過渡電阻對雙側(cè)電源供電系統(tǒng)保護(hù)的影響

引言

距離保護(hù)是通過比較測量阻抗與整定阻抗的大小關(guān)系來進(jìn)行保護(hù)動作,從而快速切除故障。當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓超過35kV時,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)故障情況下通過計算得到的測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,就會對測量阻抗值的大小有一定的影響,從而影響保護(hù)模塊對保護(hù)動作的判斷,即會對距離保護(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的測量阻抗為:

其中

對a的取值分析如下:當(dāng)a<0時,Z01及Z03的電抗值部分減小:當(dāng)a>0時,Z01及Z03的電抗值部分增大。當(dāng)過渡電阻達(dá)到一定值時,會影響保護(hù)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(hù)動作,測量阻抗偏離動作區(qū)時保護(hù)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(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,保護(hù)3的各段均能正確動作。

(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中各相的相對地阻抗已經(jīng)處于保護(hù)3距離保護(hù)Ⅰ段的非動作區(qū),但仍處在保護(hù)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(hù)3距離保護(hù)Ⅰ段的非動作區(qū),但仍處于保護(hù)Ⅱ、Ⅲ段的動作區(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,保護(hù)3的1段不能夠正確動作。

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,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],此時過渡電阻為18Q,保護(hù)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(dāng)用四邊形動作特性來代替阻抗圓動作特性且Rg=18Q時,相對地阻抗與相間阻抗均在保護(hù)動作的范圍內(nèi)。

2.3改進(jìn)多邊形動作特性下仿真驗證

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,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(hù)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(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,以此來適應(yīng)不同的過渡電阻值。當(dāng)過渡電阻為28Q時,圖8中相對地阻抗值在改進(jìn)多邊形動作區(qū)之內(nèi),圖9中相間阻抗值也在改進(jìn)多邊形動作區(qū)之內(nèi),即此時改進(jìn)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)動作范圍內(nèi)發(fā)生故障,當(dāng)過渡電阻增加到18Ω時,保護(hù)測量阻抗偏離阻抗1段動作區(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28Ω時,保護(hù)都處在四邊形保護(hù)動作特性的動作區(qū)域內(nèi),保護(hù)的抗過渡電阻能力得到一定的提升。通過仿真驗證可知,改進(jìn)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(jìn)一步提升,并能夠適應(yīng)不同的過渡電阻值。