[其他]能进行故障电阻补偿的继电保护装置

说明书

本发明总的涉及继电保护装置，特别是涉及改进的远程保护装置，它能对故障电阻及供电系统工作条件的相互影响进行较正。

必须对三相交流电力传输线及发电设备进行保护，以防止绝缘故障及此后的短路或并联电阻下降，它们可能使电力系统崩溃并使重大而昂贵的设备损坏。比如，传输线到地、或者两个邻近传输线导体间雷电感应的正弧就会造成这种故障情况。在这种故障条件下，线电流可增加到其正常值的几倍，使发电机组的损耗也同步增长、并损害或毁坏传输线及所联的设备。为防止设备损坏及整个电力系统瘫痪，必须在短时间内，比如0.1到0.5秒，把主传输线上的故障装置从电力网上隔离出来。隔离时间的极限应允许能切断高达80，000A的大电路断路器动作，并且，若这些主保护设备失效的话，应能完成备用操作。为了有足够的时间把线路切断，必须在大约8到20ms内确定故障位置。连续监测电力系统的交流电压和电流的保护继电器的功能就是要进行线路故障定位，并使适当的线路断路器跳闸来进行故障隔离。

远距继电器是一种被实用工业用来保护电力系统的保护继电器。大体上说，远距继电器在传输线的一端测量供电系统的电压和电流，以确定继电器保护区以内或以外是否存在故障。远距继电器根据在该线路端点所测得的电压和电流。用计算线路阻抗的方法来确定到故障的距离。对传输线保护段的远端发生的故障，保护继电器在本端或称测量端所看的阻抗是V/I＝Z，其中，Z是线路阻抗。对于线路保护段的内部故障，V/I＜Z，对保护段外的故障，V/I＞Z。因为Z与保护继电器到故障点之间的线路长度成正比，所以它也是故障距离的量度。计算线路阻抗，可确定到故障的距离。若故障是在保护线路段之内，保护继电器就使适当的线路断路器跳闸。

由于对保护继电器处的电压和电流有作用的各种供电系统现象的影响，阻抗计算的不精确会造成远距保护继电器的误动作。比如，若故障发生在保护线路段以外，但保护继电器的阻抗计算却指出故障在保护线路段以内，线路断路器跳闸了，而故障并未排除。这就是远距保护继电器的动作延长（overreaching）的例子。在另一些情况下，保护继电器也可能缩短动作（underreach），即，没有检测出位于保护线路段以内的故障。造成延长动作或缩短动作的一个原因，是没有考虑在故障线路中的残余电流;另一因素是没有考虑到并行的无故障电路中的残余电流，它通过磁耦合到被保护电路中。为克服这些问题，保护继电器必须补偿在被保护线路中的残余电流（残余补偿）及无故障并行线路中的残余电流（互感补偿）。

造成延长动作和缩短动作的另一原因，是故障电阻与故障发生前的负荷流有关的供电系统工作条件间的相互作用。在正常（无故障）工作条件下，远距继电器测量的阻抗与传输线的阻抗不同，因为它也测量了负载阻抗。并且这种测量也受传输母线远端以外也向该负载供电的其它电力源作用的影响。若发生的是全短路故障（故障导体之间或之中是零阻抗），继电器测得的只是从继电器所在位置到故障点的线路阻抗。但若故障不是全短路，故障阻抗（以复相量）加到线路阻抗上。对实际故障，故障路径本身主要是电阻性的，在故障距离测量中（它会加重线路导体的感抗），也不一定会产生严重的误差。

在传输线的两端都加上电源时就产生了问题，而超高压（EHV）输电网通常都是这种情况。若故障具有零阻抗，传输线两端的电源独立给故障点送电，从远端馈送的故障电流，对当地远距继电器没有影响。但在故障路经具有明显阻抗的情况下，故障点就将产生与从两个电源馈送来的总电流有关的电压降。因而，远端的电流馈送会改变当地继电器所测量的阻抗。

若远端馈送的电流与当地的电流同相，故障电阻上的电压降要比没有远端电流时大。因此故障呈现给本地继电器的电阻要比实际值大。若断路器的跳闸主要是根据电抗，则电阻值的加大不一定会造成错误动作。

若在故障之前，负载在被保护的传输线内浮动。在两端的电源就会有相位差，该相位差与负荷量及电源和线阻抗成比例。该相位差要维持到故障的早期阶段。远程馈送电流的相位差故障电阻上电压降产生相位移。这使故障路径阻抗呈现电抗分量，即使故障中实际上没有电抗也是如此。反过来，这个电抗造成当地继电器故障定位的严重误差。继电器根据当地电源电流是超前还是滞后于远端馈送电流而产生延长动作或缩短动作。定位误差直接随相位差及故障路径的实际电阻成正比增加。