一种距离Ⅲ段保护特性研究与整定计算新方法

作者：郑晓敏   

      对线路距离保护作为主变后备保护进行了研究，但忽略了距离保护需兼顾躲负荷的

需要，对线路距离保护躲负荷能力进行了研究．但研究深度不足，不能有效指导实际工

作。本文针对圆特性、多边形特性及圆、四边形组合特性构成的相间距离Ⅲ段保护在作为变压器远后备和躲负荷能力方面进行了详细的研究，以求对整定计算实际工作提供依据和指导。

1  距离Ⅲ段保护远后备能力分析

    《浙江电网10～110 kV系统继电保护技术应用规范》对相间距离Ⅲ段明确规定：按可靠躲过本线路的可能出现的最大负荷整定；定值与相邻元件保护配合整定（与相邻变压器高后备可按照时间上配合整定，不考虑保护范围上的配合）；对相邻线路及变压器末端相间故障的灵敏系数应力争不小于1.2。

1.1  YND11型变压器三角形侧短路时星型侧测量阻抗分析

    图1中YND11型变压器三角形侧AB相短路时，M处3个相间阻抗继电器的测量阻抗为

式中：ZM.AB、ZM.BC、ZM.CA分别为在M处AB、BC、CA相间阻抗继电器的测量阻抗：Zr为变压器归算到保护安装侧的正序阻抗；ZL为线路MN的正序阻抗；Z1∑为Zr、ZL、ZS之和，其中ZS为保护安装处到电源的系统阻抗。

    由式(1)～(3)可以看出，当YND11型变压器三角形侧发生两相短路时，星型侧M处3个柜间阻抗继电器的测量阻抗如图2所示，都不能准确反映短路故障点到保护安装处的正序阻抗Zr+ZL,其测量阻抗不仅与线路和变压器阻抗有关，还与系统电源阻抗有关，因此在整定计算中要引起重视，当相间距离Ⅲ段保护作为主变远后备时．整定阻抗不能简单地取线路阻抗与变压器阻抗之和。

1.2  圆特性阻抗继电器整定计算

    圆特性相问距离测量阻抗如图3所示。图3巾圆特性1（实线圆）是按照变压器低压侧三相短路故障灵敏度为1绘制的整定阻抗．当相间距离Ⅲ段保护作为变压器低压侧两相短路故障的远后备时，需将整定阻抗变为圆特性2（虚线圆），才能刚好启动。

    作为变压器低压侧相间短路故障远后备的圆特性2的整定阻抗为

式中：Zzcl为阻抗继电器的保护动作整定值；Zs为保护安装处到电源的系统阻抗；kk为可靠系数（规程规定kk不小于1.2．可取1.2）。

    若电源侧为大系统，ZS＜＜ZI+ZL时将Zs忽略，则

    相间距离Ⅲ段保护作为变压器低压侧两相短路故障的远后备灵敏度满足不小于1.2的要求．在整定计算中如果整定阻抗简单地取线路阻抗与变压器阻抗之和ZT+ZL，则灵敏系数kk要求不小于1.6。

    若电源侧为小系统，Zs与ZT+ZL可比时，此时应按照实际情况根据式(4)进行计算。

1.3  多边形特性阻抗继电器整定计算研究

    多边形特性相间距离测量阻抗如图4所示。图4中多边形特性1 （实线）是按照变压器低压侧三相短路故障灵敏度为1绘制的整定阻抗，当相间距离Ⅲ段保护作为变压器低压侧两相短路故障的远后备时．需将整定阻抗变为多边形特性2(虚线)，才能刚好启动。

    作为变压器低压侧相间短路故障远后备的多边形特性2的整定阻抗为

式中：θ1为多边形特性阻抗继电器躲过渡电阻角：o，为多边形特性阻抗继电器躲最大负荷角。01一般为7。左右，即tan 01= 1/8。

若电源侧为大系统，Xsθ＜<XT+X1+XL时将xs忽略，则

    相间距离Ⅲ段保护作为变压器低压侧两相短路故障的远后备灵敏度满足不小于1.2的要求．在整定计算中如果整定阻抗简单地取线路阻抗与变压器电抗之和X1+XL，则灵敏系数kk要求不小于1.3。

    若电源侧为小系统，Xs与XT+XL可比时，此时应按照实际情况根据式(6)进行计算。

1.4圆、四边形组合特性阻抗继电器整定计算

    RCS-941型线路保护装置的Ⅲ段距离继电器采用圆阻抗继电器和四边形阻抗继电器相“或”构成，圆、四边形组合特性相间距离测量阻抗如图5所示一图5中Zrer是按照变压器低压侧三相短路故障灵敏度为1绘制的整定阻抗。

    当Ⅲ段圆阻抗继电器不能同时满足躲负荷和灵敏度的要求时，网阻抗定值按躲系统正常运行最大负荷电流定值整定，四边形阻抗定值按变压器低压侧故障有灵敏度来整定，由四边形阻抗继电器作为变压器低压侧故障的远后备。

若电源侧为大系统，Zθ＜<ZT+ZL时将Zs忽略，则

因为所以，ZBc（同理ZCA）必定不在圆、四边形组合特性动作区

内．当变压器低压侧相间故障时，相间阻抗继电器均不会动作。

    由式(5)、式(7)、式(8)对比可知，多边形特性阻抗继电器相间距离Ⅲ段保护作为变压器低压侧两相短路故障的远后备时灵敏度要优于网特性阻抗继电器，而圆、四边形组合特性阻抗继电器相间距离Ⅲ段保护不能作为变压器低压侧两相短路故障的远后备。

2距离Ⅲ段保护躲负荷能力分析

    《浙江电网10～110 kV系统继电保护技术应用规范》对相间距离Ⅲ段躲负荷能力规定：按可靠躲过本线路的可能出现的最大负荷整定。

2.1  负荷阻抗特性分析

式中：R为阻抗的电阻分量：X为阻抗的电抗分量：U为电压；p为有功功率。

    由式(9)可知负荷阻抗特性为在R-X平面上一个以（U2/2P，O）为圆心，以U2/2P为半径的圆，一般在某一电压等级下U为确定值，此时负荷特性圆随P的变化而变化，如图6所示。

2.2  圆特性阻抗继电器躲负荷能力分析

    圆特性阻抗继电器躲负荷能力如图7所示，图7中圆1为阻抗继电器特性圆：圆2为负荷阻抗特性圆。最大负荷下的最小阻抗Zfh为

式中：θfh为圆特性阻抗继电器负荷阻抗角。

式中：Zk为在负荷阻抗角θfh下的动作阻抗；θtm为阻抗继电器最大灵敏角。

    圆特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数为

式中：K为距离保护动作特性躲负荷可靠系数。

2.3  多边形特性阻抗继电器躲负荷能力分析

    多边形特性阻抗继电器躲负荷能力如图8所示．图中多边形为阻抗继电器特性，圆为负荷阻抗特性圆。

    图8巾负荷阻抗特性和多边形特性阻抗继电器可能出现2种情况。

    对于图8 a）的情况1，当Rzitanθ2/( tanθ2-tanθfh)≥Xzd／（tanθ1+tanθfh）时，多边形特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数为

对于图8 b)的情况2，当Rzdtan θ2/(tan θ2-tanθfh) <Xzd/θ1(tan θ1+tanθfh）时，多边形特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数：

式中：Rzd为整定阻抗的电阻分量；xzd为整定阻抗的电抗分量。

2.4  圆、四边形组合特性阻抗继电器躲负荷能力分析

    网、四边形组合特性阻抗继电器躲负荷能力如图9所示。

    图9中负荷阻抗特性和网、四边形组合特性阻抗继电器可能出现3种情况。

    对于图9a）的情况l，当0≤θfh<θlm-45°时，动作阻抗Zk落在弧OA段，圆、四边形组合特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数为

    对于图9 b）的情况2，当θlm-45°≤θfh≤θlm -arctanZzd／（2Zrec）时，动作阻抗Zk落在直线AB段，网、四边形组合特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数为

    对于图9 c）的情况3，当θm-arctanZ／（2Zrce）≤θfh<θlm时，动作阻抗Zk落在直线BC段，圆、四边形组合特性阻抗继电器构成的距离保护动作特性躲负荷可靠系数为

由上述可得圆特性、多边形特性、圆、四边形组合特性阻抗继电器构成的距离保护躲负荷能力情况，如表1所示。

3结语

当110 kV线路电源侧距离保护作为YND11型变压器中低压侧故障远后备时，整定阻抗不能简单地取线路阻抗与变压器阻抗之和，针对3类特性阻抗继电器分析得出，多边形特性阻抗继电器灵敏度要优于圆特性阻抗继电器，而圆、四边形组合特性阻抗继电器不能作为变压器低压侧两相短路故障的远后备。并总结出圆特性、多边形特性及圆、四边形组合特性构成的相间距离Ⅲ段保护在负荷阻抗角不同的情况下，计算躲负荷可靠系数的方法，本方法应用于某公司及所辖各县市公司的整定计算工作，使计算距离保护动作特性躲负荷可靠系数变得简单，取得了良好效果。

4摘要：当110 kV线路电源侧距离保护作为YND11型变压器低压侧故障远后备时，整定阻抗不能简单地取线路阻抗与变压器阻抗之和，针对圆特性、多边形特性及圆、四边形组合特性构成的相间距离Ⅲ段保护在作为变压器远后备和躲负荷能力方面进行了深入研究，并总结出各特性构成的相间距离Ⅲ段保护在负荷阻抗角不同的情况下，计算躲负荷可靠系数的方法，该方法应用于实际工作，使计算距离保护动作特性躲负荷可靠系数变得简单，取得了良好的效果。