基于正序電壓的雙回線橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理

基于正序電壓的雙回線橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理

0同桿并架雙回線的保護(hù)相電流縱向聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是同時(shí)防護(hù)同桿、雙回線的首選。它的保護(hù)原理簡單,不反映負(fù)荷、不受系統(tǒng)振蕩及串補(bǔ)電容的影響,有天然的選相能力,能反映同桿并架雙回線的各種故障,雖然由于雙回線間相互耦合的影響,其靈敏度與單回線相比有所降低,但仍然是同桿并架雙回線最理想的保護(hù)。分相電流縱差保護(hù)依賴于可靠的通道,一旦因?yàn)槟承┰蚴ネǖ罆r(shí)將失去保護(hù)。針對(duì)這一情況,當(dāng)縱差保護(hù)失去通道時(shí),可以采用將同桿并架雙回線的保護(hù)由分相電流縱差保護(hù)轉(zhuǎn)為橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的方法。在這里結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的選相元件在同桿并架雙回線故障下的動(dòng)作行為。通過對(duì)雙側(cè)電源和弱饋雙回線系統(tǒng),在不同負(fù)載下發(fā)生各種簡單和跨線故障時(shí),橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作結(jié)果的分析,論證橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于同桿并架雙回線的可行性,找出存在的和需注意的問題。1無電源側(cè),雙回線的橫差保護(hù)有兩種:一種是橫聯(lián)差動(dòng)電流方向保護(hù),另一種是電流平衡保護(hù)。后者雖簡單但不能應(yīng)用于無電源側(cè),應(yīng)用上有局限性;前者能應(yīng)用于電源側(cè)及無電源側(cè),適應(yīng)性強(qiáng)。本論文的內(nèi)容只討論前者。一般差動(dòng)電流方向保護(hù)由兩個(gè)主判據(jù)元件組成,其一為電流比率制動(dòng)差動(dòng)元件(簡稱為差動(dòng)元件),其作用是判別雙回線的內(nèi)部及外部短路;其二為差電流方向元件(又稱為選擇元件)其作用是雙回線內(nèi)部短路時(shí)選擇出故障線路。1.1差動(dòng)電流的整定值雙回線系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí),故障電流的分布如圖1所示。由于差動(dòng)元件的作用是區(qū)分內(nèi)部和外部故障,啟動(dòng)電流應(yīng)避開單回線運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流和外部短路時(shí)的最大不平衡電流。若采取其他措施在單回線運(yùn)行時(shí)將橫差保護(hù)閉鎖,則可用和電流制動(dòng)的比率差動(dòng)繼電器來提高對(duì)不平衡電流的選擇性,它的動(dòng)作方程為:式中:Iop=|II-III|,Ires=|II+III|;Iop為差動(dòng)電流;Ires為制動(dòng)電流;k為制動(dòng)系數(shù);II為保護(hù)測(cè)量的L-I線路的電流(即流經(jīng)1CT的電流);III為保護(hù)測(cè)量的L-II線路的電流(即流經(jīng)2CT的電流);Iop·set·min為差流的最小電流整定值。當(dāng)線路空載時(shí)(或作試驗(yàn)未通過電流時(shí)),II=III≈0,則Iop=0,Ires=0,差動(dòng)元件抖動(dòng)。為防止這種抖動(dòng),增加一個(gè)小門坎Iop·set·min,可稱為差流的最小電流整定值。差動(dòng)元件的動(dòng)作特性如圖2所示。1.2相相電流的運(yùn)用選擇元件的作用是在內(nèi)部故障時(shí)選擇故障線,它包含三個(gè)功率方向繼電器,采用正序電壓作為極化電壓,最靈敏角為60°。它的動(dòng)作方程為:式中:U1Φ為對(duì)應(yīng)相正序電壓;II·Φ為本線路的A、B、C中的一相相電流;III·Φ為鄰線路的A、B、C中的一相相電流;選本線的動(dòng)作區(qū):[-30°,150°]選鄰線的動(dòng)作區(qū):[-210°,-30°]。實(shí)際上選鄰線不需要另設(shè)判據(jù),不滿足式(5)的選為鄰線即可。橫聯(lián)差動(dòng)電流方向保護(hù)的差動(dòng)元件有A、B、C三個(gè)相的差動(dòng)元件,其選擇元件也有A、B、C三個(gè)相的選擇元件。這六個(gè)元件的邏輯關(guān)系為按相起動(dòng),見圖3所示,這像過電流方向保護(hù)的按相起動(dòng)一樣,在A、B、C三相中至少同時(shí)有一個(gè)同名相的差動(dòng)元件、選擇元件都動(dòng)作時(shí),橫差保護(hù)才出口。按相起動(dòng)能有效的防止許多誤動(dòng)。2安全性能要求實(shí)驗(yàn)采用的雙回線系統(tǒng)模型與參數(shù)如圖4所示。故障點(diǎn)設(shè)置:K2和K2/距M側(cè)4km、K3和K3/距M側(cè)29.05km、K4和K4/距M側(cè)44km。文中I表示I回線,II表示II回線,G表示接地故障。j15.42566Ω,正序電阻:0.041Ω/km,正序感抗:0.3228Ω/km,正序并聯(lián)容抗:0.01266MΩ/km,零序電阻:0.2536Ω/km,零序感抗:0.9244Ω/km,零序并聯(lián)容抗:0.0073MΩ/km,零序耦合互電阻:0.0282Ω/km,零序耦合互電抗:0.1632Ω/km。電壓等級(jí):500kV,線路長度:58.1km。故障類型分為單回線簡單故障和跨線故障,而所有跨線故障可以分為如下幾類:(1)單相跨同名單相(IAIIA、IAIIAG等);(2)單相跨非同名單相(IAIIB、IAIIBG等);(3)單相跨含同名相兩相(IAIIAB、IAIIABG等);(4)單相跨非同名兩相(IAIIBC、IAIIBCG等);(5)單相跨三相(IAIIABC、IAIIABCG等);(6)兩相跨同名兩相(IABIIAB、IABIIABG等);(7)兩相跨含單同名相兩相(IABIIBC、IABIIBCG等);(8)兩相跨三相(IABIIABC、IABIIABCG等);(9)三相跨三相(IABCIIABC、IABCIIABCG等)。對(duì)于類型(1)、(6)、(9),除IAIIA類外,其余類型與單回線簡單故障相似。而IAIIA類,由于不接地,保護(hù)看到得電壓電流沒有變化,不影響線路運(yùn)行。需指出,以上只論述橫差保護(hù)的一側(cè)(M側(cè))的保護(hù),而另一側(cè)(N側(cè))的橫差保護(hù)同理,也能正確動(dòng)作將雙回線中的故障線路N側(cè)的DL跳開。3故障原因分析實(shí)驗(yàn)?zāi)M了線路長58.1km的系統(tǒng),電源容量為M側(cè)26316MVA、N側(cè)17857MVA,過渡電阻為零,分別在輕載(負(fù)荷電流在無流定值附近,10%Pe)、滿載(80%Pe)工況下發(fā)生故障的情況。弱饋即N側(cè)無源時(shí)。下面來分析幾種典型故障時(shí)的仿真波形。(一)正序電壓幅值下降,t0時(shí)段啟動(dòng)圖5(a)、(b)顯示出故障發(fā)生時(shí)刻(t0)前后U1B與II·B-III·B、U1C與II·C-III·C的波形。可以看出,在t0時(shí)刻之前,各相正序電壓即為正常相電壓,且II-III≈0;t0時(shí)刻之后,正序電壓幅值降低,檢測(cè)到差流,并且B、C相電流相位相差180°。顯然,各相正序電壓與差流之間的相位差必定滿足-30o~150o的范圍從而正確動(dòng)作切除故障。選擇元件的仿真波形如圖6所示,?J即正序電壓與差流之間的相位差,由圖6可見,t0時(shí)刻前,差動(dòng)元件不啟動(dòng),?JA、?JB、?JC等于初始值零;故障發(fā)生后,?JB≈60、?JC≈120,A相電流不滿足差動(dòng)元件動(dòng)作條件并不啟動(dòng),?JA仍等于零。(二)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)三相短路時(shí),三相電壓、電流仍維持對(duì)稱關(guān)系,三相選擇元件的動(dòng)作行為相同。圖7中,t0時(shí)刻發(fā)生故障,經(jīng)歷了故障暫態(tài)過程之后,各相正序電壓與差流之間存在同樣的相位差角,顯然可以滿足動(dòng)作方程式(5)。選擇元件的仿真波形見圖8。需要指出,若在保護(hù)安裝點(diǎn)母線附近三相短路,UA=UB=UC≈0,從而各相正序電壓也接近于零,三相選擇元件均有死區(qū),不能正確判斷故障點(diǎn)在哪條線路上。因此要消除d(3)時(shí)選擇元件死區(qū),在編制保護(hù)軟件時(shí),正序電壓可以采用記憶電壓來求取。其他類型的簡單故障和跨線故障的動(dòng)作情況不再一一列出來。下面對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。A)發(fā)生簡單故障或單相跨非同名單相(IAIIB、IAIIBG等)、單相跨非同名兩相(IAIIBC、IAIIBCG等)類型的跨線故障時(shí),橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作結(jié)果是完全正確的;B)發(fā)生單相跨同名單相(IAIIA、IAIIAG等)、兩相跨同名兩相(IABIIAB、IABIIABG等)、三相跨三相(IABCIIABC、IABCIIABCG等)類型的故障時(shí),橫差保護(hù)會(huì)拒動(dòng),原因是II·Φ≈III·Φ,差動(dòng)元件不啟動(dòng)。C)發(fā)生單相跨含同名相兩相(IAIIAB、IAIIABG等)、單相跨三相(IAIIABC、IAIIABCG等)、兩相跨含單同名相兩相(IABIIBC、IABIIBCG等)、兩相跨三相(IABIIABC、IABIIABCG等)類型的故障時(shí),故障相的差動(dòng)元件動(dòng)作,選擇元件不是選擇I回線就是選擇II回線,所以兩側(cè)橫差保護(hù)可能只跳開一回線路的DL(只跳開I回線的DL或者只跳開II回線的DL),從理論上說,如果只跳開一回線,未跳開的另一回線如果還存在本線路的相間短路,橫差保護(hù)仍能將此故障切除。但實(shí)際上,為了防誤動(dòng),橫差保護(hù)岀口動(dòng)作,發(fā)岀跳開故障線路本側(cè)DL命令的同時(shí),還發(fā)岀禁止本側(cè)另一回線DL跳閘的命令,即“橫差保護(hù)跳兩條線路的兩個(gè)岀口互相閉鎖”。因此未跳開的故障線只能通過其他措施來跳開,如配置三段式相間短路的電流保護(hù)(一段為電流速斷保護(hù),二、三段為限時(shí)電流速斷保護(hù)),第一、二、三段都是雙回線中每一條線路配置自己的保護(hù),檢測(cè)自己線路的電流,實(shí)現(xiàn)雙回線運(yùn)行時(shí)相間短路主保護(hù)的雙重化。D)在距離保護(hù)越遠(yuǎn)的地方發(fā)生C)中的四類跨線故障時(shí),有可能因兩回線某相相電流不滿足差動(dòng)元件動(dòng)作方程,無法快速出口,弱饋和重載情況下尤為明顯,但未啟動(dòng)相仍