（电力系统及其自动化专业论文）超高压线路电流差动保护原理的研究.pdf

华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 摘要 此课题主要研究电流差动保护在超高压电网中所遇到的特殊问题。对超高压电 网中分布电容电流和电流互感器饱和这两个主要问题，分别进行了深入的研究。 针对超高压输电线路分布电容电流对差动保护的影响，提出了一种电容电流的 精确补偿方法，从而更准确地进行电容电流补偿，提高差动保护动作的速度和准确 性。 a t p仿真结果表明该补偿方法比传统的给定分布电容参数进行补偿的方法有更 好的补偿效果。 电流互感器饱和一直是困扰电流差动保护的主要问题之一，本论文对超高压电 网中电流互感器的饱和问题进行了研究。分析了电流互感器饱和的特征及电流互感 器饱和对电流差动保护的影响，并提出了可能的抗饱和措施。 关键词:超高压输电线路，差动保护，电容电流，电流互感器饱和 abs t ract t h e t h e s i s i s f o c u s o n t h e r e s e a r c h o f d i f f e r e n t i a l c u r r e n t p r o t e c t i o n i n u h v t r a n s m i s s i o n l i n e . a i m i n g a t t h e c a p a c i t a n c e c u r r e n t a n d c t s a t u r a t i o n , t h e c o r r e s p o n d i n g m e t h o d s a r e p r o p o s e d . b a s e d o n t h e i n f l u e n c e o f t h e d i s t r i b u t e d c a p a c i t a n c e c u r r e n t o f u h v t r a n s m i s s i o n l i n e o n d i f f e r e n t i a l c u r r e n t p r o t e c t i o n , a n o v e l a c c u r a t e c o m p e n s a t i o n m e t h o d o f c a p a c i t a n c e c u r r e n t i s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r . s i m u l a t i o n r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e p r o p o s e d m e t h o d i s s u p e r i o r t o t h e f i x e d c o m p e n s a t i o n m e t h o d . t h e p r o b l e m o f c t s a t u r a t i o n i s v e r y d i f f i c u l t a l l a t t i m e s a n d t h i s p a p e r m a k e s r e s e a r c h e s o n c t s a t u r a t i o n i n u h v t r a n s m i s s i o n l i n e s . t h e c t s a t u r a t e d c h a r a c t e r i s t i c a n d t h e i n f l u e n c e o f c t s a t u r a t e d t o t h e c u r r e n t d i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n h a v e b e e n a n a l y z e d , a n d t h e a n t i 一s a t u r a t e d m e a s u r e s h a v e b e e n p r o p o s e d y u y a n l i ( p o w e r s y s t e m学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅;学校 可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名 日期 省韭 燕 : 卫 丝 1 , i 导师签名: 日期: 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 研究目的和意义 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，对系统运 行安全性和可靠性的要求也在不断提高。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，对继电保护的要求也越来越高。 随着电力系统容量迅速增加，超高压输电线路日益增多。超高压输电线路往往 一端联系着一个大电厂，另一端联系着一个负荷中心;或者两端各联系着一个大电 力系统。由于线路长、输送功率大，所以维持超高压输电线路的安全稳定运行是一 个十分重要的问题。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 1 -2 个周波。 另一方面， 电流差动保护原理， 理论上基于基尔霍夫电流定律， 所需电气量少， 原理简单，灵敏度高，动作速度快，是输电线路最理想的主保护之一。因此，研究 超高压输电线路电流差动保护的原理和方法以提高输电线路保护的性能是继电保 护研究领域中的一个重要课题。 1 . 2 国内外研究现状综述 随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。在十九世纪末已开始利用熔 断器防止在发生短路时损坏设备， 建立了过电流保护原理，1 9 0 1 年第一台感应式过 电流继电器问世，1 9 0 8年研制出电流差动保护，自1 9 1 0年起开始采用方同性电流 保护，1 9 2 0年初制成了距离保护，1 9 2 7年开始了快速动作的高频保护的研究。由 此可见，从继电保护的基本原理看，到本世纪 2 0年代末现在普遍应用的继电保护 原理基本上都己建立，但它总是根据电力系统发展的需要，不断从相关学科取得最 新成果中吸收营养，发展和完善自 身。继电 保护最早使用的是机电型继电器:随着 半导体器件的产生，人们将其用于保护装置，构成了整流型保护继电器，使维修工 作大为减轻;晶体管的出现，带动了静态型继电器的研制，微电子学的飞速发展， 大规模集成电路的产生，使分立单元的晶体管逐渐为集成电路保护所取代，成为第 二代静态型继电器;数字计算机和微处理器的出现则为继电保护数字化开辟了美好 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 研究目的和意义 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，对系统运 行安全性和可靠性的要求也在不断提高。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，对继电保护的要求也越来越高。 随着电力系统容量迅速增加，超高压输电线路日益增多。超高压输电线路往往 一端联系着一个大电厂，另一端联系着一个负荷中心;或者两端各联系着一个大电 力系统。由于线路长、输送功率大，所以维持超高压输电线路的安全稳定运行是一 个十分重要的问题。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 1 -2 个周波。 另一方面， 电流差动保护原理， 理论上基于基尔霍夫电流定律， 所需电气量少， 原理简单，灵敏度高，动作速度快，是输电线路最理想的主保护之一。因此，研究 超高压输电线路电流差动保护的原理和方法以提高输电线路保护的性能是继电保 护研究领域中的一个重要课题。 1 . 2 国内外研究现状综述 随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。在十九世纪末已开始利用熔 断器防止在发生短路时损坏设备， 建立了过电流保护原理，1 9 0 1 年第一台感应式过 电流继电器问世，1 9 0 8年研制出电流差动保护，自1 9 1 0年起开始采用方同性电流 保护，1 9 2 0年初制成了距离保护，1 9 2 7年开始了快速动作的高频保护的研究。由 此可见，从继电保护的基本原理看，到本世纪 2 0年代末现在普遍应用的继电保护 原理基本上都己建立，但它总是根据电力系统发展的需要，不断从相关学科取得最 新成果中吸收营养，发展和完善自 身。继电 保护最早使用的是机电型继电器:随着 半导体器件的产生，人们将其用于保护装置，构成了整流型保护继电器，使维修工 作大为减轻;晶体管的出现，带动了静态型继电器的研制，微电子学的飞速发展， 大规模集成电路的产生，使分立单元的晶体管逐渐为集成电路保护所取代，成为第 二代静态型继电器;数字计算机和微处理器的出现则为继电保护数字化开辟了美好 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 的前景，微机型继电保护产品逐渐成为无可置疑的首选产品。近百年来继电保护发 展的飞跃亦是随着构成保护器件的升级而出现的，第一次飞跃是由机电式到半导体 式，主要体现在无触点化、小型化、低功耗;第二次飞跃是由半导体式到微机型， 主要体现在数字化、智能化。显然，第一次飞跃只是在提高保护装置的硬件可靠性 和经济性、方便性等方面有质变，而第二次飞跃则是具有更为重要的意义，因为它 不仅是提高了保护装置的性能，更重要的是为保护的原理和功能产生质的变化提供 了可能性。 近年来，超高压输电线路继电保护的研究内容主要集中在两个方面，研究新的 保护算法以提高反应工频分量的继电保护的准确动作 【 和利用适当的故障信息及 应用适当的信息处理方式如数字信号处理方法，小波分析方法2 等进行暂态保护的 研 究 川 。 超高压输电线路的暂态量保护包括行波保护f们 、基于故障暂态电压高频分量的 暂态保护5 和基于故障暂态电流高频分量的暂态保护司 等，其原理主要是依据输电 线路故障时产生的高频暂态分量来判断是否发生故障。超高压输电线路故障时产生 的高频暂态分量包含相当宽的频带范围 从直流分量到几百千赫的高频分量。超高 压输电线路故障高频分量的产生原因主要有以下三个方面: 第一， 由于故障瞬间相 当于在故障点加上一个与故障前瞬间大小相同， 但方向相反的电源， 造成线路中电 压电流的突变，而这一瞬间阶跃信号在频域中即包含整个频谱;第二， 由于线路的 分布参数造成电压、电流行波的来回折反射， 导致电压或电流在暂态过程中波形发 生畸变， 在频域中也反映为较宽频带的高频分量;第三， 由于短路造成的弧光产生的 弧光电阻的非线性j 直接产生了大量的频率范围较宽的高频分量。另外，由于输电 系统在实际中并非为纯粹的线性系统，因而即便在电压过零点时发生故障且不产生 弧光的情况下， 也产生一定的高频分量。因此， 只要可靠地检测故障产生的高频分量 并区别于系统中的噪音成分， 就可以实现超高压输电线路的暂态量保护。但是受其 获取故障信息的方法限制，暂态保护还只是处于理论研究阶段。 对于反应工频分量的超高压继电保护原理的研究，从国内外文献所述来看，无 论是提出一种自 适应的新型保护原理7 ， 还是采用多种判据综合而成的保护方案阳 ， ， 均是在电流差动保护原理的基础上改进而成。由此可见，电流差动保护原理仍然是 超高压输电线路最理想的保护原理之一。 电流差动保护原理，对于电力系统继电保护来说，是最为理想的一种判据。它 已 被广泛地应用于电力系统的发电机、变压器、母线等诸多重要电气设备之中刘 。 可以毫不夸张的说， 凡是有条件实现的地方， 均毫无例外的使用了这种原理的保护， 而且都是主保护。 这种保护原理具有灵敏度高， 简单可靠和动作速度快等诸多优点。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 从继电保护的故障信息的观点来看，电流差动保护原理最为理想，差动电流中完全 消除了非故障状态下的电流分量 ( 不计线路分布电容电流时) ，因此，以差动电流 作为动作量的电流差动保护能适应电力系统的振荡、非全相等各种复杂的故障运行 状态，可反应各种类型的故障。这一突出优点是目前输电线路上所采用的其它各种 原理的保护均所无法比拟的。 这是因为这样， 差动保护的逻辑设计相比于高频距离、 零序或者方向高频保护均要简单的多。另外，电流差动保护所需的电气量也最少， 可以 做到不受 p t断线的影响等。从保护原理上来讲，理论上基于基尔霍夫电 流定 律的电流差动保护原理，对于电力系统的高压、超高压线路保护来说，它具有良 好 的 “ 天然”选相功能和良好的网络拓扑适应能力 ( 能适应任何形式的输电线路) ， 能很好的解决目 前高压、超高压线路的在保护选型时，所遇到的同杆并架双回线、 串补电容线路以及 t 型分支线路等的保护配置的困难和城域网中的短线路保护难以 整定的问题，以及还能较好的适应架空线路与地下电缆混合输电系统等等( m 。这些 优点对于以提高电力系统的安全稳定性和输供电的灵活性为目标的复杂电网的建 设，具有非同寻常的意义。 虽然电流差动保护有以上所述诸多优点，但将其应用在超高压输电线路中时仍 有一些特殊问题需要考虑。比如电流差动保护在不考虑分布电容电流时可以完全消 除非故障状态下的电流分量，而对于超高压输电线路来说，在线路发生故障时，分 布电容电流是绝对不可忽略不计的。加之超高压输电线路在线路发生故障时，将产 生完全不同于中低压线路的故障分量，因此，超高压输电线路采用电流差动保护作 为线路主保护仍需进行深入的研究。 1 . 3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电流差动保护原理所面临的一 些特殊问题。总体来讲，包括以下几个方面: 针对超高压输电线路分布电容电流对电流差动保护的影响，提出了一种电容电 流的精确补偿方法，从而更准确地进行电容电流补偿，提高电流差动保护动作的速 度和准确性。 精确电容电流补偿方案采用超高压线路常用的单n等效网络模型。在输电线路 发生区内故障时，此模型不能准确反映线路的运行状况。本论文验证了线路发生区 内故障时，采用更为精确的双r l 等效网络模型对精确电容电流补偿方案的影响。仿 真结果表明，在保护动作前无法判断故障类型的情况下，采用单n等效网络来进行 电容电流补偿是可行的。 对使用电流差动原理的线路保护在超高压输电线路上发生外部故障时 c t二次 侧可能饱和的现象，本论文利用电磁暂态仿真程序进行仿真。分析了电流互感器饱 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 从继电保护的故障信息的观点来看，电流差动保护原理最为理想，差动电流中完全 消除了非故障状态下的电流分量 ( 不计线路分布电容电流时) ，因此，以差动电流 作为动作量的电流差动保护能适应电力系统的振荡、非全相等各种复杂的故障运行 状态，可反应各种类型的故障。这一突出优点是目前输电线路上所采用的其它各种 原理的保护均所无法比拟的。 这是因为这样， 差动保护的逻辑设计相比于高频距离、 零序或者方向高频保护均要简单的多。另外，电流差动保护所需的电气量也最少， 可以 做到不受 p t断线的影响等。从保护原理上来讲，理论上基于基尔霍夫电 流定 律的电流差动保护原理，对于电力系统的高压、超高压线路保护来说，它具有良 好 的 “ 天然”选相功能和良好的网络拓扑适应能力 ( 能适应任何形式的输电线路) ， 能很好的解决目 前高压、超高压线路的在保护选型时，所遇到的同杆并架双回线、 串补电容线路以及 t 型分支线路等的保护配置的困难和城域网中的短线路保护难以 整定的问题，以及还能较好的适应架空线路与地下电缆混合输电系统等等( m 。这些 优点对于以提高电力系统的安全稳定性和输供电的灵活性为目标的复杂电网的建 设，具有非同寻常的意义。 虽然电流差动保护有以上所述诸多优点，但将其应用在超高压输电线路中时仍 有一些特殊问题需要考虑。比如电流差动保护在不考虑分布电容电流时可以完全消 除非故障状态下的电流分量，而对于超高压输电线路来说，在线路发生故障时，分 布电容电流是绝对不可忽略不计的。加之超高压输电线路在线路发生故障时，将产 生完全不同于中低压线路的故障分量，因此，超高压输电线路采用电流差动保护作 为线路主保护仍需进行深入的研究。 1 . 3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电流差动保护原理所面临的一 些特殊问题。总体来讲，包括以下几个方面: 针对超高压输电线路分布电容电流对电流差动保护的影响，提出了一种电容电 流的精确补偿方法，从而更准确地进行电容电流补偿，提高电流差动保护动作的速 度和准确性。 精确电容电流补偿方案采用超高压线路常用的单n等效网络模型。在输电线路 发生区内故障时，此模型不能准确反映线路的运行状况。本论文验证了线路发生区 内故障时，采用更为精确的双r l 等效网络模型对精确电容电流补偿方案的影响。仿 真结果表明，在保护动作前无法判断故障类型的情况下，采用单n等效网络来进行 电容电流补偿是可行的。 对使用电流差动原理的线路保护在超高压输电线路上发生外部故障时 c t二次 侧可能饱和的现象，本论文利用电磁暂态仿真程序进行仿真。分析了电流互感器饱 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 和的特征及电流互感器饱和对电流差动保护的影响，并提出了可能的抗饱和措施。 利用电磁暂态仿真程序 a t p ) ，根据实际的超高压输电线路的结构，搭建了仿 真模型。并在模型中考虑了分布电容、串联补偿电容、并联电抗器和电流互感器 c t 等的影响。仿真结果用c 语言编程软件进行分析。 使用c 语言编写了算法程序，并将a t p 仿真数据与算法分析综合在一起，可方 便的使用电磁暂态仿真程序的结果进行各种算法分析比较。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章 超高压输电线路电流差动保护原理的研究 2 . 1超高压输电线路故障时的暂态过程 电流差动保护在中低压输电线路上一般都是作为主保护，在超高压电网中还装 有一些其它的电气设备，这些电气设备的存在，使超高压电网的暂态过程有它自己 的特点。 2 . 1 . 1 基本非周期分量 如果忽略线路的分布电容，则输电线路是一个电阻电感元件。短路后整个系统 可以 看成是图2 - 1 ( a ) 所示的网络。设系统电势为e ( t ) = e ,. s i n ( m t + p a ) . o短路点短 路前的电 压为。 d ( t ) = u d m s in ( a u 十 几) 。 假如短路前线路空载， 则u d m = e m p 。 = 尹 。 。 门u 、刁，l e一入玉 r , , l , ( a )网络图 r , +p l , -分 一 -今 h ( p ) r . + p l o ( b )短路附加状态 图2 - 1 r l 线路上发生短路 由图2 - 1 ( b )所示的短路附加状态，可得到: 1 1 ( p ) = u , ( p ) r十刀 l 一 队d. ( c ) c o se 夕n小 d + p s i n 中 。 ) ( p 2 + 口 2 ) ( r + p l ) 一乙 tome ln -一 一 一 一一 于 尸 丁 一 一 一 一一. ( p 一 1 口 ) ( r + p l ) ( 2 - 1 ) 式 ( 2 - 1 )分母为零的根pi .z =p土 j ，对应的是短路附加状态下的周期性稳态分 量电流。即: i , 。 ( t ) = e 冲d ， 一 乙 d m e t m( 万 百， 一 下 厂e j l 八+ pt ,一 面u dm= 万 sin(m t + fi r)r z + (cl ( 2 一 2 ) r一l 式 ( 2 一 扮 分母为零的另一个根为p a = 分量 ( 直流分量) ，它可表示为: 5 。它对应的是短路后的非周期性暂态 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章 超高压输电线路电流差动保护原理的研究 2 . 1超高压输电线路故障时的暂态过程 电流差动保护在中低压输电线路上一般都是作为主保护，在超高压电网中还装 有一些其它的电气设备，这些电气设备的存在，使超高压电网的暂态过程有它自己 的特点。 2 . 1 . 1 基本非周期分量 如果忽略线路的分布电容，则输电线路是一个电阻电感元件。短路后整个系统 可以 看成是图2 - 1 ( a ) 所示的网络。设系统电势为e ( t ) = e ,. s i n ( m t + p a ) . o短路点短 路前的电 压为。 d ( t ) = u d m s in ( a u 十 几) 。 假如短路前线路空载， 则u d m = e m p 。 = 尹 。 。 门u 、刁，l e一入玉 r , , l , ( a )网络图 r , +p l , -分 一 -今 h ( p ) r . + p l o ( b )短路附加状态 图2 - 1 r l 线路上发生短路 由图2 - 1 ( b )所示的短路附加状态，可得到: 1 1 ( p ) = u , ( p ) r十刀 l 一 队d. ( c ) c o se 夕n小 d + p s i n 中 。 ) ( p 2 + 口 2 ) ( r + p l ) 一乙 tome ln -一 一 一 一一 于 尸 丁 一 一 一 一一. ( p 一 1 口 ) ( r + p l ) ( 2 - 1 ) 式 ( 2 - 1 )分母为零的根pi .z =p土 j ，对应的是短路附加状态下的周期性稳态分 量电流。即: i , 。 ( t ) = e 冲d ， 一 乙 d m e t m( 万 百， 一 下 厂e j l 八+ pt ,一 面u dm= 万 sin(m t + fi r)r z + (cl ( 2 一 2 ) r一l 式 ( 2 一 扮 分母为零的另一个根为p a = 分量 ( 直流分量) ，它可表示为: 5 。它对应的是短路后的非周期性暂态 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 i , ( t ) 二 u d m s in ( (d d - (d p ) r 一一 1 e乙 r = l . s i n 中 i el ( 2 - 3 ) _r. ， l , i ( 一) 一 +c o - v l 由于短路前空载，负荷状态下的电流为零，故短路后的全电流为: r i t ( t ) 二 i lm ( t ) + i t, ( t ) = - i m s in ( o ) t + ) + i m s in (d ;e l ( 2 - 4) 由以上分析可知，在一个电阻电感串联的电路中发生短路时，电流中除了有工 频的周期性分量的电流外 ( 包括正常运行的负荷电流和短路附加状态下的短路稳态 分量电流) ，还有非周期性分量的暂态电流 ( 直流分量) 。非周期性分量暂态电流是 由于电感中的电流不能突变而造成的，此电流被称作基本非周期分量电流。 2 . 1 . 2由于接入串联补偿电容而引起的低频分量 在有串联补偿电容的情况下，如果忽略线路的分布电容，则线路上发生短路后 系统如图2 - 2 ( a ) 所示。 它是一个r , l , c串联电路。 假如电 势e ( t ) = 氏s i n ( lo t + ,p , ) . e 短路点短路前的电压为。 d ( t ) 二 u d m s i n ( m t 十 p 。 ) 。 假如短路前线路空载， 则u d 。 二 e m , 沪d=(p , 。 d a 么ci r, , l , i 一r 2 , l z r o, lo ( a ) ri +p l , 网络图 晒 钾 土 v , ( p ) ro +p l o ( b ) 短路附加状态的复频域等效电路 图2 - 2 r , l , c串联线路上发生短路 h ( p ) = u , ( p ) 一 u d . ( co c o s 勃 + p s i n (d d ) * + p l 十 二 p c _一 乙 (p 2 + 0) 2)(p 2 + : rp l +_ 1l c ) ( 2 - 5 ) 式( 2 - 5 ) 中 分 母为 零的 根p i,z = 士 .l 。 对 应 得是 短 路附 加 状态中 的 周 期 性 稳态电 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 流分量，即 i q ( t ) = i m 汇 一u d m e m 0 ( * + ， : 十 与 p七 e l l ， 二 ， 。 u d m s i n ( u ) t + 中)( 2 - 6 ) r2 +( 。 : 一 生) : c d c 式 ( 2 - 5 ， 中 分 母 “ 零 的 另 一 组 根 是 : 2 十 : 奎 + 命 一 。 的 根 ， 其 值 为 : r下一 p 3,4 一2 l 士 v 万一 丽- _ / p 士 风 对应于该组共扼复根的是电流中衰减的周期性分量。其表达式为: 一 u d . ( o j c o s o d + p s i n (d d ) i i( p ) =2 r e (p 2 + 。 ” (: + ， rp l + ( 2 - 7 ) lc 尸 l e p l ， 二一 ， ，十 ，。 ， ) 考 虑 到 短 路 回 路中 的 电 阻r 很 小 1 所以 19 p 远 小 于。 ， ， 且自 由 振 荡 角 频 率 与 回 路的谐振频率相近，因此式 ( 2 - 7 )可近似为: 2 二， d u o f , i , ! t . + 1 -1 ! k i i.-ii ( 2 - 1 0 ) ( 2 - 1 1 ) 其中:i 和 i , 分别表示线路 m侧和 n侧的电流相量;几为制动电流门槛;k为 制动系数( 0 k 1 ) a 式( 2 - 1 0 ) 为辅助跳闸判据，主要用于防止线路空投或空载情况下装置因某种原 因 误 动 作。 式( 2 - 1 1 ) 为主判据， 两 式同 时 满足时差 动元件动作。 以上是基于电流差动保护的相量动作判据，目前还有一种广泛应用的电流差动 保护判据，就是基于故障分量的电流差动保护动作判据，下面先从故障分量的获取 方式谈起。 根据故障信息在非故障状态下不存在 点 ， 可用叠加原理来研究故障信息 的特征u 5 只在设备发生故障时才出现的基本观 在线性电路的假设前提下，可以把在 网络内发生的故障视为非故障状态与故障附加状态的叠加，如图2 -5 所示。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 故障状态 二 非故障状态 + 故 障 附 力口状 “ 一 图2 -5利用叠加原理分析短路故障 由上图可知，故障附加状态下所出现的故障分量中包含的只是故障信息。因此 故障附加状态可作为分析、研究故障信息的基础。 加上与该点非故障下大小相等、方向相反的电压， 下得到的。 因为故障附加状态是在短路点上 并令网络内所以电势为零的条件 故障分量中包含有稳态成份和暂态成份，两者都是可以利用的。本文利用的是 稳态成份 进行计算 理论分析表明，保护装设处的故障分量电流 以下就不同情况下的故障附加状态进行研究 、电压可以用故障附加状态 1 . 两端电源线路 ( a ) 氛门j，上一一 2 . mz m 1 -4 一 a z u f 0 - a ) z l , _ n 一一.卜 i , -i , 11恤， 寿 ( b ) 闷 . 一 一 一 一 一 . i o f ( c ) 图2 -6两端电源线路的故障附加状态 以图 2 -6 ( a ) 所示两端电源线路为例，在线路内部和外部发生故障时，线路 两端的故障电流分量可以用图 2 -6 ( b )和图 2 -6 ( c )的故障附加状态求出，在 故 障点 处的电 源u , . ， 可由 故 障前该点电 压 及故障 边界条件决定。 当线路内部故障时，由图 2 -6 ( b )可求出线路两端故障分量电流之间的相位 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 差为: b l l一 a r g 孕 1 k u g / ( z m + a z , ) 二 a r g 一= u g / z , + ( 1 一 “ ) l c l 盯gz+ ( 1 一 a ) z , z m + a z , ( 2 - 1 2 ) 当线路外部故障时，由图2 -2 ( c )可得: 。 。 一 。 rg 孕一 ar g ， i m ga rg 一 ， 8 0 0 1 n 8一 ! m a ( 2 - 1 3 ) 由式 ( 2 -1 2 )可以看出，在线路内部故障时，线路两端故障分量之间的相位 不受两端电势的影响，亦即与负荷电流无关，两端电流的相位仅由故障点两侧系统 的 综 合阻 抗的阻 抗角决定， . 在最不利的 条 件下， 假定 在线路内 部n 端出口 处短路， 且 z m z