阐述输电线路微机自适应分相电流纵联差动保护

随着电网的发展将出现更多的超高压和特高压输电线，研究新的保护原理，使线路故障能够快速、准确的切除，是保证电网安全稳定运行的关键。由于电流互感器饱和和线路分布电容电流等因素的影响，使得在外部短路时产生很大不平衡电流，可能造成电流差动保护装置误动作，因此必须采取制动措施。目前各种制动原理都不能既保证在外部短路时有很强的制动作用，而内部短路时又能保证很高的灵敏度。为此有些保护采用了复杂的折线式制动特性，这将使保护复杂化且整定困难。

对于用两侧电流幅值之和作为制动的方式，在内部短路时制动量仍然存在，了保护的灵敏度。对于以两侧电流矢量差作制动的方式，在内部短路而两侧电流相位不同、大小不等时，制动量也不能完全消失。都不能既保证在外部短路时有很强的制动作用，而内部短路时又能保证很高的灵敏度。这个问题只有靠自适应原理，按照两侧电流间夹角的大小改变动作方程才能彻底解决。下面讲述一种具有新制动特性的自适应纵差动保护原理。

一、保护的动作方程和判据

这种保护不是简单的应用环流式和均压式原理.而是利用了两侧电流及其夹角正弦的乘积作为动作量.其动作方程和动作判据以M端为例规定如下。

M端一相保护的动作量为 Fop.m=ImIfsinθ

式中：If为一中间变量，代表线路两端二次电流矢量的加权和。 M端保护动作判据为 Fop.m≥Fk.act.m

式中：Fk.act.m 为M端保护的动作定值； 二、保护的动作特性

与所有的差动保护一样，在线路外部短路时保护的动作情况与系统运行状态基本无关。但在线路内部短路时，线路两端的电动势可能有很大相位差，且短路点至两侧的阻抗的大小和角度也可能相差很大，兼之电容电流的影响，可能使两

侧系统供给的短路电流的幅值不等，并有很大的相位差角φ。此时，动作情况不仅决定于两侧短路电流的幅值，还决定于它们的相位差φ。由上述的动作方程可推导出保护动作量与两侧系统供给的短路电流幅值和相位夹角φ的关系。

M端保护的动作方程为 Fop.m=ImIfSinθ 式中：Fop.m为M侧保护的动作量。

在线路外部短路时，理想情况下φ=180°，cosφ=-1，K\"Incosφ为制动量，In愈大，使M端保护动作所需的动作电流Im也愈大，从而得到一个很强的制动特性。K\"/K′为其制动系数，增大K\"/K′可以加强保护的制动作用。根据此关系可以作出外部短路时保护的特性曲线，制动特性为一曲线，可以与不平衡电流的曲线更好的配合。

在單端电源线路内部短路时，无电源端（设为N端）故障相无电流，In=0，Fop.m=K′I2m≥Fk.act.m，有电源端保护能可靠动作，同时通过通道跳开负荷端断路器。在双端电源线路内部短路时，理想情况下φ=0。，cosφ=1，制动量变为动作量，In愈大，M端所需的动作电流Im也愈小.

四、自适应的实现

在内部短路时，一般情况下两端电流间的相位差φ<90°，但由于两侧电动势相角差、线路阻抗角和系统阻抗角之差和电流互感器误差等原因，考虑到最严重的情况下有φ≤114°（设两端电动势最大相角差70°，两端电流互感器总误差14°，短路点两侧总阻抗角之差30°），而外部故障时只有电流互感器的误差引起的相位差、分布电容电流引起的相位差和保护装置本身的相位误差，相位差不会小于120°（180°-120°=60°，称为闭锁角），故当90°<φ≤120°时不可能是外部故障。本保护引入自适应原理，当φ角在这一范围内时采用动作方程Fact.m=Im（K′Im+K″Incosφ）≥FKact.m ，以保证保护能够灵敏、正确的动作。自适应原理的应用使保护的特性得到大大加强，制动系数的选取理论上不受，可以选得很大。实际上，使保护在外部短路时有足够强的制动作用，而在内部短路时有足够高的灵敏度即可。用微机实现这种自适应非常容易，首先计算出φ角，然后根据妒角的范围选取不同的动作方程。

下面给出φ角在不同情况下的动作方程。 当0°≤φ≤90°或1 20°<φ≤1 80°时，采用动作判据 Fact.m=Im（K′Im+K″Incosφ）≥FKact.m

当90°<φ≤120°时，肯定也是内部短路，应将制动项变号，采用下列判据 Fact.m=Im（K′Im-K″Incosφ）≥FKact.m 因此，本保护的实现步骤为： （1）计算本端电流的幅值和相位；

（2）计算从通道传来的对端电流的幅值和相位； （3）计算两端电流的相位差角φ；

（4）当满足0°≤φ≤90°或120°<φ≤180°时采用判据式Fact.m=Im（K′Im+K″Incosφ）≥FKact.m 进行判断；

（5）当满足90°<φ≤1 20°时采用判据式Fact.m=Im（K′Im-K″Incosφ）≥FKact.m 进行判断。

五、对本保护原理的评价

（1）本保护的动作量包含电流的平方项，因而制动特性具有二次曲线形状，比多段折线的制动特性更接近不平衡电流的变化曲线，保护需要整定的定值少，整定方便。

（2）由于应用了自适应原理，本保护的制动系数K〞/K′可以选得很大而不影响内部短路的灵敏度，解决了选择性和灵敏度之间的矛盾。

参考文献

1 吕汀 石红梅 变频技术原理与应用[M] 机械工业出版社 2007，7 2 台安N2系列变频器使用手册 2006