零序方向接地故障保護(hù)與為補償性輸電網(wǎng)絡(luò)改善的特點

1、 零序方向接地故障保護(hù)與為補償性輸電網(wǎng)絡(luò)改善的特點1. 介紹 以色列供電網(wǎng)路的傳輸電壓（MV），主要是22千伏架空線路，其中性點通過彼得森消弧線圈接地（所謂的補償網(wǎng)絡(luò)）。 正如在許多使用此接地方法的國家一樣，以色列的接地故障保護(hù)（EFP法）采用功率方向元件（DAPR），通過檢測線線路的電流零序分量和電壓的零序分量（零序過濾器）。 保護(hù)動作的選擇性是基于眾所周知的事實，那就是在故障線路中零序電流的的正序分量的方向是相反的，其值也比正常線路的值大很多。 一個精密的有效地零序電路保護(hù)裝置應(yīng)該具有先進(jìn)的選擇性。 該DAPRs（他它們也被稱為'wattmetric'繼電器）被一個時間滯后

2、的輔助繼電器激活，該繼電器在接地故障開始后提供約1秒的時間延遲。這是考慮到時間延遲使由于消弧線圈動作而產(chǎn)生瞬間的（不穩(wěn)定）接地故障自動消除。因此，保護(hù)只有在產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的接地故障時才能被激活。 在配電線路中持續(xù)的單相接地故障，不間斷動作的保護(hù)裝置（在某些國家使用的所謂的時間延遲的接地故障保護(hù)裝置在某些國家使用）并沒有在以色列得到實行。 如果在該時間延遲后零序電壓U0仍然是很大，這時消弧線圈的動作已經(jīng)失敗而接地故障仍然存在，線路的故障被檢測到同時關(guān)閉線路。為了這個目的，連接到指定的變電所母線所有線路的DAPRs應(yīng)通電。同時電阻應(yīng)連接在彼得森消弧線圈的次級繞組，這樣做是為了將零序電流的正序分量提高

3、到8-9A，在參考了初級端情況下。 從理論上講，它應(yīng)確保EFP動作的選擇性，這就意味著在故障線路中DAPRs動作，而在正常線路中不動作。但在現(xiàn)實中，在確保EFP動作的選擇性時，一個不可調(diào)和的矛盾是在補償網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)接地故障發(fā)生在匯合口是會被誤認(rèn)為無故障，有時顯示為'健康'在一個地球，在連接到同一母線線斷層線滋擾trippings本身內(nèi)在的問題或EFP在帶有接地故障線路中沒有動作。 DAPRs動作的非選擇性主要是由兩個因素造成的：1，零序電流過濾器的誤差;2，對地容抗和彼得森消弧線圈的感抗構(gòu)成的諧振電路的瞬時性 第一個因素可以體現(xiàn)在各種形式的接地故障。第二個因素的作用可在間歇性電弧接

4、地故障觀察到。 這些因素的相對重要性視情況而定的,首先,在不同形式的接地故障的發(fā)生頻率。以上提到的頻率可能會有所變動,其變化的范圍取決于具體的網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境的特殊性。 因此,例如,在法國的輸電網(wǎng)絡(luò)主要以間歇性電弧接地故障為主，而在一個芬蘭的補償網(wǎng)絡(luò)中其中故障只占總的接地故障的很小一部分。 在以色列補償輸電網(wǎng)絡(luò)的DAPR的非選擇性動作表明了干擾因素主要是由第一個原因引起的。因為這個原因,目前的研究工作主要是為了抑制干擾因素(使該動作時沒工作的發(fā)生次數(shù)不再上升,即維護(hù)EFP的敏感性)一般而言，主要是通過減少零序電流過濾器的誤差對DAPR的影響。這樣的減少,是在一個額外的電流注入DAPR和設(shè)定值的最佳選

5、擇中獲得的。這種明顯的改善是基于在徑向的補償網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生接地故障的零序電流的穩(wěn)態(tài)分析。 與此同時,應(yīng)該指出的幾點是,最近在以色列的輸電網(wǎng)絡(luò)中由間歇性電弧接地故障引起的該動作時沒動作的情況在整條電纜中都可被檢測到。如果這種假設(shè)被確認(rèn)在這個網(wǎng)絡(luò)電纜份額逐漸的增加會使它必須考慮第二因素在有關(guān)未來選擇EFP時。 2 在補償網(wǎng)路中的接地故障時的穩(wěn)態(tài)零序電流 接地故障的發(fā)生導(dǎo)致了零序電壓的突升。這個電壓被應(yīng)用到彼德森線圈,同時,也被應(yīng)用到所有與同一母線系統(tǒng)相連的的線路。零序電壓經(jīng)過檢測和適當(dāng)?shù)淖儞Q后,通常在三個潛在“敞開三角”變壓器的幫助下,零序電壓被應(yīng)用為DAPRs輸入的電壓。 與電壓相反,故障電路的零序

6、電流（If）和正常電路(Ih)是明顯不同的。在正常線路中的零序電流穩(wěn)態(tài)相量為Ih=jIc+IRh (1) 這里的Ic為給定的正常的接地線路的電容式零序電流(典型值為以色列的配電網(wǎng)線路的范圍1025 A);IRh 為給定的正常線路零序電流的正分量。 在這里,正序電流IRh用以下的表達(dá)式來表示(這里以及后面的使DAPR動作的正序分量“+”的標(biāo)志;在相反的方向動作的正序分量,即抑制DAPR動作的，被賦予了“”): IRh=IrIcr (2) 這里的Ir 是給定線路漏電流的電阻式零序電流，Icr是不對稱相對地電容產(chǎn)生的零序電流的正分量。 在相量圖一的幫助下解釋了電流Icr的起源。這個相量圖畫的是三相交

7、流(R,S,T)線，同時表示了R相在接地故障下的單相接地電容電流。3 基于補償網(wǎng)絡(luò)的DAPR接地故障保護(hù)的選擇性 定義了兩個EFP選擇性的安全系數(shù):在正常線路的EFP安全系數(shù)是由公式Kh=Itr/IRh （8）決定的，在故障線路的EFP安全系數(shù)是由公式Kf=IRf /Itr (9)決定的。 這里的Itr指的是引起DAPR動作的最小的正序電流輸入量(指一次側(cè))，它取決于DAPR的設(shè)置，一般來說,是取決于零序電壓的輸入量。 表達(dá)式7可以代入方程（8）和方程（9），同時其中的一些簡化是可取的的。實際上,電流Icr 和Icr通常都非常小，可以忽略不計，在輸電網(wǎng)絡(luò)中如果電纜上的傳輸沒有相位移動，方程（3

8、）中的因子C/C的值甚至要低0.05。漏電流Ir 和 Ir通常也可以忽略不計，但在一些天氣條件下，如霧或者毛毛細(xì)雨，就變得相當(dāng)重要了，因為長期干旱的條件會導(dǎo)致線路絕緣子上面污染物的積累。紅外光譜和紅外光譜的泄漏電流可以忽略不計,但也通常是相當(dāng)重要一些像霧或細(xì)雨經(jīng)過長時間的干旱期,導(dǎo)致的積累線絕緣子污染。盡管如此,忽視這些電流也是行之有效的，即使是在這些特殊的氣候條件下。問題的關(guān)鍵在于,漏電流只能提高EFP的選擇性而不能使其選擇性遭到惡化，因為他們在正常的線路中抑制DAPR，而咱故障線路中可以提高DAPR的動作。因為他們抑制和促進(jìn)健康的線 DAPR脫扣在錯誤的人。所以忽略漏電流后，前面所提到的計

9、算安全系數(shù)的公式應(yīng)是約等于關(guān)系，因此：KhItr/Iimb (10)Kf(IPrIimb)/Itr(11)這些安全系數(shù)足夠高以防止EFP的誤動作。這兩個安全系數(shù)都取決于DAPR的設(shè)置，但方式卻不同：Kh與Itr成正比關(guān)系而Kf與Itr成反比關(guān)系。這就是為什么當(dāng)我們提高Kh時Kf就會減小，反之亦然。Itr滴定是成反比的。這就是為什么試圖改善和提高將會惡化與Itr滴定,反之亦然。為方便操作DAPRs而提供最佳的設(shè)置的做法是可以采取的。Itr=Itr(opt) (12) 同時確保 Kh=Kf=Kopt (13)、將方程（10）減去方程（12），并將值代入方程（13）得到Itr(opt)/Iimb=(

10、IPrIimb)/Itr(opt)Itr(opt)=(13a)在大多數(shù)情況下IPr>Iimb (14) 因此，Itr(opt) (15)從方程（10），（11）和（15）中得到的這兩個安全系數(shù)的最優(yōu)值如下：Kopt (16)4 具有正序抑制電流的一種EFP選擇性的增強(qiáng)方法 表達(dá)式（12），再加上及格方程（14）和方程（15），提出了為滿足EFP的充分的選擇性所應(yīng)具備的重要條件。在接地點的電阻從典型的低電阻的“死”接地故障（即金屬接地）到相對較高的高電阻的變化時，在這個范圍內(nèi)，選擇性必須被確保，同時對于EFP來說也是清楚明了的。 換言之，電流Itr對艾提科信偏離其最優(yōu)值艾提科信（選擇）不宜

11、過大，在零序電壓范圍內(nèi)：從最小的接地電壓U0min到最大的電壓U0max，電流Itr與最優(yōu)值Itr(opt)的偏離不宜過大。 這意味著，Itr 和Itr(opt) 應(yīng)取決于用U0，在相同的或至少用一種類似的方式。 在現(xiàn)存的DAPRs中還沒有這種狀態(tài)，但是，比如，有持續(xù)動作電能的電磁式wattmetric繼電器中，Itr與U0成反比關(guān)系，可表示為：Itr1/U0 (18) 與方程（17）具有相反的性質(zhì)。 Itr與U0的關(guān)系可以很輕松的就從電子式或數(shù)字式DAPRs中獲得，但這些繼電器只是方程(18)所表述關(guān)系的簡單呈現(xiàn)。而電磁式繼電器中，動作電流根本不取決于電壓U0。 改變Itr與U0的依存關(guān)系，

12、使其接近如方程（17）所表述的那樣是可取的。這樣的改變可在一個輸入DAPRs的注入電流的幫助下取得。這個注入電流的相位和電壓U0相同，而選擇的電流的方向確是抑制繼電器。 圖。2演示了一個簡單的連接施行這種想法一個簡單的聯(lián)系。在DAPRs的電流輸入1和電壓輸入2的中間連接一個電阻Rres。對于帶有附加電阻Rres的DAPRs中，動作電流i'tr由下式給出i'r=itr+u0/Rres (19)這里的itr指的DAPRs自身的動作電流（在這里，以及后面，是指繼電器輸入電流和電壓，并用小寫字母命名），u0是指繼電器的零序輸入電壓。5 結(jié)論1 在補償網(wǎng)絡(luò)中零序接地故障保護(hù)時'wattmetric'繼電器的誤動作主要取決于非間歇接地故障，因為此時零序過濾器上出現(xiàn)不平衡電流。2 為確保繼電器具有足夠的選擇性，應(yīng)選擇合適的設(shè)定值。要求安全系數(shù)足夠高，即在出現(xiàn)故障的線路保護(hù)動作和在正常的線路中無誤動作。最優(yōu)值的設(shè)定因該這兩種情況下取一個相等的安全系數(shù)。3 在接地點的電阻從典型的低電阻的“死”接地