李金玨，穆科磊，曹艷艷，孟 波

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州450045;2.濟南一建集團總公司，山東 濟南250100)

隨著生產(chǎn)生活對電能質(zhì)量的要求越來越高，繼電器成了電力系統(tǒng)必不可少的一個重要部件，在輸電線路中電流差動保護具有良好的選擇性，能靈敏、快速地切除保護區(qū)內(nèi)的故障，實現(xiàn)安全供電.因而電流差動保護得到了廣泛的應用.

1 縱聯(lián)電流差動保護原理

電流差動保護原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎之上，具有良好的選擇性，能靈敏、快速地切除保護區(qū)內(nèi)的故障［1］. 被廣泛應用于發(fā)電機保護、變壓器保護、大型電動機保護中.輸電線路縱聯(lián)電流差動保護是該原理應用的一個特例. 縱聯(lián)電流差動保護的原理如圖1所示.

圖1 縱聯(lián)電流差動保護區(qū)內(nèi)、外短路電路圖

當線路AB 正常運行及被保護線路外部(k2)故障時，按規(guī)定的正方向來看，兩側(cè)電流大小相等，方向相反，也就是當保護線路內(nèi)部故障(k1)時，兩側(cè)電流均為正，也就是為k1 點短路電流).可以利用保護元件兩側(cè)電流在區(qū)內(nèi)和區(qū)外時，短路電流一個幾乎為零、一個很大的特點構(gòu)成電流差動保護.

在輸電線路的兩側(cè)安裝變比和特性都相同的電流互感器(TA)，電流互感器的連線如圖1所示. 圖中KD 是差動繼電器. 流過KD 的電流是電流互感器的二次側(cè)電流之差. 由于電流互感器總有勵磁電流，且勵磁特性不會完全相同，所以當線路正常運行及外部故障時，流過差動繼電器的電流不為零，這個電流為不平衡電流.電流互感器二次側(cè)的電流為

差動繼電器正確動作時的電流Ir為應該躲過線路正常運行和AB 線路以外故障時的不平衡電流，即

不平衡電流的穩(wěn)態(tài)值采用電流互感器的10%誤差曲線來計算，

式中:Kst為電流互感器的同型系數(shù)，當型號、容量都相同時為0.5，不同時為1;Knp為非周期分量系數(shù);Ik.max為外部短路時穿過2 個電流互感器的最大短路電流.

在保證外部短路不誤動的前提下，為了提高繼電器在內(nèi)部故障時保護動作的靈敏度，通常采用短路電流Ik產(chǎn)生的不平衡電流來代替最大短路電流Ik.max產(chǎn)生的不平衡電流.可以通過式(5)—(7)來計算外部故障時穿過電流互感器的實際短路電流Ik產(chǎn)生的不平衡電流Ires，

式中θab為兩端電流間的相角差.

差動繼電器中的Ires起制動作用，所以為制動電流;差動電流Ir起動作作用，所以為動作電流;因此電流差動保護的動作方程為

式中Kres為制動系數(shù). 根據(jù)差動保護的原理，對線路、變壓器、發(fā)電機等不同被保護元件選取不同的值［2］.

2 輸電線路縱差保護特性分析

輸電線路縱聯(lián)電流差動保護常有不帶制動作用和帶制動作用的兩種動作特性.

不帶制動作用的差動繼電器的動作方程為

式中Iset為差動繼電器的動作整定值，通常按照躲過外部短路時的最大不平衡電流和最大負荷電流來選取.

躲過外部短路時的最大不平衡電流為

式中:Krel為可靠系數(shù)，取值范圍為1.2 ～1.3;Knp為非周期分量系數(shù)，當差動回路采用速飽和變流器時為1，差動回路采用串聯(lián)電阻降低不平衡電流時為1.5 ～2.0.

躲過外部短路時的最大不平衡電流可寫為

式中IL.max為線路正常運行時的最大負荷電流的二次值.

繼電器的整定值Iset取上面2 種計算結(jié)果較大的一個，同時保護還應該滿足線路在單電源運行和內(nèi)部故障時應有足夠的靈敏度，

式中Ik.min為單側(cè)最小電源作用且被保護線路末端短路時流過繼電器的最小短路電流.

當縱聯(lián)電流差動保護滿足不了靈敏度要求時，可以采用帶制動特性的縱聯(lián)電流差動保護. 帶制動作用的差動繼電器原理如圖2所示.

圖2 帶制動作用的差動繼電器原理圖

帶制動作用的差動繼電器的動作方程為

帶制動作用的差動繼電器不僅提高了內(nèi)部故障時的靈敏度，而且提高了外部故障時不會誤動作的可靠性，因此得到了廣泛的應用.

3 影響縱差保護正確動作的因素

3.1 電流互感器的誤差和不平衡電流

3.1.1 出現(xiàn)不平衡電流的原因

線路正常運行及被保護線路外部故障時，兩側(cè)電流大小相等、方向相反，其和為零. 但是由于電流互感器勵磁電流的存在，使得乘以匝數(shù)比后的二次電流不僅數(shù)值與一次電流不等，而且相位也產(chǎn)生了差異，產(chǎn)生了不平衡電流，使其和不再為零，保護可能誤動切斷線路.兩側(cè)電流互感器磁化特性的不一致，不等的勵磁電流導致不平衡電流產(chǎn)生，在正常運行時，不平衡電流很小，在線路短路時，短路電流很大，這時電流互感器鐵芯嚴重飽和，可能產(chǎn)生很大的不平衡電流.

3.1.2 減小不平衡電流的措施

為了提高差動保護在這種情況下的選擇性，繼電器的啟動電流必須躲開這個最大不平衡電流. 最大不平衡電流越小，繼電器的靈敏度越高，因此輸電線路兩端應采用型號相同、磁化特性一致、鐵芯截面較大的高精度的電流互感器［4］.

3.2 輸電線路的分布電容電流及補救措施

3.2.1 輸電線路的分布電容電流

差動保護應用基爾霍夫定理，正常運行和外部短路時兩端電流之和為零，但是高壓長距離架空輸電線路和電纜線路，線路的分布電容致使該電流不再為零，流過保護的將是線路中的電容電流，這就使保護的性能大大下降. 因此必須消除電容電流的影響.

3.2.2 分布電容電流的補償

通常采用電壓測量來補償電容電流，按照π 型等效電路來分析，如圖3所示.在正常運行和外部短路時兩端電流之和不再為零，而電流仍然為零.

圖3 輸電線路π型等效電路圖

每端各相的電容電流實時計算式為

式中下標1，2，0 分別為正、負、零序參數(shù).

因為Xc1=Xc2，所以

A 側(cè)補償后向B 側(cè)傳送的電流為

B 側(cè)補償后向A 側(cè)傳送的電流為

3.3 負荷電流對縱差保護的影響及消除措施

3.3.1 負荷電流對縱差保護的影響

一般情況下縱聯(lián)電流差動保護都能滿足區(qū)內(nèi)故障的靈敏度要求，但是線路重負荷區(qū)內(nèi)故障是由大過渡電阻短路導致，此時電流的故障分量很小，線路兩端流過保護的電流和正常運行時變化不大，因而降低了縱聯(lián)電流差動保護的靈敏度.

線路重負荷區(qū)內(nèi)故障是由大過渡電阻短路導致時，系統(tǒng)接線如圖4所示.

圖4 負荷電流對縱差電流保護的影響圖

圖4中按照規(guī)定的正方向，兩側(cè)流過保護的全電流為

動作量為

制動量為

可見，當線路重負荷區(qū)內(nèi)故障時，大過渡電阻短路，由于Ir很小而IL很大，可能導致保護的拒動.

為了提高線路重負荷情況下縱差動保護耐受過渡電阻的能力，需減小制動系數(shù)K 的值，同時減小縱差動保護對區(qū)外故障的防衛(wèi)能力.

3.3.2 負荷電流的消除措施

為了消除負荷電流對縱差動保護的影響，增強縱差動保護耐受過渡電阻的能力，提高縱差動保護的靈敏度，可以把電流的故障分量作為縱差動保護的判據(jù)，

式(21)是輔助判據(jù)，式(22)是主判據(jù)，兩式同時滿足時縱差動保護動作，當線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，上面兩式的制動量和動作量都與負荷電流無關(guān)，從而提高了縱差動保護的靈敏度. 線路正常運行時和全為零時，保護可靠不動作;當線路發(fā)生區(qū)外故障時和大小相等，相位相反，保護可靠不動作.

4 結(jié) 語

輸電線路縱聯(lián)差動保護主要受到電流互感器誤差所引起的不平衡電流、輸電線路分布電容電流、負荷電流等因素的影響，通過選擇型號相同、磁化特性一致、截面較大、精度較高的電流互感器，采取輸電線路的分布電容電流補償、把電流的故障分量作為縱差動保護的判據(jù)等措施，可以在很大程度上消除其影響，提高繼電保護的可靠性和靈敏度，保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行.

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