引入電流有效值與相位突變量判據的零序反時限電流保護

魯曉毅,鄭濤,代鈺欣,楊暢,宋宇飛

(西安交通大學電氣工程學院,710049,西安)

輸電線路接地短路的后備保護一般采用接地距離保護和零序電流保護。接地距離保護具有保護范圍受運行方式影響小[1-2]、較好的選擇性等優點,但固有缺陷是耐受過渡電阻的能力有限,在應對高阻接地故障時靈敏性不足,因此必須配備零序電流保護。目前,利用零序電流構成的后備保護在大接地電流系統中已得到廣泛應用[3-11]。其中,傳統階段式定時限零序過流保護的原理及構成簡單,但整定計算受電網運行方式影響較大,且選擇性配合困難,存在單一故障導致大范圍多條線路無序動作的風險[12-13]。由于反時限電流保護具有“電流越大、動作越快”的特點,當相鄰線路短路電流大小存在差異時,反時限電流保護能自然實現上下級保護選擇性配合,因此逐漸得到了廣泛應用[14-17]。

在實際應用中,全網零序反時限保護選擇同一種反時限特性和統一定值[18],大部分情況下能夠保證選擇性。然而,當同桿雙回線中某條線路發生故障時,相鄰非故障線路流過的零序電流可能大于故障線路的零序電流,零序反時限電流保護將發生誤動。針對此問題,文獻[19-20]提出了基于廣域信息的改進算法,引入算子調整保護動作時間,但該方法需要采用廣域信息,即涉及通信問題,對于后備保護而言實現難度大且成本較高。文獻[21-22]基于零序功率方向,通過改變時間整定系數對故障線路的保護進行加速動作,實現了相鄰線路的選擇性配合。文獻[23]提出了“引入電壓及變速因子”的改進方法,但在原理上不完善,且正確性和適用性有待驗證。文獻[24]提出了結合接地距離元件和增加零序反時限過流加速系數的改進策略,以實現自適應分段加速切除故障,但此方法整定計算工作量大。此外,以上方法都需要零序反時限保護投入方向元件。但高阻接地時,由于保護安裝處的零序電壓較小,導致方向元件往往不能正確動作[25]?？紤]到零序反時限電流保護用于切除高阻接地故障的定位,以上方法在實際應用中可能會存在一些問題。

線路發生故障時,流過故障線路兩端保護的電流一般不相等,文獻[21-26]針對零序電流大的一側保護與相鄰非故障線路保護的配合問題,提出了相應的解決方案。而文獻[13]指出,零序電流小的一側保護與相鄰非故障線路保護同樣存在配合問題,但到目前為止,還沒有文獻對此進行專門研究。

本文通過分析上述問題產生的原因,提出了基于零序電流有效值與相位突變量判據的零序反時限電流保護方法。所提方法原理簡單,整定工作量小,且無需投入方向元件,不受高阻接地的影響,能有效防止相鄰非故障線路零序反時限電流保護先于故障線路中零序電流小的一側保護動作,提高了零序反時限電流保護的選擇性。電磁暫態仿真軟件(PSCAD)的仿真結果驗證了所提方法的有效性。

1 零序反時限電流保護特性分析

1.1 特性方程

根據國際電工委員會標準和國家電網公司《線路保護及輔助裝置標準化設計規范》,線路零序反時限電流保護采用正常反時限特性方程表示,寫為

(1)

式中:t(3I0)為反時限曲線計算時間;I0為零序電流有效值;Ip為啟動電流定值;tp為時間系數定值。

1.2 動作邏輯

線路零序反時限電流保護的動作邏輯如圖1所示。圖中,反時限曲線計算時間t(3I0)由電流定值Ip和時間定值tp共同決定,故線路零序反時限電流保護整定涉及4個定值:Ip、tp、th、tx。其中,th為零序反時限配合時間,tx為零序反時限最小時間。

由圖1,零序反時限電流保護的動作時間可表示為

td=max{t(3I0),th}+tx

(2)

在零序反時限電流保護的整定中,主要通過th與tx時間的整定,躲開自動重合閘的延時以及接地距離保護和三相不一致保護的動作時間,其中th宜小于t(3I0),以使保護始終保持反時限特性;而相鄰線路零序反時限電流保護間的動作級差要求,可通過Ip與tp時間的整定滿足。

1.3 零序反時限電流保護相繼動作情況分析

線路發生故障時,流過故障線路兩端保護的電流一般不相等。本文中,定義故障線路中流過零序電流較大的保護為先動保護,流過零序電流較小的保護為后動保護,與先動保護相鄰的非故障線路上的保護為近側保護,與后動保護相鄰的非故障線路上的保護為遠側保護。此外,若故障線路為平行雙回線中的一回,則平行雙回線中非故障線路上的保護定義為平行保護。

設先動保護動作時間為tdx,表示為

(3)

則定義滿足式(3)的零序電流I0為臨界電流Ix。

圖1中的t(3I0)元件,是通過電流與時間的積分來實現的,當累積量達到動作門檻時,則滿足t(3I0)元件的要求,隨后進入tx元件的固定延時,此時動作時間與電流值無關,只要3I0>Ip,保護將正常動作。

先動保護動作后,流過其余保護的電流將會發生變化。設在先動保護動作前,流過某保護的零序電流為Iq,先動保護動作后,流過該保護的零序電流為Ih。若Iq>Ix,則在tdx時間內,該保護已進入tx環節,先動保護動作后,該保護的動作時間與Ih無關;若Iq

(4)

式中:t′為先動保護動作后,該保護處于反時限曲線計算環節的時間;td為該保護總的動作時間。

2 零序電流分布特征與保護動作情況分析

2.1 單回線故障時的零序電流分布特征

含單回線的輸電網典型結構如圖2所示,其中數字1～10代表保護編號,線路L零序阻抗為ZL,母線A左側系統等值零序阻抗為ZA,母線B右側系統等值零序阻抗為ZB。設線路L發生故障,故障位置距母線A的距離與線路L全長之比為α,保護動作前的電流下標為q,保護動作后的電流下標為h。先動保護動作前后,各支路上零序電流的方向如圖2(a)和2(b)所示。其中,IFq為先動保護動作前故障點的零序電流,IFh為先動保護動作后故障點的零序電流。

(a)先動保護動作前

(b)先動保護動作后

根據回路電流法,可得到I5q與I6q的關系,如下所示

(5)

由式(5)可見,隨著α增大,分子減小分母增大,即I5q與I6q的比值隨α增大而單調遞減。式(5)中,若令I5q=I6q,可定義臨界位置α0,如下所示

(6)

當α<α0時,I5q>I6q,保護5將先于保護6動作,此時保護5為先動保護,保護6為后動保護,保護1～4為近側保護,保護7～10為遠側保護。由于各母線上都接有多條支路,故流過保護1～4的電流Iq小于流過保護5的電流Iq,因此不會先于保護5動作。同理,保護7～10不會先于保護6動作,但保護1～4上的電流Iq有可能會大于保護6的電流Iq。

在以下分析中,假設I1q～I4q>I6q。若I1q～I4q>Ix,則在tdx時間內,保護1～4先于保護6進入tx時間環節,保護5動作后,由于高壓輸電網為環網結構,I1h～I4h一般不會減小為0,此時各支路的零序電流方向如圖2(b)所示。若流過保護1～4的電流3Ih大于Ip,則保護將繼續動作,且動作時間與3Ih無關,保護1～4將先于保護6動作。若I1q～I4qI6q,保護1～4就可能先于保護6動作。同理,當I5q

保護5動作前,I5q和I6q從IFq分得零序電流且I5q>I6q,I1q～I4q從I5q分得電流;保護5動作后,I6h分得IFh的全部電流,其有效值將增大,而I1h～I4h只能通過電網中的環流分得電流,其有效值將減小。即單回線故障時,先動保護動作前后,流過近側保護的零序電流減小,流過后動保護的零序電流增大。

對比圖2(a)和2(b)可以發現,保護5動作前后,流過保護1～4的電流方向改變,流過保護6的電流方向不變。這表明單回線故障時,先動保護動作前后,流過近側保護的零序電流方向改變,流過后動保護的零序電流方向不變。

2.2 雙回線故障時的零序電流分布特征

含雙回線的輸電網典型結構如圖3所示,其中,數字1～12代表保護編號,線路L1、L2為同桿雙回線,零序阻抗分別為ZL1和ZL2,零序互阻抗為Zm,母線A左側系統等值零序阻抗為ZA,母線B右側系統等值零序阻抗為ZB。設線路L2發生故障,故障位置距母線A的距離與線路L2全長之比為α,保護動作前的電流下標為q,保護動作后的電流下標為h。保護動作前,各支路上零序電流的方向如圖3(a)所示。

根據回路電流法,可得到I5q、I7q、I8q之間的關系,如下所示

(7)

(8)

式中:Z′L1=ZL1-Zm;Z′L2=ZL2-Zm。

式(7)中,隨著α增大,分子減小分母增大,即I7q與I8q的比值隨α增大而單調遞減。此時,若令I7q=I8q,可定義臨界故障位置α1,如下所示

α1=

(9)

式(8)中,若令I5q=0,可定義臨界故障位置α2,如下所示

(10)

當α<α1時,I7q>I8q,保護7將先于保護8動作。I1q～I4q從I7q分得電流,I9q～I12q從I8q分得電流,假設保護1～4不會先于保護7動作,保護9～12不會先于保護8動作,這與實際系統中絕大多數情況相符。由于I7q>I8q,則I1q～I4q可能大于I8q。保護7動作后,若流過其余保護的電流3Ih大于Ip,則保護將繼續動作。與單回線故障類似,無論I1q～I4q與Ix的大小關系如何,只要I1q～I4q>I8q,都存在保護1～4先于保護8動作的可能性。同理,當I7q

保護7動作前,I7q和I8q從IFq分得零序電流且I7q>I8q,I1q～I4q從I7q分得電流;保護7動作后,I8h分得IFh的全部電流,其有效值將增大,I1h～I4h從I5h分得電流,由于I5h

保護7動作后,各線路流過的零序電流方向如圖3(b)所示。對比圖3(a)和3(b)可以發現,保護7動作前后,流過保護1～4、保護8的零序電流方向不變。這表明雙回線故障時,先動保護動作前后,流過近側保護的零序電流方向不變,流過后動保護的零序電流方向也不變。

對于雙回線中的非故障線路,保護7動作前,流過其的零序電流方向不定,需分情況討論。

當0<α<α2時,雙回線中的非故障線路中實際電流方向與I6q相同,隨著α增大,式(8)的分子減小而分母增大,比值單調遞減,當α=0時,有

(11)

若ZL2>ZL1,則在α=0附近區間,將有I5q>I8q,保護5、6可能先于保護8動作,保護7動作后,流過保護5、6的零序電流可能增大或減小,方向變為與I5h相同,即0<α<α1時,先動保護動作前后,流過平行保護的零序電流可能增大或減小,方向改變。當α=α2時,保護7動作前,I5q=0,保護7動作后,流過保護5、6的零序電流必然增大;當α>α2時,保護7動作前后,雙回線中的非故障線路中實際電流方向均與I5q(I5h)相同,即流過平行保護的零序電流方向不變。但根據基爾霍夫電流定律,雙回線中的非故障線路和母線B上其它支路均從I8q分得電流,故I5q、I6q將遠小于I8q,保護不會誤動。同理,當I7qZL1,在α=1附近區間,保護5、6有可能先于保護7動作。

本節分析了近側保護和平行保護的電流大于后動保護的電流而導致誤動的情況。此外,若流過近側保護和平行保護的零序電流小于流過后動保護的零序電流,且二者相差不大,此時將再不滿足動作級差的要求?？紤]到保護分閘時間和時間繼電器的正負誤差等因素[17],不滿足動作級差要求的情況也可能造成近側保護和平行保護誤動。

綜上所述,可得到以下結論。

(1) 單回線或雙回線發生故障時,近側保護的零序電流可能大于后動保護的零序電流,或二者相差不大,保護將誤動。

(2) 雙回線發生故障時,平行保護的零序電流可能大于后動保護的零序電流,或二者相差不大,保護將誤動。

3 基于零序電流有效值與相位突變量判據的零序反時限電流保護

通過對先動保護動作前后各線路中零序電流有效值和方向的變化進行分析,可以發現:

(1)單回線發生故障,先動保護動作后,流過近側保護的零序電流將減小,方向改變;流過后動保護的零序電流將增大,方向不變。

(2) 雙回線發生故障,先動保護動作后,流過近側保護的零序電流將減小,方向不變;流過后動保護的零序電流將增大,方向不變。

(3) 雙回線發生故障,先動保護動作后,流過平行保護的零序電流可能增大或減小,方向可能改變,也可能不變。若方向不變,平行保護不會先于后動保護動作,即只有在方向改變的情況下平行保護才可能誤動。

基于先動保護動作前后,其余線路中零序電流的有效值與方向發生變化的特點,可在零序反時限電流保護動作邏輯中增加檢測零序電流有效值與相位突變量的判據,如下所示

(12)

(13)

電流相位突變量判據原理上依靠電流方向的突變,無需采集零序電壓。對于電流方向發生突變的線路,相位突變量在180°附近;對于電流方向未發生突變的線路,相位突變量在0°附近,不受高阻接地的影響。

增加零序電流有效值與相位突變量判據后的零序反時限電流保護動作邏輯如圖4所示。

圖4 基于電流有效值與相位突變量判據的保護動作邏輯 Fig.4 Action logic based on current effective value and phase mutation criterion

由圖4可見,當電流3I0大于Ip時,零序電流有效值突變量與相位突變量檢測元件將會啟動。實際應用中,需先確定零序反時限電流保護的定值及上下級線路最小的動作時間級差Δtm。令Δt<Δtm,即可保證該判據在相鄰線路誤動前啟動,Δt越小,該判據生效所需時間越短。此外,由于受衰減直流分量的影響[26-27],前幾個周波內得到的相角值不準確。設前幾個周波時間為Δte,延時元件Δt1的作用為防止誤判,只有在Δt1時間內始終滿足判據才會輸出高電平信號。在Δte時間內,可能存在原本不滿足判據的保護,由于受衰減直流分量的影響從而滿足了判據,也可能存在原本滿足判據的保護變得不滿足判據。故設置Δte<Δt1<Δt-Δte,可避免由于衰減直流分量引起的該判據誤動或拒動。

故障發生后,先動保護將按照正常的反時限邏輯動作。先動保護動作后,對于單回線相鄰的近側保護,將滿足式(12)和(13);對于雙回線相鄰的近側保護,將滿足式(12);對于雙回線中的平行保護,若電流方向發生突變,則滿足式(13)。不論單回線還是雙回線故障,后動保護將不受判據影響而正常動作。

對于滿足式(12)或(13)的保護,無論其處于哪個環節,都將在重新計時命令的作用下回到t(3I0)環節重新計時。由于先動保護動作后,流過后動保護的電流最大,故其它保護重新計時后將不會再誤動。

4 仿真分析

根據文獻[8]和[16]中的整定原則,為躲開重合閘延時及接地距離保護、三相不一致保護的動作時間,應有th+tx≥3 s,即零序反時限電流保護間的動作級差應大于0.3 s。根據此原則,本文中零序反時限電流保護的定值參數如表1所示。

表1 零序反時限電流保護的定值設置

采用PSCAD軟件建立如圖5所示的750 kV環網模型,阻抗參數如表2所示。設置故障位置為α=0,0.5,1.0,在0.1 s發生故障,0.6 s先動保護切除,1.2 s后動保護切除。對于有效值突變量和相位突變量判據,設置Δt=0.08 s,Δt1=0.04 s,Id=300 A,θd=90°。

圖5 PSCAD仿真模型示意圖Fig.5 Schematic diagram of PSCAD simulation model

表2 仿真模型中的阻抗參數

4.1 單回線單相接地故障

單回線發生金屬性故障時,流過各保護的零序電流與動作時間如表3所示,其中,3Iq為先動保護動作前的3倍零序電流,3Ih為先動保護動作后的3倍零序電流,3ΔI=3Ih-3Iq,①、②、③分別為第1、2、3個動作。

表3 單回線不同故障位置下流過保護的零序電流與動作時間

由表3可見,當α=0時,流過保護9的電流3Iq最大,其動作時間為3.295 s,對應的電流3Ix為1.056 kA。此時,保護9為先動保護,保護10為后動保護,保護5～8為近側保護,流過保護5～8、10的電流3Iq均大于3Ix,且流過保護5～8的電流3Iq大于保護10的電流3Iq,因此存在誤動的可能性。但由于保護9動作后,保護5～8的電流3Ih小于300 A,故不會誤動。當α=0.5時,流過保護9、10的電流3Iq相差不大,且均大于流過其它保護的電流,動作級差滿足要求。當α=1.0時,故障發生后,流過保護10的電流3Iq最大,其動作時間為3.316 s,對應的電流3Ix為1.048 kA。此時,保護10為先動保護,保護9為后動保護,保護11～14為近側保護,流過保護11～14的電流3Iq小于保護9的電流3Iq,且保護9動作后,流過保護11～14的電流3Ih小于300 A,故不會發生誤動。

從有效值變化情況上看,在以上3個故障位置,先動保護動作后,后動保護的電流有效值均增大,近側保護的電流有效值均減小且減小量大于Id。這表明先動保護動作后,后動保護不能滿足有效值突變量判據,而近側保護則能滿足。

當α=0時,保護5～8、10以及11～14零序電流的相位變化量如圖6所示。

圖6 各保護零序電流的相位變化量Fig.6 Phase change of zero sequence current for each protection

由圖6可見,在0.6 s時,保護9動作,保護10、保護11～14零序電流的相位突變量基本無變化,保護5～8零序電流的相位突變量大于90°且持續時間大于0.04 s。由于α=0.5、1.0時的波形與α=0時相類似,所以不再單獨列出。因此可知,先動保護動作后,后動保護不滿足相位突變量判據,而近側保護可滿足相位突變量判據。

另外還發現,當單回線故障時,先動保護動作后,由于近側保護只能通過環網獲得電流,流過的零序電流較小,達不到啟動電流Ip值,于是近側保護將會在瞬間返回,故而單回線故障時,近側保護誤動的可能性很小。

在表3中,由于在金屬性接地時近側保護不會誤動,則經過渡電阻接地時更不會誤動。即使某種情況下,先動保護動作后近側保護的零序電流大于啟動定值,也能依靠有效值突變量判據和相位突變量判據將近側保護重新計時,防止其先于后動保護動作。

4.2 雙回線單相接地故障

雙回線發生金屬性故障時,流過各保護的零序電流與動作時間如表4所示。

表4 雙回線不同故障位置下流過保護的零序電流與動作時間

由表4可見,當α=0時,故障發生后,流過保護1的電流3Iq最大,其動作時間為3.234 s,對應的電流3Ix為1.082 kA。此時,保護1為先動保護,保護2為后動保護,保護3、4為平行保護,保護5～8為近側保護,流過所有保護的電流3Iq均大于3Ix,其中流過保護3、4的電流3Iq與保護2的電流3Iq基本相同,流過保護5～8的電流3Iq大于保護2的電流3Iq。保護1動作后,流過其余保護的電流3Ih均大于300 A,因此將繼續動作,此時保護3～8將誤動。當α=0.5時,流過保護1、2的電流3Iq相差不大,且均大于流過其它保護的電流,動作級差滿足要求。當α=1.0時,故障發生后,流過保護2的電流3Iq最大,其動作時間為3.348 s,對應的電流3Ix為1.036 kA。此時,保護2為先動保護,保護1為后動保護,保護3、4為平行保護,保護11～14為近側保護,流過保護1、3、4、11～14的電流3Iq大于3Ix,流過保護3、4、11～14的電流3Iq均大于保護1的電流3Iq。保護2動作后,流過保護1、3、4、11～14的電流3Ih均大于啟動電流,因此將繼續動作,此時保護3、4、11～14將誤動。

當α=1.0時,不同過渡電阻Rg下流過各保護的零序電流與動作時間如表5所示。

表5 不同過渡電阻下流過保護的零序電流與動作時間

由表5可見,當Rg=50 Ω時,保護2的動作時間為3.778 s,對應的電流3Ix為0.901 kA,流過保護1、3、4、11～14的電流3Iq均大于3Ix。保護2動作后,流過保護1、3、4、11～14的電流3Ih均大于300 A,于是將繼續動作,此時保護3、4、11～14將誤動。當Rg=80 Ω時,保護2動作時間為3.992 s,對應的電流3Ix為0.850 kA,流過保護1、3、4、11～14 的電流3Iq均小于3Ix。保護2動作后,流過保護1、3、4、11～14的電流3Ih均大于啟動電流,于是將繼續動作,此時根據式(4)計算出它們的動作時間,可發現保護3、4不會先于保護1動作,但由于動作級差不滿足要求,保護11～14仍先于保護2動作,此時保護3、4、11～14將誤動。當Rg=90 Ω時,保護2的動作時間為4.058 s,對應的電流3Ix為0.836 kA,流過保護1、3、4、11～14的電流3Iq均小于3Ix。保護2動作后,流過保護1、3、4、11～14的電流3Ih均大于啟動電流,于是將繼續動作,此時根據式(4)計算出它們的動作時間,可發現保護3、4、11～14不會先于保護2動作,且動作級差滿足要求,不會誤動。當Rg=200 Ω時,保護2的動作時間為4.736 s,對應的電流3Ix為0.722 kA,流過保護1、3、4、11～14的電流3Iq均小于3Ix。保護2動作后,流過保護1、3、4的電流3Ih均大于啟動電流,于是將繼續動作,此時根據式(4)計算出它們的動作時間,可發現保護3、4不會先于保護2動作,且動作級差滿足要求,不會誤動;而此時,保護11～14的電流3Ih小于啟動電流,已不會再動作。

以上仿真結果表明,在線路兩側出口處發生故障時,流過先動保護的電流遠大于后動保護的電流,近側保護的電流大于后動保護的電流的可能性也較大,此時較易發生誤動;而當故障位置向線路中間移動時,近側保護的電流大于后動保護的電流的可能性減小,不易發生誤動。當故障點存在一定的過渡電阻時,仍會存在近側保護及雙回線中非故障線路的保護與后動保護動作時間不滿足級差要求的情況。隨著過渡電阻的增大,臨界電流Ix減小,同時流過近側保護和平行保護的電流3Iq將逐漸由大于Ix變為小于Ix。當過渡電阻增大到某一臨界值時,近側保護和平行保護將不會再誤動。

從有效值變化情況來看,在3個不同的故障位置,先動保護動作后,后動保護的電流有效值均增大,近側保護的電流有效值均減小,因此,通過引入有效值突變量判據可以防止近側保護誤動。當Rg=90 Ω時,流過保護11～14的電流3ΔI最小,為-390 A,故將Id設置為300 A,能夠保證有效值突變量判據正確動作,且具有足夠的靈敏度。當Rg≥90 Ω時,已不會再發生誤動,因此不需要該判據啟動。實際應用中,可以通過降低電流Id的值,提升該判據對過渡電阻的耐受能力,以保證零序反時限電流保護在任何過渡電阻下都不會發生誤動。當α=0、0.5、1.0時,經過渡電阻接地先動保護動作后,平行保護的電流有效值增大;而當α=1.0金屬接地時,平行保護的電流有效值減小,因此,有效值突變量判據無法防止平行保護發生誤動。

當α=1.0時,不同過渡電阻Rg下各保護零序電流的相位變化量如圖7所示。

(b)Rg=80 Ω

(c)Rg=200 Ω

由圖7可見,在不同過渡電阻下,當保護2動作后,保護1、5～8、11～14零序電流的相位變化量均遠小于90°,而保護3、4零序電流的相位變化量均大于90°且持續時間大于0.04 s。因此可知,雙回線故障時,先動保護動作前后,后動保護和近側保護不滿足相位突變量判據,而平行保護滿足相位突變量判據,此時引入零序電流相位突變量判據可防止平行保護誤動。

4.3 雙回線兩相接地故障

兩相接地與單相接地,僅在零序電流的大小上有所區別,在出現零序電流這一本質現象上基本沒有區別。下面,以α=0時雙回線兩相金屬性接地故障為例,說明所提方法在兩相接地時的適用性。表6給出了雙回線兩相金屬性接地故障時,流過保護的零序電流與動作時間。兩相接地時各保護零序電流的相位變化量如圖8所示。

表6 雙回線兩相接地故障時流過保護的零序電流與動作時間

圖8 兩相接地時各保護零序電流的相位變化量 Fig.8 Phase change of zero sequence current for each protection during two-phase grounding

由表6可見,保護3～8將誤動,其中保護5～8的有效值突變量為-4.524 kA,通過有效值突變量判據可以防止保護5～8發生誤動。由圖8可見,保護3、4的零序電流相位變化量大于90°,通過相位突變量判據可以防止保護3、4發生誤動。由此可知,有效值突變量和相位突變量判據同樣適用于兩相接地的故障類型。

5 結 論

本文分析了單回線和雙回線發生接地故障時,零序電流的分布特征以及故障線路中零序電流較大的一側保護動作前后,其余各線路中零序電流有效值和方向的變化情況,提出了引入零序電流有效值突變量和相位突變量判據的零序反時限電流保護方案。通過理論分析和仿真驗證,得到以下結論。

(1) 高壓電網發生接地故障,非故障線路的反時限零序電流保護可能先于故障線路中流過故障電流小的一側保護動作。

(2)故障線路中零序電流較大的一側保護動作后,流過相鄰非故障線路的零序電流有效值將減小,或方向突變;而對于故障線路中零序電流較小的一側保護,流過其的零序電流有效值將增大,且方向不變。

(3) 通過在零序反時限電流保護中引入零序電流有效值突變量和相位突變量判據,可以有效防止非故障線路的零序反時限電流保護誤動,且在經過渡接地時,該判據仍然適用。