谈线路纵联电流差动保护运行过程中应解决的几个问题

1.引言

输电线路纵联保护采用光纤通道后由于通信容量很大所以往往做成分相式的电流纵差保护。输电线路分相电流纵差保护本身有天然的选相功能，哪一相纵差保护动作那一相就是故障相。这一点在同杆并架线路上发生跨线故障时能准确切除故障相显示出突出的优点。输电线路两侧的电流信号通过编码流形式然后转换成光的信号经光纤传送到对侧。这传送的电流信号可以是该侧采样以后的瞬时值，该瞬时值包含了幅值和相位的信息。保护装置收到对侧传来的光信号先转换成电信号再与本侧的电流信号构成纵差保护。

理想状态下线路外部短路时差动继电器的动作电流为零，但是实际上在外部短路（含正常运行）时动作电流并不为零，一般把这种电流称作不平衡电流，产生不平衡电流的原因及对产生不平衡电流所采取的措施就是本课题要解决的问题。

2.产生不平衡电流的原因分析

2.1 输电线路电容电流的影响

本线路(如图1)的电容电流是从线路内部流出的电流，它将构成差动继电器的动作电流，如果纵联电流差动保护没有考虑到电容电流的影响的话在某些情况下会造成保护的误动。所以解决电容电流的影响是线路纵联电流差动保护要解决的最重要的课题。电压等级越高，输电线路越长，而且多采用分裂导线，因此线路的电容电流也就越大，它对纵联电流差动保护的影响也就越大。

图1 本线路电容电流的影响(其中ES IM IN IC ER为相量)

在区外短路、区外短路切除以及对线路空充时本线路的电容电流中除有工频分量电容电容电流处还有大于50Hz的高频分量电容电流，这两个电容电流叠加，其最大的电容电流幅值可能能达到很大的值，为了与稳态分量电容电流（只有50Hz的工频分量）区别，这个电流称作暂态分量电容电流。当短路发生在电势达最大值瞬间时，这暂态分量电容电流能达到正常下的电容电流的若干倍。这么大的本线路电容电流都成为动作电流，将可能造成保护误动。

2.2 外部短路或外部短路切除时，产生的不平衡电流

外部短路或外部短路切除时，由于两侧电流互感器的变比误差不一致、短路暂态过程中由于两侧电流互感器的暂态特性不一致、二次回路的时间常数的不一致产生的不平衡电流。

差动继电器应该从继电器的构成原理上，从整定值上从动作特性的制动系数取值上考虑这些影响。

2.3 重负荷线路区内经高阻接地时灵敏度不足而误动

由于是高阻接地，短路点的短路电流Ik并不大，动作电流不大，又是重负荷的线路负荷电流比较大，所以制动电流较大，这样继电器的灵敏度可能不够。如果短路点两侧系统不对称更会加剧这种缺陷。

2.4 正常运行时电流互感器（TA）断线造成的纵联电流差动保护误动

在单侧电源线路上发生短路，如果负荷侧的变电压器中心点不接地，短路后负荷侧的电流为零。当正常运行发生TA断线时，动作电流与制动电流都TA未断线一侧的负荷电流，动作电流与制动电流也是相等的，而差动继电器的起动电流又躲不过最大负荷电流，于是将造成差动继电器的误动。

2.5 由于输电线路两侧保护采样时间不一致所产行的不平衡电流

输电线路的纵联电流差动保护与发电机、变电压器、母线的纵差保护不同，发电机、变电压器、母线的纵差保护对各侧的电流是由同一套装置两步采样的，各侧电流都在同一时刻测量，它们的幅值和相位关系是正确的。所以正常运行或者区外短路在忽略其它产生的不平衡电流因素的情况下，动作电流是零。可是输电线路纵差保护情况不同，两侧电流的采样是由两套装置分别完成的，它们采样时间不加调整一般情况下是不相同的。区外短路时，忽略其它误差的因素，如果两侧装置是同步采样的话，得到的两侧电流幅值相等而相位相差180°，其相量和为零；如果两侧装置不是同时刻采样的话，得到的两侧电流瞬时值不相等且相位也不是相差180°，其相量和不可能为零，产生不平衡电流。

3.针对产生不平衡电流的原因所采取的措施

3.1 防止电容电流造成保护误动的措施

3.1.1 提高定值

考虑到由于高频分量电容电流使暂态电容电流增大的影响，起动电流值可取为正常运行情况下本线路电容电流值的4～6倍，需要指出的是正常运行情况下差动继电器的动作电流就是正常运行情况下本线路的电容电流。当然提高定值的方法是以牺牲内部短路的灵敏度作为代价的。

3.1.2 加短延时

如果保护动作能加一下例如40ms的短延时，经过这个延时高频分量的电容电流已经得到很大的衰减，这样比率制动特性曲线中的起动电流的定值就可以降低，可以降低到1.5倍的正常运行情况下的本线路电容电流。因为区外短路切除和线路空充时本线路稳态分量电容电流是额定电压下的电容电流，区外短路时本线路稳态分量电容电流由于电压降低，是小于额定电压下的电容电流的，用1.5倍的电容电流一躲电容电流的影响。当然这种延时加定值的方法是以牺牲快速性作为代价的。

3.2 针对重负荷输电线路的内部发生经高阻接地时灵敏度可能不够的措施

使用工频变化量的分相差动继电器，其动作电流和制动电流分别为：

式中￠——ABC，△IM￠、△IN￠都是向量值。由于是分相差动，所以有选相功能。工频变化量差动继电器也做成比率制动特性。工频变化量差动继电器的特点是：

3.2.1 不反应负荷电流，负荷电流已不再成为制动电流了，原因是求电流变化量时已把负荷分量减掉了。

3.2.2 受过渡电阻的影响小。所以工频变化量差动继电器很灵敏，用它解决重负荷输电线路内部发生经高阻接地时差动继电器的灵敏度问题。

3.3 电流互感器断线时防止纵联电流差动保护误动的措施

为避免差动保护的误动，需要找出一侧TA断线与本线路内部短路两种情况下两侧差动保护动作行为的区别。当本线路内部短路时两侧的起动元件都是动作的，但一侧TA断线时TA未断线侧的起动元件是不起动的。只有TA断线一侧的起动元件可能起动。因此采用只有两侧起动元件都起动，两侧差动继电器都动作的情况下纵联电流差动保护才能发跳闸命令的措施，就可以避免正常运行下TA断线的误动

3.4 针对非同步采样，在区外故障时产生不平衡电流所采取的措施

为消除这不平衡电流应该做到同步采样。同步采样的方法有：基于数据的同步方法、基于参考相量的同步方法和基于GPS的同步方法。基于数据通道的同步方法又有采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法等。

4.结语

本文对输电线路差动保护存在的问题进行了阐述，尤其对不平衡电流的产生原因及解决措施进行重点说明，其中对于电容电流的补偿在理论上研究上还有其它几种方法：

4.1 基于时域的电容电流补偿

本方法即可补偿稳态分量的电容电流，也可补偿暂态分量的电容电流。

4.2 利用贝瑞隆模型构成的线路差动保护

贝瑞隆模型本身是建立在分布参数理论上的，由此构成的差动保护从原理上不受电容电流的影响。目前一些制造厂家、高等院校和科研机构都对此原理进行了研究，是非常有前途的一种差动保护原理。

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