對自適應電流保護方案的探討

隨著電網運行方式的復雜化，對繼電保護的要求越來越高，發現目前傳統的電流保護定值按系統最大運行方式下三相短路電流整定，由于系統運行方式、故障類型的變化，經常會導致保護在相間短路時靈敏度下降，即傳統電流保護已經不能適應電網運行要求.自適應電流速斷保護能根據系統運行方式的變化和不同的故障類型自動改變保護的動作整定值，提高了保護靈敏度.隨著微機式繼電保護技術的進步和電網調度自動化技術、電力系統通訊網絡的發展，利用微機計算的快速性、強大的記憶功能和相應軟件的智能性，使整定計算在線化和實現自適應保護已經成為現實.

自適應電流保護整定值的算法可表示為:Iop=.式中:Es 為系統的等效相電勢;Zs 為系統電源側的綜合阻抗;Zl 為被保護線路的阻抗;Kd為故障類型系數;Kk為可靠系數.自適應電流保護的主要特點是隨著Kd和Zs的改變，保護整定值Iop也實時地改變，從而保證保護區處于最佳狀態.因此系統阻抗的計算和選相算法的研究是自適應電流保護實現的核心問題.本文對采用相電流差作為特征量實現線路自適應保護進行了研究.

1. 基于相電流差自適應電流保護方案

如圖1，線路 F點發生三相短路時的相電流為:IK(3)=.

若單端電源帶負荷系統在線路的 F點發生 B、C兩相短路故障，假設系統中各原件正、負序阻抗相等.

由對稱分量法可得: IAB=ICA=IK(3)≤IBC==IK(3)，AB、CA兩相發生相間短路是同理.對單端電源系統，無論被保護線路發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，亦即:max(AB，BC，CA)≤K(3).

根據兩相電流差的特性，可以將相差電流作為相間短路保護的判據，其保護動作判據可表示為:

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

2. 基于相電流差的系統阻抗計算方法

以圖1所示網絡F點發生故障為例，對此問題進行分析，在保護安裝處M點則有如下關系:MA=A-AZS，MB=B-BZS，MC=C-CZS .

式中:——系統等效電源的各相電勢;

M ——保護安裝處M點各相電壓;

——流過保護的各相電流.

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

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

ZS=-.

3. 自適應速斷保護性能分析

自適應保護的保護定值為:Iop=Krel·

設在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Iop=IF，可得保護范圍為:

=

上式表明，保護范圍不是常數，它隨系統實際阻抗的變化而變化，并總能滿足選擇性的要求，其最小保護區min可表示為:

min=

ZS.max為最小運行方式下的最大系統阻抗.

與傳統電流速斷保護的比較

傳統電流速斷保護的保護定值為:

I′op=Krel·

E為保護本側系統等效電源的相電勢，ZS.min為最大運行方式下的最小系統阻抗.設在ZL處短路，則短路電流為:I′F=

Kd為故障類型系數，三相短路時Kd=1，兩相短路時Kd=.

令I′op=I′F，則可得傳統電流速斷保護的保護范圍為:

′=

令傳統電流速斷保護最小保護區為′min，對于最小保護區，取I′F=IF ·min，此時對應Kd=，ZS=ZS ·max，上式可以表示為:

′min=

可得:

=

>1

上述自適應速斷保護的最小保護范圍大于傳統電流速斷保護，只有在最大運行方式下發生三相短路時，兩者的保護范圍才相同.

4. 結語

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，且非故障相有關的兩相電流差的值小于故障相間的兩相電流差值;根據此特性提出基于兩相電流差的線路自適應速斷保護方案，該保護原理具有故障類型和運行方式自適應的功能.本文分析了自適應保護的性能并與傳統電流速斷保護作出比較，指出了其優越性.

責任編輯羅峰