（电力系统及其自动化专业论文）接地距离保护零序补偿系数整定软件的研究与开发.pdf

r e a c t m l c ec o m p o n e n t 唧黜t i o nc o e 伍c i e n t m a dt h er e l a t i o n s h i pb f t w f e l lm e a s t w c m e n tr e s i s t a n c e a n dr e s i s t a n c ec o m p o n e n t c o m p e n s a t i o nc o e f f i c i e n ti n1 6k i n d so f d i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e as e to fs o f t w a r ef o rs e t t i n gz e r o - s e q u e n c ec o m p e n s a t i o nc o e f f i c i e n tf o rg r o u n d - f a u l td i s t a n c e p r o t e c t i o ni sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e di ni h i sp a p h - t h er e q u i r e m ti sa m l y z e da n dd e s c r i b e di n d e t a i l sw i l ht h es o f t w a r ee n g i n e e 6 n gm e t h o d o l o g y t h ep a p e ra l s oi n t r o d u c e dt h ei c e y 向删a n d u s e gi n t e r f a c eo f t h es o t 呐v a r ea - w e l l k e yw o r d s ：d i s t a n c ep r o t e c t i o n , z e r o - s e q u e n c ec o m p e n s a t i o nc o e f f i c i e n t , 8 0 舳a ee n g h m e r i n g , s e t t i n gs o t 栅a r e 独创性声明 本人声明所星交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名： c ，坞鸟笼 时问：纱口7 年二月f 9 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有权保留送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 时间：7 1 7 年占月l t , 碓l 时间： f 年6 月仞日 哆 毳弧 易 一撂 撇紫 ： z 第一章绪论 1 1 接地距离保护零序补偿系数整定软件研究的意义 电力系统继电保护的整定结果关系到电力系统运行的安全性继电保护装置是电力系统最重 要的二次设备之一，其可靠性动作对电力系统的安全稳定运行起着重要的作用。正确的保护定值 是防止事故发生和扩大的基础，在电力生产运行工作和电力工程设计中，继电保护整定计算是一 项必不可少的内容 t 1 0 1 随着电力系统网络规模的不断扩大，继电保护整定值的计算与保护配合的工作量越来越高 继电保护整定计算是一项十分复杂的技术工作，因系统存在出线多、平行线路存在零序互感等特 点，随着电网规模的迅速发展，继电保护日常管理工作日益复杂如系统运行方式改变、设备检 修，新设备的投入运行等都会引起保护配置和定值的相应改变；同时运行管理人员经常要进行大 量的定值查询、系统整定、数据计算等工作为保证保护正确动作需考虑各种运行条件下的故障 电流分布，保护配合情况，这些都仅靠人力完成是困难的，容易出现差错和漏洞，影响电力系统 的安全运行而用先进的计算机技术与可靠的软件系统相结合，可使继电保护整定计算更加快速 准确，并能进行大量的数据分析处理，为系统故障情况下进行事故分析提供依据。故开发整定计 算软件并将之全面应用于电力系统继电保护整定计算及数据、图形与文档管理已显得尤为迫切和 重要 接地距离保护在电力系统中应用广泛由于线路走廊的限制，双回共塔平行架设情况十分普 遍。平行线必然存在互感，由于互感线路之间是零序相关的，在一组有互感耦合的线路中，一回 线路的零序电流的大小和方向必将对另一回线路有一定影响如果这些线路配有接地距离保护， 在不采取措施的情况下，将使其测量阻抗偏离实际阻抗为了使测量阻抗正确反应实际阻抗，可 以适当选择零序补偿系数求得解决由于有零序互感，不同的运行方式下和不同地点发生接地短 路时，接地距离保护的零序电流补偿系数是不同的口j 。在保护装置中，若采用一个固定不变的k 值， 当运行方式改变时，保护范围将是变化的从继电保护的选择性要求来看，任何情况一f 均不希望 保护范围伸长，以免失去选择性造成越级跳闸；但对担任选相任务的接地距离元件，在保证正确 选相的前提f ，则考虑保护范围适当伸长。总之，如何选取整定的七值，应根据具体情况利要求 并经分析后决定。 本课题研究开发的这一整定计算软件主要是针对接地距离保护中零序补偿系数的整定。该软 件通过对几种运行方式下零序补偿系数、测量阻抗以及测量阻抗与线路阻抗比值的计算，为零序 补偿系数的整定提供依据；并能对拟采用的整定值进行校验，以验证正确性，确保整定的可靠性。 把整定人员从复杂繁琐的日常计算工作中解放出来，从而提高了继电保护的运行管理水平，确保 保护整定值的准确性，对电力系统安全稳定运行，具有十分重要的技术经济价值和现实意义 1 2 接地距离保护零序补偿系数的研究现状 在中性点直接接地系统中，当线路上发生接地短路时，故障相的电压与电流之比将大于其线 路正序相阻抗值，也就是母线上故障相电压值不等于故障相电流与其正序相阻抗的乘积。为使接 地距离保护正确的反应正序阻抗值，接地距离保护引入零序电流补偿系数进行修正 i i - i - f 1 受整定工具的限制，以前的接地距离保护整定方法采用了一些措施简化整定计算，降低了保 护灵敏度。随着计算机技术的发展，目前针对零序互感线路中接地距离保护的整定问题，研究人 员提出了多种改进算法 文献 i l l 、【1 2 提出多零序互感补偿系数的整定方法文献f l i 】中分析推导了双回双端共端线 路在母线处及线路中间发生接地故障时的零序补偿系数，双回线中一回挂地检修时母线处和线路 中间发生接地故障的零序补偿系数。具体算法如下： 双回双端共端线路母线处发生接地故障时的零序补偿系数为： k = 3 z 廿i ， 式中：z 廿i o ) 、z 上i i ，；分别为1 回线路的零序、正序阻抗； z 0 ：l 、回线路闻的零序互感耦合阻抗； 2 r 肌i o ) ：i i 回线路的零序阻抗 双回双端共端线路，线路中间发生接地故障时的零序补偿系数为： k = 3 z a ( i ) 式中：厶( o ) 、l o ：分别是i i 回，l 网线的零序电流- 双回线中一回挂地检修时母线处发生接地故障的零序补偿系数为： k = 3 z u ( 1 ， 双回线中一回挂地检修时线路中间发生接地故障的零序补偿系数为： k = 3 乙( j ) ( 1 - 2 ) ( 1 3 ) ( 1 - 4 ) 式中：，：为保护安装处到故障位置的距离占整条线路长度的比值； ，l 。，。：分别为i 回线两端母线流向故障点的零序电流。 文献 i l l “1 2 1 在进行实例计算时阻抗值没有使用复数，而是用模值进行计算由于保护装置 中零序补偿系数由电抗分量补偿系数和电阻分量补偿系数分别进行整定，按文献【l l 】、( 1 2 】中的算 法进行计算，将给微机保护装置中的整定带来困难。而且式( 1 2 ) 与式( 1 4 ) 中还出现了零序 电流，这也给零序补偿系数的计算带来一定的困难 文献【1 3 】、【1 4 分析了零序互感对保护整定计算的影响，推导了单回线路、双回线运行、共端 点双回线有互感其中一回挂地，共端点双回线有互感其中一回断开、不共端点有互感双回线、三 回及其以上线路间有互感情况下的零序补偿系数。指出在整定计算中若在有互感的线路上采用一 2 中国农业大学硕士论文第一章绪论 i i 量皇曼量一 个固定不变的k 值，则保护范围将是变化的当运行方式与k 取值方式不一致时，可能会使保 护性能变化 文献【1 3 】还提出了隐形助增系数整定法该法按下式整定： u s 磁赢 n 渤 式中：；保护安装处相电压；：保护安装处相电流； 厶t 保护安装处零序电流；k ：零序补偿系数： 置，：可靠系数 该法不用直接计算与相邻保护的零序助增系数，而用保护安装处的实际电压和相电流来反映 助增的大小，合理的选用零序补偿系数。助增的大小计算更准确 上述文献的讨论中，存在如下的缺陷： 首先，计算零序补偿系数所用的算法，没有考虑短路过渡电阻和分支电流的影响电力系统 故障大多是非金属性故障，过渡电阻的存在将影响测量阻抗的值：当距离保护安装地点与短路点 之间存在分支线路时，它们将影响短路电流的大小和分布。因而也必然影响测量阻抗的数值 此外，文献中提出的零序补偿系数的表达式用复数表示，而实例计算采朋模值，这将给微机 保护装置中零序补偿系数由电抗分量补偿系数和电阻分量补偿系数分别进行整定带来一定困难。 1 3 本课题的来源及主要工作 1 3 1 课题来源 本论文主要依据西门子公司的“接地距离保护零序补偿系数整定软件”项目来进行的。该项 目要求开发一套针对大电流接地系统单相接地故障零序补偿系数整定的软件，对多种运行方式下 不同整定值对保护范围的影响进行分析比较，为零序补偿系数的整定提供依据 1 3 2 课题主要工作 1 推导建立测量电阻与电阻分量零序补偿系数以及测量电抗与电抗分量零序补偿系数关系 的数学模型。 针对已有文献提出的零序补偿系数的算法存在的不足，依据双同线单相接地故障模型和单相 接地故障等效电路模型，推导建立了多种运行方式下测量电阻与电阻分量零序补偿系数关系的数 学模型以及测量电抗与电抗分量零序补偿系数关系的数学模型，并考虑短路点过渡电阻和分支线 路的影响，为整定软件的开发提供理论依据。 2 软件需求分析 用软件工程的方法进行需求分析，在需求分析过程中，使用了系统流程图、数据流图等直观 的描述工具，并对需求的细节进行了详细分析 3 整定软件的程序实现 基于w m d o w sx p 操作系统，采用a c c e s s 2 0 0 3 数据库，使用d e l p h i 7 0 开发“接地距离保护 零序补偿系数整定软件”。 3 中国农业大学硕十论文第一章绪论 4 用户界面的设计 软件用户界面友好，操作人员可以方便地选择运行方式、整定条件等。进行所要求的整定工 作 4 第二章距离保护的基本原理及影响其性能的主要因素 2 1 输电线路距离保护的基本原理 距离保护是输电线路的一种最基本的继电保护类型由于它的动作原理是反应保护安装点到 故障位置的阻抗值，因而等价于反应到故障点的距离，这种保护又叫阻抗保护距离保护的主要 元件为距离( 阻抗) 继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装点至故障位置的 阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗在一般情况下，发生短路之后，总伴随电流的增大，电 压的降低、线路始端测量阻抗的减少、以及电压和电流之间相位角的变化，当测量阻抗小于阻抗 继电器的整定阻抗值时，保护就会动作如图2 - 1 ( b ) 所示，其中l 为全阻抗继电器的动作特性， 2 为偏移特性阻抗继电器的动作特性，3 为方向阻抗继电器的动作特性。此外尚有动作为椭圆形、 四边形、直线形的阻抗继电器等“q ab c 肚 豚 l c 蕊一 二彳l i ， 圈2 - l 用复数平酉分析阻抗缝电嚣特性 “) 霸络接线 棱保护线路的量阻抗置动作特性 2 2 影响接地距离保护性能的主要因素 在大电流接地系统中。一点接地将产生很大的故障电流，这将危及电器设备的安全因此， 5 中国农业大学硕 ：论文第二章距离保护的摹本原理及影响其七牛能的主要因素 i i 装设了灵敏度较高的保护装置。这就是广泛应用的零序电流保护。随着我国现代化大电网的形成。 为了保证电网安全稳定运行，防止电网事故发生，必须保证保护在各种可能运行方式下的可靠性， 快速动作作为零序保护来讲。有可能在有些方式下短路电流很大而在另一些运行方式下短路 电流则很小，这样就有可能造成零序保护i 段保护范围很小，甚至没有保护范围，或者是段保 护灵敏度不够，很难满足系统对零序保护可靠快速动作的要求 按地距离保护反映含有零序电流分量的故障类型是利用相电压与相电流、零序补偿系数之 和的比值( z = 乡乙+ 芷3 ，o ) ) 来反映接地故障点至保护安装处的阻抗值它的优点是：受运 行方式影响小也就是说，优于一般零序保护因此，在大电流接地系统中得到了广泛的应用 但是如何正确选择零序补偿系数置值，正确反映接地故障点至保护安装处阻抗值是一个问题。对 于无互感线路，因为z n 和z i 都是己知数，k ( k = l o 一 么，) 值就比较容易确定；对于有 。 ) 厶l 互感的线路，求取x 值就不那么简单。由于零序自阻抗和零序互阻抗共同作用的结果，线路长度 与零序阻抗大小不成线性关系，也就是说，零序补偿系数足值在一条线上不是一个常数，随着短 路点位置而异实际运行中，只能根据运行方式，选择尽量少的置值，避免不必要的操作事故， 避免操作过程中因保护停用扩大事故。为此，要对可能运行方式下的零序补偿系数与测量阻抗的 关系进行详细分析，找出适合的值进行整定【l “ 此外，电力系统短路大都是非金属性的，短路点过渡电阻的存在，会影响测量阻抗的准确性 如果存在分支线路，它们将影响短路电流的大小和分布，因而也必然影响测量阻抗的数值。因此， 在整定计算时短路点过渡电阻和分支电流也是必须考虑的因素下面对上述提剑的影响接地距离 保护性能的主要因素进行分析。 2 2 1 平行双回线零序互感对接地距离保护的影响 在电力系统中，对重要用户的供电，常采用线路走廊平行、电气特征近似的同塔双回线供电。 这时，双回线之间存在零序互感，它们会影响距离保护的测量阻抗，从而对保护的性能造成影响 t s l 。 图2 - 2 给出了用于分析零序互感对距离保护性能影响的平行双回线接线图； ab 圈2 - 2 双回线一回发生教 如图2 - 2 所示，a 点为距离保护安装处，b 处发生接地故障，i 回接有接地距离保护。以i 回为例，根据图2 - 2 所示，a 点测量电压为： = i ，z 工i ( i ) + 1 1 2 ) z 上l ( 2 ，+ 0 ) 乙i o ，+ l ( o ) z 0 ( 2 1 ) 式中：玑：保护安装处母线相电压； 1 2 o ，：为流经回线路的零序电流。 6 z o ：i 、回线之问的零序互感耦合阻抗； 厶( o ，、2 ，、柳t 分别为i 回线的正序、负序、零序电流： z l l ，、z l t 2 ，、z l ，；分别为i 回线的正序、负序、零序阻抗 输电线路的正序和负序阻抗相等。故有： 无i i ，= z 1 1 2 ，( 2 - 2 ) 将( 2 - 2 ) 式代入( 2 1 ) 式并整理得： 2 ( ，i t 一，+ 五t ：，+ j ) 互琊，+ ? ( 互一t o ，一互t 一，) + 厶棚z o 。( 2 3 ) = z ：l l ，+ ( o ) 【z ：l o ) 一2 ：l ( i ) ) + - 1 m , z o 从图2 - 2 双端共端的特殊条件，不难求得b 点接地故障时零序电流关系为： t o ) z 工i o ，+ 厶1 0 ) z 珊r = l ( 0 i z c 2 i o ，+ l ；t o ) z o 整理得： o ) ( z i l ( o ，一z w ) = ( 0 ) ( z i 2 i o ) 一2 0 ) ( 2 - 4 ) 将( 2 - 4 ) 式代入( 2 - 3 ) 式得到。 = z , z l , m + 1 o ) b 。，吃m 气z l ：l ( o ) - - z o m 。z o m ) 。：巧， = 【+ k 3 1 l i o ) j z l l ( i ， 式中：1 9 ：为第1 回线的相电流5 z l 2 ( o ) ：为i i 回线的线路零序阻抗。 z 。 o ) - z n m + 丽z l i ( o ) - z o m z o 。 k = 二竺= 二! 一 3 z l ( 1 ， ( 2 - 6 ) 这里k 是考虑互感耦合情况下的接地距离保护的零序补偿系数，当z 0 = 0 时，( 2 - 6 ) 式可写成： 77 k = - l i ( o ) - - 6 l i i ) ( 2 - 7 ) 3 z 圳， 式( 2 - 7 ) 就是没有零序互感耦合线路的接地距离保护的零序补偿系数分析( 2 - 6 ) 式知，当双 回线共端线路考虑零序互感影响时，比不考虑互感影响时的零序补偿系数人。如果舣同舣端共端 互感平行线仍然采用( 2 7 ) 式计算零序补偿系数，接地距离保护测量到的阻抗要比实际大，这无 疑缩短了接地距离保护动作的范围。 2 2 2 短路过渡电阻对接地距离保护的影响 电力系统中的短路一般不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将 使距离保护的测量阻抗发生变化，一般情况下是使保护范围缩短，但有时候也能引起保护的超范 围动作或反方向动作1 嘲 短路点的过渡电阻墨是指当相问短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导 线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质电阻、相导线与地之间的接触电 7 中国农业大学硕卜论文第二章距离保护的摹本原理及影响其性能的主要因素 阻、金属杆塔的接地电阻等国外进行的一系列实验证明，当故障电流相当大时( 数百安以上) ， ， 电弧实际上呈现有效电阻，其值r r * 1 0 5 0 ，式中，电弧电流的有效值，安；，电 ?l| 1。 弧长度。米。在相间短路时，过渡电阻主要是由电弧电阻构成，可以按上述经验公式估计在接 地短路时，铁塔接地电阻构成过渡电阻的主要部分。过渡电阻的存在影响短路电流和电压的数值 及其相位关系因此必然会影响距离保护的测量阻抗。对距离保护的性能产生影响电抗型继电 器和四边形继电器有着能容许较大过渡电阻的特点，因此这两种特性的继电器在距离保护中得到 广泛应用 i 单侧电源线路上过渡电阻的影响 如图2 - 3 所示，短路点的过渡电阻r ，总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩短由 田2 3 单翻电蠢线路经过渡电阻r ，短路的等效啊 于过渡电阻对不同安装地点的保护影响不同，因而在某些情况一f ，可能导致保护无选择性动作。 例如在线路b - c 的始端经r ，短路，则保护l 的测量阻抗为z ，= r ，而保护2 的测量阻抗为 乙2z2 么+ r ，由图2 4 可见，由于乙2 是z 和b 的向量和，因此其数值比无r ，时增大 不多，也就是说测量阻抗受r ，影响较小。这样当月，较大时，既可能出现z ，。已超出保护l 第1 段整定的特性圆的范围，而z ，仍位于保护2 第段整定的特性圆范围以内的情况。此时，两个 保护将同时以第1 i 段的时限动作，从而失去了选择性。 由以上分析可见，保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大：同时保护装置的整定 值越小，则相对地。受过渡电阻影响也越大因此对短线路的距离保护应特别注意过渡电阻的影 响 j x 。 掰一 圈2 - 4 过藿电阻对不同安装地点距离保护影响分析 2 双侧电源线路上过渡电阻的影响 如图2 - 5 所示双侧电源线路上，短路点的过渡电阻还可能使某些保护的测量阻抗减小如 8 田2 - 5 双侧电薯遣过吩短路的接线圈 在线路b - c 的始端经过渡电阻碍三相短路时，和c 分别为两侧电源供给的短路电流，则经 过b 的电流为l a = j j + ，t ，此时变电所a 和b 母线上残余电压为： u|=lt(2-8) u = l t r f + r t z u ( 2 - 9 ) 则保护1 和2 的测量阻抗为： 乙2 ( 2 1 0 ) 彤 ( 2 - 1 1 ) 此处口表示l 超前于：的角度。当盯为正时，测量阻抗的电抗部分增大，而当盯为负时，测量 阻抗的电抗部分减小在后一情况下，也可能引起某些保护的无选择性动作 目前防止过渡电阻影响的方法有： ( 1 ) 采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如电抗型继电器、四边型继电器、 偏移特性的阻抗继电器等。但这种方法在双侧电源情况下，故障过渡电阻产生感抗或容抗分量时 效果不明显。 ( 2 ) 利用瞬时测量装置来同定阻抗继电器的动作。在相问短路时，过渡电阻主要是电弧电阻。 根据电弧电阻的特性，其数值在短路瞬问最小，大约经过0 1 s - o 1 5 s 后，才迅速增犬采删瞬时 测量装置，可以将短路瞬间的测量阻抗值同定下来，使过渡电阻的影响减至最小。但当发生接地 短路时，铁塔接地电阻构成过渡电阻的主要部分。铁塔接地电阻值与接地体的构成材料、表面积、 布置方式和大地导电率有关。对于跨越山区的高压线路，铁塔接地电阻可以高达数十欧姆至数百 欧姆。因此，采用瞬时装置对于防止接地故障故障时过渡电阻的影响并不能起到良好的效果 2 2 3 分支电流对接地距离保护的影响 在单侧电源放射性网络的接线中，继电器的测量阻抗只与短路点到保护安装处之坷的阻抗成 正比，但当距离保护安装地点与短路点之间还接有其他的电源或线路( 通称分支线路) 时，它们 将影响短路电流的大小和分布，因而也必然影响测量阻抗的数值8 “2 。 9 丘 彤 一 l 一 乙 = = 墨 l一lic ； + 以1 乙 = = 一 一， 以| b c 2 _ 鼻奢分支电藏髟晌的典型胃终 如图2 - 6 所示，设距离保护装在线路a - b 的a 端，当线路上f 点故障时，a 端距离保护的 测量阻抗便可以表示： 乙；草：竺崞选：乙+ 毕：乙4 - 1 僖一。z t 1 2 ) z 一茸：一= ：一= z 曲十二- = z 曲 z 。 llnl d 式中置e 为分支系数，当故障线段b _ f 的电流大于保护中流过的电流l 时，k e l ，这种情况称 为助增但故障线段b - f 的电流小于保护中流过的电流k 时，足口 l ，这种情况称为外汲。 分支系数足与电网运行方式有关，置。的值可能大于l ，也可彘等于l 或小于1 从保证 距离保护的选择性考虑，应根据可能出现的晟小茁。的运行方式来确定距离保护i 段的定值，但 当在足。增大情况下发生故障，将使保护范围缩短。 分支电流对输电线路距离保护性能的影响主要有以下几点： ( 1 ) 由于端口的注入电流，快速动作的主、后备距离保护对于故障点距离会产生错误的估计； ( 2 ) 在内部故障时，如果端口上有外汲电流，方向保护将可能错误动作； ( 3 ) 在有互感耦合的电路中，这些问题会更严重。 对于保护工作者来讲，为了避免或减少分支电流对距离保护性能的影响，将不得不做出某些 妥协，这些妥协会产生降低线路负载能力，失去远方后备保护、延长故障切除时间等不良后果。 2 3 本章小结 本章介绍了输电线路距离保护的基本原理，接地距离保护的含义及优点，影响接地距离保护 性能的主要因素。详细分析了平行般同线零序互感、短路过渡电阻以及分支线路对接地距离保护 性能的影响。 1 0 第三章多种运行方式下接地距离保护零序补偿系数的建模与 研究 对于有互感的线路，不同的运行方式发生单相接地故障时零序补偿系数是不同的，当运行方 式与k 取值方式不一致时，可能会使保护性能变化因此必须对各种运行方式作具体分析本章 利用双回线接地故障模型和单相接地故障等效电路模型建立了1 6 种不同运行方式下测量电 抗与电抗分量补偿系数以及测量电阻与电阻分量补偿系数的致学模型在这些数学模塑中，同时 考虑了短路点过渡电阻和分支线路对测量阻抗的影响 3 1 单相接地故障等效电路的模型 针对继电保护装置中零序补偿系数是由电抗分量补偿系数和电阻分量补偿系数分别进行整 定，本文采用文献【2 3 】中的等效电路的模型该模型中假设发生单相接地故障时，存在一根大地 导线与故障相形成回路，并将故障相和地线的线路阻抗分成电阻部分和电抗部分利用欧拉公式， 将测量阻抗分成电抗和电阻部分分别进行计算。 单相接地短路故障的等效电路可以用图3 1 表示嘲： u 一一e = r l 1l + j xl i l r e 1e 一 xe - i e 3 1 1 u = u e j 似= u _ c o s ( w t + q t v ) + j s i n ( ( a t + q v ) ( 3 _ 2 ) i = i , e “嘞= c o s ( 研+ 仍) + ，s i i l ( 耐+ 仍) ( 3 - 3 ) 峨，鼬皓 ，袖 兽卜跏式： x * e = ( 3 - 4 ) _ 2 斋筠， 上式中：c ，一e # 短路电压；t 短路电压相角； 厶：短路电流；讫：短路电流相角； ：短路时地线电流的相角； 生，生：生r o 一- & ，益x o - x , ： r l x lr l3 rx l3 x l 五，r ：零序电抗、电阻；五，墨：正序电抗、电阻 在单相接地短路中，电流，工和方向相反如果假设= 讫+ 1 8 0 4 ，那么式( 3 4 ) 和( 3 - 5 ) 可以化简为： 。等掣2 掣 ) 等铲2 掣 ， 上式中：仍：l 和厶的相角； 一仍= 9 0 ：故障回路的短路相角- 3 2 双回线单相接地故障模型 平行双回线问存在互感，互感线路闻是零序相关的。当一回线发生单相接地故障时，将产生 零序电流，该电流的大小和方向必将对另一同线路有一定影响。所以，在建立双l 亓| 线单相接地故 障等效电路时耍考虑零序互感的影响 双同线路发生单相金属性接地故障的等效电路可以用图3 2 表示口3 l ： 1 2 6 。= 三一工( j 1 + j ：) + 立。t j 。+ 主。* j 。， = 三u ( j i + j ：+ j o ) + ( 三“一立- c ) j 。+ 立。一j 。， 以：缸华 五+ ；知印 jj z o l 一= 一z i l ：立f ，可以得到保护安装处的短路电压： 以：刊厶+ 约。+ 罢如i i z i l3 z i t j 1 3 ( 3 - 8 ) ( 3 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) i l + 1 2 + i o = ，_ ， ( 3 - 1 3 ) 邑：- 当： l 一+ k e z l e 将壹。：辱竺代入上式得： z u i 醇+ k n i s 毛：_ 磐：立。i1 + 互1 一 i 兰_ 印 岫“刖h l 厶+ 辱o ； 3 3 单段线路零序补偿系数与测量阻抗关系数学模型的建立 ( 3 1 4 ) ( 3 1 5 ) 文献 1 1 1 “1 2 1 中零序补偿系数的表达式用复数表示，而实例计算采用模值，这给微机保护装 置中电阻分量零序补偿系数和电抗分量零序补偿系数的整定带来困难而且文献中提出的算法只 考虑金属性短路的情况，而电力系统中的短路一般不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻， 如果忽略短路点过渡电阻的影响，测量阻抗将不能正确反映故障位置 针对文献提出的零序补偿系数的算法存在的缺陷，本节中利用前面两节介绍的模型和算法。 推导建立了四种运行方式( 双回运行、一回停运、一回挂地检修、故障同路一段断开) 下，测量 电阻与电阻分量补偿系数以及测量电抗与电抗分量补偿系数关系的数学模型，以适应保护装置中 零序补偿系数由电抗分量补偿系数和电阻分量补偿系数分别整定的特点：同时考虑了短路点的过 渡电阻对测量阻抗的影响。 3 3 1 双回线一回停运 如图3 3 所示，a 点为接地距离保护安装处，c 点发生非金属性单相接地故障，i 同接有接地 距离保护，a 点的测量电压为： 田3 3 双回共螭线路一匐停用 6 盯= 争厶+ j 一咖一 式中：【钿一e ：保护安装处母线电压：x ：保护安装处到故障点的距离； i ：线路总长度；z ：线路正序阻抗； 1 4 中国农业大学硕t 论文 第三章多种运行方式下接地距离保护零序补偿系数的建模弓研究 ，一：故障相电流；z e ：接地等效回路的地线阻抗； j r e ：接地等效回路的地线电流；r ，：短路点处的过渡电阻 应用( 3 1 5 ) 式得测量阻抗： 立州；坚苎：! ：苎塾垒+ l( 3 1 7 ) i + x n i e l + x n 、+ x n 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 1 7 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： 2 砑u # _ e - s i n q 2 弘 u = ( 3 1 8 ) ( 3 1 9 ) 热( 惫 。和( 笔 。是保护装置中整定的电阻分量零序补偿系数和电抗分量零序补偿系数 3 3 2 双回线共同运行 如图3 - 4 所示，a 点为接地距离保护安装处，c 点发生非金属性单相接地故障，i 回接有接 地距离保护，两回线路的参数相同， 点的测量电压为： k 量一 o 。= 净i l + i 一1 x 丁z o i e l + r ，一t ( 3 枷 式中：j f i ：i 回地线电流：z 。；零序互阻抗；j 。2 ：回地线电流。 “z = 磊厶，厶幺揪加姒撇像捌为： 1 5 中国农业大学硕士论文 第三章多种运行方式下接地距离保护零序补偿系数的建模与研究 ；彩 。皇冬毒z l + z e ：兰鱼+ 土( 3 - 2 1 )童舭：_ 婪：车毒l 塑+ 毒o i m + x 日i n l 1 + k a1 + k “ 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 - 2 1 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： r - e 2 簿号置 l + 墨 2 再u # _ e - c o s 住2 弘一 2 习舡7 冠_ 3 3 3 双回线一回挂地检修 + ( 3 2 2 ) ( 3 - 2 3 ) 如图3 5 所示， 点为接地距离保护安装处，c 点发生非金属性单相接地故障，i 回接有接 地距离保护，两回线路的参数相同，a 点的测量电压为： u 砷一e = z l l d + z e in + ! i e 2 + r f i 醇d ( 3 - 2 4 ) 7o 珏s = 盖u a , - e = 文薷一南悟s ， 1 6 一、，厶生滢 一“ 2 簿书裔一锄6 ) 2 簿争蔫一锄+ 高7 ) 如图3 - 6 所示，a 点为接地距离保护安装处，c 点发生非金属性单相接地故障，i 回接有接地 距离保护，两回线路的参数相同，a 点的测量电压为： k 叫 田3 - o 故障回珞一螭断开 c f l # i _ em ( - + 手厶五以) + ：岳如+ 髟厶c s 将j e 2 ：一j “，j 州：j n 代入( 3 - 2 8 ) 式；并根据( 3 1 5 ) 式得继电保护装置的测量阻抗为： 珏”盖2 ( 1 + 罚篙一2 响+ 忐( 3 - 2 9 ) x * e 2 1 7 ( 3 3 0 ) 3 簿- ( 1 嘲恐裔。， 。2 询+ 高 本节建立了单段线路四种运行方式下，测量电阻与电阻分量零序补偿系数以及测量电抗与电 抗分量零序补偿关系的数学模型，同时考虑了短路点过渡电阻的影响 3 4 两段线路零序补偿系数与测量阻抗关系数学模型的建立 本节建立了两段线路的1 2 种不同运行方式下，测量电阻与电阻分量零序补偿系数以及测量 电抗与电抗分量零序补偿系数的数学模型这些数学模型的建立考虑了3 3 节中提到的已有算法 给保护装置中零序补偿系数的整定带来的困难以及短路点过渡电阻问题；同时增加考虑了分支线 路对测量阻抗的影响。 本节将这1 2 种运行方式按照第二段线路的运行方式( 一回断开、双回运行、一回挂地检修、 故障回路一端断开) 不同分成四组。这四组中每组的第一段线路有三种不同运行方式( 一回断开、 双回运行、一回挂地检修) 。这种分组方法有助于对这1 2 种不同运行方式进行比较 3 4 1 第二段线路一回停运 如图3 - 7 所示，( a ) 、( b ) 、( c ) 的第二段线路都是一回停运，d 处发生单相接地故障，b 母线 上有分支；第一段线路分别是一回停运、双回共同运行和一回挂地检修，第一段线路双回线的参 数相同，a 处为接有距离保护安装处： l l1 2 团i z u ，z u 生趾，趾? i l li 。 7 i 雹 ( ) 第一段线路一目停运 1 8 1 i b ：1 2 1 j 囡堡氖z e k z 。z e 2d ， 殛4 - - - - - t z l e l i z e i - z o , l 气7 k _ j目圈 ( b ) 簟一段线路路双目共同运行 ( c ) 簟一段线路一目挂地检修 圈3 _ 7 董= 段线n - - 目停运且发生单相接地故 对于图3 - 7c a ) ，a 点的测量电压为： 6 一z = ( 奎r - - ，+ 奎z - j 一- + 云( 主r z j s ：+ 立二j z ) + 哆j 一： c ，一，：， 用电路原理分析可知：i n = 1 一# 1 州+ j 1 目= i i 考虑分支线路的影响，假设j 一= k ， ，一i 根据( 3 i t 5 ) 式得继电保护装置的测量阻抗为： z 一一占= u 一ez l + z l i i m + k e * i e j1 + k n + ( 1 + 七) ! 半+ ( 1 + | ) 二： 一( 3 - 3 3 ) 2l + k n l + k “ 。根据( 3 _ 6 ) 式和( 3 7 ) 式将( 3 3 3 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： z 2 簿砜篙州 r 一e 2 上式中：ze 1 ：一段线路接她等效回路的地线阻抗； ze 2 ：二段线路接地等效回路的地线阻抗； ，i ：一段线路总长度：1 2 ：二段线路总长度；1 日：一段线路地电流； i e 2 ：二段线路地电流；i 肿l ：一段线路相电流：i m ：二段线路相电流 1 9 ( 3 3 4 ) ( 3 - 3 5 ) 中国农业大学硕士论文第三章多种运行方式下接地距离保护零序补偿系数的建模与研究 j ：保护安装处到故障点的距离：r ，：短路点处的过渡电阻；，分支电流 对于图3 7 ( b ) ，a 点测量电压为： f p t _ z - - - - 一h 赫一+ 争j n + 云( 立n j ”+ 赫一，) + 母j 刈，- 3 6 ) 由电路原理可得：j i + ，一2 + ，= ，一，i e l = i e z = ，刖= ，一2 ，i e 3 = ，坤3 考虑分支线路 的影响，假设- 1 ；| ，根据( 3 - 1 5 ) 得测量阻抗为： ，一i 奎一一e ：生竿。；_ - z m + z l i + j i + ：口如i l + k _ z _ i + ( 2 + i 一半+ ( 2 + k ) - r ( 3 - 3 7 ) 1 + k n l + k n 根据( 3 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 - 3 7 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： r 一。 x 一一e = = 置l = r + x 。1 + ( 2 + _ i ) 置： ( 3 - 3 8 ) ( 3 3 9 ) 对于图3 - 7 ( c ) ，a 点测量电压为： 6 靠j 叶“时孕l + 丢( 赫叶赫寸吩j 州s 却， 由电路原理可得：j + j 一：j 一，j 一，：j 。，j 州：j 。和娑：一! ( 奎。为一段线路零 1 e lz “ 序阻抗) 考虑分支线路的影响，假设= k ，根据( 3 1 5 ) 得测量阻抗为； ，曲l 中国农业大学硕上论文 第三章多种运行方式下接地距离保护零序补偿系数的建模与研究 三一：鉴 j i + 丘n 局 z i + zl i 1 + 置n (3-41) + ( 1 + 七) 享半+ ( 1 + 1 4 2 l + k h l + k f _ j 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 - 4 1 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： k 砑u ：_ e - s i n - + l 等i 以- = 置i 2 簿 0 - + i 子l = 恐。 ( 3 _ 4 2 ) 翔+ o m 墙镒- 4 3 骨 ( 3) 3 4 2 第二段线路一回挂地检修 如图3 - 8 所示：( a ) ，( b ) 、( c ) 的第二段线路都是一回挂地检修，d 处发生单相接地故障，b 母线上有分支；第一段线路分别是一同停运、双同共同运行和一回挂地检修，第一、二段线路的 双回线参数各自分别相同，a 处为接地距离保护安装处： 1 1 b ： 1 2 r 一 囡kz l l z i d 血z l 2 z e 2 + - i n 上l，ll3 。7 m 7 i i e 3 圭翻 一 ( ) 第一段线路一目停运 2 1 h ：1 2 一 日蜘z l l z e l l鱼z l 2 z 口 五h 1 加压。卜-kz u z e 2 气 _ j 圭酣 刖 ( b ) 簟一层线路路双回共同运行 1 l b ：1 2 一 国k z u 。z e l l皿z 。是， 五h la 他。卜， 上挚三啦 z 也z 瞳 上气 _ j j r i i l 圭豳 一 江函赢五- j 肿丢卜叶孔以：+ 争r ，卜厶c ，舶， 根据电路原理有：j + j 一。；j 一：，j l ：j 。，j 一：j 。：，i 一3 - - - - j 。和2 ：一! 霉考虑 分支线路的影响，假设? r _ ：七， 根据( 3 1 5 ) 得测量阻抗为： i 一 z 坤- e = 萼 im + k e r i n ：垒譬旦一氧l + t 卜_ 兰型一+ ( 1 十| j ) 丝；丝+ 坠掣生 1 + k 盥 匕 3 z 吐0 + k 职1 t 2 1 + k 朋1 + k 朋 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 - 4 5 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： ( 3 - 4 5 ) 2 簿 + l 争l 以- = 五。 l + 生 + 置2 ( 1 + i ( i + k ) r 习甄 l 月t ( 3 4 6 ) ( 3 - 4 7 ) 咄函赢也批西3 时言卜施也+ 筝“卜刈s 4 s ， 江辄j + 厶i + 厶j 加l 2 也l _ 以i - k 百 e 4 i z o r e 2 以- 厶棚 i e 3 = j 一3 。考虑分支线路的影响，假设士= k ，根据( 3 1 5 ) 得测量阻抗为： 三一一。= 型丝：三 z e l + z i l + k 盟 + z 州l u ( 3 4 9 ) + ( ：+ t 芦绝擘+ 坠些 2 1 + k n1 + k “ 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 7 ) 式将( 3 - 4 9 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： 2 3 2 簿 - + i 子i 以- = 五l + ( 2 + 七) 工i 2 k s = + = 心。 + 心2 + + ( 3 - 5 0 ) ( 3 - 5 1 ) 对于幽3 - 8 ( c ) ，a 点测量电压为： 以一磊i j 叶元i j 一每以z + 豪p 叶五z 厶+ 争斗砖却规) 根据电路原理有：j + j 一。：j 一3 。i 一3 = i 。，j 州；j 。，_ e 4 ：一；兰和_ 5 2 ：一_ zo r n ! 考 i e 3z “2i 目z “ 虑分支线路的影响，假设= k ，根据( 3 1 5 ) 式得测量阻抗为： 1 l 三一一毕 i l + 盖矗厶i 2 忑z e i + z l i 一翻一麓1 23 z 尚 _。_。-。_。_。_。一 ， 、 ， ， 、 l + 置髓 3 z 札i l1 + 五朋i札2 ll + 置朋i + ( t + i ) 譬! 粤+ ! 拦也 2 l + k 目l + k o 根据( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式将( 3 - 5 3 ) 式的测量阻抗分为电阻部分和电抗部分有： ( 3 - 5 3 ) 肺”簿 + i 等i 置一f = 五。 + ( 1 + i ) 置： 墨，；一三f ! 望篮! 。 ，( - + ( 驯之s 习t + f t 纠x 一用于整定两段线路距离l b 段和2 - 5 段的零序补偿系数；( 3 ) s e t t i n g o p 6 0 a 为扩展功能预留的页面。 4 3 2z e z l ( z o n e l ) 页面 啊4 - 3 软件主界i