【分布电容电流对纵联电流差动保护的影响特性分析概述综述4400字】

分布电容电流对纵联电流差动保护的影响特性分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u30458分布电容电流对纵联电流差动保护的影响特性分析概述 115651.1概述 1141271.2分布电容电流对全电流差动保护的影响分析 1174641.3分布电容电流对故障分量电流差动保护的影响分析 5187681.4分布电容电流对零序电流差动保护的影响分析 81.1概述为了提高输电线路的输送容量，减小电能在线路上的损耗，特高压工程中常采用分裂导线的方法以减小线路的电抗，但同时也会增大线路的电容，降低了线路的容抗。因此，在特高压输电线路中，分布电容电流往往更大，其对线路两侧电流大小和相位的影响已不可忽视。而这种影响在三种电流差动保护种均存在，使特高压输电线路在使用纵联电流差动保护时面临着保护可靠性和灵敏性的问题。本章将基于集中参数模型，详细分析电容电流对不同种类的电流差动保护的影响特性。1.2分布电容电流对全电流差动保护的影响分析全电流差动保护是直接利用线路两侧测量的电流量来构成差动保护。以下分析基于双端系统，假设线路阻抗大小均匀，两侧系统电源阻抗、电势幅值和相位相同，即两侧系统完全对称。图1.1全电流Π型等效电路图图中，和分别为线路两侧测量得到的全电流，和分别为线路两侧的电容电流，和为线路两侧经电容电流补偿后的电流，另外假设线路两侧电压为和，负荷电流为，故障电流为。（1）线路空载合闸时当线路空载合闸时，线路一侧断开（设为N侧），由另一侧（M侧）合闸充电，此时线路相当于单侧电源供电系统，等效电路的相量图如图1.2所示（a）合闸于正常线路（b）合闸于金属性故障线路（c）合闸于高阻性故障线路图1.2线路空载合闸时的电压电流相量图由图1.2可知，线路空载合闸时，M侧的测量电流为线路两侧的分布电容电流之和（若合闸于潜伏故障时还需加上故障处的电流），此时全电流差动保护的动作量为，制动量为，由于制动系数K<1，保护的主判据总是成立。为防止电容电流造成保护误动，辅助判据的最小动作电流的整定值必须高于正常合闸时的线路分布电容电流。对于特高压输电线路，稳态电容电流已经是一个较大的量，但合闸时分布电容引起的高频暂态电流更大，若的整定值过大，保护的灵敏性将大打折扣。且线路有可能合闸于高阻抗接地故障上，故障电流小，保护的动作量也较小，可能发生保护拒动。（2）线路正常运行时当线路正常运行时，双侧电源同时供电，等效电路的相量图如图1.3所示（a）空载运行（b）负载运行图3-3线路正常运行时的电压电流相量图由图1.3可知，线路空载时，保护的制动量为零，动作量为线路的分布电容电流，保护的最小动作电流仍需整定高于线路的分布电容电流。线路带有负载时，保护的动作量同样为线路的电容电流，而制动量为2K倍的负荷电流，其值较大时可以保证保护不误动。因此，线路正常运行时，分布电容电流只会影响到保护最小动作电流的整定，若电流的分布电容电流较大，保护的整定值也随之增大，降低了保护的灵敏性。（3）线路区内故障时当线路为空载运行的情况下发生区内故障时，等效电路的相量图如图1.4所示（a）线路端口短路（k1。k3情况类似）（b）线路中间短路（k2）图1.4线路空载时区内故障的电压电流相量图由图1.4可知，线路空载时发生区内短路故障时，电容电流使线路两侧测量的全电流幅值减小，且随故障位置从中间到两端，还会增大两侧电流的相位差，使得保护动作量所减小，不能反映真实的故障电流大小，保护灵敏性变差。但一般保护动作量仍较大且远大于制动量，只要最小动作电流整定适当，可以保证保护的可靠动作。当线路为负载运行的情况下发生区内金属性短路故障时，负荷被短路，此时线路状态相当于空载运行时发生区内金属性故障，因此不再赘述。若故障处存在过渡电阻，等效电路的相量图如图1.5所示（a）线路首端短路（k1）（b）线路中间短路（k2）（c）线路末端短路（k3）图1.5线路负载时区内故障的电压电流相量图由图1.5可知，线路负载且发生区内高阻性故障时，两侧的全电流分布为和，线路的负荷电流会构成较大的保护制动量。且随故障位置从线路首段到末端，电容电流的影响使线路两侧全电流量之间的相角差减小，保护的动作量与制动量的比例增大，有利于保护动作。反之，故障越靠近首段，可能会因为保护制动量过大而出现拒动的情况。（4）线路区外故障时当线路为空载运行的情况下发生区外故障时，等效电路的相量图如图1.6所示（a）区外大电流故障（b）区外小电流故障图1.6线路区外故障时电压电流相量图由图1.6可知，线路发生区外大电流故障时，故障处电压小，产生的电容电流的不大，使得线路两侧测量电流的相角差变化较小，仍接近180°，此时保护动作量小而制动量大，不会发生误动。但发生小电流故障时，由于故障处电压大而故障电流小，产生的电容电流对两侧测量电流的相位影响较大，使得相角差增大，此时保护的动作量增大而制动量减小，可能会使保护的主判据成立而造成误动。1.3分布电容电流对故障分量电流差动保护的影响分析由2.4.2节可知，故障分量电流差动保护可以有效避免负荷电流对全电流差动保护正确动作的影响，其是利用线路两侧测量的电流量在故障状态下与正常状态下的差值，即故障分量电流来构成差动保护的。以下同样是假设在线路阻抗大小均匀，两侧系统电源阻抗、电势幅值和相位相同，即两侧系统完全对称的情况下进行分析的。（1）线路空载合闸时在线路空载合闸时，由于合闸前没有线路稳态运行时电流量的采样值，以及合闸后电源向线路的分布电容充电而使合闸侧测量到较大的暂态电流量，保护计算而得的故障分量电流并不正确，很可能会导致保护误动。因此，空载合闸时故障分量电流差动保护应不投入运行，而由全电流差动保护和零序电流差动保护或另一个不同原理的主保护来预防线路合闸于预伏故障的情况。（2）线路正常运行时在线路正常运行时，线路两侧的测量电流为线路分布电容电流与负荷电流之和，其值具有周期性，则故障分量电流必然有。只有在线路发生故障后，线路中流过的电流将迅速变化，其采样值与n个周期前的采样值不再相同，此时才有故障分量电流流过保护的差动继电器。因此，线路正常运行时，线路的分布电容电流并不影响故障分量电流差动保护。（3）线路区内故障时在线路发生区内故障时，故障分量状态的等效电路如下图所示图1.7线路区内故障时故障分量状态图假设故障点的线路对地电压为，故障点确定，则由图1.7所示等效电路可得到线路两侧电压的故障分量为（3-1）（3-2）线路两侧电容电流的故障分量为（3-3）（3-4）线路两侧的故障分量电流为（3-5）（3-6）（3-7）一般情况下，线路的总容抗远大于线路阻抗和电源阻抗，而Π型等效电路中，容抗更大，因此由式（3-3）和式（3-4）可知线路两侧电容电流的故障分量十分小，对两侧的故障分量电流大小和相位的影响都较小。而式（3-7）表明线路两侧故障分量电流的相位差取决于两侧系统电源的阻抗角，在两侧系统对称的情况下，故障位置越靠近线路中间，两侧故障分量电流的相位差越小。以一条300km的1000kV输电线路为例，根据表2-1可计算得该输电线路的Π型等效电路的参数为，再假设系统阻抗为，代入式（3-7）中可计算得：（3-8）由式（3-8）可得，线路区外故障时两侧的故障分量电流的相位几乎相同，此时保护的动作量大而制动量小，保护能够正常动作。因此，在线路发生区内故障时，故障分量电流差动保护受线路的分布电容电流的影响不大。考虑到故障处存在过渡电阻时，有（3-9）而，若接地的过渡电阻较大，保护可能会因动作量过小而发生拒动的情况。（4）线路区外故障时在线路发生区外故障时，故障分量状态的等效电路如图1.8所示图1.8线路区外故障时故障分量状态图由图1.8所示等效电路可得到线路两侧电压的故障分量关系为（3-10）线路两侧电容电流的故障分量为（3-11）（3-12）线路两侧的故障分量电流为（3-13）（3-14）（3-15）对于一般的远距离交流输电系统，一般有（3-16）（3-17）若不考虑电源和线路的电阻损耗，式（3-5）可计算得k为一个小于1但接近于1的正实数；若需要考虑电阻损耗的影响，将上文300km的1000kV输电线路参数代入式（3-15）中，可计算得。可见，线路区外故障时两侧测量的故障分量电流的幅值虽然相差超过10%，但两者的相位几乎相反，此时保护的动作量小而制动量大，保护不会误动。因此，线路在发生区外故障时，分布电容电流对故障分量电流差动保护的影响较小。1.4分布电容电流对零序电流差动保护的影响分析由2.4.3节可知，零序电流差动保护可以很好地反映接地故障，特别是在高阻接地的情况下，故障回路中的全电流和故障分量电流会大大减小，此时就需要零序电流差动保护来提高保护的可靠性和灵敏性。以下分析同样是基于两侧系统完全对称，即线路阻抗大小均匀以及两侧系统的电源阻抗、电势幅值和相位相同。（1）线路空载合闸时在线路空载合闸时，若三相断路器触头不同时闭合，线路中会产生较大的零序电容电流，这也可能引起保护误动。为防止这种情况发生，零序电流差动保护通常按过空载线路两相运行的稳态零序电容电流（较单相运行时大）进行整定，但合闸时暂态过程的零序电流一般很大，若利用整定躲过将降低保护的灵敏性。为预防合闸于故障线路，只有适当增大保护的启动时间来躲过暂态过程。（2）线路正常运行时在线路正常运行时，线路中没有零序电流，保护中只产生微小的误差电流，不会引发零序电流差动保护的动作。只有在线路发生纵向不对称接地故障或横向不对称故障时，系统出现三相不对称，线路中才会产生零序电流。因此，线路正常运行时，线路的分布电容电流不会影响零序电流差动保护。（3）线路区内故障时在线路发生区内故障时，系统的零序网络图如图1.9所示图1.9线路区内故障时零序网络图图1.9所示的零序网络等效电路与图1.9所示的故障分量状态等效电路的结构相似，因此零序网络的各电气量推导过程不再赘述，易得线路两侧的零序电流关系为（3-18）根据表2.1和式（2-5），可计算得300km的1000kV输电线路的零序阻抗和容抗为，再假设线路两端系统的零序阻抗为，代入式（3-18）可计算得（3-19）由式（3-19）可知，受分布电容电流的影响，线路两侧零序电流的相位差随故障位置从中点到两端逐渐增大，相量分析图如图1.10所示（a）线路中点故障（b）线路末端故障（首段故障时相似）图1.10线路区内故障时的零序电压电流相量图由图1.10可知，零序电容电流使得区内故障时线路两侧测量的零序电流幅值增大，增加了保护的动作量，有利于保护的动作。虽然故障位置越靠近线路两端，分布电容电流使得两侧零序电流的相位差越来越大，增加了保护制动量的幅值，但两者的相位仍接近相同，保护动作量还是远大于制动量，对保护正确动作影响不大。因此，线路区内故障时，分布电容电流对零序电流差动保护的影响较小。（4）线路区外故障时在线路发生区外故障时，系统的零序网