继电保护中零序补偿系数的意义及应用

张赢予

国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司 内蒙古呼伦贝尔市 021000

摘要：本文针对在大接地电流系统中，对单相接地故障的继电器的测量阻抗进行计算，对零序补偿系数的意义进行了说明，并且对零序补偿系数在一些保护试验中的应用进行了分析，并进行计算说明以及继电保护专业人员在实际保护装置校验工作中经常遇到的接地距离保护不能正确动作进行了说明。

关键词：零序补偿系数；物理意义；接地故障

1零序补偿系数的概述及计算

在大接地电流系统中，零序电流保护不能满足要求时，一般采用接地距离保护。当线路上K点发生短路，保护安装处的某相的相电压应该是短路点的该相电压与输电线路上该相的压降之和。而输电线路上该相的压降是该相上的正序、负序和零序压降之和。如果考虑到输电线路的正序阻抗等于负序阻抗，以A相单相接地短路时为例，对于A相阻抗继电器，接入继电器的电压的计算公式为

 （1）

式中

、  、  ——流过保护的正序、负序、零序电流；

、  、  ——短路点到保护安装处的单位正序、负序、零序阻抗；且  =  ；

、  、  、  ——短路点A相的正序电压、负序电压、零序电压、故障点电压；

K——零序电流补偿系数。 。 为输电线路相间的互感阻抗；

——输电线路上，A相从短路点到保护安装处的电压降。

根据式1所示的公式，同样，当B相单相接地短路时，保护安装处的相电压为

 （2）

当发生A、B两相相间短路时，保护安装处的相间电压可以认为是保护安装处的两个相电压之差。由式1、式2可以得出，保护安装处相间电压为

 （3）

式中  为短路点的相间电压；  为两相电流差；  为输电线路上从短路点到保护安装处的两相压降之差。两相上的 项相抵消。

2零序补偿系数的意义

由以上式，可以看出输电线路某相上的压降是该相的相电流加上 以后的电流乘以该段线路的正序阻抗。只要该正序阻抗所在的线路上没有其他的分支电流（助增电流、外汲电流），例如线路内部没有短路故障，也不管其他两相上是否发生了断线，也不管系统是否发生了振荡，这个结论总是正确的。如果单纯地把输电线路上的某相上的压降认为是该相相电流乘以线路的正序阻抗这个概念是错误的。只有在正常运行、系统振荡、两相短路、三相短路时，这时由于零序电流为零，输电线路上的某相上的压降才是该相相电流乘以线路的正序阻抗。作为一般的计算公式，千万不要把 这一项漏掉。 的物理概念是三相零序电流在输电线路的相间互感阻抗上的压降。

3零序补偿系数的应用

在实际的运用中，由于某些保护装置与微机继电保护装置存在一个接口的问题，也就是说，因为保护装置所给出的零序补偿系数是由电抗分量零序补偿系数KX和电阻分量零序补偿系数KR组成，而微机继电保护试验仪器里面要求所提供的零序补偿系数参数却是由一个Re（实部）和一个Im（虚部）组成，很多继电保护人员往往忽视了这一点，轻易地把KX定值填到Re（实部），把KR定值填到Im（虚部），这样做出来的试验结果往往是错的。对此，可以通过下例来进行分析：

如某风电场线路保护装置为北京四方保护的产品，型号为CSC-163A，以ONLLY6108G保护试验仪器为例，来进行分析。在CSC-163A线路保护的接地距离保护定值单中，有KX，KR，KA几个定值，其具体意义如下：

KX：电抗分量零序补偿系数，其定义为 ;

KR：电阻分量零序补偿系数，其定义为 ;

KA：线路正序电阻与正序电抗之比，其定义为  。

定值单中KX=0.48，KR=1.04，KA=0.3。

由  可知： ；（4）

由 可知： ；（5）

由 可知： 。（6）

由式（4）、（5）、（6）可得

，则

经计算，K=0.526-j0.154，那么实部Re就是0.526，虚部Im就是-0.154。

4接地距离保护现场测试注意事项

4.1短路阻抗角的选择

当定值单中给出的Zset为灵敏角下的阻抗值时（如RCS、PSL系列），应将测试仪的短路阻抗角设置为线路的正序阻抗角。随着电网电压等级的不断增高，分裂导线的广泛使用其分布电容值也越来越大，导致线路阻抗角也随之增大，极限值达到89°，线路阻抗接近于纯电抗。

当定值单中给出的Zset为电抗值和电阻值时，校验电抗值定值时，短路阻抗角设置为90°；校验电阻值定值时，短路阻抗角设置为0°。

4.2继电保护保护测试仪对接地距离保护测试的影响

目前常用的继电保护测试仪有广州昂立、北京博电、武汉豪迈等几大厂家，其输出容量及最大电流设置各有差异。在一次进行RCS-941A型保护装置的整组试验时，由于该条输电线路较短，其接地Ⅰ段的整定值仅为0.03Ω，为得到较高的残压，因此将故障电流设置为15A.但是在测试过程中发现接地距离Ⅰ段误差很大，设置在1.2倍的整定值仍能动作。借助于保护装置打印出的故障报告发现，保护装置感受到的故障电流仅为10.67A，产生了4.33A的误差。考虑到该组CT二次不仅接入保护装置还串入了故障录波装置，导致二次负载阻抗增大所产生的电流误差增加。将故障录波电流回路短接后，再进行测试则满足误差范围。因此，在现场测试时，必须考虑微机保护测试的容量及二次负载对接地距离保护准确度的影响，必要时可选择“重载”输出方式。

4.3电缆线路的零序补偿系数

随着城市建设的要求，越来越多的市区架空线路入地，成为电缆线路。由于电缆的制造工艺、材质的差别等因素的影响，使得零序阻抗约为正序阻抗的3倍关系不再成立，因此在计算零序补偿系数时必须采用电缆实测参数值。电缆线路的零序阻抗有可能小于正序阻抗，其各序的阻抗角也有所不通，因此必须要考虑零序补偿系数虚部的影响，并且计算出的零序补偿系数也可能小于零，为一负数。

市区电缆线路距离短导致计算阻抗值较小时，现场调试对微机测试仪精度要求提高，一般在保护装置选型时应优先选择光纤差动保护，以满足继电保护的“四性”要求。

5结论

接地距离保护是高压电网继电保护中广泛运用的一种保护，在对其进行整定校验时，要正确计算出零序补偿系数K值，否则将引起保护的不正确动作。另在实际的保护校验中，如果要根据保护装置所提供的KX，KR，KA定值来计算Re（实部）和Im（虚部），也是一个很复杂的过程，但根据上面的计算公式和计算数据，实际也可以得出一个结论：当KX与KR相差不大，且KA较小时，保护试验仪器中所设定的零序补偿系数的实部Re可以与KX相当，而虚部Im设定为0即可。

参考文献：

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