)作。

2仿真驗(yàn)證

2.1阻抗圓動(dòng)作特性下仿真驗(yàn)證

(1)在PSCAD中將故障過渡電阻Rg設(shè)定為0.01Q,在線路L2的中點(diǎn)處模擬a、b、c三相故障情況,得到的線對(duì)地阻抗與三段距離保護(hù)各段保護(hù)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(hù)各段保護(hù)阻抗圓之間的關(guān)系如圖3所示。

方向阻抗繼電器的非動(dòng)作區(qū)在圓外,其余為動(dòng)作區(qū)。由方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性可知,測(cè)量阻抗位于動(dòng)作區(qū)時(shí)保護(hù)動(dòng)作,測(cè)量阻抗偏離動(dòng)作區(qū)時(shí)保護(hù)不發(fā)生動(dòng)作。圖2中各相的相對(duì)地阻抗、圖3中相間阻抗的測(cè)量值均位于距離保護(hù)I、Ⅱ、I段的阻抗圓內(nèi),即當(dāng)在線路L2中點(diǎn)處發(fā)生三相故障且過渡電阻為0.01Q時(shí),保護(hù)3的各段均能正確動(dòng)作。

(2)在PSCAD中將故障過渡電阻Rg設(shè)定為18Q,同樣在線路L2的中點(diǎn)處模擬a、b、c三相故障情況,得到的線對(duì)地阻抗與三段距離保護(hù)各段保護(hù)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(hù)各段保護(hù)阻抗圓之間的關(guān)系如圖5所示。

圖4中各相的相對(duì)地阻抗已經(jīng)處于保護(hù)3距離保護(hù)Ⅰ段的非動(dòng)作區(qū),但仍處在保護(hù)Ⅱ、Ⅲ段的動(dòng)作區(qū)內(nèi);圖5中相間阻抗的測(cè)量值也都已經(jīng)發(fā)生偏移,處在保護(hù)3距離保護(hù)Ⅰ段的非動(dòng)作區(qū),但仍處于保護(hù)Ⅱ、Ⅲ段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)。即當(dāng)在線路L2中點(diǎn)處發(fā)生三相故障且過渡電阻為18Q時(shí),保護(hù)3的1段不能夠正確動(dòng)作。

在距離保護(hù)1段的保護(hù)范圍內(nèi),當(dāng)設(shè)定的過渡電阻達(dá)到18Q時(shí),距離保護(hù)1段不能正確切除保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障。一般來說,110kV雙側(cè)電源供電系統(tǒng)的最大過渡電阻為30~40Q[2],此時(shí)過渡電阻為18Q,保護(hù)不能正確動(dòng)作,顯然抗過渡電阻能力較差。

2.2阻抗四邊形動(dòng)作特性下仿真驗(yàn)證

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

由圖6和圖7可知,當(dāng)用四邊形動(dòng)作特性來代替阻抗圓動(dòng)作特性且Rg=18Q時(shí),相對(duì)地阻抗與相間阻抗均在保護(hù)動(dòng)作的范圍內(nèi)。

2.3改進(jìn)多邊形動(dòng)作特性下仿真驗(yàn)證

在PsCAD中將故障過渡電阻Rg設(shè)定為28Q,同樣在線路L2的中點(diǎn)處模擬a、b、c三相故障情況,得到的線對(duì)地阻抗與三段距離保護(hù)各段保護(hù)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(hù)各段保護(hù)阻抗圓之間的關(guān)系如圖9所示。

當(dāng)過渡電阻設(shè)定值達(dá)到28Q時(shí),由圖8可知,各相的相對(duì)地阻抗已經(jīng)處于阻抗圓動(dòng)作特性和阻抗四邊形動(dòng)作特性的非動(dòng)作區(qū):由圖9可知,相間阻抗的測(cè)量值也都發(fā)生了偏移,處在阻抗圓動(dòng)作特性和阻抗四邊形動(dòng)作特性的非動(dòng)作區(qū)。此時(shí)阻抗圓和阻抗四邊形兩種特性下保護(hù)均不能正確動(dòng)作。

圖中的多邊形動(dòng)作特性是在四邊形動(dòng)作特性基礎(chǔ)上做出改進(jìn)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(dú)立移動(dòng),以此來適應(yīng)不同的過渡電阻值。當(dāng)過渡電阻為28Q時(shí),圖8中相對(duì)地阻抗值在改進(jìn)多邊形動(dòng)作區(qū)之內(nèi),圖9中相間阻抗值也在改進(jìn)多邊形動(dòng)作區(qū)之內(nèi),即此時(shí)改進(jìn)多邊形動(dòng)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(jí)為llokv的雙側(cè)電源供電系統(tǒng)中,若在距離保護(hù)I段的保護(hù)動(dòng)作范圍內(nèi)發(fā)生故障,當(dāng)過渡電阻增加到18Ω時(shí),保護(hù)測(cè)量阻抗偏離阻抗1段動(dòng)作區(qū)域,即保護(hù)范圍減小,阻抗圓保護(hù)特性抗過渡電阻能力較差。通過仿真驗(yàn)證可知,采用阻抗四邊形動(dòng)作特性來代替阻抗圓動(dòng)作特性,過渡電阻小于28Ω時(shí),保護(hù)都處在四邊形保護(hù)動(dòng)作特性的動(dòng)作區(qū)域內(nèi),保護(hù)的抗過渡電阻能力得到一定的提升。通過仿真驗(yàn)證可知,改進(jìn)多邊形動(dòng)作特性的抗過渡電阻能力較四邊形動(dòng)作特性的抗過渡電阻能力進(jìn)一步提升,并能夠適應(yīng)不同的過渡電阻值。