（电力系统及其自动化专业论文）数字式母线差动保护中新型抗ta饱和策略的研究.pdf

a b s t r a c t b u s b a r , o n eo ft h em o s ti m p o r t a n te l e m e n t si ne l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，i sc o n n e c t e dw i t ha l lk i n d so f c , o m p o f l e n si nv a r i o u sa n dc o m p l i c a t e dw a y s ，s oi t sp r o t e c t i o ni sd i f f e r e n tf r o mt h a to fo t h e r ss u c ha s g e n e r a t o rp r o t e c t i o n ，t r a n s | b l a i a e rp r o t e c t i o ne t c t h o u g ht h ec n r r e l f | td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o np r i n c i p l et h a ti s t h ee s s e n t i a lp o r t i o no fb u s b a rp r o t e c t i o nh a sb e e nw i d e l yu s e di np r a c t i c e ，i t sa c c u r a c yi si n v a r i a b l y r e d u c e db yc u r r e n tt r a n s f o r m e r ( c t ) s a t u r a t i o n ，w h i c hc a nc a u s et i l em i s o p e r a t i o no ft h eb u s b a rp r o t e c t i o n t h u st h ep e r f o r m a n c eo f t h ed i g i t a lb u s b a rp r o t e c t i o nt oa n t i c ts a t u r a t i o ni sc r u c i a lt oi m p r o v e t h em a i nr e s e a r c hw o r ki sf o c n s e do nt i l ek e yp r o b l e mo fa n t i c7 1 1s a t u r a t i o na n dc o n t a i n st h e t o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 b a s e do nt h ea n a l y s i so fc 1 1s a t u r a t i o nm e c h a r f i c s ，t h et h e s i sh a sa m p l yd i s c u s s e dt h ec t t r a n s i e n ts a t u r a t i o nm o d e lw h i c hh a sb e e ni m p l e m e n t e di nm a i l a bd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h ew a v e j b r m s ，w h i c ha r ep e r c e i v e dt h r o u g ht h ep r o c e s so f s i m u l a t i o n ，o f t h es e c o n dc u r r e n ta n d m a g n e t i z i n gc u r r e n to fc 。i t r a n s i e n ts a t u r a t i o nh a v eb e e nc o m p a r e dw i t ht h ew a v e t b r m so ft h o s e o b t a i n e df r o mt h ef a u l tr e c o r d e r c o n s e q u e n t l y , t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft i l ew a v e f o r mo ft h o s ec a n b ef o u n do u t 2e a c hp a r to ft h ed i g i t a lb u s b a rd i f l b r e n t i a lp r o t e c t i o ns c h e m ei sd i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y t h e p e r f o r u l a n c eo ft h er a t i o r e s t r a i n e dd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nb a s e du p o nc u r r e n tp h a s o ri sa n a l y z e d ， t h ep e r t b r m a n e ew h i c hi si nt h ep r e s e n c eo ft h r o n g h o u tc n r m n tn n d e rb u s b a ri n t e r n a lf a u l to rc t i r a n s f e re r m ru n d e rb u s b a re x t e r n a lf a u i t 3 au e wd i g i t a lb u s b a rd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o ns c h e m eb a s e do i la7 f as a t u r a t i o ni n d i c a t o ri sp u t f o r w a r d at as a t u r a t i o ni n d i c a t o rw h i c hc a ns h o w c a s et h ec h a r a c t e r i s t i co fd i f i e r e n t i a ic u r r e n t w a v e t b r mw h e nc ih a sb e e ns a t u r a t e d b yu s i n gt h ep r o p o s e di as a t u r a t i o ni n d i c a t o r , t h e r e s t r a i n tt a c t o ik 。c a l lb ea d a p t i v e l ya d j u s t e d 4l h es c h e m ei so p e r a t e db yu s i n gt h em o d e lw h i c hi sc o m p o s e do ft h es i m n l i n kb l o c k s e t s s e v e r a l s i m u l a t i o nt e s t si n v o l v i n ga l lk i n d so ff a u l ts i t u a t i o na r ec a r r i e do u tt h r o u g hr u n n i n gt h e p r o t e c t i o nm o d e ii om a 3 i 。a bd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h en e w s c h e m ew i l ln o tm i s f u c t i o nw h e nc 1 t r a n s i e n ts a t u r a t i o no c c u r sd u r i n gb u s b a re x t e r n a lf a u l t ，a n d i tw i l lq u i c k l yi s s u eat r i ps i g n a la f t e r t h ee x t e r n a lf a u l th a st r a n s f e r r e dt ob u s b a ri n t e r n a lf a u l t i nt h el a s tc h a p t e r , n o to n l yi sa l lo ft h er e s e a r c hw o r ka c c o m p l i s h e di nt h i st h e s i ss u m m a r i z e d ，f u t u r e i m p r o v e m e n ti sp o i n t e do u ta sw e l l k e y w o r d ：b u s b a rd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n ；a n t i c ts a t u r a t i o n ；d i g i t a lf i l t e ra l g o r i t h m ；t as a t u r a t i o n i n d i c a t o r 尔南人学母l 学位沦殳 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位沧文是我个人在导师指导下进行的研究l ：作及取锝的研究成 果。尽我所知，除了义 】特别以标注飒i 敛跗的地方外，论文- l i 不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证郫而使用过 的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在沦文t = r i 作了明确的说明并 表示了酣意。 研究生签名：垒i 墅 划：! 垒：堕：! ! 东南大学学位论文使用授权声明 东南火学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和 乜子文档，以采川影e 、缩印或l e 他复制手段保存沦叟。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容柏敏。除在保密期肉的保密沧文外，允许论文被垒尉和借测，可 以公行( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊赣) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：皇臣墨一导师签名： 研究生签名：2 e ! l 导师签名： 鬯车姚巫悭 笫卓绪论 1 1 课题的研究背景 1 t 1 埘线保护的重要住和必要性 第一章绪论 母线是发电j 和变电所的重要组成部分。在坶线【：连接着发 u 一_ ；f | i 变l 乜所的发l 乜机、变压器、 输l 乜线路、配电线路哥渊相戡备等，母线一作的可靠性将直接影响发i u 神i 变l u 所t 作的i 靠性。 此外变电所的高压母线也娃电力系统的中枢部分如果懈线的短路故障1 i 能迅速地被切除，将会引 起事故的扩人，破坏电力系统的稳定运行，造成l 乜力系统的瓦解事故。l 习此，母线方式及母线保护 方式的选掸相i 运行，是保证i 乜力系统安全运行的重要环圳“。 与输电线路相比，母线发生故障的次数较少。但是与其它电气设箭相同，母线及其绝缘予也存 在着由于绝缘老化、污秽和雷出等引起的短路故障，此外还可能发生由值班人员误操作而引起的人 为救障。因此母线的短路故障礼i 乜山系统战障狄数f 仍。j 有定的比例。2 0 0 2 年会囤l h 网2 2 0 k v 母 线j 有3 2 2 4 条，其中有2 8 条母线发生过2 9 玖故障，年故障率为o 8 9 玖条年。表1 1 示山了此 2 9 次f j | _ 线故障的类型及其发生率i 。 表i 12 0 0 2 年全国i u 恻2 2 0 k vf ： 线故障类型发其发生萼蔓 单午接地短阳川接地短两年十l i 问短一i 牛h 短路两条母线同 故障类型 发j 琏胜战障 路般障 哜& 5 啦路帔脚战i 瓣时战障 发生玖数 2 l1222l 敞障发生率 7 2 4 13 4 56 9 0 6 9 0 6 9 03 4 5 ( ) t t l 我1 i 可见，坶线短路故障。p 单棚援地救障较嶷它类型故障的发生率t 岛。实际上在l 玷线故障 中，大部分故障是由绝缘于对地放电所引起，辟线敞障开始阶段火多数表现为单相接地故障，而随 着短路电弧的移动，故障往往发腱为凹柑或二二相接地短路。埘线短路故障的性质一般比较严重对 电力系统安全运行带米的危害较火。这些危害生要表现为以r 儿个方面：扩火事故的范围；电气设 备遭受破坏；破螂、l h 力系统的稳定运彳；破蜘、发l u 厂的l t 常：i ：薹行。 侄。f 低压系统中，对j 二地位1 ：i + 分啦要的发电厂_ ；f | j 变电所，在j 能的情况r ，考虑到经济原因， 1 1 j 以j i 裟改专r j 的啡线保护，u j 利“j 母线上供i u 元什的保护米切除付线j 可能发生的故障。但往高 压羽l 趟高压系统中，为了保证系统能快速、炙域、川时n 有很好的选择址地训除母线故障，必须装 殴专门的僻线保护。我幽继i u 保护相l 安全 j 动装置披术规槲规定，埘发电厂_ ；f i i 变电所的3 5 k v 5 0 0 k v 啡线，柏卟列情况r 必颁装砹专j j 的母线保护： 1 i l o k v 及以j ：的烈母线； 2 1 l o k v 及以i ：的单母线、重婴发电j 或1 1 0 k v 及以上重要变l u 所的3 5 k v 6 6 k v 母线，按 电，j 系统稳定和保汪母线电压等要求需要挑述切除博线敞障的情况i - ； 3 3 5 6 6 k v 电网中生要变i u 所的3 5 6 6 k v 烈僻线成分段单啡线，当在啡联或分段断路器上 裟设解列装置和其它自动装置后，仍1 i 能满足电力系统安全运行要求的情况r 。 j 1 2 对母线保护的要求 1附线保护的可靠性 一一丽礴丽甭磊f 一一1 一 堡二垦竺堕 ! 母线保护的动作范尉包括了连接在啡线f 的所有元件，因此母线保护的可靠性将直接影响电力 系统的安全运彳= i 二。母线保护的可靠性包括两个方面： ( 1 ) _ j f - d - 1 ( 2 2 4 ) 由此可得极限磁滞蚓环左右分支的动态励磁电感分别为： “2 薏5 i i 而孝磊产州 旺z s ， 铲署2 r 南州 ：s ， 诅：得到r a 丛奉磁化曲线和极l 啦磁滞叫耶的数学模型后，通过经舆的4 阶龙格一库塔算法迭代求 解非线性微分方程式( 2 i 8 ) 就可以得到考虑t a 饱和时的暂态特性。 2 5 ：jt a 饱和特性的数值仿真 埘 i 母线区外故障的情况，人量的仿真分析表明，n jr 短路故障l b 流中的j 频分垃强人，因此 当t a 发生饱和时，其动态t 作区域很广，必然经历饱午区域平i | ：饱和m 的相互转换，线性区励磁 电感非常人，而饱和区励磁电感 i ：常小，冈此1 a 的：次i h 流波形 现明显的间断与畸变，不同的 t a 饱和深度将导致彳i 同的波形畸变栏度。而取决饱桐j 程艘的凶素有故障电流- | i 的+ | | ：周期分嚣和周划 分量、外部故障重台导致的重复励磁影响等。确：甜到一次系统的参数后，就川以通过凹阶龙格一库塔 算法迭代求解得到r a 的励磁i 也流、二次侧电流、燃链等数值解。 根据上扭所建立的t a 基奉磁化曲线与檄限磁滞纠环的数学模型，以：m a t l a b 中编张实现求瓣 t a 的非线性微分力+ 程，通过仿真得到i 1 a 在稳态饱丰f f 暂，奁饱和时的特性。 幽2 6 为仿真得到的i a 铁芯基本磁化曲线和极限磁滞同环特性。 蚓26t a 仿真极限擞滞川珂：垌噬卒磁化曲线 乐南人学 i ! ；l 学位论文 1 4 第i 章l u 流互感器饱和机理的研究 往仿真稳态饱和时，取次电流为 = i 。，c o s ( “) ，针对小涮的一次电流幅值平一次负载，得剑 小同饱希l 程度的稳态饱午波形。瑚2 7 所示为其中纰仿真波形，包括玖i 乜流、次电流和励磁 电流的波形。 蚓2 7 。l 、a 稳念饱干i l 土流波形 在仿兵t a 暂态饱= f i i 时，考虑最严重的故障情况，墩次l u 流为i i = i a p - 一，。c o s ( u ，乍1 对不 同的一次电流幅值、j l j 分量的人小、一+ 次糸统时m 常数，i _ 到t a1 i 矧氍度暂态饱和时的i 也流 波形。幽2 氇r 1 分别示“lr 暂惫饱和程度较轻利鞋艘严重情况r 的两组仿真波形。 vuu锄0 ；i ( “) 故障稳态电流较小，伴随1 0 0 直流偏移( b ) 盘障稳态j u 流人，伴随l ( 】0 直流偏穆 削2 - 8t a 暂念饱利i 【土流波形 东南人学颇l 学位论文 一1 5 一 h巍=：=强二=；， f甜肌如 一&n=：飞!| _伊所q点 a n q k h矿：=：引 氇 协所1_r 抵批扣 一弧_： l出艘引 。铲诅飞i ，矗 一椰一 。乳n i m 氆 第一章j u 漩擅感器饱和帆_ f ! i ! 的研究 2 6 电流互感器饱和时励磁电流和二次电流的波形特征 根据2 5 节母线i 蔓外故障时t a 的数学模型通过仿真叮以得到l a 在不同一次电流激励下的二 次电流年i i 励磁电流波形。由幽27 和圈28 可以观察到t a 在发生稳态饱币平暂态饱和时励磁电流 和二次电流具有一些特征。 以上的数值仿真中，为了便1 二分析，进行了必要的简化，因此所得到的仿真结果属丁比较理想 情况，与实际的波形尚存在定的差异。实际的t a 暂态饱和过氍比理论分析要复杂许多。这是因 为1 a 铁芯的磁化曲线实际l ：足非线性的，还需要考虑局部磁滞川线。当电力系统发生短路故障时， 在过渡状态r ，保护川t a? 父侧短路电流很人，一次、二次侧 u 流t f l i 励磁l 乜流中同时山现非周划 直流分量，使铁芯磁密搬快达到饱硐l 值，励磁阻抗人大r 降，励磁l b 流人人增加，_ ”次电流人部分 州作励磁电流，而二次l 乜流却人人减小，严巫时现缺损。由1 ：励磁i u 流舍周州分量年直流分量， 铁芯的励磁电流希j 瘟应强度均偏l ；j - j ：时间轴一侧，使磁化过程不阿对称地周明性地重复而f j j 现局部 磁滞网环。随着直流分量衰减至零，局部磁滞同环消火，1 1 a 的过渡过挫结束，进入稳定状态。此时， 1 次侧短路电流为大幅值证弦波，二次电流则阏铁芯的饱和特性而发生畸变。随着磁场强度周期性 对称地变化，磁感应强j 堑也蒯删性别称地变化，心铁芯的磁滞特性咖形成了交流磁滞而i 环，从而使 二次电流波形进+ 步i 琦变。 幽2 - 9 所示为实际的7 r a 饱和录波波形。幽【a ) 巾实线所示为1 、a 一次i u 流波形，虚线所示为 二二次电流波形；( ) 为励磁l b 流波形。 b i t l a 图2 - 9t a 饱水i 的录波波形 分别对f a 的二次l b 流和励磁电流作频谱分析，结果如蚓2 - 1 0 所示。 菊鬲丽一荪丽f 一 一1 0 鹕一章l u 流! l 撼器饱和机删的1 j j f 究 1 h 坠k 、一绷八 l 几k 7 l 0 、一一 ( a ) 二次i b 流波形及其频潜特性 ( b ) 励磁i h 流波形放其频谱特性 幽2 1 0t a 暂态饱棚忖的电流及其频潜分析 观察例2 - 9 、2 一1 0 以及2 5 诤中的1 a 饱和仿真所得的i u 流波形，州以发现：次电流和励磁电流 存在以r 特征： 【在故障发，扛后，r aj f 不址立即进入饱平状念，m 是存在一个线性传变阮。在这一区间内可 以将一次叱流l i ：确传变到次侧，j i l i j , lj l i i j 磁l u 流 h 小。 这是由j ：7 r a 磁链刁i 能突变井 | t a 磁链止比r ：次电流时叫叫的枞分值，磁链需要经过段 刖间的积累才能达到饱剌磁链，丛i 此暂态的短路i 乜流并不能使t a 立l _ ! | j 饱羽j 。1 a 线性传变区时间的 长短主要与短路电m r q 的1 1 9 & jj 9 】分量人d , f i 关。从人量的实际运行结粜以投仿真结果米看，这段时 间最少有儿个毫秒。此外磁链的人小迹与i 、a 书u 始磁链_ 1 l r 关，| = j l 此1 i 能忽略剩磁的影响，当剩f | i i i 艮 人时，线性传变区的时问将人人缩短。 2 t a 发生饱羽i 厢，一次i u 流波肜出现缺损，和饱年点附近 玖【u 流变化率突增。 3 主要由故障电流中非j 割划分量引起的t a 暂态饱和一：次l b 流和励磁电流波形都相对横轴 发生偏移，造成正负二| | 波的波形小对称。由吲2 一l o 所示的频谱分析l l z i 玖【u 流午励磁电流中的二 次桐i 三次谐波含蛀人。 4 对十由稳态短路l b 流引起的1 a 饱平| l ，：次l l = l 流和励磁电流波彤相对横轴呈奇对称，二次 电流和励磁i b 流中奇玖谐波的含量人。 2 7 本章小结 本章首先根据电流互感器简化磁化特性曲线定性分析了t a 发生饱_ ；f | 的物理过程。之后分别分 析了t a 稳态饱_ 帚l 与暂态饱和的特性。根据分析结米总结1 1 j 影响7 1 1 a 暂念饱和的主要因素。往此基础 上建立1 a 在母线区外故障饱莆i 隋况f 的数学模型，并通过m a t l a b 仿真，得到+ 1 1 a 在稳态饱和和 暂态饱和情况r 的：次电流及励磁电流波形。最脯将仿真结果与实际的i a 饱和j 录波波形进行比较， 总结得到t a 饱利时励磁电流午次电流的波形特祉。 本章是研究母线筹动保护抗t a 饱年策略的理论基础，有着十分重婴的意义。 隶l = 大学硕【学位涂史 一1 7 第三章数字武母线差动保护抗1 、a 饱和方法的分析，计价 第三章数字式母线差动保护抗t a 饱和方法的分析与评价 3 1 引言 目前广泛应川的母线l u 流差动保护一e 要依赖l 乜流互感器( t a ) 一次侧i u 流信号作为保护判断的 依据。凶此，电流且感器能否止确传送一次侧电流信息，直接影响1 # 线差动保护能否l l 确地动作。 由：n 啡线连接元什众多，住母线区外故障尤其是区外近p t 故障时，故障线路, l , i g l 感器将产生饱和， 一次l u 流尤法正确传变至二次例，导致二次侧电流发生畸变，形成很大的差动电流，母线差动保护 难咀避免地要产生误动。此外啡线 5 l 护要求动f 1 。述j 耍伙，通常在2 0 一一4 0 m s ，而高艇和超商娠系统的 时间常数较人，导致t a 中的蚪习划分量的衰减州阃| 王= ，这说明雌线筹动保护要求住i b 流感器的 暂态过榭r l 作f l jj j ：确判断。幽此时僻线筹动保护抗i a 饱和l 的能山业求比h 它的筹动保护更加严格。 随着系统容量的日益增大，短路容量也不断增由，尤其是2 2 0 k v 以上i u 压等级的系统，其暂态过程 搬i ! 乏，这都使得t a 饱和题皿加突f i j ，对忖线羞动保护的抗i a 饱利能力挺f l i 了延高的要求。 传统的中阻抗和高阻抗母线差动保护利川差动回龉的阻抗特性，可以巧妙地躲过电流互感器的 饱和i ，基本不受其影响。数字式埘线差动保护中没有类似的差同路，i ； l 阻抗低，特别容易受t a 饱 丰i i 的影响。但数字式母线保护贝有逻辑性蝴，计算能力强等优势，近年米在母线保护中得到逐步推 r 。凼此如何提高数字母线保护抗t a 饱和的能力就成为数字式母线保口。, , j i l l 究的焦点问题。 国内外许多学者就此艘开 r 深入的理论研究，针对t a 饱和时的i 乜流特征和饱和机理。结合母 线i u 流差动保护原理自身的特性，充分发挥数字式保护的优辨，捉山许多坶线差动保护抗t a 饱羽i 的方法。更有一些母线保护的生产j1 家将其研究成粜应j l - i 二实际的保护装置，投入现场的运行中， 接受实际逛行条什的考验。 本章将详辟总结和1 分析目l j i 囤内外数字式坶线差动保护中采州的抗1 1 a 饱j ；f | | 方法，并对这些方 法的性能予以评价。 3 2t a 饱和的同步识别法( 时差法) 根据第二章中的分析，由j 二电流且感器铁心磁链不能突变，磁链的人小l e 比与电流互感器一次 i b 流的积分。因此发生战障后，短路暂态i u 流并小能立h i 】使t a 进入饱和状态，磁链需要定的时 问积累。反应至故障支路的二：次电流波形中，可观察到：次叱流托故障发生后的一段时闽可以正确 传变一次l b 流，在1 a 达钊饱_ f | i 之后，i 次【乜流出现缺损，发生崎变。数字式母线差动保护是根据 引入保护的各条支路的i “流进行人差动算，从而判断足褂线蔓内迎楚区外故障。i 问此，在故障发 生屙，t a 由米饱平状态过渡至饱平状态的过科中，筹动i h 流由最书u h 小的小平衡电流发展至较人的 电流。根据人丝的实际运行经验利理论分 j i = ，战障历t a 到达饱和状态的时间通常在儿个毫秒( 一 舣为5 m s ) ( 2 8 j 。 l 、a 饱年i l 的i 司步口 划浊j e 娃基 ：此物型蜕象，也破称作时差法。其然李蟓理为： 在母线差动保护中设置故障起动元件，故障起动元件可以选取电压突变量起动元件或是和电流 突变量的起动元件( 将在第l ! l 章中详细讨论) 。撒据故障起动元件起动叫问帛l 差动保护元件起动时间 的差异，判断足埘线| x 内故障还是区外故障t a 饱币i 的情况。当埘线发生区内故障时，故障起动元 仆平琏 线i u 流藿动元件丛奉一起动作，f i ：】j 、i 渊上保持域；而当啡线发生i 透外敞障时，故障起动元 仆动作但在敞障发生的最钏阶段，i 乜流感器米发生饱神州，差动电流微小，埘线著动元什不动 束南大学硕i 学位论交 一1 8 第三章数字，母线差动仪护抗t a 饱和方法的分析计价 f l i 经过一段时间，在t a 发生饱羽i 后，差动元什爿锄作，因此故障起动元件和母线差动保护元件 在动f i - - - n t 问l 存存差异。利刚此原理，很容易判断i 母线 ! i 护的故障情况。当发现是区外故障电流 互感器饱雨i ，则闭锁母线差动保护一段叫问，通常c j j 锁i l t i 3 ) t j1 0 0 1 2 0 r e s ，之后再重新开放母线差 动保护。由于同步识别法原理简单易于实现，i 到此成为t - i 前在实际r 程中运行的数字式母线差动 保护采_ i i j 最为j “泛的一种抗t a 饱和，j 法。 文献 2 9 、 3 0 提山基r i 。频变化量的自适应加权式母线差动保护，对同步识别法进行了一些 改进。此母线差动保护由t 频变化量差流j i 什a 、：频变化鲑阻抗元件a z ( a z 元什在僻线近端发 生故障时动作f n 分灵敏) 、。l ：频变化量电膻，亡件“三个元件构成。利州j 频变化量，、a z 、a u 的 1 ：作时序可判别母线区内外故障。当发生母线i x l p b 故障时，由于故障起始t a 还没有进入饱和l ， 元件利a z 动作滞后 i a u 元件，h 能得到较小的加权值；而在博线勺故障时j i ：频变化量a i 、a z 、 u 元什基本同时动作，可得到较糍的加权值。利川j 频变化量，、a z 、a u 三者之问的柏埘时序 关系的特点，得到抗t a 饱和l 的自适应阻抗加十义判据。自适应加权j = l = 坶线著动保护的抗t a 饱丰方法 实质仍姓基于同步识别法原理，取足舀：判捌t l ；另外0 i 入与坶线比率差动保护晌制动系数无关纳阻抗 继i 乜器的概念。从而保证了该j j 法4 ，1 i 降低区内故障时灵敏度的同州，人人挺高保护i 超外故障抗t a 饱垌i 的性能。 在同步识别法中当检测i 哗线区外故障t a 发生饱羊，则l ： 1 锁j ： 线差动保护，让差动保护躲过 咀流互：感器中非周期分量的衰减过程。但是柏：闭锁的过程h 母线火上了灵敏的保护措施，如果此 时发生噬外转区内的故障，将无法及时动作。1 f i i 且随着系统短路容量的扩人。一次时问常数的增 加，故障的暂态过摧也将延长，采用闭锁母线差动保护躲过t a 的暂态过程并不能根本解决问题。 3 3t a 线性区母线差动保护 7 1 1 a 进入饱干i l 后，赴每个心川内次i u 流过零点 埘近仃徊i 不饱删卜j 段，l ：i l jt a 往饱和嗣叫 饱和状 态交替变换。7 l 、a 线性区埘线差动保护就是利川t a 饱雨l 的这一特性，在t a 交流每周波退山饱，f i i 的 线性区内，投入差动保护，在检测川it a 饱车jj 后刚锁差动保护。n 比_ f l l 原理的保护实质上烂避开 了t a 饱和区所以能埘埘线敞障件山l l i 确的判定刈j 转换性故障蚓样能作山及叫止确的判断。 为保证7 l 、a 线性区埘线差动保护1 l ：确动作，：必须能实时检测每岗波f a 饱和与越山饱平的时刻。 但是由1 二1 a 饱平时的i 乜流波形复杂，如们止确判断1 a 饱年利退n 5 饱和的时刻判别山1 、a 的线性 传变区是实现此方法的关键和难点。 3 4 基于采样值的母线差动保护 9 0 年代切在研究微机坶线差动保护时，叫i 提出了川采样值差动原理取代常规的相量电流差动原 理，l 发点灶采样值差动易r 考虑1 a 饱年问题。采样值差动保护削样姓丛1 二基尔栏夫定律，即在 母线外部发生故障时，所有连接元件的瞬时值之和为零。 采样值差动保护是刈每个时刻的采样值进行比率筹动判别。山j 。采样值随时间周期性变化， 故对每个采样值而言，其制动关系不一样。为保“l ：动f l - $ i j 据的j l ：确性，通常采川重复多次判别方 法：即连续r 次采样判别- i , f l - s 次段以l 符合动作判据眦u 输动作信； 。与常规相量差动相比较， 采样值差动的个突i l l 特点魁它不是计算某一数据窗的差流值而是通过多点重复判j _ ；l j 米判定动作 与否。利j 1 ：】这个特点，埔过合理选择照复判别揿数r 和s ( 通常r ! ，s 满足r = s t 2 ) ，可有效抑制区 外故障时t a 暂态响应不。致对差动保护的影响。 文献 3 i 3 5 - j 埘沦_ r 利川采样值差动保护鉴别1 1 a 饱和的办法。j l 体实现时采川同步法( 时 差法) 和波形识别法相结合的方法。在t a 发生饱和的衲划，采川剐步以别法，在一个周波内，若 一一一。“+”。一 示南大学硕l ，学位沱文 1 9 第三啦数字式f i 线差劫i 粜护抗l a 饱和方法的分析与评价 采样值差动保护连续r 次采样判决中有s 敞及班上4 i 符合动作条件则鉴剐为t a 饱和，闭锁保护一 个剧波。丁a 饱和卜周波后， 放采样值差动保护，利川1 a 在饮j u 流过零点附近存在线性传变区 的特点，若在这段区域l j 若连续r 次采样判队中有s 次及以上符合动作条件则判断为母线发生区 外转区内战障。 采样值差动保护不同与基r i = 1 量的筹动保护，它不仪考虑波形的i 崎值火小，更需要考虑波形的 集散捌度即若波形的幅值微人，但1 i 县备较直r 的分柑均匀性，可能会无法满足采样值差动保护的 动作判据。此外短路i 乜流r l t 的l 旨波成分对采样值差动保护会产生不承l 影响。 3 5 磁制动母线差动保护 文献 3 6 、 3 7 提山j ，冲 磁制动坶线差动保护方案。磁制动博线羞动保护方案烂从1 a 饱和 的物理本质i i j 发，是基 土流! l 感器磁链饱利的砷l i 判据，也是壁j ：t a 线性区母线差动保护原理 的一种心路。 磁制动方案的基本原理： 众所剧知，当故障发生之最考u 电流卫感器并不饱平，它能够l e 确地传变一次侧电流，我们称此隧 问为7 r a 线性区，实际j ：l l x 流且感器在交流过零时也出现线性区。队线性区母线差动保护的关键在 = j 二1 1 确地判断1 a 的饱年平遽饱干的时刻，确定电流n 感器的线性区。磁制动方案根据t a 二次电流 积分值确定t a 的线性i x _ 。t a 饱和判据如r ： l ， i 露l 融十j l i + ( o 三x p * ( 3 f w 此式为磁制动原理的基本判别式。式 ir 、l 分别为i a 一次刚路i u m 桐| i u 感( 包括r a 的二次漏电 抗) ；( 0 ) 为t a 的初始磁链，p 州t 为7 l 、a 的饱干磁链；k 、k 。j j 靠乐数，以保诎：t a 线性区判 定的可靠性。 当式( 31 ) 不满足时，表i 们7 r a 处丁线性区内，木发生饱平；行! f ! i j 判断为t a 饱和。 磁制动博线差动保护办案柏动作逆辑姓：埘连接丁母线上的每个元付按照以上判据判断t a 是 否发生饱和j ，若t a 处 ：线性区，则开放差动保护；若1 a 饱年，i j 0 刚锁羞动保护。由于一次电流的 作川，1 、a 饱和j 后会周期性地堪出饱和j 美返j 叫线性。磁制动母线差动保护就根据_ j ：述判据，周j l i j 性 地歼放莉i 闽锁差动保护。 磁制动姆线差动保护方案从l u 流! f | ! ；器饱年的物理本质发。提了基n h 流感器磁链的饱 年| i 判掂，从理论【找到】解决l h 流h 感器饱午引起f ：l 线差动保护跌动问题的可靠方法。这种方祛采 j h 寻找电流互感器线性投入博线差动保护，通过i l ：确地判定1 、af 内饱, t ：i l t i i 妪饱和，即正确地找出 t a 的线性区，从i 叮保证保护不发生误动。i j t l i i _ l ；l a 线性区判据l f 4 ：的可搛性，就决定了保护是否能 够可靠j j ：f l - 。 磁制动方案的难点在十需要整定j 个参数一负载i u m r 、 次负绒电感l 、以及t a 励磁曲 线饱和点( 于另点) 磁链值。 3 。6 基于小波原理的t a 饱和识别法 实现3 3 1 ，l 1 的7 1 1 a 线性区母线羞动保护的关键问题灶止确判断l a 饱4 , h l i | l 剡与越饱和时刻，判 别山1 a 的线性传变区。山第璋中的队饱和机理分析可矧，当1 1 a 通过较人一次暂态电流( 特别 是古人越衰减非周蚶j 分量) 时，t a 发生饱羽l ，其一次波：i | ；发生很人崎变，波形会山现奇异点( 缄突 变点) 。 ，_一一_p一 求j _ i 人学坝i j 学位陀立 - 2 1 一 第三章数字式母线差动保圭l i = l 抗l a 饱年方眩的分析与件价 近年米从f o u r i e r 变换发鹱而来的小波变换分析法，具有多尺度分析和庭盯的时频局部化特性， 可以准确地捕捉突变信号特祉，i 二能在不同频带( j t 度) l 二考察信号频率的演化，可对奇异点进行 准确分析定位。因此呵利川小波原理准确检测t a 饱= ；f | | 时刻和退山饱和时刻”j ，为1 a 线性区母线 差动保护提供了另一种实现方案。 文献 3 8 提出一种利用小波变换分析电流互感器：次电流波形的方法，能准确检测到每周波电 流互感器二次电流过零点与饱和时刻，利j t j 该方法可以实现电流互感器线性区= 1 = 放母线差动保护。 文献 3 0 剥州小波变换能检测信号奇异性的原理，提出了种实时检测1 、a 饱乖i 区和线性区的 一种新a 法。在故障开始后刈t a 次电流实时进行多j 0 度小波变换。丁队二次电流波形在故障 发生时刻、进入饱和州刻羊越山饱和时刻都有奇异性，分别对应小波变换的模极大值，因此可根据 小波模极火值的不同特征判断对应叫刻趄t a 进入进饱平点还是出饱和点，从而实现1 、a 饱和区c j 】锁、 线性区开放的母线差动保护。 3 7 基1 二波形对称原理的t a 饱和识别法 山丁一次短路电流中非周期分量的影响，r a 发生饱和后，+ 次侧l b 流波形非止豫畸变，其一一周 波内波形的对称性被破坏，引起差流波形产生作别称性。因此可刑母线保护的差动电流进行波形对 称性分析，以判定t a 是否饱平。 文献 4 2 提山r _ 种波形对称原理的判据形式，如式( 3 2 ) 所示； ，：量 s ) 十l 扣 1 i ( n 了n 4 卜2 u - | 兰 ( 3 2 ) 式中s + 为母线差动保护当d u 采样点与、i 周波前采样点的采样值之利的、p 波积分；s 一为当觞采样点与 半j 割波前采样点的采样值之差的! r 波j ! 1 分；n 为每j 司波采样点数：k 为刈称系数。 嚣故障【b 流为理想l 削g 波，式( 3 2 ) r i f 内心一) 十i ( n k 一。兰) 总为零，i 七波j 眵对成判据总是 z 成立。实际上故障i b 流并非肚理魁 的lj ! 坛波形，但相比j t a 饱平寸的l u 流波j 够，在、p 个周波内符 合对称条件的采样点数要多。 波形对称判据中的i ( n 一 ) + h ，? 一芸) 实际上是一个加法滤波器，其作川娃滤山偶次谐波分量； z f 一 ) 一阳一 一芸) 烛个减泣讧| l 波器，其作川楚滤除奇次醋波。由此i i r 知i 波形对称判据实质上是 2 将著动电流中的偶次谐波幅值与奇次谐波幅值之比与对称系数k 相比较，若小于km l j 判断为故1 5 i ；i 电 流，若人fk 则判断发生i a 饱和。山j - l l t 种形式的加法滤波器和减法滤波器均无法滤除直流分量， 因此可以分别级联- 个阶差分滤波环批以减少菱流波形l j 叫割期分量对波形对成原理的不利影 响。 波形对称原理判据简单，汁算量不人，易_ r _ 实现。 世足波形刘称原理。 | 的列称系数k 如十整定足个雄点。k 的牲定需要考虑到母线区外故障1 a p 饱垌i 最严重的情况，此州i h l ：玖i u 流的丛波分量侄筹流i 所。i 比例做人，川此式( 3 2 ) - t i 的j ； u 一 较小。而在母线p ( 内故障的暂态过程中故障i l 三流的谐波分量刘波形剥称原理【n 会钉一定的影响。例 如，在人型水轮发i h 机附近短路叫，短路i u 流。p 禽订较人的二次i 皆波分量；趟高压远距离输i 乜线， 由于分布电容较大以及串联补偿电容的存在，使得暂态短路电流中产生数值较人、衰减较慢的低频 东南人学坝l ：学位论立 一2 l h 一 一 鞯二章数f 母线盖动俅护抗。l a 饱单l 方沾的分析。j 订价 乖i 高频分量。这些谐波分世的存扫：将使j = 产生较人的数值。如何选取k ，使得波形对称燎理能 6 正确区分上述的两种情况，还有待深入研究。 此外根据第二章中t a 饱和i l l f 差流波形的特征分析一一次和三次喈波魁1 1 a 饱和时差流波形中的主 要谐波成分。而当差动电流中存在三次偕波分量时，波形对称判据。 一的分母即 警l i , ( n - k ) - 如一 一学l 将产生较人朐数值，越制动作刚；而判擗的分f 咖 ) 。m j 一堕) 总灶 忙0 一 一i一 为零。可见队饱平叫羞流波形- l 的一个惜波特祉量即二二次喈波分量对波形对称原理识埘r a 饱平的方 法，“生彳i 利的影响。 此外，波形对称原理仪利川r 筹流1 i 刘称的波形特点，砥没彳】能够充分利川讲如每周波内t a 存 在线性传变区等其它特祉，凶此剥称以别方法存枉很叫显的缺陷。 3 8 基于谐波制动原理的抗t a 饱和方法 当发生区外故障l a 饱羊时，故障支路的一次电流山现波形缺损现象，差流中包含有人量的高次 喈波。利用计算差流中高次谐波的古量f 判别t a 是甭发生饱和”“”1 。町按式( 3 3 ) 计算高次谐波 比： 跞l l ；2 ( 3 3 ) 式中：( 3 1 为谐波比；k 为差动l u 流中所含的谐波次数；，为所需考虑的谐波的最高次数；，。为k 次谐 波的幅值或有效值；，为一次i 乜流，l i 基波的幅值或有效值。 谐波制动判据为： 当g k 叫，判别为t a 饱年i i 。 惜波制动原理是根据羞动l u 流q i 皆波分齄的波形特征检测i a 姓否发生饱利，与对称识别判据 相比，谐波制动判据允分利川了t a 饱和卜f 们存任线性传变i 适的特点这有利于转化性故障时故障 l 乜流中存存偕波分量的情况f 、判据迅速奸放。 但是需要注意的魁：当母线区外敞障t a 饱平时，埘线差动 l 土流谐波比任一个周波内4 ；是单调 变化，砺烛呈现振荡。这是由1 ：，当t a 刚发，j = 饱羽j ，饱年程度4 i 严匠，故障支路的二次电流表 现出波形缺损的特点，这刖母线人筹l u 流由