（电力系统及其自动化专业论文）高压线路分相电流差动保护的研究.pdf

硕士论文高压线路分相电流差动保护的研究 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ep o w e rs y s t e m ，t h ep o w e r 鲥dc h a n g e sd a yt od a y d i g i t a l p h a s es e g r e g a t e dc n l t e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nb a s e do nf i b e r o p t i c a lm u s tb eu s e da st h e m a i np r o t e c t i o no fh i 曲- v o l t a g e & e x c e e dh i g h - v o l t a g ep o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e sm o r ea n d m o r e ，t h es y s t e m a t i cr e s e a r c h e sa b o u tt h ep r i n c i p l e sa n dt e c h n i q u e so at h ea d v a n c e d p r o t e c t i o ns y s t e mf o ru h vl i n ea r ed i s c u s s e di n t h i sd i s s e r t a t i o n ，u s i n gt h en e w e s td i g i t a l p r o t e c t i o nt e c h n o l o g ya n dd i g r a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h es c h e m e s o ft h ec 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 na r ei n v e s t i g a t e d t h es e t t i n gs c h e m e so ft h er e s i s t a n c e c o e f f i c i e n ta n dt h el e a s tt r i pd i f f e r e n t i a lc u r r e n tf o rt h ec 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 nb a s e do n s a m p l e dv a l u e su s i n gf a u l tc o m p o n e n ta r ed i s c u s s e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，b e c a u s eo ft h e c h a r a c t e ro ff a u l tc o m p o n e n t ，as c h e m ew h i c hh a st h eo p t i m u mf u n c t i o n si sp r o v i d e db a s e d o ns e v e r a ld i f f e r e n tc r i t e r i aa n da d a p t i v ep r i n c i p l e ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t sb a s e do na t ps h o w t h a tt h es c h e m ei sap r o p e rs c h e m ef o rc u r r e n tl o n g i t u d i n a ld i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o no fu h v t r a n s m i s s i o nl i n e t h em a i nd e s i g ni d e a & s c h e m e so fc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo fd i g i t a l p h a s es e g r e g a t e dc 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 nf o rh i g h - v o l t a g e & e x c e e dh i g h - v o l t a g ep o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e si si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r b a s e do na n a l y z i n gt h ee x i s t e ds y n c h r o n i z a t i o n o fc u r r e n ts a m p l i n ga n dt of o r e c a s tt h ed e v e l o pt r e n do fe l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h en e ws y n c h r o n i z a t i o no fc u r r e n ts a m p l i n gi sp r e s e n t e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s o m er e l a t e d p r o b l e m so ht h ep r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o n ，h a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n so ft h ea d v a n c e d p r o t e c t i o ns y s t e mf o ru h v l i n ea r ed i s c u s s e d k e y w o r d s ：p r o t e c t i o no fl i n e ，d i f f e r e n t i a lc u r r e n tp r o t e c t i o n ，f a u l tc o m p o n e n t ，a d a p t i v e ， s y n c h r o n o u ss a m p l i n g 登 7 6 3 5 3 3 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 己在论文中作了明确的说明。 研究生签名：抄西年加妒曰 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：当：建鉴胛5 年g 月孑日 硕士论文 高压线路分相电流差动保护的研究 1 绪论 1 1 课题的研究意义 随着电力系统的迅速发展，电网结构不断发生变化。同杆并架双回线路和远 距离重负荷线路将不断增多，分支线路和多端线路亦将增加。高压、超高压线 路继电保护与中低压线路保护相比存在一些特殊性：输送功率大，稳定问题 严重；线路负荷电流大，故障电流相对较小，有时甚至还可能出现故障电流比 负荷电流小的情况，这将使保护装置的某些起动元件或测量元件不能满足灵敏 度的要求；由于线路长、电压高，线路的分布电容将明显增大；线路上常常装 有串联补偿电容，导致故障时串联补偿电容的保护间隙可能不同时击穿，从而 形成不对称的复故障，产生附加的零、负序分量；由于超高压线路的三你大， 因而非周期分量的衰减时间常数大，有时可达2 0 0 3 0 0 m s 以上，当线路上装有 并联电抗器时，会产生附加的直流分量：非全相运行带来的影响；高频信号在 长线路上的传输衰耗大，通道干扰电平高；超高压系统多采用电容式电压互感 器，其二次电压不能快速准确的反映一次电压的变化。 由于高压、超高压线路的重要性，尽管有以上诸多因素在不同方面影响超 高压线路继电保护的性能，但对于这些继电保护性能的要求不但没有降低，反 而更高。超高压线路继电保护的要求常表现在快速切除故障、高度的可靠性、 选择性和足够的灵敏度1 2 j 】。 目前，我国大多输电线路尚处于应用电力线载波保护原理实现高压输电线 路微机保护的阶段，但是，反映出的问题和难以解决的困难越来越突出。电力 线载波的高压输电线作为信号传递的载体，在线路发生故障时通道可能遭到破 坏，高频信号不能得到有效传输。除此之外，如何解决抗干扰问题令人头痛。 随着电力设备的大量增长，以及越来越多的电子、通信和其他设备投入使用， 电磁干扰给电力线载波保护造成误动的情况越来越严重，而高压输电线的抗干 扰能力并不强，要解决这个技术问题比较困难。另外，电力线载波频带较窄， 越来越满足不了日益增长的电力生产和传输的需要。特别对于城市电网，已经 逐步形成短线网群，频率分配问题对于电力线载波来说很难解决。 虽然微波通信和光纤通信在国内尚不完善和成熟，但是它们的特点恰好可 以解决电力线载波保护很难解决的技术问题，由此而实现的微机保护的优势是 不言而喻的。从先进国家的电力技术发展来看，微波保护和光纤保护已逐步成 为线路主保护。特别是日本、英国、美国等，线路光纤保护技术相对完善，保 护设备运行情况良好。从国内来看，微波和光纤保护所依据的微波通信网和光 倾士论文高压线路分相电流差动保护的研究 纤通信设备发展非常快，在不久的将来将全面覆盖全国各主要地区，这就为实 现数字式微波( 或光纤) 继电保护提供了有利的客观条件和良好的发展前景。 论文结合最新的数字式继电保护技术和数字通信系统的发展趋势，综合应 用电力系统继电保护，计算机和数字通信等技术，去研究可以直接用于具体的 工程实际数字式微波光纤分相电流差动保护。因此，有着很大的理论意义和实 际意义。 1 2课题研究的现状及发展趋势 由于利用单端量保护无法快速切除线路上任一点的故障，故高压线路主保 护一般采用利用双端量的纵联保护l ，即方向纵联保护、电流差动保护和相位 差动保护。方向纵联保护其基本思想是采用方向阻抗或其它方向元件来判别故 障的方向，然后通过通道来获取对端的信息，按一定的逻辑处理后发跳闸脉 冲，这种原理的保护在p t 断线时将失去保护功能；相位差动保护是通过比较两 端故障电流相位的方法进行故障判别的，线路眶常运行及外部故障时两端电流 相位相反，而内部故障时，两端电流相位相同，而实际上由于线路分布电容电 流、故障点过渡电阻、c t 饱和等的影响，以上关系不再成立，并且这种原理的 保护不满足高压线路的速动性要求。电流差动保护的原理是在上个世纪初提出 的。电流差动保护完全消除了被保护线路的非故障状态下的电流，不管被保护 线路的非故障状态下的电流怎样复杂变化，它都具有精确提取内部故障分量的 能力。 电流差动保护l 以其优越的性能，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的保护之中。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。对于电 力系统的高压、超高压线路保护来说，基于基尔霍夫电流定律( 流向一个节点 的所有电流之和等于零) 的分相电流差动保护原理，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，还能较好的适应架空线路与地下电缆混合输电系统等等。 采用电流差动保护原理实现电力线路的电流纵差保护，必须在线路各端之 间相互传送电流波形来进行比较，从而判别是线路内部还是外部故障。电流差 动保护原理在电力线路上的应用，最早就是传统的导引线保护。它可作为高、 中压电网中的短距离线路的全线速动主保护。但对于中、长距离的输电线路， 由于难以测量线路对端的电流，因而在相当长的时间内，难以应用电流差动保 护原理。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 硕士论文高压线路分相屯流差动保护的研究 渐应用，对于长距离的高压、超高压电力输电线路，其电流纵差保护所依赖的 通信通道只能是微波或光纤构成的数字通道。目前电力系统中，可供分相电流 纵差保护装置所采用的通信媒介的形式主要有三种：微波通道、复用光纤通信 系统和短距离的专用光缆。随着微波、光纤通信技术的发展和其在电力系统通 信中的逐渐应用，先后出现了高压输电线路的微波电流纵差保护和光纤电流纵 差保护。 在国外，日本7 0 年代就有分相电流差动微波保护1 4 j 。在我国，也较早地开 展了输电线路的分相电流差动微波保护的研究，1 9 7 9 年就有相应的科研报告发 表【3 , 4 1 。这一阶段，主要是研究采用频率调制方式的模拟式电流差动微波保护。 进入8 0 年代日本又最先研究采用p c m 调制方式的数字式电流差动微波保护1 6 “j 。 8 0 年代末以来，英国g e c 公司、a b b 公司、阿尔斯通也相应研制出各自的数字式 电流差动保护装置。我国于8 0 年代末，开始研制数字式的电流差动微波保护h 。 第一套可用于长距离输电线路的数字式微波电流差动保护，w x h 一1 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、通过鉴定。在国外，数字式电流差 动保护的应用较多，尤其是在日本和英国，数字式电流差动保护是输电线路主 保护中应用最多的保护；在其它国家也有应用。近几年，随着通信技术的向前 发展和光纤等通信设备的成本下降，我国的通信发展很快，电力通信系统中 正逐步开始广泛应用光纤通信。光纤分相电流差动是一种性能较佳的纵联保 护，其原理简单，不存在与引入电压有关的一切问题，不受系统振荡、线路串 补电容、平行线路互感、系统运行方式等的影响，具有天生的选相功能，动作 速度快，它克服了其他纵联保护原理存在的相应问题。光纤电流差动保护在日 本、西欧等国家广泛应用，主要是日本东芝公司的数字电流差动保护装置、英 国g e c 公司的l f c b 系列数字电流差动保护装置【1 0 1 和a b b 公司的r e l 5 5 1 5 6 1 型线路 差动保护。它们基本上代表了当前国外本课题的研究成果与水平l ，1 2 j 。目前国 内随着光纤通信技术在电力系统中的大面积采用，各电网在积极推广采用光纤 电流差动保护。各大制造厂均已研制生产出光纤电流差动保护，如1 9 9 4 年完成 并通过鉴定的第套数字式微波电流纵差保护w x h 一1 4 型高压线路微机微波保护 装置；1 9 9 6 年许昌继电器研究所推出的w x h - 3 5 微机短线路光纤纵差保护装置： 南京自动化研究院继电保护所研制的l f p 一9 3 1 a 型数字式分相电流差动保护装 置；四方公司生产的c s l l 0 3 保护装置，等等。这些装置均是设计可用在高压及 超高压输电线路的数字式保护，且均已在电网中使用。 简单可靠是继电保护发展的永恒的主旋律。随着我国电网和电力数字通信 网的快速发展，基于光纤的数字式分相电流纵差保护，一定会成为我国电力系 统的高压，超高压以及正在出现的特高压输电线路的首选主保护。如上海电网 硕士论文 高压线路分相电流差动保护的研究 已把采用光纤分相电流纵差保护作为电网继电保护“十五”规划的一个重要配 置原则来执行，目前已投运和即将投运的光纤电流差动保护达1 9 4 套【w 。i e e e 电力系统继电保护分委会，早在1 9 9 5 年发表的一份调查报告就已经显示：未来 的光纡通道多路传输不同用途的信号将成为一种趋势；将在继电保护、声频通 信、数据传输及其它设备之间共享光纤；这种通信方式是最为经济实效的。因 此研制输电线路的光纤电流纵差保护装置，有着非常重要的意义。 1 3 数字电流差动保护的通信 所谓光纤通信就是利用光波来载送信息，并实现通信的方法。光纤通信由 于具有中继距离长、传输信息量大、传输质量好的特点，且抗干扰性能好，可 以有效防止雷电、系统故障时产生电磁干扰的优点，充分利用了电力系统的特 有资源( 地线复合光缆o p g w 、绕在地线上的缠绕式光缆g w w o p 及与高压线同杆 架设的全塑自承式光缆a d s s ) ，特别是s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a l h i e r a r c h y ) 同步数字系列等大容量设备的出现，使得光纤通信在电力系统中应 用越来越广泛。其中一个重要的应用就是作为线路纵联保护的通信通道，让两 端的保护装置进行故障信息的交换，确定在区外故障时不动作，在区内故障时 快速动作切除故障，保证系统的安全稳定运行。 高压输电线路纵差保护所采用的光纤通道实际上是两种：复用通道和短距 离的专用光纤通道。专用方式主要应用于距离较短的城网线路保护以及发电厂 与电力系统之间的短联络线保护。而复用方式主要用于长距离输电线路的保 护，它采用脉冲编码调制( p c m ) 方式，借助现有的光纤通道和微波通道，对继 电保护的信息进行传输。 数字式电流差动保护所比较的是线路各侧保护装置的电流采样数据，它在 算法上要求参加比较的各端电流量必须同步采样或经过采样同步化处理，这是 实现电流差动保护的关键所在。目前已经提出的同步方法可归纳为以下三类： 基于数据通道的同步方法；基于参考向量的同步方法；基于g p s 的同步 方法。第一类同步方式受到通道延迟参数的影响；基于参考相量同步方式受线 路模型的影响，且计算量很大；g p s 同步方式不受通道影响，精度较前两类方 式更高，但g p s 同步方式受战时性影响很大。论文将深入研究、比较各种同步 方式，力求得到一个高精度和高可靠性的数字式电流差动保护的电流采样同步 方式。 硕士论文 高压线路分相电流差动保护的研究 1 4 论文的主要研究工作 论文在上述背景下对高压线路分相电流差动保护进行了深入研究，针对高 压线路的特殊性，对分相电流差动保护判据和光纤通信等方面作了研究和探 讨。主要工作包括以下几个方面： a ) 深入研究各种分相电流差动保护判据，分析比较各电流差动保护判据的优缺 点； b ) 研究结合故障分量电流差动和采样值电流差动优点的基于故障分量采样值的 电流差动保护判据的动作特性、动作边界变化区范围以及使该保护输出动作 信号所要满足的条件，并研究在动作模糊区内如何提高基于故障分量采样值 保护的灵敏度和可靠性： c ) 在上述分析的基础上提出一个能应用于工程实际的满足高压线路保护速动 性、可靠性、选择性及灵敏度要求的自适应分相电流差动保护判据。并用 a t p 仿真分析和编程分析验证该自适应保护方案的合理性： d ) 就光纤电流差动保护的通信原理和电流采样同步方式进行深入分析，研究高 压线路光纤差动保护通信的整体方案及适宜的新的电流采样同步方式； e ) 进行光纤纵差保护相关的软硬件设计和调试工作，主要完成高压分相电流差 动保护的电流同步采样问题的设计和实现，并设计了相应的程序流程。 硕士论文高压线路分相l 电流差动保护的研究 分相电流差动保护判据分析 2 1 全电流羞动保护判据 目前常用的数字式全电流差动保护动作判据、8 1 为： i ，。+ ，。l 乙 ( 2 1 ) j ，。+ ll k l ，。一，。l ( 2 2 ) 式中：j 。和j 。分别表示线路m 侧和n 侧的全电流相量：匕为定值；k 为 制动系数( 0 k 1 ) 。式( 2 1 ) 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起动( 此时式( 2 2 ) 满足跳1 7 条件) ，式( 2 2 ) 为主判 据，两式同时满足时发跳令。 系统内部经过渡电阻短路如图2 1 所示。线路每相均按( 2 1 ) 、( 2 2 ) 两式 构成差动保护，则可保护所有相别的故障，并能实现分相跳闸。 蝉卜异高 一巳0 p 一 土 2 1 1 分布电容电流对差动保护的影响 差动保护的灵敏度与线路的分布电容电流有关u 3 1 5 】。输电线路的相与相之 间和相与地之间都存在着分布电容，只是在电压等级低、线路短的情况下，分 布电容电流很小，对线路两端的影响不大，可忽略其对差动保护的影响；而在 超高压、长线路或电缆线路上，分布电容的等值容抗大大减少，电容电流将使 输电线路两端电流的大小和相位发生严重畸变，就可能引发保护的误动或拒 动。 2 1 2 负荷电流对差动保护的影响【1 6 j 图2 2 内部故障时的系统接线简图 判据式( 2 1 ) 和式( 2 2 ) 中的电流相量j 。和l ，如图2 2 所示，为差动 保护判据中的全电流，在系统正常时为负荷电流，在故障情况下为包括负荷电 流在内的故障后稳态工频量，亦即负荷电流和故障电流的叠加，设为： ，。= 止。+ 厶，。= 止。- i m ，其中止。和u 。分别为线路两侧故障分量电流， 硕士论文 高压线路分相电流差动保护的研究 j 。为负荷电流。系统正常或发生外部故障时，两侧电流大小相等，方向相反 ( 忽略掉电容电流) ，保护能可靠不动，负荷电流的存在不会产生不利影响。 在发生内部不对称故障或经过渡电阻的对称故障时情形就会有所不同，负荷电 流为穿越性电流，它对两侧故障电流大小和相位关系的影响总是使其朝着不利 于动作的方向发展，因为式( 2 2 ) 左端动作量，。= i ，。+ ，。i = | l + “。1 ，i j 为故障支路电流；右端制动量l = i l j ，一，。j = 七l “。一鸸+ 2 i m i ，其值将随着负 荷电流的增大而增大，降低了保护的灵敏度，尤其是在经高阻接地故障伴有大 负荷送出的情况下，由于i 。很小而，。很大，将会导致动作量可能小于制动量而 保护拒动。 另外，差动保护的灵敏度与制动系数k 有关，显然k 越小灵敏度越高，但 降低k 值必然导致区外故障防卫能力的下降，因此通过降低制动系数来提高差 动保护灵敏度是不可取的。 2 2 利用故障分量的差动保护判据 故障信息的识别、处理和利用是继电保护技术发展的基础。传统的继电保 护原理是建立在工频电气量的基础上的，故障暂态过程所产生的有用信息被视 为有害的干扰而常常被滤掉。将行波用于保护的研究，开辟了在继电保护技术 中利用故障暂态信息的新途径。计算机在继电保护中的应用，促进了继电保护 原理和技术的进一步发展。尽管电力系统会发生各种类型的短路故障，各种故 障也有其各自的特殊性，但发生故障时必然有故障信息出现。 2 2 1 相电流突变量分析 1 2 2 】 系统故障后，利用每相电流的突变量分相构成差动保护： l 出。+ 。pa “ ( 2 3 ) i ，+ lpk f ，。一u 。l ( 2 4 ) 式中：m 。和吐分别表示线路m 侧和n 侧的相电流突变量：。为定值； k 为制动系数( 0 k 1 ) 。式( 2 3 ) 为辅助跳闸判据，式( 2 4 ) 为主判据，两式同 时满足时发跳令。以下论文将详细分析故障分量差动保护判据在发生各种故障 时的动作情况。 图2 3 表示双端电源供电的单回线路在f 点发生经过渡电阻短路的情况。 根据叠加原理，可将图2 3 ( a ) 所示的短路状态分解为正常运行状态( 短路前状 态，见图2 3 ( b ) ) 和短路附加状态的叠加( 见图2 3 ( c ) ) ，图中d 。+ 为短路前f 点的电压。 a ) f 点发生三相短路 由于这时三相对称，故仅以a 相为例进行分析。 颂士论文高压线路分相电流差动保护的研究 a 。= c 。i j m l ，止。= c 。l ，n 1 其中：乇，为故障支路爿相正序电流； ( 2 5 ) c 。和分别为m 和测得正序 ( a ) f 点短路运行状态，( b ) 正常运行状态，( c ) 短路附加状态 图2 3f 点短路时系统接线图 电流分配系数，且c 。+ g 。= 1 ，将心。和鸲。代入式( 2 4 ) ，左边动作量和右 边制动量分别为： l 出，。+ a k 卢l q l ，月l + q l ，l ，“i ( 2 - 6 ) l 鲥。一u 。 l c 。l c 。ll “l = l ( z 。l 一z 。l ) i ( z ，l + z 。l z ) l l ( 2 7 ) 由于z 。与乙。：的阻抗角近似相等( 短路点两侧系统阻抗角之差晟大不超过 9 0 。) ，所以l ( z 。一z 。) ( z 卅。：+ 乙。：) l 1 ，从而女l o 。一心。l 时。，也就是 说不论七取何值( o 七1 ) ，当f 点发生三相短路时，三相电流差动保护均能 可靠动作，且与过渡电阻无关。当区外发生三相短路时，流过各相的突变量电 流皆为穿越性电流，三相差动保护均不动作。 i o ) f 点发生单相接地短路 同样以a 相为例分析，这时故障相电流为 a x - ，。= c 。l i “i + c m 2 i 2 + c 。o ，月o ，k = g i 月1 + c 。2 ，“2 + g o h o ( 2 8 ) 式中：j 。、，j 。：和乇。分别为故障支路的a 相正、负、零序电流，且 ，。= 乇2i ij 瑚o ；c ，。，c 。：，c 。q 。，q 2 ，e o 分别为线路吖和n 侧的正、负、零 序电流分配系数，并且q 。+ q 。= 1 ，c 。：+ g 2 = 1 ，c 。+ e 。= 1 ，把“。和 “。代入( 2 4 ) 左边动作量和右边制动量分别为： n 。+ a 2 胂i = l ( c ，l + c 。i ) 删l + ( c ，2 + c 2 ) i 朋2 + ( c 。o + c 。o ) ，删。净3 1 刷o ( 2 9 ) 七i a 。一甜。f 七l ( q 。一q 1 ) 乇。+ ( 瓯2 一g ：) 2 十( c m 。一c o ) 。b j r i ( c t m l c 。1 ) + ( c m 2 一c 。2 ) + ( c ，o g o ) l i m o 七( i c 。1 一g 1l + l c ，2 一c 。2i + i c 。o c 。1 ) ，崩o = ( 2 1 0 ) t i 篆彘篆毒篆恚j 硕士论文高压线路分相电流差动保护的研究 由于z 与乙。：，z 。：与乙：，z 。与z 。的阻抗角之差最大不超过9 0 。， 因此j 善业 罢鎏l 1 ，1 兰监每 l， | 兰业 叠l 1 ，从而 。z m l + 乙1 。z 2 z + 乙2 z m o + 乙o 。 ki l 。一“。i 3 k j “。也就是说不论女取何值( 0 k 1 ) ，当f 点发生a 相接 地短路时，4 相差动保护能够灵敏动作，且与过渡电阻无关。 再分析非故障相( b 、c 相) 差动保护的动作行为： u 。产口2 q l 如l + 配，2 i 删2 + 巳o i “o ，“。6 = 口2 g l 1 + a c 2 i “2 + c 。0 1 月。 小，。= 口c 卅1 j 融1 + c t 2 c 。2 j 脚2 + c 。o j 剐o ，“。= c t c 1 j 同l + 口2 q 2 j 刷2 + c 加，刷o ( 2 1 1 ) 由于 l 6 + 止曲 l 口2 ( c 。l + 已1 ) j 刚l + a ( c 。2 + c 。2 ) ，朋2 + ( c 。o + c 。o ) ，剐。净 口2 ，刷1 + o 剐2 + ，崩o 0 _ 一+ 虬ii = l 口( f m t + q t ) 如，+ 口2 ( c 卅：+ c 一2 ) 如：+ ( c m + q 。) 7 一。 ( 2 1 2 ) c 玎“l + 口2 ，m 2 + ，h o 净0 所以式( 2 3 ) 不满足，非故障相差动保护可靠不动。区外发生单相接地故障 时，流过故障相的突变量电流为穿越性电流，流过非故障相的突变量电流可能 为零，也可能为穿越性电流，所以各相差动保护均不会误动。 c ) f 点发生两相短路或两相接地短路 用类似的方法可分析出：这时与故障相别有关的差动保护能可靠动作，非 故障相差动保护可靠不动；当区外发生各种类型故障时，三相差动保护可靠不 动。因此，利用相电流突变量构成的差动保护本身具有选相功能，可实现分相 跳闸。 d ) 非全相再故障时保护动作行为 本线路非全相运行且运行相又发生丘( ”，足( ”，k ( 1 ，短路时，至少有一相差动 保护能够动作，切除三相。限于篇幅，这里仅以k ( 2 短路为例进行分析。 图2 4 ( a ) 表示a 相断线又发生b c 两相经过渡电阻短路的情况，根据叠加 原理，只要在故障支路中引入两个大小相等方向相反的电压口删。( 驴删。f 为短路 前b c 相故障点电压之差) ，就可将图2 4 ( a ) 所示的两相运行短路状态分解为正 常两相运行状态( 短路前状态) 和短路附加状态，分别如图2 4 ( b ) 和图2 4 ( c ) 所 示。为分析方便，短路附加状态直接在a b c 坐标下求解，当不计分布电容影响 时，可用图2 4 ( d ) 所示的等效网络表示。 硕士论文高压线路分相电流差动保护的研究 ( b ) ( a ) 两相运行时b c 相短路，( b ) 正常两相运行状态 ( c ) 短路附加状态。( d ) 在a b c 坐标系统中短路附加状态等效图 图2 4 非全相再故障系统等值接线图 由图2 4 ( d ) 可求出： 瓯s 一也c2 丽未 卧一皈= 丽毒 把o 。和吐。代入式( 2 4 ) ，左边动作量和右边制动量分别为 鼬蚺丽鼍魁丽 ( 2 1 4 ) 叫m 划一= 丽警彘a 由于z 一与乙- z 的阻抗角之差最大不会超过9 。，所以i 乏z r ：a 1 2 了- - 乏z n ：y ；i 1 。 也就是不论k 取何值，制动量均小于动作量，式( 2 4 ) 恒成立，且与过渡电阻无 关。当本线路非全相运行，相邻线路发生各种类型的短路时，流过本线路运行 相两倾i i 的突变鼍电流为穿撒件申流，两运行相的筹动保护均不会误动。 硕士论文高压线路分相电流差动保护的研究 2 2 2 分布电容对相电流突变分量的影响 差动保护的灵敏度与线路的分布电容电流有关”：1 5 。0 1 。 图2 5 具硐分币参效晌线路外鄢政| 5 草 图2 5 示出了一输电线路外部故障时的故障附加状态。当线路以分布参数 表示时可写成： k n g c h 皿+ 等舭 ( 2 1 5 ) 式中l 一线路长度，k m ； y 一传播系数，y = 口+ 粥； z c = 线路特征阻抗。 设线路无损，考虑到t 2 。= - i 。z 。，由式( 2 1 5 ) 可得： j 矿一k ( c 。s 肛+ 参s i n 肚) ( 2 1 6 ) 式中相移常数。 由于相移常数等于角速度除以波速，即= 州u ，于是： _ b = 2 巧| u 将f = 5 0 n z ，u = 3 1 0 5 k i l l s 代入可求得口= 0 0 6 。k i n 。 将乙= 如- j 碥代入式( 2 1 6 ) 得： i r a , = - 心o s 皿一等s i n 胁，争倒 ( 2 t 1 7 ) 在超高压线路上或电源侧当r 。 k i r ( r ) 】 ( 2 2 0 ) 动作电流为： i d ( t ) = 1 0 ( r ) + i ，( t ) i ( 2 2 1 ) 制动电流为： i r ( f ) = 3 0 ( t ) 一f ( f ) l ( 2 2 2 ) 式中，t 为采样时刻：为最小动作电流；k 为制动系数；0 ，i 。为引入 差动回路的输入电流( 以两端差动为例) 的采样值。在连续r 次采样判别中如 有s 次满足式( 2 2 0 ) ，则保护输出动作信号。 与式( 2 2 0 ) 相对应的相量差动保护可表达为： ，d = i + i 除i d o r 。9 q 、 i d = i + i 譬k r = ki ，m 一，i 区外故障时假设c t 的相位误差为零，而考虑幅值误差时，采样值差动与相 量差动有完全相同的制动关系。故以下论文将主要考虑幅值误差为零，而有相 位误差时的情况。 设差动保护中两侧电流i 。，i 。的相位差为妒，区外故障时i 。，i 。幅值近似 相等，则i m ，i 。可分别表示为： f m ( ，) 。2 i s i n ( a r ) = 2 i s i n o ( 2 2 4 ) 硕士论文 高压线路分相电流差动保护的研究 关。 i s ( t ) = 4 2 1s i n ( c o t p ) = 4 2 1s i n ( o p ) ( 2 2 5 ) 则可得相量差动制动比m 。为： 聊。=