接地距离保护测试中零序补偿系数设置的分析
2015年1月23日 15:57 作者:谈 艺 广东电网有限责任公司珠海供电局谈 艺 广东电网有限责任公司珠海供电局广东珠海 519000
【文章摘要】
本文分析了零序补偿系数对接地距离保护测量结果的影响，提出了正确的试验方法。
【关键词】
接地距离保护；零序补偿系数
0 前言
目前，接地距离保护被广泛应用于110KV 及以上电压等级线路中，它能有效地判断出各类接地短路故障，是一种重要的线路保护。在日常的定期检验中，必须对其动作特性和逻辑进行测试。然而，由于部分测试人员对保护原理及测试仪器设置理解不到位，在进行接地距离保护测试时，保护“拒动”的情况时有发生。
1 接地故障的测量原理
接地距离保护用于反映接地短路故障，通常采用相电压和带有零序电流补偿的相电流，其测量阻抗Zm 可表示为：
（ 1-1）
式中—— 保护安装处相电压， φ=A、B、C
——保护安装处流向被保护线路的相电流，φ=A、B、C
——保护安装处流向保护线路的零序电流
——零序补偿系数
在测试中一般模拟单相接地故障进行试验，此时零序电流等于故障相电流， 即
（ 1-2）
代入（1-1）式，可得
（ 1-3）
由式（1-3）可见，保护装置所测量到的阻抗大小不仅与保护采集到的电压、电流等电气量有关，还受零序补偿系数K 的影响。保护能否正确动作关键在于测试仪能否正确按照式（1-3）的数学关系向保护输出电压、电流量。
2 微机继保测试仪的电气量生成原理
目前，行业内使用的几大类微机继保测试仪（以下简称测试仪）的电气量生成原理基本是相同的。即在进行接地距离保护测试前先由测试人员设定试验短路电流值（采用短路电流恒定计算模型），然后按照定值单将动作阻抗值（Zset）及零序补偿系数(Kset) 输入测试仪。测试仪将按照这些参数，依照式（1-3）的关系生成输出电压、电流，
(2-1)
式中、——测试仪输出电流、电压量
m——整定阻抗测试系数，一般取0.95 或者1.05
由于测试仪采用短路电流恒定模型， 因此，测试仪的输出电流Iout 在测试过程中是常量且确定，在针对某一特定阻抗定值的测试中，Zset 和m 也是确定的，因此， 测试仪输出电压Uout 大小就与零序补偿系数K 有关。
3 保护动作特性分析
保护装置的动作条件是：
（ 3-1）
其中 ——保护测量阻抗； —— 保护整定动作阻抗；
由于保护装置的测量电气量来自测试仪的输出电气量，因此Im = Iout、Um = Uout，与之相关的阻抗量Zm =Zout=m·Zset。当测试仪的零序补偿系数（Kset）设置与保护装置的零序补偿系数定值（K）一致时，由（3-1）式可以推导出保护的电压动作条件，如下：
（ 3 － 2）
式（3-2）表明：测试仪的输出电压小于保护整定动作电压，保护动作。由式（2-1）可知，通过调整m 值可以使测试仪的输出电压Uout 小于保护整定动作电压Uset （m 取0.95 时）或者大于保护整定动作电压Uset （m 取1.05 时），从而使保护动作或者不动作。
很明显，式（3-2）成立的前提是Kset=K，如果两者不一致时，只要Kset 足够大，即使m 取0.95，Uout 仍有可能大于Uset，造成保护该动而没有动的“拒动”假象出现。
4 测试仪零序补偿系数的设置
要正确设置零序补偿系数，必须先认清其本质。
（ 4 － 1）
式中 R1、R0——正序、零序电阻
X1、X0——正序、零序电抗
Z1、Z0——正序、零序阻抗
从数学定义来看，零序补偿系数是一个复数。但是在工程计算中，一般近似认为零序阻抗角等于正序阻抗角，即X0 / R0 ＝ X1 / R1，此时
（ 4-2）
这里，零序补偿系数就近似地认为是一实数。目前，各类微机保护的零序补偿系数定值也一般定义为一实数，即Re（ ），而不考虑的情况。
零序补偿系数被简化为一实数后，对我们计算设置测试仪中零序补偿系数是十分方便的。具体的做法是：在进行接地距离保护测试前，必须根据保护装置零序补偿系数的不同表达方式，对测试仪的测试参数进行相应的设置。以WXB、CSL 系列的线路保护装置为例，定值清单中提供的零序补偿系数相关定值为“KX”和“KR”， 分别以电阻及电抗形式来间接表述零序补偿系数，即
（ 4-3）
式中KR、KX 并不能代表零序补偿系数K 的实部和虚部，由KR、KX 到K 的换算关系可根据式（4 － 2）、（4 － 3）推导为：
（ 4-4）
结合定值单中的“KR”、“K X”、“K A” （KA ＝ R1 / X1 ，正序电阻与正序电抗比值）给出的数值，按式（4 － 4）可以计算出K 值，在测试仪中进行零序补偿设置时，设置Re ＝ K，Im ＝ 0，即可。
5 “拒动”原因分析
在工程计算、整定中，K 一般取0.67 这一经验值。早年投运的线路保护装置中，大部分装置的零序补偿定值整定也都遵循这一原则（此时，定值单中取KR=0.67、KX=0.67，由式4 － 4 得K=0.67）。另一方面，在测试仪的使用技术说明书上，对零序补偿系数的设置说明也都是建议设为0.67 这数值。
这种巧合使得测试人员即使不清楚上述技术细节，只要依照定值单正确设置测试仪的保护动作阻抗定值，并将测试仪的零序补偿系数按0.67 这个数值设定， 那么测试所观察到的结果必然是正确的。事实上，在实际工作当中对早年投运的线路保护进行定检时，基本不存在保护“拒动”问题。显然，一旦保护定值整定不取经验值时，而测试仪的设置又没作对应的调整，保护在测试中不正确动作将在所难免！
根据笔者的调查了解，近几年投运的线路保护，零序补偿系数的整定情况发生了较大的变化，大部分的零序补偿系数已不再是简单地整定为经验值了，不同线路之间的零序补偿系数定值也存在较大的012
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差异。部分测试人员却仍然运用旧方法对新投运的保护装置进行测试，因此其测试结果就出现了“拒动”问题。
由此可见，平时定检测试中，在测试仪“设置正确”的情况下仍然出现的所谓“拒动”、“不正确动作”现象完全是由于测试仪中的零序补偿系数设置不正确造成的！
6 测试实例
在一次220KV 线路保护定检工作中， 笔者进行了实践验证。情况如下：
将表5-1 的参数代入式（4 － 4）可得
= 0.266
据此，可以对测试仪的测试参数进行设置，本次试验的设置情况如下：
上述参数设置所对应的接地距离保护I、II 段的动作电压分别为
I 段动作电压
= 6.33 V
II 段动作电压
=24.94 V
按照表5 － 2 的设置进行的3 次试验及其结果如下：
试验结果分析：1、试验一、二表明当测试仪的输出电压小于保护相应段的动作电压时，保护可靠动作，而当输出电压大于保护相应段的动作电压时，保护可靠不动作；2、对比试验一和试验三的结果可知，测试仪的零序补偿系数设置不合理时（试验三不按照定值计算而简单地设为经验值），保护将会发生不合理的动作现象。
试验结果有力地印证了前面的分析以及解释为什么测试中在测试仪定值设置正确的情况下保护仍然“拒动”的现象！
7 结论
由于接地距离保护的阻抗测量原理中引入了零序补偿系数这一概念，因此在测试中必须加以考虑，并对相关设备、仪器的参数作出正确的设定。否则十分容易产生保护“拒动”的假象，继而对保护装置的保护性能作出错误的判断，影响定检的质量。
【参考文献】
[1] 许正亚. 输电线路新型距离保护[M]. 中国水利水电出版社.2002
[2] 韩笑 赵景峰 邢素娟. 电网微机保护测试技术[M]. 中国水利水电出版社. 2005
【作者简介】
谈艺，男，工程师，工学学士，从事继保运维、工程项目管理工作。
电力系统试验中的大功率
电力电子装置等效研究
吴 芳 绥化学院电气工程学院 152000
【文章摘要】
电力在国民经济和生活中占有着非常重要的作用，而对电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究也逐渐的成为了国家的首要任务之一，拥有一个确保大功率电力电子装置在正常及故障条件下都能够将预定工作目标完成并且不至于影响或损坏到所接入的电力系统非常具有重要的现实意义，国家对其的建设和研究采取了很大的努力，期望能够建设一个完善的大功率电力电子装置核心。
本文通过对电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究分析，希望在提升电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究的研究效率以及成果方面，提供相应的参考帮助，以便于我国电力事业的蓬勃发展。
【关键词】
大功率；电力电子装置；等效研究
0 前言
随着我国国民经济与科学技术的不断发展，使得电力事业在近几年得到了高速的发展，然而一旦大跳闸等故障发生，就会导致调度员的工作难度大大增加，并且延缓了工作进度，令预定的工作目标难以完成，为了使得整个电力系统得到进一步的优化，电力部门对电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究，为电力系统能够正常运转做出了有力的帮助，这一研究模型在进行生产、制造以及其他工业的作业时，提高了生产力的持续稳定性，建设完善大功率电力电子等效装置的电力系统，能够有效地对指挥台的指挥处理故障以及及时发现电力系统问题的能力进行提升，为电力系统的正常运转提供了有力的支持，使得电力系统能够在正常或者故障的条件下依旧能够将预定的工作顺利完成。
1 大功率电力电子装置等效研究的重要意义
随着技术的不断革新和科技的不断进步，给电力企业带来了新的挑战和机遇，由于电力系统技术特点具有特殊性和复杂性，在生产工作运行中依旧还会遇到相当多的问题需要解决，基于这种现象，只有不断对大功率电力电子装置进行等效研究，并且适当的强化电力系统的设备和技术高度，才能保证电力企业长期稳定
表5-1 220KV 线路保护装置及定值参数
表5-2 微机继保测试仪参数设置表
表5-3 接地距离保护试验数据及保护动作记录013
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的发展，进而提升我国国民企业的经济效益。
其次，在我国整个经济运行体系当中，电力企业所占的配额是相当大的，然而，由于电力系统运行的方式与其他行业系统运行的方式有许多不同的地方，这就导致了电力系统在运行过程中经常会出现一些系统故障，如果不及时的对这些故障进行处理，那么，就会为电力企业的效益带来相当大的影响，基于这种现象的发生，一些研究学者们展开了激烈的讨论与研究，并最终得到了相关的结论，那就是在电力系统中引入大功率电力电子装置，只有这样，才能在电力系统出现问题的时候，保证整个电力系统的安全性以及可靠性。
2 电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究
2.1 确定试验的层次与目标
对试验的层次与目标的确定基础是对电力电子装置运行工况的实际分析。因为大功率电力电子装置自身的运行范围具有多层次性，所以确定试验的目标的时候也要根据不同的层次进行划分，具体来说可以分为四个层级：第一个层级，单元层级，对于单元层级进行考察的时候，主要是审核的各元件是否满足每个单元的具体运行要求；第二个层级，元件层级，在对元件层级进行试验考察的时候，主要观察的是各元件在恶劣或者正常的工作环境下的使用期限以及承受能力的大小；第三个层级，系统层级，由于系统层级相比较其他层级具有一定的复杂性，所以对于系统层级主要观察的是电力电子装置整体在系统不同工况下的不同工作状态，以及其是否满足整个电力系统正常运行的需求；第四层级，装置层级，如果想要对装置层级进行试验，就要了解装置层次上的各单元的应用效果，观察各单元能否满足装置运行的基本需求。
因为大功率电力电子装置本身的技术还存在着一些缺陷，运行经验并不成熟，因此对试验目标的选取与确定显得更为重要，不仅不能拘泥于局部而忽略试验的核心内容，还要保证追求细节与全面且减少试验的难度，不仅如此，在新时代的背景下电力电子装置的试验一定要满足自身所处发展阶段的特点，尽量考虑到环境因素以及社会因素等一些外界因素的影响，做到真实、可靠试验审查与操作，这样才能够得到更为准确的试验数据与结果。
2.2 大功率电力电子组件试验的特点
大部分的大功率电力电子装置都具有两个比较突出的特点，一个是工程应用技术以及装置研制的不够深度、缺乏实际的电力系统运行经验。另一个是大功率电力电子组件的复杂性比较高，与传统的电力装置相比较，大功率电力电子装置的控制系统具有独立性，并且其核心更加精密，还带有更多附属的电力电子相关的元件设备，不仅如此，大功率的电力电子装置还要具备一定的承受能力，能够承受电力系统中多变型电压得影响。由于我国的大功率电力电子设备的研究与应用依旧处于起始阶段，导致了在大功率电力电子的运行经验相比别的国家来说，还仍旧存在着一定的差距。大功率电力电子装置的特点间接或者直接的影响到了大功率电力电子组件试验研究的高难度和特殊性。
2.3 大功率电力电子试验中的系统方法论
大功率电力电子装置本身的系统构建较为完整，但是要在另一个电力系统中运行的同时，试验方法和试验装置又构成了另外一个相对来说比较独立于前两个系统之外的系统，在进行大功率电力电子装置试验的时候，被试验品与试验系统共同组建了一个新的独立系统，这就加大了研究的难度，所以，我们只有应用系统方法论来进行试验，并且用系统分析法展开讨论研究，才能准确的掌握整个大功率电力电子试验这一综合系统的方法特征，进而达到所要求的试验目的。
2.4 进行必要的可靠性试验
产品在规定时间内和规定条件下将规定内容完成的能力叫做产品的可靠性， 为了验证、分析与定量评价产品可靠性的试验被称为可靠性试验。通过可靠性试验的展开，我们可以界定大功率电力电子装置在电力系统之中不同工况下的可靠性指标，能够将大功率电力电子的平均寿命和失效率以及可靠度定量的分析出来，深层次的对大功率电力电子装置进行了解，所以对大功率电力电子装置进行必要的可靠性试验也是整个电力系统试验中的大功率电力电子装置等效研究中不可或缺的一部分，因为只有进行可靠性试验才能确保大功率电力电子的技术进步以及设计经验的积累，虽然目前的电力电子装置的仍旧还处在发展的初期，但其实验的根本出发点正是为了保证电力电子装置的运行可靠性，因此在试验进行的过程当中，大功率电力电子装置必须在可能的情况下和工程经验指导下结合成熟的技术理论，提出适合大功率电力电子特点的可靠性试验方法。
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