（电力系统及其自动化专业论文）电压按相补偿与非同步采样防范措施的研究.pdf

华北电力人学硕十学位论文 中文摘要 本论文的主要工作是研究超高压输电线路采用距离保护与光纤差动保护时所 面临的一些特殊问题。主要进行了以下工作： 首先，对接地故障情况下弱馈侧的电流、电压以及测量阻抗的情况进行了详细 的分析。并提出了引入电流、电压按相补偿的接线方式，解决了弱馈侧非故障相误 动的问题。理论分析和仿真结果验证了新方法的有效性。 其次，提出了一种防止光纤差动保护非同步采样误动的措施。这种措施最大程 度的减小了非同步采样情况下，差动保护误动的几率。仿真结果验证了新措施的有 效性。 最后，对c t 饱和的过程、特征进行了介绍，并详细分析了c t 饱和对二次电 流的影响，为工程实践中判定c t 饱和状态提供了理论依据。 关键词：距离保护，差动保护，弱馈，按相补偿，非同步采样，c t 饱和 a b s t r a c t t h et h e s i si sf o c u so nt h er e s e a r c ho fd i s t a n c ep r o t e c t i o na n dc u r r e n td i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o ni ne h v & u h vt r a n s m i s s i o nl i n e t h es i g n i f i c a n ta c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，i nc o g n i z a n c eo fg r o u n d i n gf a u l t a tt h ew e a k i n f e e ds i d e ，c a r r i e do u ta d e t a i l e da n a l y s i so ft h ec u r r e n t ，v o l t a g ea n dm e a s u r e di m p e d a n c e a n dp r e s e n tan e w r e s i d u a lc u r r e n ta n dv o l t a g ec o m p e n s a t i o nm e t h o db a s e do nt h ec u r r e n ta n dv o l t a g e m a g n i t u d eo fe a c hp h a s e f o rm h oe l e m e n t s i th a sb e e ns h o w nt h a tt h ea b o v e c o m p e n s a t i o nm a n n e rm a yh a v ep o s i t i v ei m p a c to nt h ed i s t a n c ep r o t e c t i o n s e c o n d l y ，an e wm e a s u r et op r e v e n tc u r r e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nm a l o p e r a t i o ni s p r e s e n t e di nt h ep a p e r t h i sm e a s u r ei sb a s e do np h a s ed i f f e r e n c e ，i nc o n n e c t i o nw i t ht h e m a l o p e r a t i o nw h i c hi sc a u s e db ya s y n c h r o n o u ss a m p l i n g i th a sb e e ns h o w nt h a tt h e m e a s u r ei sa ne f f e c t i v em e t h o d f i n a l l y ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc t s a t u r a t i o na n dt h ei m p a c to fc ts a t u r a t i o no nt h e s e c o n d a r yc u r r e n th a v eb e e na n a l y z e d a n dp r o v i d ea t h e o r e t i c a lb a s i st ot h ee n g i n e e r i n g p r a c t i c ea b o u th o w t od e t e r m i n ec ts a t u r a t i o ns t a t e k e yw o r d s ：d i s t a n c ep r o t e c t i o n ，d i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n ，w e a k - i n f e e d ，a d a p t i v e r e s i d u a lc u r r e n ta n d v o l t a g ec o m p e n s a t i o n ，a s y n c h r o n o u ss a m p l i n g ，c ts a t u r a t i o n w a n gm i n g x u a n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gs h a o f e n g 华北电力大学硕十学位论文 目录 中文摘要l a b s t r a c t 3 目录l 第一章引言1 1 1 研究目的和意义1 1 2 距离保护接地阻抗测量方法的研究现状2 1 2 1 具有零序电流补偿的接地阻抗测量方法2 1 2 2 引入按相补偿接地阻抗测量方法3 1 3 超高压线路光纤纵差保护的研究现状3 1 4 本论文的主要工作4 第二章接地故障情况下弱馈侧电气量的特征分析6 2 1 单相接地6 2 1 1 电流分布6 2 1 2 电压分布7 2 1 3 测量阻抗l0 2 2 两相接地1 0 2 2 1 电流分布1 0 2 2 2 电压分布1 l 2 2 3 测量阻抗l3 2 3 弱馈侧对测量阻抗的影响1 3 第三章引入电流、电压的按相补偿阻抗测量方法1 6 3 1 零序电流补偿阻抗测量方法1 6 3 2 引入电流的按相补偿阻抗测量方法1 6 3 3 引入电流、电压的按相补偿阻抗测量方法的特性分析1 7 3 3 1 单相接地故障1 8 3 3 2 两相接地故障1 9 3 3 3 相间故障与三相故障2 0 3 4 引入电流、电压的按相补偿阻抗测量方法应用2 0 3 5 仿真及验证2 1 第四章光纤差动保护非同步采样防范措施的研究2 4 4 1 超高压输电线路的特点及其对差动保护的要求2 4 4 1 1 电流差动保护原理及判据2 4 华北电力人学硕十学位论文 4 1 2 采样数据同步方法2 6 4 2 线路无故障时的两侧母线电压相角差31 4 3 不对称故障情况下的最大、最小相角差2 9 4 3 1 单相接地故障31 4 3 2 两相接地短路3 4 4 3 3 两相相间短路3 4 4 3 4 最大、最小相角差的整定3 8 4 4 防止非同步采样误动的措施4 0 4 6 仿真及验证4 l 第五章电流互感器饱和对二次电流的影响4 4 5 1 电流互感器4 4 5 1 1 电流互感器( c t ) 的模型4 4 5 1 2c t 饱和的特征4 5 5 1 3c t 饱和时的电流特征4 5 5 2c t 饱和对二次电流的影响4 7 第六章结论5i 参考文献5 2 致 谢5 4 在学期间发表的学术论文与参加科研情况5 5 2 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究目的和意义 第一章引言弟一旱ji百 电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，它在保证电力系统安全稳定和 经济运行等方面起着非常重要的作用。继电保护的主要作用的是在电力系统中电气 元件发生故障时将故障元件从电力系统中尽快切除，使故障元件免于遭受更大的破 坏并保证电力系统尽快恢复正常运行。 随着大规模联合电力系统的建立，机组容量越来越大，输电线路的电压等级越 来越高，电网规模越来越大，超高压远距离输电线路也日益增多。由于现代大电网 的结构和运行方式复杂多变，系统的运行方式和故障类型越来越复杂，为了确保电 力系统的稳定运行，减轻故障对电力系统造成的危害对电力系统继电保护装置的快 速性、精确性、灵敏性提出了越来越高的要求。为确保超高压输电线路安全稳定运 行，要求输电线路主保护能够可靠快速的切除线路首次发生的故障，输电线路保护 的动作时间不得大于l 2 个周波【1 4 j 。 距离保护装置一直随着电力系统的发展以及硬件技术的发展而不断发展的。从 上个世纪2 0 年代初距离保护装置出现后，距离保护经历了机电型、整流型、感应 型、晶体管型、集成电路型和微机型等几个发展阶段。随着1 9 8 4 年第一套微机型 高压输电线路保护装置的投入运行，距离保护的发展进入了一个崭新的发展阶段。 在微机保护的研究和应用过程中，已经逐渐将保护装置当作一个系统来设计，不但 继承了模拟保护的原理，还依靠计算机系统强大的计算、推理能力实现了许多模拟 保护无法实现的功能。但是，目前大部分微机保护在实现原理上还没有充分发挥微 机保护的灵活性和计算能力。微机保护应当从自身的优势出发，从保护原理的构成 到保护的配置，都能够更好地与电网运行状态相适应。保护设计中，如何跳出传统 的“继电器”概念，如何发挥计算机的优势将能够进一步改善保护的性能，尤其是 对于传统继电保护原理中未能很好解决的状态识别问题，如何进一步发展微机保护 在功能上的优势，使保护识别复杂状态的能力有所提高，这将是距离保护原理在微 机保护阶段得以发展的重要方面【，l 。 电流差动保护的原理已有约9 0 年的历史。由于其原理简单可靠而被广泛的用 作电力系统的发电机、变压器、母线和大型电动机等元件的主保护。电流差动保护 的原理在电力线路上的应用，最早就是传统的导引线保护。随着微波通信技术、光 纤通信技术的发展和其在电力系统通信中的逐渐应用，又先后出现了输电线路的微 波电流差动保护和光纤电流差动保护。日本7 0 年代就有分相电流差动微波保护【6 j 。 进入8 0 年代，日本又有最先研究采用p c m 调制方式的数字式电流差动微波保护。 华北电力大学硕士学位论文 8 0 年代末以来，英国g e c 公司和a b b 公司也相应研制出各自的数字式电流差动微波 保护。我国8 0 年代末开始研制数字式的电流差动微波电流差动保护，w x h 1 4 型高 压线路微机微波电流差动保护装置，于1 9 9 4 年完成。目前国内外各大公司相继推 出了光纤差动保护装置，如国外的g e 公司的l 9 0 f 7 1 、a b b 的r e l 5 6 1 t s l 等，国内的 南自公司的p s l 6 0 3 f 9 1 、许继的w x h 8 0 3 1 1 0 1 、南瑞公司的r c s 9 3 l 【1 1 1 、四方公司的 c s c 1 0 3 1 1 2 1 等。这些保护保护装置均己在电力系统中得以运用，但在实践过程中均 有一些特殊问题需加以解决，下面仅针对本论文拟解决的问题予以具体说明。 1 2 距离保护接地阻抗测量方法的研究现状 阻抗继电器是距离保护和纵联距离保护的核心元件，主要作用是测量短路点到 保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确保保护是否应该动作1 1 1 。 目前接地阻抗继电器常用的接线方式是具有零序电流补偿的接地阻抗o o 接线【1 1 与引 入电流按相补偿的接地阻抗o 。接线【5 1 。 1 2 1 具有零序电流补偿的阻抗测量方法 传统的具有零序电流补偿的阻抗测量方法的测量阻抗计算公式为： z ，：当 i + k 3 i o 式中，k 一一零序补偿系数，k = ( z o z 1 1 3 z , 。 式1 1 为距离保护进行阻抗测量的基础，其中零序电流补偿保证了故障相测量 阻抗的准确性，常用的接地距离保护都是基于上式进行阻抗或距离测量的。但是这 种阻抗测量方法存在一定得缺陷。以a 相金属性接地短路为例，对于故障相a 相的， 阻抗元件，能够准确测量从短路点到保护安装地点之间的正序阻抗。对于非故障相， 在某些特殊情况下，可能会造成测量元件误动。在忽略非故障相的测量电流时，非 故障相b 相的测量阻抗为： uu z b2 _ 上_ ib + k x 3 1 0k x 3 1 0 ( 1 2 ) 在a 相接地短路时，u b 变化不大，于是电流零序分量越大，b 相测量阻抗绝 对值就越小，从而可能引起b 相误动。c 相与式( 1 2 ) 类似。 经上述分析可知，传统的具有零序电流补偿的接地阻抗测量方式，在某些特殊 情况下，非故障相会发生误动。 1 2 2 引入电流的按相补偿阻抗测量方法 2 华北电力大学硕士学位论文 引入电流的按相补偿阻抗测量方法的计算公式为5 1 ： 乙：_ 旦_ i + m k x 3 i o ( 1 3 ) 式中，m ，= 屿虬。一一按相补偿的修正系数( 虬为相电流的故障分量， f i g , 。- - m a x m a ，a b ，虬) ) 。 引入电流的按相补偿阻抗测量方法，对于故障相a 相，由于虬。= a ，所以 m a = l ，测量阻抗仍和未引入按相补偿前一致，对测量阻抗没有任何影响，保证了故 障相阻抗测量的准确性。 而对于非故障相来说( 以b 相为例) ，有m b = 蝇以，所以： 驴志生m b k x 3 i o mk2 k 粤k 3 , t o 。( 1 - 4 ) 毛+ k 3 厶 山b 对于大部分的接地故障，有她 。，于是m 。数值很小，因此在忽略，r 的情 况下，测量阻抗被放大l = 。峨倍。这样，非故障相阻抗元件不容易误动作， 十分有利于提高非故障相的安全性。 但是，当这种补偿方式应用于弱馈侧时，仍然存在m 。= 1 。此时引入电流按相 补偿并不能起到补偿作用，非故障相阻抗继电器仍有可能误动。 1 3 超高压线路光纤差动保护面临的特殊问题 j 光纤差动保护具有数据传输速率高的特点，可以实现线路两侧电流数据比较。 随着通信设备的成本下降，近几年，我国的光纤通信系统发展很快。广东省电力系 统已有近千公里的光缆建设已完工：华东电网的数字微波网已覆盖了三省一市全 境，光纤通信网正在加紧建设，全网的数字光纤通信线路已超过4 0 0 公里：华北电 网也在加紧建设以微波、光纤为主干网的电力信息传输网；黑龙江省电力系统的光 纤通信发展也很快，现已有几百公里的光纤通信线路投入运行。目前以三峡工程为 契机的超高压电力输电网的出现，也在加速我国的超高压输电系统的进一步扩大和 完善【1 3 i 。 虽然基于基尔霍夫电流定律的分相电流差动保护原理简单，不受系统振荡，线 路串补电容、系统非全相运行和单侧电源运行方式的影响，差动保护本身具有选相 能力，保护动作速度又快等优点，但在超高压输电系统中应用也有一些特殊问题需 要解决。 1 ) 线路分布电容产生较大的电容电流1 1 4 】 华北电力大学硕士学位论文 输电线路的相与相、相与地之间都存在分布电容，对于超高压系统的输电线路， 由于采用了分裂导线，线路感抗减小，分布电容增大。同时超高压输电线路往往要 承担远距离大容量的电力输送，较长的线路更使分布电容的等值容抗大大减小，导 致电容电流进一步增大。电容电流将使输电线路中的电流和电压的大小和相位都产 生严重的畸变，这就使得电流差动保护判据在区外故障时仍有较大差流，可能导致 差动保护误动作。 2 ) c t 饱和的影l l 晦 s , 1 6 l 在超高压输电系统中，短路电流的非周期分量是线路故障时引起c t 饱和的首 要原因。这是因为非周期分量不能通过c t 传变至副边而成为励磁电流，引起c t 励磁支路的饱和。并随着非周期分量越大，衰减越慢，饱和越严重。在c t 饱和时， 二次电流不仅在幅值上不真实，在相位上也会随着饱和程度的增加而变化加大，严 重时会导致差动误动。为克服c t 饱和给差动保护带来的影响，传统做法一般是通 过c t 饱和判别元件，并根据c t 是否饱和决定差动元件的主要参数。 3 ) 两侧保护的采样同步问题 1 7 , 1 8 1 分布在线路两侧的纵联差动保护装置若要利用两侧电流采样值或相量进行差 动计算，首要的问题是必须保证线路两侧的采样值为同一时刻，只有这样，才符合 基尔霍夫电流定律。为此，纵联差动保护的一个重要影响就是采样的同步问题，也 就是同步调整问题。目前已经提出的同步方法可归纳为以下三类： a ) 基于数据通道的各种同步方法。该方法主要包括：数值调整法l l9 1 、采样时 刻调整法【2 0 1 、时钟校正法【2 1 1 ，这些方法均建立在数字传输通道收发延时相等的基础 之上，因此，同步准确性会不同程度地受到通道路由的影响。 b ) 参考向量同步方法【2 2 1 。该方法受输电线路参数和电气量测量误差的影响， 其精度不能得到保证。 c ) g p s 同步法【2 引。该方法在硬件投资不大的情况下能很好地解决同步采样问题， 是迄今为止最为理想的同步采样方法。但该方法也受到自然环境和社会环境等因素 的制约，另外，g p s 属于美国的军用系统，因此，g p s 应用于控制系统受到了安全 性的限制。 1 4 本论文的主要工作 本论文的主要工作是研究超高压输电线路采用距离保护与光纤差动保护时所 面临的一些特殊问题。总体来讲，包括以下几个方面： 1 ) 对接地故障情况下，弱馈侧的电流、电压和测量阻抗进行了分析，并对弱 馈侧的阻抗继电器的动作特性进行了分析、研究。 2 ) 对于距离保护，采用引入电流的按相补偿阻抗测量方法时，弱馈侧的非故 4 华北电力大学硕士学位论文 障相继电器还有可能发生误动，针对这一问题，提出了引入电流、电压的按相补偿 阻抗测量方法。并分析了各种故障情况下引入电压、电流的接线方式在各种故障情 况下的优越性能，同时给出了其在距离继电器中的应用。 3 ) 提出了一种防止光纤差动保护非同步采样误动的措施。主要以同步采样状 态下，非故障相的线路两侧电压相量的相角差为依据，提出了判定系统同步采样的 判据。文中对正常情况下与非对称性故障情况下的线路两侧电压相量的相角差进行 了分析计算。并给出了新措施在光纤差动保护中的应用逻辑。最后对新措施的性能 进行了仿真验证。 4 ) 超高压线路中，c t 饱和是影响继电保护动作准确性的主要因素之一。本文 对c t 饱和的过程、特征进行了介绍，详细分析了c t 饱和对二次电流的影响，并 给出了各种饱和状态下的二次电流与正常情况下的二次电流的幅值比与相角差，为 工程实践中判定c t 饱和状态提供了理论依据。 华北电力大学硕士学位论文 第二章接地故障情况下弱馈侧电气量的特征分析 电力系统的输电线路存在一侧是弱电源，甚至是无电源的情况( 如图2 1 所示 系统，n 侧为弱馈侧) 。对于图所示系统，在n 侧的以外( 图示n 母线的右侧) 发 生短路时，保护l 、2 均满足有电源情况下的故障分析特征，保护可以正确地实现 故障点的判别：而对于线路内部发生故障( 如图示的k 点短路) 时，弱馈侧的保护 很可能由于该侧系统不能提供足够的短路电流而不能启动，另外，即使满足启动的 条件，其故障特征也与背后有电源时的故障分析有很大的差异。因此分析弱馈侧电 气量的特征，对继电保护装置动作的正确性具有很重要的作用。 对于相间故障，由于不存在选相跳闸的问题，因此，本文主要对单相接地和两 相接地短路情况下，弱馈侧电气量进行特征分析f 2 4 1 ，以便实现保护的正确动作和单 相故障时的选相跳闸。 m 2 1 单相接地 图2 1 弱馈系统示意图 2 1 1 电流分布 以a 相单相接地短路为例，对于故障点处，各序电流为： j k l = t 以。= 石最= 赤 ( 2 - ) 式中，z 1 z = z l s , z 2 z = z l $ 乙z = 粼。其中，假设z 。s = z ：。、负荷 阻抗为无穷大。当负荷侧的变压器不接地时，z o t 一，有：z o z = z o s 。 引入正序、负序、零序电流分配系数c ，l 、c j 2 、c ! o 【2 4 1 ，其中： 6 p 华北电力大学硕士学位论文 =焘=彘c，。=丽zozz zz i 篁+l r 。 2 x + z 2 r ” z o r + z o 了 则保护安装处的各序电流分量为： i l = c ，l i k l = 0 1 2 = q 2 i k 2 = 0 厶= c ，。j 旷i 丽z o $ i ( 2 2 ) ( 2 - 3 ) 由式2 3 可以得知，当弱馈侧发生单相接地故障时，弱馈侧只存在零序电流。 2 1 2 电压分布 已知短路点处的各序电压为 ( 2 - 4 ) 引入n 侧的电压序分量分布系数c u ，c u ：，o 。2 4 1 。对于图2 1 所示系统，有： 印彘c u 2 = z 2 7 z 丛+ z 2 7 在弱馈隋况下，存在g 。= o ：l 。 则保护2 安装处的各序电压可以表示为： ，c u o = z o r z 嘁+ z 时 u i = g l 以1 = 忙l + z o + 3 疋以o u 2 = 巳2 巩2 = 一z i o = c u 0k o = i = k o + 3 r j k o + z o x c l 0 婚 = 一【z o z + 3 r s ) i i o + 3 r s + z o r q o ，柚 = 【c ，o z o r z o z 以。 其中，零序电压也可表示为玩= 一z 。r ，。 下面对保护2 安装处的各相电压进行分析： 1 a 相电压 a 相电压可以表示为： 7 ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) 弦b 如 孔 y 一旺 豫 z 帕+ b 甜 = = = “ n 柏 uuu 华北电力大学硕士学位论文 u 爿= c 【，lu k l + c u 2 u k 2 + c u o u k o = u l + u 2 + u o 1 ) 乩= ( c ，o z o r + 3 r g k - ( 等+ 甜厶 由式2 7 可以得出： u 爿=z o r 。一一 3 珈睁甜 式中，z o ，为线路全长的零序阻抗，是一个可以提供的 因此，当存在过渡电阻影响时，零序电流分配系数c ，。 虑过渡电阻影响时，吼= q 。z o r i k 。 2 b 相电压 b 相电压可以表示为： u 8 = 口2 q lu k l + o l c u 2u k 2 + c u ou , o = 口2 u 1 + 口u 2 + u o ( 2 7 ) ( 2 - 8 ) 参数。 越小则u 月越大。当不考 = 口2 ( z 1 + z o + 3 吃) 一口互+ ( c ，。z 吣一z 0 ) j 七。 = ( _ z 1 么一9 0 。+ 缸么一1 5 0 。+ 3 r # _ 1 2 0 0 + q 。) j t 。 3 c 相电压 根据b 相电压的分析结果，可以得出c 相的电压为： u c = 口巳l u k l + 口2 q 2 u k 2 + o o u k o = a u l + 口2 u 2 十u o = 口( z l + z o + 3 毽) 一口2 z i + ( c ，。k z 0 ) j t 。 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) 经分析可知，c 1 。z o r 越大时，u 。越大，u 。、u c 越小。下面分析c o z o 的最大 c ，o z o f2 z o s z o s + z o x + z 盯 一a ( z 。s + z 。r ) z o s + z o 髟+ z o r0 一口x z 惦+ z o r ) 丢( z o s + x z z 。f + z 。r ) z o s + z o x 七z o r 8 亿一) ( 2 1 1 ) 华北电力大学硕士学位论文 式中，z o s = a ( z o s + z o r ) ，z o 石= ( 1 一u ) ( z o s + z o r ) ，i ；1 _ a ( 1 一口) 的极大值为1 4 。 童引篷差：! ：j 芝菱曩二? ：焉0 0 k c 2 m ， i ( 毙l 艺么9 0 。+ 1 5 2 z o 么1 5 0 。+ 3 尺g 么1 2 0 。弦o r i 、 图2 2 为经过渡电阻短路时，a 、b 、c 三相电压的相量图。由图可知，非故障 相b 、c 两相的电压相角主要受过渡电阻的影响，过渡电阻越大，相角所受的影响 也就越大。图2 3 为金属性短路时，a 、b 、c 三相电压的相量图，由图可知故障相 的电压最小。 图2 2 单相经过渡电阻接地故障时，三相电压的相量图 图2 3 金属性单相接地故障时，三相电压的相量图 9 华北电力大学硕上学位论文 2 1 3 测量阻抗 假设线路为空载，将式( 2 7 ) 代入零序电流补偿测量阻抗计算公式，可以得到 故障相的测量阻抗值： z 一2 孝 一( 芋+ 丧 3 厶 iq + k 3 1 0 ：孽 仁 l + 3 k 。 当发生金属性短路时，故障相测量阻抗为： 耻而z o k 2 砰z 霸o k 喝足 l + 3 1 坠卫i ( 2 - 1 4 ) 但是要想求出测量阻抗，必须有一定的测量电流。当变压器接地时，故障相阻 抗可以测量；当变压器不接地时，只有负荷阻抗所对应的较小的正序和负序电流， 所以几乎无法得到测量阻抗。 金属性接地短路时，非故障相有可能误动，此时非故障相的阻抗为： z b = z c2 7 南了 一坠 ( 1 + 3 k ) i o 一她，z 9 0 。+ 应。z 15 0 。) 。( 2 - 1 5 ) ( 1 + 3 k ) c ，o i i o 一她i 9 0 。+ 亚。z i5 0 。) ( 1 + 3 k ) c ，o 一般情况下，非故障相的测量阻抗i z 。l 和i z r i 均比较大。但是由于非故障相电压 相对于故障前变化不大，所以根据上述公式当电流分布系数c ，。较大，即保护安装点 的零序电流，o 较大时，i z 。l 和i z r i 有可能低于整定值，从而发生误动。 对于引入电流的按相补偿阻抗测量方法，由于弱馈侧的电流补偿系数为l ，无 法起到补偿作用，所以测量阻抗结果与零序电流补偿阻抗测量方法相同。 2 2 两相接地 2 2 1 电流分布 l o 华北电力大学硕士学位论文 以b c 两相接地短路为例，a 相为特殊相。已知接地点k 点的各序电压为： u k i = 仇2 = u , o = e 一，1 1 五( 2 1 6 ) 假设为已知量，于是，k 点的各序电流、电压还可以表示为： d = d 。：= 沙。= 一( z 。+ 3 r g 弦。 k = 一亟z , z = 警死 ( 2 - 1 7 ) 死吐：心( 警心。 同样，短路点处，有：阢。= 一z 。丘。 引入电流分布系数，则保护安装处的各序电流分量为： 1 2 = q 2 i k 2 = 0 i 0 2 c i o i t 。2 ，i 景i t o 由上式可知，当系统发生两相接地短路时，弱馈侧也只有零序电流。 2 2 2 电压分布 已知短路点处的a 相各序电压为： 以。= 一( z 。+ 3 r 。y 。 以：= 一( z 。+ 3 r 。弦。 u t o2 一z o i t o 则保护2 安装处a 相的各序电压为： 囊 ( 2 - 1 8 ) ( 2 - 1 9 ) c u l o l = 一z + 3 r gp 柏 o ：仇。= 一z + 3 r 。p 。 ( 2 2 0 ) c u o ( j 七0 = 仇。+ z 。r ，。= 一z 。z j 加+ z 。k j 。= ( _ z 。z + q 。z 。胃y 。 下面主要分析保护2 安装处的各相电压： 1 a 相电压 华北电力大学硕士学位论文 a 相电压可以表示为： f i - 4 ：矽。+ d ：+ 矽。= ( 2 + c u 。) d 。= ( - 3 z 。一6 r s + c ，。z 。kp 。( 2 - 2 1 ) 2 b 相电压 b 相电压可以表示为： u b = 口2 u + a u 2 + u o ：忆。一1 ) 痧。 ：b 2 - z 。一3 r g ) + a ! ( - z 。一3 r 。) + ( - z 。+ c ，。z 。r 渺。 ： - 口2 z 。一口2 3 r g 一口z 。一a 3 r g z 。+ c i o z 。k 】加( 2 - 2 2 ) = ( c ，。z 。r + 3 b p 。 如+ 孙 3 c 相电压 c 相电压可以表示为： 啦啦以蜘蚺= ( c u 。_ 1 ) 叫+ 等 j 。( 2 2 3 ) 图2 4 为a 、b 、c 三相电压的相量图。由图可知，当c ，。z o k 越大时，u 一越小， u 8 、u c 越大。 图2 - 4 两相接地短路时，三相电压的相量图 同样，取：c o z 。r 式中，a u ，= a u # 一la i # + m ，k 3 i oi z 耐：u 衍为故障前补偿电压幅值。 同样，引入电流按相补偿的修，正系数m 并未起到修正作用。 在a 相接地短路的情况下，b 相得动作量为 1 4 ( 2 3 0 ) 华北电力大学硕士学位论文 6 b l = l 6 口一( j 日+ 七3 j 。) z 耐i i 七3 j 。z 耐i c 2 3 ， 式中，a u b 0 ，a i b 0 。 由式3 3 l 可知，当3 j 。或z 耐比较大的情况下，有可能出现k 3 j 。z 耐i i i 的 情况，从而导致b 相误动作。c 相的情况也是如此。 l 由上述分析可以得知，引入电流按相补偿的阻抗测量方法在弱馈侧并不能起到 补偿作用，非故障相阻抗继电器仍可能会误动作。本文将在下一章解决这一问题。 华北电力大学硕士学位论文 第三章引入电流、电压的按相补偿阻抗测量方法 3 1 距离保护接地阻抗测量方法 3 1 1 零序电流补偿阻抗测量方法 传统的具有零序电流补偿的阻抗测量方法的测量阻抗计算公式为： z 。：当 i + k 3io ( 3 1 ) 式中，k 零序补偿系数，k = ( z o - z , ) 1 3 z , 。 上式为距离保护进行阻抗测量的基础，其中零序电流补偿保证了故障相测量阻 抗的准确性，常用的接地距离保护都是基于上式进行阻抗或距离测量的【3 1 。 3 1 2 引入电流的按相补偿阻抗测量方法 如前所述，采用零序电流补偿的接线方式，对于非故障相阻抗继电器，在特定 的情况下会产生误动。因此，文献5 研究了一种新的按相补偿的阻抗测量方法，即 引入电流的按相补偿方法。为了与“电压按相补偿”方法进行对应比较，先简单介 绍一下“电流按相补偿”的阻抗测量方法。 引入电流的按相补偿的阻抗测量方法表达式如下： z ，= j 与( 3 2 ) i + m t k 3 i o 式中，朋，= 兰兰一一引入电流按相补偿的修正系数( ，为相电流的 故障分量，厶，。= m a x 一，日，c 下面主要分析引入电流的按相补偿后，各接地阻抗继电器的测量阻抗。 1 单相接地故障 以a 相接地故障为例，对于故障相a 相，由于肌。= l ，所以测量阻抗仍与零序 电流补偿的接线方式相同，从而保障了故障相测量阻抗的准确性。 对于非故障相，在较大变化范围内，按相补偿的效果都是很好的。以下是两种 特殊情况： a ) 当c i 。= c 1 。时，= = 0 ，按相补偿的效果最好。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 b ) 在弱馈的情况下，弱馈侧有c ，。0 ，此时小丑= = 1 ，测量阻抗与原接线方 式相同。 2 两相接地短路 以b c 两相接地短路为例，对于故障相，由于m 8 = m c = l ，所以测量阻抗与原 接线方式相同。 对于非故障相a 相，在较大的变化范围内，按相补偿的效果都是很好的。以下 是三种特殊情况： a ) 当g o = c r l 时，m 一= l ，按相补偿的效果最好。 。 b ) 在弱馈的情况下，弱馈侧有c 0 ，此时m 。= l ，测量阻抗与原接线方式相 同。 c ) 当c ，。c i = 0 时，表明保护安装地点没有零序电流，此时7 月l ，接线方式 与原接线方式相同。 3 三相短路和两相相间短路 由于三相短路和两相相间短路时，不存在3 ，。分量，所以，相当于没有进行按相 补偿，接线方式不变，阻抗测量与原有接线方式测量值相同，没有任何影响【5 1 。 本节介绍了引入电流的按相补偿阻抗测量方法。这种测量方法接线方式是对采 用零序电流补偿的阻抗测量方法的修正。这种测量方法虽然对原有方法在非故障相 容易发生误动的情况进行了修正，在弱馈侧并不能起到修正作用。因此，希望能够 找到一种新的阻抗测量方法，对于故障相能够准确测量距离；对于非故障相能够最 大程度地减小固定零序电流补偿所带来的负面影响，并且能够在弱馈侧起到补偿作 用。 3 2 引入电流、电