（电力系统及其自动化专业论文）大型水电厂主设备保护关键技术研究.pdf

变压器保护中有关励磁涌流特征识别的方案和相关装置的研制始终是继电保护领 域研究的一个热点，这也是本论文研究的一个重点。研究在保护装置中各种原理如何 合理选取和相互配合，使得在复杂的系统工况下实现优势互补到达灵敏度与可靠性的 和谐统一，对提高保护装置整体性能是一项比较有意义的工作。针对舀前单一主判据 的变压器差动保护存在的不足，提出了基于多判据综合的变压器差动保护思想，并研 究了其实现方法在此基础上完成葛洲坝大江电厂变压器保护装置的研制。该保护装 置在差动保护原理和算法上首次采用了多判据协同技术，可充分发挥多判据各自的优 势，实现功能互补，使保护的可靠性、灵敏性、速动性、励磁涌流鉴别能力以及抗饱 和性能同时得到提高。 横差保护是定子绕组内部故障的一种简单、灵敏的主保护，在条件允许时应尽量 优先采用。如何在现有电量的基础上，不改变一次系统设备，提出采用合理可靠的外 部故障闭锁以降低横羞保护的动作门槛的方案正是本论文工作的一个侧重点。在动模 试验数据的基础上，对横差电流的特点进行分析。而后提出一种基于故障分量正序方 向闭锁的横差保护新方案。故障分量正序方向元件保证横差保护在发生外部故障时可 靠不动作，使得横差动作电流只需考虑发电机正常运行的最大不平衡电流，从而可以 大大减小横差保护的动作门槛值。动模试验数据验证了新方案的正确性。 发电机定子单相接地往往是相间或匝间短路的先兆，因此定子接地保护有十分重 要的意义。注入式定子接地保护具有灵敏度较高，能正确反映绕组绝缘下降的优点， 随着发电机单机容量的增大，其应用也逐渐变得广泛。在这一背景下，探讨了注入式 定子接地保护的相关问题，而后以三峡参数为例对传统注入式的定子接地保护灵敏度 进行分析。最后提出高灵敏的基于补偿原理的定子接地保护新方案，以更好地适应三 峡工程等大型水电站的实际需求。 论文最后对上述研究成果进行了总结，提出了进一步研究的方向。 关键词：大型发电机变压器非线性制动采样值差动保护三相同时刻采样值 横差保护注入式定子接地保护 i v a b s t r a c t i ne l e c t r i cp o w e rs y s t e mi ti s a l w a y ss i g n i f i c a n t l yt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c ea n d c r e d i b i l i t yo fl a r g eg e n e r a t o ra n dt r a n s f o r m e r w i t l lt h ed e v e l o p m e n to f t h et h r e eg o r g e s p r o j e c ta n d t h ew e s th u g e h y d r a u l i cp o w e r s t a t i o na n dt h ei n c o r p o r a t i o no f t h e h u g et h e r m a l g e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i ti nn e t w o r k ，r e s e a r c h i n go nt h eh u g eg e n e r a t o ra n dt r a n s f o r m e r p r o t e c t i o nr e l a y sb e c o m e sm o r ea n dm o r eu r g e n t f o ra 1 1p r o t e c t i o n s t h em a i no n e sh a v e u n a p p r o a c h a b l e s t a t u s n o t o n l yd o t h e i r p e r f o r m a n c e sh a v es t r o n gi n f l u e n c e o nt h e c r e d i b i l i t yo ft h es i n g l ep r o t e c t e de q u i p m e n tb u ta l s ot h es a f e t ya n dt h es t a b i l i t yo ft h e w h o l en e t t h e r e f o r ei nt h i st h e s i st h ee m p h a s e sa r ep l a c e du p o nt h em a i n p r o t e c t i o nr e l a y s ， w h i c hh a v em o s tc o n s a n g u i n e o u sr e l a t i o nt ot h ep r o t e c t i o np e r f o r m a n c e a c c o r d i n gt ot h e f i e l dr e q u i r e m e n t so ft h et h r e eg o r g e sp r o j e c ta n dt h eg e z h o u b a p o w e rs t a t i o n ，t h et h e s i s o n l yp r e s e n t ss o m e d e t a i ld i s c u s s i o n so naf e wo f a s p e c t s s u c ha sd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n p e r f o r m a n c ea n a l y z i n g ，t h ep r i n c i p l ea n di m p r o v e m e n to fs a m p l ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n ， t h ef u l f i l lo ft h et r a n s f o r m e rm u t i d i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o ne q u i p m e n t t h es t u d yo fn e w t r a n s v e r s ed i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o ns c h e m el o c k e db yd i r e c t i o np r o t e c t i o nb a s e do nt h e p o s i t i v es e q u e n c ef a u l tc o m p o n e n t ，t h es t u d y o f t h ei n j e c t e ds t a t o re a r t h p r o t e c t i o nb a s e do n c o m p e n s a t i v ep r i n c i p l ea n d e t c t h eh i s t o r y , t e n d e n c ya n dl a t e s td e v e l o p m e n t so ft h el a r g eg e n e r a t o ra n dt r a n s f o r m e r m a i n p r o t e c t i o n si nc h i n aa n da b r o a da r ei n t r o d u c e d t h e ns o m eo p l 。h i o n s ，w h yt h o s et o p i c s a r es e l e c t e da sm a i n c o n t a i n s ，a r ef a i r l yg i v e n o u t t oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n go ft h ec o m m o nm e t h o d 。w h i c ha n a i y z e st h ed i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c i nt h ed i f f e r e n t i a lc u r r e n t sv s r e s i s t a n tc u r r e n t sp l a n e ah o v e l m e t h o di s p r o p o s e da c c o r d i n gt o t h er e l a t i v er e l a t i o n s h i p sa b o u tt h e a m p l i t u d ea n dt h e p h a s eb e t w e e nt h et w os i d ec u r r e n t s a t i e rc o n t r a s l 【i v ei n v e s t i g a t i o no fs o m ec u s t o m a r i l v d i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o ns c h e m e s t h eu n i v e r s a lm a t h e m a t i c se x p r e s s i o na b o u td i f i e r e n t i a l p r o t e c t i o n si sd r a w no u t i ti st h ef i r s tt i m et h a ts o m ed i s c u s s i o n so nt h ei m p a c ta b o u tt h e t as a t u r a t i o no nt h ed i f f e r e n t i a la n dr e s i s t a n tc u r r e n ta r eg i v e no u t a c o o r d i n gt ot h e u n i v e r s a l e x p r e s s i o n ，ap e r f e c t n o n l i n e a rr e s i s t a n tc r i t e r i o ni s p r e s e n t e d d b e t ot h e m e c h a n i s mo ft h ed i f f e r e n t i a li m b a l a n c ec u r r e n ti ne x t e r n a lf a u l t s t h i sn e wc r i t e r i o n a u t o r e g u l a t e st h er e s i s t a n tt o e 艏e i e n tb y t h ea m p l i t u d e - p h a s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et w o s i d ec u l t e n t s t h i sn o v e lc r i t e r i o np r o v i d e san o v e lm e a n so fh o w t og e tag o o da n ds p r e a d u s eo f t h en o n 1 i n e a rr e s i s t a n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o ni nf i e l d a sa s p e c i a l f o r mo fd i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n s t h es a m p l eo n e i s p u tf o r w a r da f t e r a p p l i c a t i o no ft h em i c r o c o m p u t e r m a n ya s p e c t sr e m a i nt ob es t u d i e di nd e m i l t h ep a p e r g i y e so u tas y s t e m a t i c a la n a l y s i so nt h ei n t e r r e l a t i o nb e t w e e nt h ev a l u e so fr & sa n dt h e v d i f f e r e n t i a l o p e r a t i o nt h r e s h o l d r e s i s t a n tc o e m c i e n t a n di t a l s o p r e s e n t sat h e o r e t i c a l d i s c u s s i o no nt h eo p t i m u ms e l e c t i o n so ft h er & si nab r a n - n e wa n g l eo fv i e wi nt h e t h r e e d i m e n s i o n a lp l a n e f i r s ts o m eu s e f u lc o n c l u s i o n so nt h eu n i v e r s a lo ft h en o n c y c l e c o m p o n e n ti n f a u l t sa r em a d e t h e ni t g i v e so u ts o m ed i s c u s s i o no nh o wt oa p p l yt h e n o n c y c l ec o m p o n e n tr e a s o n a b l y s ot h a t t h es a m p l ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nc s na d a p ti t s o p e r a t i o ns e t t i n gm di m p r o v e i t ss e n s i t i v i t y i ti sv e r yo b v i o u s l yt h a ts o l v i n gt h o s ep r o b l e m s a b e v ei su f u lt op o p u l a r i z ea n d a p p l y o f t h es a m p l ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o ni nf i e l d t h es a m p l ed i f i e r e n t i a lp r o t e c t i o nh a sm a n ye x c e l l e n te h a r a e t e r i s t i e s f o re x a m p l e i t c a n p e r f o r mp e r f e c t l yw i t h o u tb e i n g e f f e c t e db yt h eh a r m o n i c si nt h en e t 。a n di ta l s oh a st h e a b i l i t yt oi d e n t i 玲w a v es h a p e s a sa ne n t i r e l yn e w s c h e m ef o rd i s t i n g u i s h i n gt h ei n r u s h ， s o o ni th a sb e e na p p l i e di nt h et r a n s f o r i f l e rp r o t e c t i o n b u tf o rt h ed i s p e r s i n go fs a m p l e v a l u e s i tm a yd on o to p e r a t ei nt i n yf a u l t sw i t h h e a v y l o a d s oi tw o u l db eas i g n i f i c a n tt a s k t o g e t f u l lu s eo ft h es a m p l ev a l u e s p e c u l i a r i t ya n da s s o c i a t et h es a m p l ed i f i e r e n t i a l p r o t e c t i o n ss e c u r i t yw i t l lt h ep h a s e o n e ss e n s i t i v i t ya tt h es a m et i m e t h e p a p e rt a k e st h e 1 c a di np r o p o s i n gan o v e ld i f f e r e n t i a lc r i t e r i o ns c h e m eb a s e do nt h r e ep h a s ei n s t a n t a n e o u s s a m p l ev a l u e s t h i ss c h e m eg e t saf u l lb u tr e a s o n a b l eu s eo ft h ef a u l ti n f o r i l l a t i o na n d o b t a i n sb o t he x e e l l e n c e so ft h ea b e v et w od i f f e r e n t i a ls c h e m e s t h er e s u l t so ft h e t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dd y n a m i cs i m u l a t i n gt e s t ss h o wt h a tt h en e ws c h e m eh a sm a n y m e r i t ss u c ha ss h o r td a t aw i n d o w ，h i g hs e c u r i t y ，p o w e r f u la b i l i t yt od i s t i n g u i s ht h ew a v e s h a p e s t r o n ga d a p t a b i l i t yo f t h ef r e q u e n c yc h a n g ea n d e t c h 1t h et r a m f o l m e rp r o t e c t i o n m u c hz e a l o u s n e s si s p l a c e do nh o wt od i s t i n g u i s ht h e i n r u s hf r o mf a u l t sa n dt h es t u d yo f t h er e l a t i v ee q u i t ) m e n t a c c o r d i n gt ot h ew e a k n e s so f t h e t r a n s f o r m e rd i f f e r e n t i a lr e l a y , w h i c hh a s j u s tas i n g l em a i nc r i t e r i o n ，an e wp o i n to fv i e w ， w h i c ha p p l i e 堪m u t i - c r i t e r i o na n d c o o p e r a t i o nt h o u g h t i n t ot h et r a i l s f o r m e rd i f f e r e n t i a lr e l a y ，i s p u tf o r w a r d t h e r e a l i z a t i o ni nf i e l di sa l s og i v e no u t a f t e rt h a tt h ea c c o m p l i s h e d e q u i p m e n t w h i c hi sf u i f i l l c du p o nt h ea b o v e p r i n c i p l ea n dp r a c t i c e si nt h eg e z h o u b ap o w e rs t a t i o n ，i s i n t r o d u c e d 砸sn e we q u i p m e n t f i r s t l ya d o p t s m u t i - c r i t e r i o nc o o p e r a t i o nt e c h n o l o g yi n p r o t e c t i o np r i n c i p l e sa n da r i t h m e t i c t h e r e f o r ei tc a nf u l l ye x e r te a c hc f i t 甜i o n sm e r i ta n d f u l f i l lf u n c t i o n s u p p l e m e n t s ot h es e c u r i t y , t h es e n s i t i v i t y , t h es p e e d t n e 蜗t h ei n r u s h d i s t i n g u i s h i n ga n dt a s a t u r a t i o nr e s i s t a n c ec a nb ei m p r o v e da tt h es a m et i m e t h et r a n s v e r s ed i f i e r e n t i a lp r o t e c t i o ni st h es i m p l e s ta n dm o s ts e n s i t i v em a i no n ef o r g e n e r a t o r s t a t o ri n t e r i o rf a u l t s i ts h o u l db e p r e f e r e n t i a l l ya d o p t e d o v e r a n y o t h e r p r o t e c t i o n si fc o n d i t i o n sa l l o w i ti sv i t a lt of i n daw a y t og e tb e s tu s eo ft h em e a s u r ei n e x i s t e n c ea n dr e d u c et h et r a n s v e i s ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nt h r e s h o l dw h i l ed on o tc h a n g e t h ep r i m a r y s y s t e mf a c i l i t y s o m ec o n c l u s i o n sa b o u t t h et r a n s v e r s ed i f f e r e n t i a lc u r r e n tf r o m t h el a bt e s td a t aa r e 百v a no u t t h e nan e wt r a n s v e r s es c h e m es u g g e s t e da p p l y i n gt h e d i r e c t i o np r o t e c t i o nb a s e do nt h ep o s i t i v es e q u e n c ef a u l tc o m p o n e n tt oa v o i d m i s o p e r a t i o n i ne x t e m a lf a u i t sa n dr e d u c et h eo p e r a t i n gt h r e s h o l di ni n t e r i n rf a u l t s 1 1 m it h em a x i m a l i m b a l a n c ec u r r e n to nn o r m a lo p e r a t i o nn e e db ec o n s i d e r e da n dt h et h r e s h o l ds e t t i n gc a n r e d u c em u c h i ti sp r o v e dv a l i db yt h ed y n a m i cs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t d a t a t h es t a t o re a r t hf a u l ti st h ec o m m o nb u tt h eb e g i n n i n go ft h ep h a s e - - t o - p h a s ea n d i n t e r t u r no n e s s oi t sp r o t e c t i o ni sv e r yi m p o r t a n tt oh u g eg e n e r a t o r s t h ei n j e c t e ds t a t o r e a r t h p r o t e c t i o n h a sh i g h s e n s i t i v i t y a n dc a nd e t e c tt h ed e c l i n eo fs t a t o ri n s u l a t i o n a c c u r a t e l y w i t ht h ea g g r a n d i z e m e n to fs i n g l eg e n e r a t o r i ti sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e w i d e l yu s e di nf i e l d d u et ot h a t ，s o m ep i v o t a ld i s c u s s i o n sa b o u ts t a t o re a r t hp r o t e c t i o n a r e m a d e t h e n ，t a k i n gt h e t h r e eg o r e sa s e x a m p l e ，i tc o m p a r e st h es e n s i t i v i t y o ft h e t r a d i t i o n a ls c h e m e s l a s t l yi tp r e s e n t sas t a t o re a r t hs c h e m et oi m p r o v et h es e n s i t i v i t y t h i s s c h e m ei sb a s e do nt h ec o m p e n s a t i v ep r i n c i p l ea n d p r o v e db ys i m u l a t i n gd a t a u n d o u b t e d l y t h en e ws c h e m eh a sm u c ha c t i v em e a n i n gt om e e tt h en e e do f h u g e g e n e r a t o r i np r a c t i c e a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n ，as y s t e m a t i c a ls u m m a r yi sg i v e n f u r t h e rw o r kt ob e s t u d i e di sp o i n t e do u t k e y w o r d s ：l a r g eg e n e r a t o r & t r a n s f o r m e rn o n - l i n e a r i t y r e s i s t a n t t h r e e p h a s es i m u l t a n e i t ys a m p l i n gv a l u e s t r a n s v e r s ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n i n j e c t e ds t a t o re a r t hp r o t e c t i o n 1 绪论 本章结合电力系统的发展，综述了大型发电机、变压器主保护技术发展的历史和 现状，指出目前有待完善的若干理论、技术以及值得关注的问题，从而阐明本论文研 究的基点和必要性。最后简述本文的主要工作及章节安排。 1 1引言 随着电网的快速发展，我国电力系统已进入大电网互联时代。正在兴建的三峡电 站及其输电系统将于2 0 0 9 年建成，东北、华北之间近期实现了5 0 0 千伏交流联网。 到2 0 1 0 年，随着三峡输电系统的建成，在我国中部将形成沿长江流域包括川渝、华 中、华东电网在内的三峡交直流电力系统。与此同时，北方的华北、东北、西北电网 将实现互联；南方电网将进一步加强。届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的 格局，预期2 0 2 0 年左右将基本实现全国联网。随着东部地区核电的建设，西部巨型 水电和坑口火电的开发，全国范围的远距离输电和电网互联将得到进一步加强【2 】【3 。 特、超高压大电网互联带来的各种复杂问题对现有电力系统运行产生严峻考验。如美 国西部电网1 9 9 6 年7 8 月连续两次发生连锁反应式大电网稳定破坏和大面积停电事 故，充分表明这种类型事故是当前及未来电网运行安全的最大威胁【4 】1 5 1 。因此寻求更 为有效的电网控甫措施，确保互联电力系统的安全稳定运行是我们面l 临的又一重要课 题。作为服务于系统安全而诞生的- - f q 学科，继电保护技术是电力系统发展的客观要 求。新理论、新技术、新材料的涌现为继电保护技术的不断完善提供了技术基础，两 者共同作用推动了继电保护技术的发展。 随着电网规模不断扩大、电压等级逐步提高，装机容量大幅度增加。从1 9 8 8 年开 始，我国投产的大中型机组均在1 0 0 0 万千瓦以上，到2 0 0 0 年，全国装机总容量接近 3 0 0 g w 。大电网的建设对电站机组容量规模提出更高的要求。因此，国内对于2 0 0 0 年 以后兴建的项目，除一些热电联产的机组选用3 0 0 m w 外，将普遍选用6 0 0 m w 以上的 超大型机组。由此可见，大型( 超大型) 机组正逐步成为我国的主力机组。水电建设向大 型和超大型发展。火电建设向高温高压大容量发展，必然对电力设备提出更高的要求。 举世瞩目的三峡工程第一批4 台7 0 0 m w 机级将于2 0 0 3 年开始投产发电，以后每年投 产4 5 台机组，2 0 0 8 年将全部建成2 6 台机组，总容量1 8 2 g w 。三峡水电站的发电机 都是单机容量超过7 0 0 m w 的超大型机组，将成为我国迄今为止单机容量最大的水轮发 电机组。由于单机容量大，大型发电机组的地位变得非常重要，它的安全运行直接影 响到电网的稳定性，同时，大型发电机组由于造价昂贵，结构复杂，一旦遭受损坏， 需要的检修期长，给国民经济造成的直接和间接经济损失巨大。因此，对大型机组继 电保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。另一方面，随着大机 组材料利用率的提高，新的工艺技术的应用，新的冷却、励磁方式等的运用，大机组 的运行效率得到很大提高，但同时也给继电保护带来了困难 6 】【”。因此对于当前迅速发 展的电力工业来说，大型机组继电保护的研究是一门具有重要意义的课题。 从1 9 9 4 年起，我国2 2 0 k v 及以上主网保护的正确动作率得到较大提高，在近些 年平均正确动作率超过9 8 。根据1 9 9 9 2 0 0 1 年全国发电机、变压器保护运行情况 的统计分析9 j 【1 0 】，近几年来动作情况如下表1 1 和l 一2 所示。但主设备保护特别是变 压器保护的动作情况却不太理想。造成主设备保护不正确动作的原因主要有运行维护 管理上的问题、制造部门的责任问题、原理缺陷及原因不明等。总的说来，元件保护 动作情况尚不容乐观，其正确动作率还需进一步提高。因此，适应我国电力工业的发 展需要，大力提高大型发电机组的运行管理水平，是当前十分迫切的任务。在运行生 产部门进一步加强科学管理，提高制造、基建和设计质量的基础上，各研究单位应加 强机组保护的基础理论研究工作，探索更加灵敏、可靠、快速的保护新原理。利用产、 学、研的集体优势，充分发挥保护装置、保护方案的潜力 。 表1 一li o o m w 及以上发电机保护正确动作率统计 表1 - 22 2 0 k v 及以上变压器保护正确动作率统计 发电机变压器保护的研究主要包括两个方面，一方面是保护原理的研究，另一方 面是保护装黄的研制。对保护原理本身的深入研究，挖掘其潜力或发现其缺陷并加以 弥补，如果不能说是全部的推动力，至少也是最大推动力之一。对原理的细致研究， 还能促进继电保护产品的研发和加深系统运行专业技术人员对原理的认识，从而有助 于开发出更能适应复杂电力系统要求的产品，以进一步提高电力系统的安全运行水 平。实际上，在现有被认为已经比较完善、或基本上认识清楚的故障( 异常) 现象、继 电保护原理和判据中，还有不少值得推敲之处，其中有些是普遍适用的保护判据，有 些是发电机、变压器保护的特殊问题。从完善继电保护理论分析体系的角度出发，应 当对上述问题展开深入的分析研究，这也是本论文的一个立足点。继电保护的最终发 展必须落实到保护装置的研制上。具体说来主要是装置元器件的严格选择、硬件的精 心设计、新原理的开发研制等，对理论研究人员而言重点应放在如何合理的配置保护 算法、原理，更好适应复杂多变的系统运行工况，以及提高保护装置的可靠性( 防止误 动和拒动) 、灵敏度上。本文正是按照这两方面的需要展开对大型发电机、变压器微机 继电保护系统的研究。 1 2 本论文报解决或探讨的主要问题 电力系统继电保护是一个相当古老学科，但一直处于蓬勃发展之中。这是因为它 具有理论与实践并重，与基础理论、新理论、新技术的发展紧密结合，与电力系统的 运行、发展息息相关等特点。继电保护的生命力在于它根据电力系统发展的需求，不 断从相关学科最新成果中吸取养分，逐步发展和完善的自己。自上个世纪7 0 年代提 出计算机继电保护的概念以来【1 2 l f l 3 】，微机型继电保护得到迅速发展。我国从七十年代 末即已开始了计算机继电保护的研究【】，各高校和科研机构起着先导的作用。早期的 微机型元件保护装置在原理上只是传统模拟式保护的翻版【”】。随着研究的深入，大量 的能充分发挥计算机优势的保护新原理得到开发应用，取得了丰硕的成果，体现了微 机式元件保护的强大生命力和无可比拟的优越性。计算机技术、通讯技术和数字信号 处理技术的发展，使得当代继电保护技术发生了翻天覆地变革，保护装置正在从传统 的模拟式、数字式向智能型、多信息融合式、网络化模式迈进。从根本上说，信息的 识别、处理和利用是继电保护技术发展的基础。计算机所具备的永久记忆能力、强大 的数值计算和逻辑判断能力为继电保护处理和识别信息创造了前所未有的有利条件， 并为直接使用数学模型的方法来研究和开发保护新原理和技术提供了可能性。微机保 护研制的重点是基于信息技术综合应用探索新原理以改善保护性能目前自适应原 理、模糊理论、专家系统、人工神经网络、小波分析等广泛应用于继电保护，使得这 个古老学科焕发出强大的生命力。下面就本论文所做工作相关的大型发电机、变压器 继电主保护的发展现状及急需解决的问题展开讨论。 1 2 1 差动保护技术发展中的一些主要问题 电流差动保护原理于1 9 0 4 年由c h m e r z 和b p r i c e 在英国提出，迄今为止，已 约有近百年的历史。电流差动保护原理上是最为理想的一种保护，具有灵敏度高，简 单可靠和动作速度快等诸多优点。从保护对故障信息反应和利用的观点来看，理论上 差动电流完全消除了非故障状态下的电流分量，因而采用差动电流作为动作量的电流 差动保护对系统非正常运行状态如振荡、非全相等，有极强的适应能力，能够灵敏地 反应各种类型的故障。电流差动保护在初始提出时是应用在线路保护上，由于其原理 简单可靠而很快被广泛地应用在电力系统的发电机、变压器、母线等诸多重要电气设 备的保护之中【1 6 。】。可以毫不夸张地说，凡是有条件实现的地方，均毫无例外地使用 了这种原理的保护，而且都是主保护。 电流差动保护由于原理简单、具有良好选择性、工作可靠，长期以来其原理研究及 应用受到了保护工作者的极大关注。在实际工程使用时根据不同的要求，具体实现时 可以采取不同的制动量，也就产生了不同的差动保护方案。差动保护应用的关键在于 对于不平衡电流的准确辨识上，主要包括由一次系统( 被保护设备) 及二次系统( 传感器) 两种不同机理产生的不平衡电流的处理。显然需要针对不同被保护对象，前者采用不 同的方法进行处理，如对长传输线路主要考虑电容电流补偿问题，而变压器差动保护 则需要重点考虑励磁涌流的鉴别。后者则是所有差动保护需要解决的菇同问题，一般 把检测由传感器引起不平衡电流的差动保护方案称之为通用差动保护方案。各种通用 差动保护判据的差动电流均是流入被保护设备的各支路电流之和，判据主要区别在于 制动电流的构成不同。差动保护虽然是广泛应用的主保护，但是对其动作性能分析还 不是很完善。有必要寻求一种简单直观的分析方法，对现在常用的差动判据进行对比 分析。在对差动保护的通用特性详细分析后，根据t a 不平衡电流的特点，判据构造了 较为理想的稳态和故障分量非线性制动差动保护新判据，正是本论文工作的一个重点。 根据基尔霍夫定律，流入一个节点的各支路电流之和为零。这不仅对于有效值来 说是成立的，而且对于瞬时采样值同样成立。近年来，微机的广泛应用使得一种直接 利用采样值实现的差动保护原理逐渐在工程中得到实际应用和推广。做为差动保护的 一种特殊形式，采样值差动与常规向量差动保护相比较，具有动作速度快，计算量少 4 等特点，同时也是微机应用在传统差动保护领域的一个突破。现已陆续在母差保护 2 ”， 线路纵联保护 2 2 1 ，变压器保护【2 3 l1 2 4 1 和发电机保护吲中得到成功应用。 一个公认的事实是，通常至少在故障发生后的1 4 个周波内t a 能保持线性传变。 若电流差动保护的动作判据按每一个采样值分别判断，则可以在原理上部分乃至完全 消除上述不利影响，有效地提高电流差动保护的动作速度与可靠性，这是采样值差动 保护的突出优点。但是，常规差动保护用的是有效值，差动电流、不平衡电流以及施 加的制动电流都是不随时间变化的确定值。对采样值差动保护来说，采样值是随时间 而周期变化的。因此，上述电流量也随时间变化。对每个采样点，它的采样值动作或 制动特性的关系都不相同。有一些采样点动作( 制动) 效果较差，而另外一些采样点动 作( 制动) 效果较好。因此，需要采取措施，使得在被保护设备无内部短路情况时，保 护的判据能避开制动效果差的点，而又不影响内部短路时保护能正确动作。重复多次 判断是解决这一矛盾的途径。基于上述考虑，文献 2 6 】首先比较系统地讨论了采样值 电流差动保护的有关问题，并在文献 2 7 1 深入了相关讨论并提出了该原理在继电保护 中的可能应用。文献 2 8 对采样值电流差动保护与常规电流差动保护的关系和它们的 动作边界变化区作进一步的研究，讨论了用于高压输电线路差动保护时，采样值差动 保护应当注意的问题。虽然一些文献对这些问题做了一定的阐释，由于篇幅所限，其 中有些基础性的问题只是给出了结论，而没有给出详细的论证。然而，要让一种相对 较新的原理得到普遍的认可，离不开扎实的理论工作。继电保护近百年的发展实践已 经多次见证了这点。因此对采样值差动保护在以下几个方面值得做进一步的探讨： 1 、采样初相角对采样值差动保护的影响；2 、差动保护门槛和斜率整定值与r 取s 判 据的相互关系；3 、r 取s 判据的性能评估。研究清楚上述问题对推广或用好采样值 差动保护无疑将具有积极意义。 1 2 2 变压精薹幼保护关键技术一励磁涌流鉴别的相关问题 电力变压嚣是电力系统的构成要件之一，作为电能传送的枢纽，其重要性不言而 喻。大型变压嚣造价昂贵，一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成 很大的经济攒失。特别是在单台容量占系统容量比例很大的情况下，发生故障后突然 切除变压器，将给电力系统造成很大的扰动。因此，在考虑大型变压嚣缝电保护的总 体配置时，除了保证其安全运行外，还要最大限度地缩小故障影响范围，特别要防止 保护装置误动作成拒绝动作。 差动保护作为变压器的主保护，长期以来一直受到保护工作者的关注。对其研究 可追溯到1 9 3 1 年，r e c o r d r a y 提出比率差动的变压器保护【2 9 1 ，标志着差动保护作为 变压器主保护时代的到来。差动保护应能有效区分内外