相位相关电流差动保护原理分析

2016-06-02王美忠边洪波山东金岭矿业有限公司山东淄博255080

中国科技纵横 2016年1期

关键词：电流

王美忠边洪波(山东金岭矿业有限公司,山东淄博 255080)

相位相关电流差动保护原理分析

王美忠边洪波
(山东金岭矿业有限公司,山东淄博 255080)

【摘要】电流差动保护被称为是拥有绝对选择性的迅速保护,其原理简单可靠,是针对电力系统发电机、变压器、母线等元件实施的主保护。但是,电流差动保护也出现了一些不足,本文在电流差动保护相关理论的基础上,提出了一种相位相关电流差保护新原理,统一了内外故障发生时的灵敏性和可靠性,希望可以对电流差动保护存在问题进行有效解决,推动器迅速发展。本文分析了相位相关电流差动保护新原理,内外部故障差动保护的可靠性和灵敏性,相位相关电流差动保护性能比较。

【关键词】相位电流差动保护电流

1 相位相关电流差动保护新原理

相位相关电流差动保护新原理,也就是相位相关电流差动保护的动作方程及动作判据见下:

其中差动保护两侧采集的电流相量分别是Im和In, ψ代表Im和In之间的夹角,K3是制动系统,Iop.3是保护的动作量,Idz代表操作的固定门槛。

把线路两侧电流向量的夹角引入了新判据中。在内部发生故障时,通常cos ψ＞0时,增加制动系数能够提高内部发生故障时保护的操作量;而当外部发生故障时,cos ψ＜0时,增加制动系数也能够提高外部发生故障时保护的操作量。因此从理论上分析,上式涉及的相位相关电流差保护的制动系统能够任意选择数值,并且选择该值时必须统一外部故障的可靠性和内部故障的灵敏性。

2 内外部故障差动保护的可靠性和灵敏性

2.1 内部故障差动保护的灵敏性

当出现内部故障时,假设故障点电流是If。设定电流两端的夹角是0°,则会得到I f = I m + I n。为了方便研究,使 Im=δ If,则In=（1 -δ）If,可以得到各差动保护实际动作量:

很明显,内部故障发生时差动保护的真实动作量和故障电流之间呈现了直线关系。因此,传统差动保护在发生内部故障时保护动作量和故障点电流形成小于1的正比关系。新原理出现了最大的动作量,并且灵敏度随着制动系数的增加而不断增大。

2.2 外部故障差动保护的可靠性

当输电线路出线外部故障时,短路电流对被保护元件进行穿越,因此对于差动来说这一电流是穿越性电流。这里对CT饱和等问题的影响暂时不予考虑,则出线Im=In.。利用Ith表示穿越电流的幅值,很明显出现了Ith=Im=In。

此时各差动保护实际动作量分别为:

通过上式可知在外部故障时三种差动保护判据制动性能。

从上分析得知,传统电流差动保护的制动系数K1＜1,K2＞1;而相位相关电流差动保护的制动系数选择的越大,则制动性能会越强。

3 相位相关电流差动保护性能比较

3.1 电流互感器饱和影响

电流差动保护最重要的问题之一便是安全性,而电流互感器的饱和与造成区外故障时保护误动的具体原因之一。因此需要分析新原理的差动保护CT饱和的性能。由于不同的CT性能、高次谐波的影响,会导致电流两端互感器产生一端饱和或者两端饱和的不同步问题,进一步出现保护误动。

3.2 过渡电阻的影响

电力系统会出现很多故障类型,并且影响因素也不少,基本上不会出现金属性故障,也就是故障点都需要通过一定的过渡电阻。电流差动判据所应用的是被保护元件两端电流,而过渡电阻将会对两端测量电流大小造成影响,因此有必要分析过渡电阻影响新原理动作特性。当出现外部故障时,属于穿越性电流,过渡电阻影响判据的程度不大;但是出现内部故障时,过渡电阻将会直接影响电流差动保护判据。接下来采取故障分量法对过渡电阻故障进行分析,两端电流向量的关系,这里将A相单相接地故障为例。

例如双侧电源系统,在输电线路安装电流差动保护,线路出线单相接地。设定保护设置m侧到故障点之间的线路阻抗是Zm,到故障点的线路阻抗是Zm,m侧是送电测,n侧是受电侧。对线路分布电容、并联电抗等因素不进行考虑,假定Zm和Zn和线路长度之间形成正比,整个系统阻抗角统一,全部是90°。

当线路内出现A相接地故障,采取故障分量法对过渡电阻影响电流差动保护进行分析。按照叠加管理,可以分解为正常负荷状态与短路附加状态。非故障分量具体是指线路形成的负荷电流,大小保持不变;而故障分量数值当线路运行正常时归零,当故障出现时故障分量则非零。

已知负荷电流时一定的,过渡电阻将会对故障分量电流造成影响。因此,要对过渡电阻影响电流差动保护判据实行分析,通过电力系统出现的单相接地故障时,三序电流相等。

通过上述分析可知,内部故障通过越大的过渡电阻,新原理判据的动作量越小,越容易出现拒动;经一定过渡电阻故障时,故障发生的位置与送电测越接近则判据动作量越小,拒动就越容易出现。

3.3 线路重载及系统振荡的影响

重载线路,也就是拥有很大的负荷电流,若其内部出现高电阻故障,极有可能电流差动保护会产生拒动。因为此时符合电流分量大小与故障电流分量接近,甚至比故障电流分量大,这一状况下就相当于出现线路外电流。此外当系统出现振荡时,会出现两端电源电压相位差超过90°,甚至出现与180°接近的情况,此时的负荷电流要大于正常情况。

(1)不管是传统比率差动保护判据还是相位相关电流差动保护原理都极有可能产生拒动。只要后者形成合理的制动系数数值,则拒动概率很小。(2)相位相关电流差动保护判据的制动系数也不能取值较大。虽然理论分析可以选择无限大,但是若取值较大,在系统发生特殊运行时判据机构可能出现内部故障拒动。事实上关于相位相关电流差动保护判据,完全没有必要选择较大的制动系数,只要选择在1附近就能够充分确保良好的操作特性,还可以防止出现重载线路内部故障拒动现象。