微机工频变化量距离保护校验方法分析
李松涛，田 维 陈 录
【摘 要】 从微机工频变化量距离保护两种试验方法和试验结果之间的矛盾入手，在分析其原理的基础上，以实例分析和讨论这两种方法，指出了保护本身的不足之处。
【关键词】 微机保护，工频变化量，距离保护
Analysis of Verifying Method for Microcomputer-based Power
Frequency Variable Distance Protection
Abstract: The shortcomings of the protection itself is pointed out through analysis of examples and discussion on these two methods for
microcomputer-based power frequency variable distance protection. Key words: microcomputer-based relay protection, power frequency variable, distance protection
由于工频变化量距离保护具有能够明确区分保护区内、外故障，动作速度快，躲过渡电阻能力强，不反映系统振荡等优点，故南瑞继电保护公司在LFD-902A微机线路保护中采用其作为主保护之一。
有关其整定值的校验方法，最近国家电力调度通讯中心编著的《电力系统继电保护规定汇编》(简称《规定》)和《电力系统继电保护实用技术问答》(简称《问答》)中介绍了两种截然不同的试验方法。表1列出了这两种方法对应不同类型故障时的公式，并给出了越南协福电厂110kV线路此保护的试验结果。
表1 LFP-902A微机工频变化量距离保护的公式及试验结果
注： 1.Dzd=Zset=7.508Ω K=0.809；
2.故障前为空载，故障电流为1A，故障电压为表1依公式得出的计算值； 3.由于《规定》中对应相间短路公式计算得出的故障电压小于零，为保证其值在0～UN之间，试验时采用在故障电流为2A的故障电压值(括号
内所示)。
由表1可明显看出，无论对接地故障还是相间故障，《问答》中的试验方法均不可能可靠地校验保护定值。下面在简述其动作原理的基础
上对此进行具体的分析。
1 工频变化量距离保护动作方程
附图为保护区内故障时工频变化量距离保护的原理图，其在故障时
比较两个电压变化量：动作电压：
｜ΔUop｜=｜ΔU｜+｜ΔI｜.Zset (1)
门坎电压：
UZ=｜ΔEp｜ (2)
附图 区内故障电压分布图
动作电压反应的是整定点处的电压变化，而门坎电压反应的是故障点处的电压变化，当在保护区内发生故障时，则有动作方程：
｜ΔUop｜＞Uz (3)
2 两种试验方法的分析和讨论
试验时，故障前为空载、额定电压UN，假设故障后电压为U、电流
为I，则公式(1)变为：
｜ΔUop｜=｜U-UN｜+IZset=UN-U+IZset
考虑到金属性故障且故障点处5%暂态误差的影响，式(2)门坎电压应为105%UN，则式(3)动作方程为：
UN-U+IZset＞105%UN (4)
2.1 《问答》中方法的分析
对式(4)化简有： U＜IZset-5%UN
根据《线路微机保护检验规程》，应校验保护定值在最大10%偏差时保护的动作情况，故有：
U=I(mZset)-5%UN
m=0.9时保护应可靠动作，m=1.1时保护应可靠不动作。对应各种故障有： 单相接地故障：
U=m(1+K)IZset-5%×100/
m(1+K)IZset-3 (5)
相间短路故障：
U=2mIZset-5%×100=2mIZset-5 (6)
比较式(5)、(6)和表1《问答》中公式可见，《问答》中对应相间短路故障的公式是错误的，这和试验结果是吻合的。依修正后的公式(6)作试验的结果如表2所示。
从表1和表2的试验结果可看出，按照修正后的公式仍不能可靠地校验出保护的动作区。同样的定值、不同装置的试验结果不一样，说明此保护的离散性较大，这主要受装置本身采样的精度(误差)影响，导致保护范围有偏差，影响了其作为主保护的可靠性和准确性。故我们建议不能只用此保护作唯一主保护，必须和其它的快速保护(如零序)配合使用。
表2 依修正公式的试验结果
=
2.2 《规程》中公式的分析和讨论
和公式(4)比较不难看出，此方法是按门坎电压的10%偏差得出的，
则式(4)为：
UN-U+IZset=m.105%UN
m=0.9时保护可靠不动作，m=1.1时应可靠动作。对应各种故障有： 单相接地：
U=(1+K)IZset+(1-105%m)×57.7 (7)
相间短路：
U=2IZset+(1-105%m)×100 (8)
由此公式得出的结果和试验结果是一致的，但需指出的是；此公式是按门坎电压的10%偏差校正的，其所对应的故障阻抗范围又如何呢? 依故障点电压有等式：
IZset+(1-105%m)UN=IZ-5%UN
化简有： Z=Zset+105%(1-m)UN/I 单相接地：
Z=Zset+105%(1-m)UN/［(1+K)I］ (9)
相间短路：
Z=Zset+105%(1-m)UN/(2I) (10)
表3为依据上式计算的阻抗范围。
表3 故障阻抗范围
注：Zset=7.508Ω,K=0.809,ZL=Zset/85%,I=1A
从表3可看出，用此方法试验，实际的故障阻抗远远偏离整定值，并且故障阻抗上限已超越全线路：对于单相接地故障，故障阻抗已达145%和55%整定值、123%和47%全线路阻抗；对于相间短路故障，故障阻抗已达170%和30%整定阻抗、145%和26%全线路阻抗。不能可靠校验出整定阻抗附近的动作情况，更不能满足传统所遵循的“在整定值
10%偏差校验”的规定。
3 结 论
综上所述，从试验结果来看，微机工频变化量距离保护的保护范围离散性较大，故作为主保护，应和其它快速保护(如零序)配合，不能单独使用。《规程》和《问答》中所介绍的试验方法均有不足之处。为此建议以《问答》中公式作为参考，找出故障电压的边界值，以此值为准
进行10%误差的考核。 作者简介：李松涛 男，1969年12月生，1991年毕业于华北电力学院电力工程系，获工科学士学位，现任黑龙江省电力科学研究院工程师。
作者单位：李松涛，田 维 黑龙江省电力科学研究院 哈尔滨市香坊区建北街61号 邮编：150030
陈 录 黑河电业局
规程的公式不行，问答里的公式有错误，修正后更接近正确的动作值，做实验时应该采用修正后的公式（如下）。
单向接地：
U=m(1+K)IZset-3 (5)
相间短路故障：
U=2mIZset-5%×100=2mIZset-5 (6)
U为实验时要加入的电压，I为试验电流。故障模拟的线路空载时发生短路故障，既电流I也就是变化量电流ΔI.
微机工频变化量距离保护校验方法分析
李松涛，田 维 陈 录
【摘 要】 从微机工频变化量距离保护两种试验方法和试验结果之间的矛盾入手，在分析其原理的基础上，以实例分析和讨论这两种方法，指出了保护本身的不足之处。
【关键词】 微机保护，工频变化量，距离保护
Analysis of Verifying Method for Microcomputer-based Power
Frequency Variable Distance Protection
Abstract: The shortcomings of the protection itself is pointed out through analysis of examples and discussion on these two methods for
microcomputer-based power frequency variable distance protection. Key words: microcomputer-based relay protection, power frequency variable, distance protection
由于工频变化量距离保护具有能够明确区分保护区内、外故障，动作速度快，躲过渡电阻能力强，不反映系统振荡等优点，故南瑞继电保护公司在LFD-902A微机线路保护中采用其作为主保护之一。
有关其整定值的校验方法，最近国家电力调度通讯中心编著的《电力系统继电保护规定汇编》(简称《规定》)和《电力系统继电保护实用技术问答》(简称《问答》)中介绍了两种截然不同的试验方法。表1列出了这两种方法对应不同类型故障时的公式，并给出了越南协福电厂110kV线路此保护的试验结果。
表1 LFP-902A微机工频变化量距离保护的公式及试验结果
注： 1.Dzd=Zset=7.508Ω K=0.809；
2.故障前为空载，故障电流为1A，故障电压为表1依公式得出的计算值； 3.由于《规定》中对应相间短路公式计算得出的故障电压小于零，为保证其值在0～UN之间，试验时采用在故障电流为2A的故障电压值(括号
内所示)。
由表1可明显看出，无论对接地故障还是相间故障，《问答》中的试验方法均不可能可靠地校验保护定值。下面在简述其动作原理的基础
上对此进行具体的分析。
1 工频变化量距离保护动作方程
附图为保护区内故障时工频变化量距离保护的原理图，其在故障时
比较两个电压变化量：动作电压：
｜ΔUop｜=｜ΔU｜+｜ΔI｜.Zset (1)
门坎电压：
UZ=｜ΔEp｜ (2)
附图 区内故障电压分布图
动作电压反应的是整定点处的电压变化，而门坎电压反应的是故障点处的电压变化，当在保护区内发生故障时，则有动作方程：
｜ΔUop｜＞Uz (3)
2 两种试验方法的分析和讨论
试验时，故障前为空载、额定电压UN，假设故障后电压为U、电流
为I，则公式(1)变为：
｜ΔUop｜=｜U-UN｜+IZset=UN-U+IZset
考虑到金属性故障且故障点处5%暂态误差的影响，式(2)门坎电压应为105%UN，则式(3)动作方程为：
UN-U+IZset＞105%UN (4)
2.1 《问答》中方法的分析
对式(4)化简有： U＜IZset-5%UN
根据《线路微机保护检验规程》，应校验保护定值在最大10%偏差时保护的动作情况，故有：
U=I(mZset)-5%UN
m=0.9时保护应可靠动作，m=1.1时保护应可靠不动作。对应各种故障有： 单相接地故障：
U=m(1+K)IZset-5%×100/
m(1+K)IZset-3 (5)
相间短路故障：
U=2mIZset-5%×100=2mIZset-5 (6)
比较式(5)、(6)和表1《问答》中公式可见，《问答》中对应相间短路故障的公式是错误的，这和试验结果是吻合的。依修正后的公式(6)作试验的结果如表2所示。
从表1和表2的试验结果可看出，按照修正后的公式仍不能可靠地校验出保护的动作区。同样的定值、不同装置的试验结果不一样，说明此保护的离散性较大，这主要受装置本身采样的精度(误差)影响，导致保护范围有偏差，影响了其作为主保护的可靠性和准确性。故我们建议不能只用此保护作唯一主保护，必须和其它的快速保护(如零序)配合使用。
表2 依修正公式的试验结果
=
2.2 《规程》中公式的分析和讨论
和公式(4)比较不难看出，此方法是按门坎电压的10%偏差得出的，
则式(4)为：
UN-U+IZset=m.105%UN
m=0.9时保护可靠不动作，m=1.1时应可靠动作。对应各种故障有： 单相接地：
U=(1+K)IZset+(1-105%m)×57.7 (7)
相间短路：
U=2IZset+(1-105%m)×100 (8)
由此公式得出的结果和试验结果是一致的，但需指出的是；此公式是按门坎电压的10%偏差校正的，其所对应的故障阻抗范围又如何呢? 依故障点电压有等式：
IZset+(1-105%m)UN=IZ-5%UN
化简有： Z=Zset+105%(1-m)UN/I 单相接地：
Z=Zset+105%(1-m)UN/［(1+K)I］ (9)
相间短路：
Z=Zset+105%(1-m)UN/(2I) (10)
表3为依据上式计算的阻抗范围。
表3 故障阻抗范围
注：Zset=7.508Ω,K=0.809,ZL=Zset/85%,I=1A
从表3可看出，用此方法试验，实际的故障阻抗远远偏离整定值，并且故障阻抗上限已超越全线路：对于单相接地故障，故障阻抗已达145%和55%整定值、123%和47%全线路阻抗；对于相间短路故障，故障阻抗已达170%和30%整定阻抗、145%和26%全线路阻抗。不能可靠校验出整定阻抗附近的动作情况，更不能满足传统所遵循的“在整定值
10%偏差校验”的规定。
3 结 论
综上所述，从试验结果来看，微机工频变化量距离保护的保护范围离散性较大，故作为主保护，应和其它快速保护(如零序)配合，不能单独使用。《规程》和《问答》中所介绍的试验方法均有不足之处。为此建议以《问答》中公式作为参考，找出故障电压的边界值，以此值为准
进行10%误差的考核。 作者简介：李松涛 男，1969年12月生，1991年毕业于华北电力学院电力工程系，获工科学士学位，现任黑龙江省电力科学研究院工程师。
作者单位：李松涛，田 维 黑龙江省电力科学研究院 哈尔滨市香坊区建北街61号 邮编：150030
陈 录 黑河电业局
规程的公式不行，问答里的公式有错误，修正后更接近正确的动作值，做实验时应该采用修正后的公式（如下）。
单向接地：
U=m(1+K)IZset-3 (5)
相间短路故障：
U=2mIZset-5%×100=2mIZset-5 (6)
U为实验时要加入的电压，I为试验电流。故障模拟的线路空载时发生短路故障，既电流I也就是变化量电流ΔI.