對自適應(yīng)電流保護(hù)方案的探討

隨著電網(wǎng)運行方式的復(fù)雜化，對繼電保護(hù)的要求越來越高，發(fā)現(xiàn)目前傳統(tǒng)的電流保護(hù)定值按系統(tǒng)最大運行方式下三相短路電流整定，由于系統(tǒng)運行方式、故障類型的變化，經(jīng)常會導(dǎo)致保護(hù)在相間短路時靈敏度下降，即傳統(tǒng)電流保護(hù)已經(jīng)不能適應(yīng)電網(wǎng)運行要求.自適應(yīng)電流速斷保護(hù)能根據(jù)系統(tǒng)運行方式的變化和不同的故障類型自動改變保護(hù)的動作整定值，提高了保護(hù)靈敏度.隨著微機(jī)式繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步和電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)、電力系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，利用微機(jī)計算的快速性、強(qiáng)大的記憶功能和相應(yīng)軟件的智能性，使整定計算在線化和實現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)實.

自適應(yīng)電流保護(hù)整定值的算法可表示為:Iop=.式中:Es 為系統(tǒng)的等效相電勢;Zs 為系統(tǒng)電源側(cè)的綜合阻抗;Zl 為被保護(hù)線路的阻抗;Kd為故障類型系數(shù);Kk為可靠系數(shù).自適應(yīng)電流保護(hù)的主要特點是隨著Kd和Zs的改變，保護(hù)整定值Iop也實時地改變，從而保證保護(hù)區(qū)處于最佳狀態(tài).因此系統(tǒng)阻抗的計算和選相算法的研究是自適應(yīng)電流保護(hù)實現(xiàn)的核心問題.本文對采用相電流差作為特征量實現(xiàn)線路自適應(yīng)保護(hù)進(jìn)行了研究.

1. 基于相電流差自適應(yīng)電流保護(hù)方案

如圖1，線路 F點發(fā)生三相短路時的相電流為:IK(3)=.

若單端電源帶負(fù)荷系統(tǒng)在線路的 F點發(fā)生 B、C兩相短路故障，假設(shè)系統(tǒng)中各原件正、負(fù)序阻抗相等.

由對稱分量法可得: IAB=ICA=IK(3)≤IBC==IK(3)，AB、CA兩相發(fā)生相間短路是同理.對單端電源系統(tǒng)，無論被保護(hù)線路發(fā)生何種相間短路故障，兩故障相間的兩相電流差大小等于三相短路時單相電流的倍，與非故障相有關(guān)的兩相電流差的大小則小于故障相間的兩相電流差值，而且兩故障相間電流差的大小與短路類型無關(guān)，亦即:max(AB，BC，CA)≤K(3).

根據(jù)兩相電流差的特性，可以將相差電流作為相間短路保護(hù)的判據(jù)，其保護(hù)動作判據(jù)可表示為:

max(AB，BC，CA)≥IOP.其中，IOP=Krel，IOP為傳統(tǒng)電流保護(hù)的整定值，El為保護(hù)本側(cè)系統(tǒng)等效電源的線電勢，ZSmin為最大運行方式下的最小系統(tǒng)阻抗.由于故障相間的兩相電流差最大，這種保護(hù)判據(jù)很容易實現(xiàn)故障選相.

2. 基于相電流差的系統(tǒng)阻抗計算方法

以圖1所示網(wǎng)絡(luò)F點發(fā)生故障為例，對此問題進(jìn)行分析，在保護(hù)安裝處M點則有如下關(guān)系:MA=A-AZS，MB=B-BZS，MC=C-CZS .

式中:——系統(tǒng)等效電源的各相電勢;

M ——保護(hù)安裝處M點各相電壓;

——流過保護(hù)的各相電流.

將上式兩兩相減，得:MBA=AB- ABZS，MBC=BC-BCZS，MCA=CA-CAZS .

正常運行時系統(tǒng)等效電源線電壓記為12(0)，故障時系統(tǒng)等效電源線電壓記為M(t);正常運行時保護(hù)處線電壓記為M12(o)，故障時保護(hù)處線電壓記為M12(t); 正常運行時保護(hù)處相電流差記為12(O)，故障時保護(hù)處的相電流差記為12(t).

可得:M12(O)=12(O)-12(O)ZS，M12(t)=12(t)-12(t)ZS

又12(O)=12(t)

所以M12(O)=M12(t)+12(t)ZS-12(O)ZS.

由此可推出12相間短路時，系統(tǒng)等效阻抗為:

ZS=-.

3. 自適應(yīng)速斷保護(hù)性能分析

自適應(yīng)保護(hù)的保護(hù)定值為:Iop=Krel·

設(shè)在ZL處短路，則短路電流為:IF=

上面兩式中的E1和ZS均由采樣值計算而來，令I(lǐng)op=IF，可得保護(hù)范圍為:

=

上式表明，保護(hù)范圍不是常數(shù)，它隨系統(tǒng)實際阻抗的變化而變化，并總能滿足選擇性的要求，其最小保護(hù)區(qū)min可表示為:

min=

ZS.max為最小運行方式下的最大系統(tǒng)阻抗.

與傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)的比較

傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)的保護(hù)定值為:

I′op=Krel·

E為保護(hù)本側(cè)系統(tǒng)等效電源的相電勢，ZS.min為最大運行方式下的最小系統(tǒng)阻抗.設(shè)在ZL處短路，則短路電流為:I′F=

Kd為故障類型系數(shù)，三相短路時Kd=1，兩相短路時Kd=.

令I(lǐng)′op=I′F，則可得傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍為:

′=

令傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)最小保護(hù)區(qū)為′min，對于最小保護(hù)區(qū)，取I′F=IF ·min，此時對應(yīng)Kd=，ZS=ZS ·max，上式可以表示為:

′min=

可得:

=

>1

上述自適應(yīng)速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍大于傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)，只有在最大運行方式下發(fā)生三相短路時，兩者的保護(hù)范圍才相同.

4. 結(jié)語

論文分析并驗證了線路兩相電流差的特性，分析表明:兩故障相間電流差的大小與短路類型無關(guān)，且非故障相有關(guān)的兩相電流差的值小于故障相間的兩相電流差值;根據(jù)此特性提出基于兩相電流差的線路自適應(yīng)速斷保護(hù)方案，該保護(hù)原理具有故障類型和運行方式自適應(yīng)的功能.本文分析了自適應(yīng)保護(hù)的性能并與傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)作出比較，指出了其優(yōu)越性.

責(zé)任編輯羅峰