比率差動(dòng)保護(hù)原理.doc

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1、故障分量差動(dòng)保護(hù)摘　要　深入地研究了基于故障分量的數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)的基本原理，并與傳統(tǒng)的比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)作了詳細(xì)比較，討論了故障分量差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，最后介紹了基于該原理的保護(hù)在實(shí)際中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞　故障分量　差動(dòng)保護(hù)　微機(jī)保護(hù)　發(fā)電機(jī)　變壓器0　引言　　基于故障分量(也稱增量)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的原理最早可以追溯到突變量原理的保護(hù)，但真正受到人們普遍關(guān)注和廣泛研究則是出現(xiàn)微機(jī)保護(hù)技術(shù)之后。微機(jī)具有長(zhǎng)記憶功能和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以獲取穩(wěn)定的故障分量，從而促進(jìn)了故障分量原理保護(hù)的發(fā)展［1］。近20年來，陸續(xù)提出了基于故障分量的差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、故障選相等許多新原理，并在元件保護(hù)、線路保

2、護(hù)各個(gè)領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。本文針對(duì)在發(fā)電機(jī)、變壓器中廣泛使用的比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)，討論故障分量保護(hù)的基本原理、判據(jù)和應(yīng)用中的一些問題。1　故障分量比率差動(dòng)保護(hù)原理　　故障分量電流是由從故障后電流中減去負(fù)荷分量而得到的，可以由它來構(gòu)成比率差動(dòng)保護(hù)。習(xí)慣上常用“Δ”表示故障分量，故也有人稱之為“Δ差動(dòng)繼電器”［2］。以兩側(cè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為例，若兩側(cè)電流假定正向均取為流入被保護(hù)設(shè)備，故障分量比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程可表示為：(1)式中　;下標(biāo)L表示正常負(fù)荷分量；下標(biāo)Ⅰ，Ⅱ則分別表示被保護(hù)設(shè)備兩側(cè)的電量?！　≡诠收戏至勘嚷什顒?dòng)保護(hù)中，令,分別表示動(dòng)作量(差動(dòng)量)和制動(dòng)量，即(2)因正常運(yùn)行時(shí)有，故傳統(tǒng)

3、比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作量d和制動(dòng)量r可表示為：(3)　　比較式(2)與式(3)可見，忽略變壓器兩側(cè)負(fù)荷電流的誤差之后，兩種差動(dòng)保護(hù)原理的動(dòng)作量相同，主要不同之處表現(xiàn)在制動(dòng)量上。發(fā)生部輕微故障(如單相高阻接地或小匝數(shù)匝間短路)時(shí)，可能出現(xiàn)，這時(shí)式(3)中制動(dòng)量主要由2IⅠL決定，從而使得傳統(tǒng)比率差動(dòng)保護(hù)方案因制動(dòng)量太大而降低了靈敏度。利用降低K值來改善靈敏度是有限的。因?yàn)楸仨毐ＷC外部嚴(yán)重故障時(shí)有足夠的制動(dòng)量不使保護(hù)誤動(dòng)，發(fā)生外部嚴(yán)重故障時(shí)，一般有，制動(dòng)量主要決定于Δr，因此兩種原理差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量相當(dāng)，不會(huì)引起誤動(dòng)。由以下進(jìn)一步的分析可更清楚地看到這一點(diǎn)?！　≡O(shè)一單相變壓器發(fā)生對(duì)地高阻抗接地故障，

4、現(xiàn)用一簡(jiǎn)化的具有兩端電源的T形網(wǎng)絡(luò)來表征，如圖1所示。圖1　單相變壓器部故障簡(jiǎn)化等值電路Fig.1　Thesimplifiedequivalentcircuitofsingle-phasetransformerwithinternalfault　　短路阻抗為Zf。按照疊加原理，可將圖1所示電路分解為正常網(wǎng)絡(luò)和故障附加網(wǎng)絡(luò)。由故障附加網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)出式(1)的另一種形式為：(4)　　由式(4)可見，故障分量原理的靈敏度與Zf無關(guān)。對(duì)于一個(gè)感性電力系統(tǒng)，ZR與ZS的相位差介于［-90°,+90°］之間，所以

5、ZR+ZS

6、/

7、ZR-ZS

8、的最小值為1。也就是說，故障分量差動(dòng)原理在部故障時(shí)，總會(huì)有存在，即

9、在雙側(cè)電源條件下，若取K=1，按上述分析能保障對(duì)最輕微故障的靈敏度?！　‘?dāng)然實(shí)際情況要比這種簡(jiǎn)化分析復(fù)雜：當(dāng)故障阻抗Zf很大時(shí)，將無確取出保證計(jì)算精度的故障分量，因此靈敏度仍然受Zf限制；同時(shí)，三相變壓器所遇到的問題也不能簡(jiǎn)單地歸結(jié)為上述簡(jiǎn)化分析；另外，為防止當(dāng)只有一側(cè)投入系統(tǒng)的變壓器發(fā)生部故障時(shí)不拒動(dòng)，K值的選擇仍必須小于1?！　鹘y(tǒng)差動(dòng)保護(hù)判據(jù)也可由圖1推導(dǎo)為：(5)式中(6)　　比較式(4)與式(5)，主要差別在于因子Kns。輕微部故障時(shí)，，Kns變得較大，傳統(tǒng)方案的靈敏度很低，同時(shí)傳統(tǒng)方案受故障電阻Zf的不利影響也十分明顯?！　‘?dāng)有外部故障引起的穿越電流流過被保護(hù)設(shè)備時(shí)，有很多原因使

10、電流互感器(TA)副邊電流產(chǎn)生誤差。設(shè)兩側(cè)TA副邊誤差百分比分別記為eⅠ和eⅡ，并用D和R分別表示不含誤差的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，故障分量原理的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流可表示為：(7)　　正常運(yùn)行時(shí)，及，將其代入式(7)，則有ΔId=0和ΔIr=0。　　外部故障時(shí)，考慮最嚴(yán)重情形，有eⅡ=-eⅠ=emax,eⅡL=-eⅠL=eL,代入式(7)，并考慮外部制動(dòng)要求，應(yīng)滿足：(8)在同樣條件下，傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)方案的制動(dòng)要求則應(yīng)滿足：emax≤K(9)　　當(dāng)外部嚴(yán)重故障時(shí)，。此時(shí)若忽略式(8)中與有關(guān)的項(xiàng)，就得到式(9)。請(qǐng)注意，對(duì)于同樣的外部故障條件和K值，故障分量原理差動(dòng)保護(hù)總要比傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量略

11、小一些。例如按照10%誤差，對(duì)于傳統(tǒng)保護(hù)方案，由式(9)可確定K=0.1；對(duì)于故障分量比率差動(dòng)保護(hù)方案，若近似假設(shè)eL=0.01以及，由式(8)則要求emax-0.005≤0.05，即若emax≥0.055就會(huì)誤動(dòng)(當(dāng)然，通常這種情況下emax不大可能達(dá)到5.5%)。根據(jù)前面的分析，故障分量原理的比率差動(dòng)保護(hù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是，即使K值取得較大(但K<1)，也不會(huì)對(duì)靈敏度產(chǎn)生不利影響。因此K值應(yīng)適當(dāng)取大一些，只