1.引言

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)采用光纖通道后由于通信容量很大所以往往做成分相式的電流縱差保護(hù)。輸電線路分相電流縱差保護(hù)本身有天然的選相功能，哪一相縱差保護(hù)動(dòng)作那一相就是故障相。這一點(diǎn)在同桿并架線路上發(fā)生跨線故障時(shí)能準(zhǔn)確切除故障相顯示出突出的優(yōu)點(diǎn)。輸電線路兩側(cè)的電流信號(hào)通過編碼流形式然后轉(zhuǎn)換成光的信號(hào)經(jīng)光纖傳送到對側(cè)。這傳送的電流信號(hào)可以是該側(cè)采樣以后的瞬時(shí)值，該瞬時(shí)值包含了幅值和相位的信息。保護(hù)裝置收到對側(cè)傳來的光信號(hào)先轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再與本側(cè)的電流信號(hào)構(gòu)成縱差保護(hù)。

理想狀態(tài)下線路外部短路時(shí)差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為零，但是實(shí)際上在外部短路（含正常運(yùn)行）時(shí)動(dòng)作電流并不為零，一般把這種電流稱作不平衡電流，產(chǎn)生不平衡電流的原因及對產(chǎn)生不平衡電流所采取的措施就是本課題要解決的問題。

2.產(chǎn)生不平衡電流的原因分析

2.1 輸電線路電容電流的影響

本線路(如圖1)的電容電流是從線路內(nèi)部流出的電流，它將構(gòu)成差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，如果縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)沒有考慮到電容電流的影響的話在某些情況下會(huì)造成保護(hù)的誤動(dòng)。所以解決電容電流的影響是線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)要解決的最重要的課題。電壓等級越高，輸電線路越長，而且多采用分裂導(dǎo)線，因此線路的電容電流也就越大，它對縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的影響也就越大。

圖1 本線路電容電流的影響(其中ES IM IN IC ER為相量)

在區(qū)外短路、區(qū)外短路切除以及對線路空充時(shí)本線路的電容電流中除有工頻分量電容電容電流處還有大于50Hz的高頻分量電容電流，這兩個(gè)電容電流疊加，其最大的電容電流幅值可能能達(dá)到很大的值，為了與穩(wěn)態(tài)分量電容電流（只有50Hz的工頻分量）區(qū)別，這個(gè)電流稱作暫態(tài)分量電容電流。當(dāng)短路發(fā)生在電勢達(dá)最大值瞬間時(shí)，這暫態(tài)分量電容電流能達(dá)到正常下的電容電流的若干倍。這么大的本線路電容電流都成為動(dòng)作電流，將可能造成保護(hù)誤動(dòng)。

2.2 外部短路或外部短路切除時(shí)，產(chǎn)生的不平衡電流

外部短路或外部短路切除時(shí)，由于兩側(cè)電流互感器的變比誤差不一致、短路暫態(tài)過程中由于兩側(cè)電流互感器的暫態(tài)特性不一致、二次回路的時(shí)間常數(shù)的不一致產(chǎn)生的不平衡電流。

差動(dòng)繼電器應(yīng)該從繼電器的構(gòu)成原理上，從整定值上從動(dòng)作特性的制動(dòng)系數(shù)取值上考慮這些影響。

2.3 重負(fù)荷線路區(qū)內(nèi)經(jīng)高阻接地時(shí)靈敏度不足而誤動(dòng)

由于是高阻接地，短路點(diǎn)的短路電流Ik并不大，動(dòng)作電流不大，又是重負(fù)荷的線路負(fù)荷電流比較大，所以制動(dòng)電流較大，這樣繼電器的靈敏度可能不夠。如果短路點(diǎn)兩側(cè)系統(tǒng)不對稱更會(huì)加劇這種缺陷。

2.4 正常運(yùn)行時(shí)電流互感器（TA）斷線造成的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

在單側(cè)電源線路上發(fā)生短路，如果負(fù)荷側(cè)的變電壓器中心點(diǎn)不接地，短路后負(fù)荷側(cè)的電流為零。當(dāng)正常運(yùn)行發(fā)生TA斷線時(shí)，動(dòng)作電流與制動(dòng)電流都TA未斷線一側(cè)的負(fù)荷電流，動(dòng)作電流與制動(dòng)電流也是相等的，而差動(dòng)繼電器的起動(dòng)電流又躲不過最大負(fù)荷電流，于是將造成差動(dòng)繼電器的誤動(dòng)。

2.5 由于輸電線路兩側(cè)保護(hù)采樣時(shí)間不一致所產(chǎn)行的不平衡電流

輸電線路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)與發(fā)電機(jī)、變電壓器、母線的縱差保護(hù)不同，發(fā)電機(jī)、變電壓器、母線的縱差保護(hù)對各側(cè)的電流是由同一套裝置兩步采樣的，各側(cè)電流都在同一時(shí)刻測量，它們的幅值和相位關(guān)系是正確的。所以正常運(yùn)行或者區(qū)外短路在忽略其它產(chǎn)生的不平衡電流因素的情況下，動(dòng)作電流是零。可是輸電線路縱差保護(hù)情況不同，兩側(cè)電流的采樣是由兩套裝置分別完成的，它們采樣時(shí)間不加調(diào)整一般情況下是不相同的。區(qū)外短路時(shí)，忽略其它誤差的因素，如果兩側(cè)裝置是同步采樣的話，得到的兩側(cè)電流幅值相等而相位相差180°，其相量和為零；如果兩側(cè)裝置不是同時(shí)刻采樣的話，得到的兩側(cè)電流瞬時(shí)值不相等且相位也不是相差180°，其相量和不可能為零，產(chǎn)生不平衡電流。

3.針對產(chǎn)生不平衡電流的原因所采取的措施

3.1 防止電容電流造成保護(hù)誤動(dòng)的措施

3.1.1 提高定值

考慮到由于高頻分量電容電流使暫態(tài)電容電流增大的影響，起動(dòng)電流值可取為正常運(yùn)行情況下本線路電容電流值的4～6倍，需要指出的是正常運(yùn)行情況下差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流就是正常運(yùn)行情況下本線路的電容電流。當(dāng)然提高定值的方法是以犧牲內(nèi)部短路的靈敏度作為代價(jià)的。

3.1.2 加短延時(shí)

如果保護(hù)動(dòng)作能加一下例如40ms的短延時(shí)，經(jīng)過這個(gè)延時(shí)高頻分量的電容電流已經(jīng)得到很大的衰減，這樣比率制動(dòng)特性曲線中的起動(dòng)電流的定值就可以降低，可以降低到1.5倍的正常運(yùn)行情況下的本線路電容電流。因?yàn)閰^(qū)外短路切除和線路空充時(shí)本線路穩(wěn)態(tài)分量電容電流是額定電壓下的電容電流，區(qū)外短路時(shí)本線路穩(wěn)態(tài)分量電容電流由于電壓降低，是小于額定電壓下的電容電流的，用1.5倍的電容電流一躲電容電流的影響。當(dāng)然這種延時(shí)加定值的方法是以犧牲快速性作為代價(jià)的。

3.2 針對重負(fù)荷輸電線路的內(nèi)部發(fā)生經(jīng)高阻接地時(shí)靈敏度可能不夠的措施

使用工頻變化量的分相差動(dòng)繼電器，其動(dòng)作電流和制動(dòng)電流分別為：

式中￠——ABC，△IM￠、△IN￠都是向量值。由于是分相差動(dòng)，所以有選相功能。工頻變化量差動(dòng)繼電器也做成比率制動(dòng)特性。工頻變化量差動(dòng)繼電器的特點(diǎn)是：

3.2.1 不反應(yīng)負(fù)荷電流，負(fù)荷電流已不再成為制動(dòng)電流了，原因是求電流變化量時(shí)已把負(fù)荷分量減掉了。

3.2.2 受過渡電阻的影響小。所以工頻變化量差動(dòng)繼電器很靈敏，用它解決重負(fù)荷輸電線路內(nèi)部發(fā)生經(jīng)高阻接地時(shí)差動(dòng)繼電器的靈敏度問題。

3.3 電流互感器斷線時(shí)防止縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施

為避免差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，需要找出一側(cè)TA斷線與本線路內(nèi)部短路兩種情況下兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為的區(qū)別。當(dāng)本線路內(nèi)部短路時(shí)兩側(cè)的起動(dòng)元件都是動(dòng)作的，但一側(cè)TA斷線時(shí)TA未斷線側(cè)的起動(dòng)元件是不起動(dòng)的。只有TA斷線一側(cè)的起動(dòng)元件可能起動(dòng)。因此采用只有兩側(cè)起動(dòng)元件都起動(dòng)，兩側(cè)差動(dòng)繼電器都動(dòng)作的情況下縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)才能發(fā)跳閘命令的措施，就可以避免正常運(yùn)行下TA斷線的誤動(dòng)

3.4 針對非同步采樣，在區(qū)外故障時(shí)產(chǎn)生不平衡電流所采取的措施

為消除這不平衡電流應(yīng)該做到同步采樣。同步采樣的方法有：基于數(shù)據(jù)的同步方法、基于參考相量的同步方法和基于GPS的同步方法?；跀?shù)據(jù)通道的同步方法又有采樣時(shí)刻調(diào)整法、采樣數(shù)據(jù)修正法和時(shí)鐘校正法等。

4.結(jié)語

本文對輸電線路差動(dòng)保護(hù)存在的問題進(jìn)行了闡述，尤其對不平衡電流的產(chǎn)生原因及解決措施進(jìn)行重點(diǎn)說明，其中對于電容電流的補(bǔ)償在理論上研究上還有其它幾種方法：

4.1 基于時(shí)域的電容電流補(bǔ)償

本方法即可補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)分量的電容電流，也可補(bǔ)償暫態(tài)分量的電容電流。

4.2 利用貝瑞隆模型構(gòu)成的線路差動(dòng)保護(hù)

貝瑞隆模型本身是建立在分布參數(shù)理論上的，由此構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)從原理上不受電容電流的影響。目前一些制造廠家、高等院校和科研機(jī)構(gòu)都對此原理進(jìn)行了研究，是非常有前途的一種差動(dòng)保護(hù)原理。

[1]沈國榮.工頻變化量方向繼電器原理的研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1983(1).

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[3]高中德.超高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)專題分析[M].水利電力出版社,1990.

[4]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[J].電力工業(yè)出版社,1981.