工频变化量原理及应用分析.doc

工频变化量 　根据叠加原理，当电力系统发生短路故障时，电流电压可以分解为两部分，第一部分为故障前负荷状态的电流电压值；第二部分为电源等值电势为零，而在故障点施加一个与故障前带电压数值相等而方向相反的电势，计算故障状态下的电流电压值。工频变化量指的就是第二部分的电气分量，反映工频变化量的阻抗元件允许过渡电阻能力大，并能有效防止经过过渡电阻短路时对侧电源助增而引起的超越，区内、区外、正向、反向区域明确，动作快，不反映系统振荡。 　　2 变压器的工频变化量比率差动保护 　　变压器有70%左右的故障是匝间短路,为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度,常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小,例如整定成0.3~0.5倍的额定电流,而且初始部份没有制动特性,见下图6。 　　但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司RCS978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器,提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度,由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。 　　工频变化量比率差动保护的动作方程为: 　　理论上,工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值,这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。 　　变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示,阴影部分为动作区。 　　工频变化量比率差动继电器的特点: 　　(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器,负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大,其灵敏度会下降。 　　(2)受过渡电阻影响小。 　　(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。 　　图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图,可以看出,当变压器C相发生1.5%的匝间短路故障时,常规差动保护(图中直线2)不会动作,而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多,会正确动作。 　　(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出,工频变化量比率差动保护中不必输入定值,其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出,是公司的专利技术,在此不作讨论。 　　3 超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器 　　3.1 输电线路电流纵差保护的主要问题 　　当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时,常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流,而此时经高电阻短路,短路电流小而制动电流大,因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。 　　工频变化量分相差动继电器的构成: 　　 　　工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。 　　工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流; 　　由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。 　　3.2 工频变化量阻抗继电器的构成: 　　用于构成快速的距离Ⅰ段 　　其动作方程为: 　　 　　工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。 　　南瑞继保公司的RCS931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快,现场曾有3ms动作出口的记录,因而工频变化量距离I段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。 　　4 结论 　　工频变化量保护原理先进、构成简单,便于在微机保护中实现,而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响,抗干扰性能非常突出、自适应能力极强,最突出的特