论文部分内容阅读
摘 要：相差高频不反映系统振荡，在非全相状态下不会误动。本文分析的是相差高频在单纯非全相运行，一相断线带一侧接地，两相运行中发生故障的三种情况下，相差高频保护的动作情况。
关键词：相差高频；非全相；电势；电流；相量图
相差高频保护和距离保护比较，相差高频保护突出的优点是测量原理本身是不反映系统振荡的。负序功率方向式高频保护虽也不反映振荡，但它也不反应三相短路。如果要反映三相短路则不得不采用全电流功率元件或阻抗元件。此时，所加的元件仍是反映振荡的。相差高频保护则不存在这个毛病。除此以外，相差高频保护还有一个优点就是在非全相状态下也不会误动。这是在超高压线路上，特别是采用单相重合闸的线路上喜欢采用相差高频保护的重要原因之一。然而，分析和实践证明，非全相状态下不误动仍是有条件的。非全相状态下内部故障时，相位比较元件在一定条件下是可能拒动的。由于复杂故障的故障形态比较多，下面主要从两方面加以说明。
一、单纯非全相运行情况时，相差高频的动作情况
下面着重分析一般相差高频保护中最常用的负序电流的相位情况。
在线路比较短，可不计其分布电容电流时，单纯非全相线路两端流过的负序电流是相等的，亦即两侧被比较电流(两侧自母线流向线路的电流)的相位总是相差180°，保护不会误动。
对较长的超高压线路，其电容电流不能忽略，此时两侧被比较电流就将偏离180°。用图1(a)的等值负序网络研究两侧电流12s和I2r的相位情况。图l(b)是有负荷时的向量图，图1(C)是线路上没有负荷时的向量图。从图上可见，无负荷时，θ=0°，相位比较元件将动作。在电势角差不大，有轻负荷时，由于电容电流的影响，也偏离180°。保护也可能误动作，通常使起动元件的动作值大于相位元件可能误动作时的最大负序电流值。这一电流可近似用下面方法计算。
（a）负序网络，（b）电流电压向量关系：（c）空载时电流电压向量关系
在线路负荷较轻时，可近似令两侧电容电流相等，既12cs=12cr(图2)，并与线路上负荷电流I21相位差90°。考虑保护的闭锁角δ=60° (如图2所示)，在临界动作角时，|I2s|=|I2R|=2|I2c|=U2wC此处C为线路分布电容。令断开相线路侧电压近似为零，相当于在该点正常电压基础上叠加一个相电压Uph。由此可得负序电压U2≈1／3Uph，既从保证非全相运行状态下不误动的要求来说，应保证起动元件的动作电流。
式中Krel——可靠系数
这与考虑断路器三相不同时合至空载线路时的电容电流的整定情况相似，但此值较考虑外部K而本线为全相空载状态时的负序电容电流要小些，这是因后一情况下，负序电压值为Uph／2。
采用上述措施后，在轻负荷时，由起动元件保证装置不误动，在重复荷或振荡时，由相位比较元件保证装置不误动。但由于起动元件是由提高整定值来保证不误动，在较长的线路上灵敏度可能不足。此时也可采用电容电流补偿的方法来提高灵敏度，也可采用其他起动方式，例如两侧用补偿到线路上某一点的负序电压来作启动分量。
二、一相断线带一侧接地情况下相差高频保护的动作情况
这是复杂故障的一种形式。虽然是比较简单的复杂故障，但是电量与参数间的关系仍是相当复杂的，不易简单地看出其相位的基本情况。这里仅说明单相断线加一侧接地短路时，相差高频保护可能拒动。
如图Z1s=11e,Z0s=9.35e，Z1r=Zor=10.2e，Z11=Zul=42e，Z10=Zu0=126e，互感受Zm0=54e。
(a)网络图 (b)Lk=0时 (c)Lk=1时 (d)Lk=0.5时
由图可见，在一相断线及其一侧单相接地的情况下，两侧负序电流I2s和I2r的相位差在很多情况下(短路点较接近断线侧时)都是接近180°，既保护要拒绝动作；但是，也有少数情况，既在远离断线侧短路时，也有可能动作。
单相断线兼接地时产生拒动的主要原因是在复杂故障时，在序网中同时存在横向不对称电压源。前者的作用使保护相位差趋向于较小值，后者的作用使相位差趋向于180°。大多数情况下保护是要拒动的。
为了克服这个矛盾，可采用纵向电压补偿办法。但是要求母线及线路侧都有电压互感器，而且仅适用于断路器单相断开情况。也可用通道同时分别比较I1／KI2(或I2)与I0U两个量，这时候相位特性比较好，保护拒动可能性比较少。但在通道构造上比较复杂。
三、两相运行中发生故障的情况下，相差高频保护的动作情况
为了尽可能地利用输电线路的输送能力，在全相运行中发生故障时，在可能而必要的情况下可以使输电线两相运行几分钟甚至较长的时间，以便运行人员有足够的时间处理事故。使电力系统受到的扰动量小。在这种情况下，要求在两相运行的线路上发生系统振荡，短路或相邻线路上发生短路时，继电保护装置仍能正确工作。
正如前面分析说明，功率方向比较式保护，阻抗保护等在两相运行并振荡时都是会误动作的。一般的利用负序电流增量式振荡闭锁装置也失去振荡闭锁装置的正常功能。虽然，近来逐渐推广的负序电流增量式振荡闭锁装置能够克服这个困难。但从这一点上，相差高频保护则不存在这个矛盾，这是相差高频保护的优点。
尽管在非全相运行情况下振荡或外部短路，相差高频俱护不会动作，但分析表明，在发生内部短路时，仍然存在拒动的可能性。这里仅举一个情况加以说明。
电力系统A相断线，BC两相接地短路或两相短路时，A相在线路两侧已失掉联系，BC相又同时金属接地(不考虑过度电阻时)或金属短路时，实际上短路点的两侧已无相互影响，所以两侧电流的相位全由各侧电源电势及相位阻抗角决定。当两侧电势相位差不很大(如在70°以内)时，两侧电流相位差不会很大，保护仍能动作。只在系统振荡过程中，电势相位差很大，例如在120°以上时，保护开始拒绝动作，此时要等电势相位差又趋减少至相应角度后，保护才能动作。这相当于保护误延时动作。这种情况很少发生；所以这个缺点不是十分严重的。
参考文献：
［1］《高压电网继电保护原理》，马长贵，王光延等，水利电力出版社。
［2］《电力系统故障分析》，华北电力学院，电力工业出版社。
［3］《电力系统继电保护原理与运行》，华中工学院，电力工业出版社。
关键词：相差高频；非全相；电势；电流；相量图
相差高频保护和距离保护比较，相差高频保护突出的优点是测量原理本身是不反映系统振荡的。负序功率方向式高频保护虽也不反映振荡，但它也不反应三相短路。如果要反映三相短路则不得不采用全电流功率元件或阻抗元件。此时，所加的元件仍是反映振荡的。相差高频保护则不存在这个毛病。除此以外，相差高频保护还有一个优点就是在非全相状态下也不会误动。这是在超高压线路上，特别是采用单相重合闸的线路上喜欢采用相差高频保护的重要原因之一。然而，分析和实践证明，非全相状态下不误动仍是有条件的。非全相状态下内部故障时，相位比较元件在一定条件下是可能拒动的。由于复杂故障的故障形态比较多，下面主要从两方面加以说明。
一、单纯非全相运行情况时，相差高频的动作情况
下面着重分析一般相差高频保护中最常用的负序电流的相位情况。
在线路比较短，可不计其分布电容电流时，单纯非全相线路两端流过的负序电流是相等的，亦即两侧被比较电流(两侧自母线流向线路的电流)的相位总是相差180°，保护不会误动。
对较长的超高压线路，其电容电流不能忽略，此时两侧被比较电流就将偏离180°。用图1(a)的等值负序网络研究两侧电流12s和I2r的相位情况。图l(b)是有负荷时的向量图，图1(C)是线路上没有负荷时的向量图。从图上可见，无负荷时，θ=0°，相位比较元件将动作。在电势角差不大，有轻负荷时，由于电容电流的影响，也偏离180°。保护也可能误动作，通常使起动元件的动作值大于相位元件可能误动作时的最大负序电流值。这一电流可近似用下面方法计算。
（a）负序网络，（b）电流电压向量关系：（c）空载时电流电压向量关系
在线路负荷较轻时，可近似令两侧电容电流相等，既12cs=12cr(图2)，并与线路上负荷电流I21相位差90°。考虑保护的闭锁角δ=60° (如图2所示)，在临界动作角时，|I2s|=|I2R|=2|I2c|=U2wC此处C为线路分布电容。令断开相线路侧电压近似为零，相当于在该点正常电压基础上叠加一个相电压Uph。由此可得负序电压U2≈1／3Uph，既从保证非全相运行状态下不误动的要求来说，应保证起动元件的动作电流。
式中Krel——可靠系数
这与考虑断路器三相不同时合至空载线路时的电容电流的整定情况相似，但此值较考虑外部K而本线为全相空载状态时的负序电容电流要小些，这是因后一情况下，负序电压值为Uph／2。
采用上述措施后，在轻负荷时，由起动元件保证装置不误动，在重复荷或振荡时，由相位比较元件保证装置不误动。但由于起动元件是由提高整定值来保证不误动，在较长的线路上灵敏度可能不足。此时也可采用电容电流补偿的方法来提高灵敏度，也可采用其他起动方式，例如两侧用补偿到线路上某一点的负序电压来作启动分量。
二、一相断线带一侧接地情况下相差高频保护的动作情况
这是复杂故障的一种形式。虽然是比较简单的复杂故障，但是电量与参数间的关系仍是相当复杂的，不易简单地看出其相位的基本情况。这里仅说明单相断线加一侧接地短路时，相差高频保护可能拒动。
如图Z1s=11e,Z0s=9.35e，Z1r=Zor=10.2e，Z11=Zul=42e，Z10=Zu0=126e，互感受Zm0=54e。
(a)网络图 (b)Lk=0时 (c)Lk=1时 (d)Lk=0.5时
由图可见，在一相断线及其一侧单相接地的情况下，两侧负序电流I2s和I2r的相位差在很多情况下(短路点较接近断线侧时)都是接近180°，既保护要拒绝动作；但是，也有少数情况，既在远离断线侧短路时，也有可能动作。
单相断线兼接地时产生拒动的主要原因是在复杂故障时，在序网中同时存在横向不对称电压源。前者的作用使保护相位差趋向于较小值，后者的作用使相位差趋向于180°。大多数情况下保护是要拒动的。
为了克服这个矛盾，可采用纵向电压补偿办法。但是要求母线及线路侧都有电压互感器，而且仅适用于断路器单相断开情况。也可用通道同时分别比较I1／KI2(或I2)与I0U两个量，这时候相位特性比较好，保护拒动可能性比较少。但在通道构造上比较复杂。
三、两相运行中发生故障的情况下，相差高频保护的动作情况
为了尽可能地利用输电线路的输送能力，在全相运行中发生故障时，在可能而必要的情况下可以使输电线两相运行几分钟甚至较长的时间，以便运行人员有足够的时间处理事故。使电力系统受到的扰动量小。在这种情况下，要求在两相运行的线路上发生系统振荡，短路或相邻线路上发生短路时，继电保护装置仍能正确工作。
正如前面分析说明，功率方向比较式保护，阻抗保护等在两相运行并振荡时都是会误动作的。一般的利用负序电流增量式振荡闭锁装置也失去振荡闭锁装置的正常功能。虽然，近来逐渐推广的负序电流增量式振荡闭锁装置能够克服这个困难。但从这一点上，相差高频保护则不存在这个矛盾，这是相差高频保护的优点。
尽管在非全相运行情况下振荡或外部短路，相差高频俱护不会动作，但分析表明，在发生内部短路时，仍然存在拒动的可能性。这里仅举一个情况加以说明。
电力系统A相断线，BC两相接地短路或两相短路时，A相在线路两侧已失掉联系，BC相又同时金属接地(不考虑过度电阻时)或金属短路时，实际上短路点的两侧已无相互影响，所以两侧电流的相位全由各侧电源电势及相位阻抗角决定。当两侧电势相位差不很大(如在70°以内)时，两侧电流相位差不会很大，保护仍能动作。只在系统振荡过程中，电势相位差很大，例如在120°以上时，保护开始拒绝动作，此时要等电势相位差又趋减少至相应角度后，保护才能动作。这相当于保护误延时动作。这种情况很少发生；所以这个缺点不是十分严重的。
参考文献：
［1］《高压电网继电保护原理》，马长贵，王光延等，水利电力出版社。
［2］《电力系统故障分析》，华北电力学院，电力工业出版社。
［3］《电力系统继电保护原理与运行》，华中工学院，电力工业出版社。