浅谈配电线路差动保护方案设计

AdvancesinEnergyandPowerEngineering电力与能源进展,2018,6(1),17-28PublishedOnlineFebruary2018inHans.://doi.org/10.12677/aepe.2018.61003文章引用:龚小胜,余雯,吴雪.浅谈配电线路差动保护方案设计[J].电力与能源进展,2018,6(1):17-28.DOI:10.12677/aepe.2018.61003DesignofDifferentialProtectionSchemeforDistributionLinesXiaoshengGong,WenYu,XueWuYuxiPowerSupplyBureau,YunnanPowerGridLimitedLiabilityCompany,YuxiYunnanReceived:Jan.16th,2018;accepted:Feb.1st,2018;published:Feb.11th,2018AbstractThesafeoperationofdistributionlineisanimportantconditiontoensurethesafeoperationofpowersystem.whenthedistributionlinefails,cuttingoffandisolatingthefaultlinesquicklyandaccuratelyandkeepingthecontinuousoperationoftheFeilineisnotonlytherequirementofen-suringthereliabilityofpowersupply,butalsotheessentialprerequisitetoimprovethesafeandstableoperationofthepowersystem.Thecurrentdifferentialprotectionbasedonthekirchhofflawisasimple,reliableandselectiveprotectionformforanyformofdistributionline.Firstofall,thispaperdiscussesandanalyzesthecurrentresearchandpracticalapplicationoflineprotection,andcomparestherealizationprincipleandrealizationcondition,advantagesanddisadvantagesofcommonlinedifferentialprotection.Secondly,accordingtotheconventionalphasecurrentdiffe-rentialprotectionisvulnerabletonormalloadcurrentandfaulttransientresistance,atthesametime,inordertospeedupthemovementspeedofdifferentialprotection,thispapercombinesthealternatingcurrentdifferentialprotectionwithsamplingvaluedifferentialprotection,proposesanewmethodofsmallcurrentgroundingprotectionbasedonthephasecurrentsamplingvaluechange,anddiscussesandanalyzestheprinciple,criterionandactioncharacteristicsofthispro-tectionmethod.KeywordsSmallCurrentGroundingSystem,GroundProtection,DifferentialProtectionofSamplingValue浅谈配电线路差动保护方案设计龚小胜，余雯，吴雪云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南玉溪收稿日期：2018年1月16日；录用日期：2018年2月1日；发布日期：2018年2月11日龚小胜等DOI:10.12677/aepe.2018.6100318电力与能源进展摘要配电线路的安全运行是保证电力系统安全运行的重要条件，当配电线路发生故障时，快速、准确地切断和隔离故障线路并保持非故障线路的持续运行既是保证供电可靠性的要求，也是提高电力系统安全稳定运行必不可少的前提条件。基于基尔霍夫定律的电流差动保护无论对于何种形式的配电线路都是一种简单、可靠、选择性强的保护形式。首先，本文对目前线路保护的研究和实际应用情况进行了讨论和分析，比较了常用线路差动保护的实现原理和实现条件及优缺点。其次，针对常规相量电流差动保护易受正常负荷电流和故障过渡电阻影响的缺点，同时为加快差动保护的动作速度，本文将相间工频变化量差动保护与采样值差动保护结合起来，提出了一种基于相电流采样值变化量相间差的小电流接地保护的新方法，并对此保护方法的原理、判据、动作特性等作了讨论和分析。关键词小电流接地系统，接地保护，采样值差动保护Copyright©2018byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言对于电力系统继电保护来说，电流差动保护是一种最为理想的保护形式，它具有灵敏度高、简单可靠、动作速度快等优点，目前已经被广泛地应用于电力系统的发电机、变压器、母线等电力系统电气设备的保护中，电流差动保护之所以是最为理想的保形式，从继电保护的观点来说是因为差动电流完全消除了非故障状态下的电流影响，因此在各种非正常但又没有发生故障的电力系统运行状态下，它能够可靠不动作，例如能够适应系统振荡及线路的非全相运行等各种非正常运行状态，同时又能够准确反应各种故障，由于它不需要测量电压量，因此不受TV断线影响的特点[1]。目前的线路保护中，基于距离测量和相位比较原理构成的保护，当应用于多端和多回线路中都有各种缺陷，在多端线路中某个线路连接点之后发生故障时，从前面线路看进去的阻抗(距离)会受另一条线路电流的影响，因此距离无法准确测量，而电流差动保护对此类线路具有良好拓扑适应能力和天然的选相能力，并能够很好地解决目前并架双回线和多端线路中保护配置困难以及短距离线路保护中整定困难等问题，这对提高电力系统稳定性和提高输配电系统的运行灵活性有着重要的意义[2]。传统的相量电流差动保护虽然有着不少的优点，但它同样也有缺点，如保护的灵敏度会受负荷电流和接地故障过渡电阻的影响，随着电力市场环境的变化和大联网电力系统的逐渐形成，传统的相量电流差动保护在动作速度上有时也满足不了要求，需要采用新型的电流差动保护来实现故障的判断，以提高保护动作的速度。为加快保护动作速度，需采用新的保护原理，基于瞬时采样值电流差动保护的动作速度比较快，它是根据电流瞬时采样值进行保护判断的，当连续R个采样值中有S个采样值满足制动方程时则保护出口动作，为了达到和相量电流差动保护同样的效果，利用瞬时采样值的电流差动保护理论上只需要四分之一周期的数据窗时间就能判断是否发生保护区内故障，不过瞬时采样值电流差动保护在动作区域上有模糊区，因此需要辅助判据，当电流瞬时采样值处于瞬时采样值电流差动保护的模糊区域时，由辅助判据OpenAccess龚小胜等DOI:10.12677/aepe.2018.6100319电力与能源进展来判定是否线路发生保护区内故障。故障时的配电网络可以认为是由正常运行时的网络和附加的故障分量网络所叠加而成的，利用故障电流分量构成差动保护可以消除负荷电流和接地过渡电阻对电流差动保护的影响，但是故障分量一般只在故障后的一个周期内有效，因此故障分量保护只在保护启动后一个周期内投入，如果一个周期内没有动作则投入传统的全电流相量差动保护[3]。2.配电线路常规相量电流差动保护电流差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。电流差动保护又称为“平衡保护”，它的基本原理是在上世纪初提出的，迄今为止，已约有100年的历史。其具有原理简单，良好的选择性，简单可靠、灵敏度高、动作速度快的特点，已广泛应用到电力系统线路和发电机、变压器、母线等作为主保护之一。然而应用对象的不同，对电流差动保护原理的要求也不同。本节内容主要是介绍线路的电流差动保护基本原理[4]。线路纵联差动保护已经成为线路保护的主要保护之一，其工作原理是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位。在线路两端安装了具有型号相同和电流比一致的电流互感器，它们的二次绕组用电缆连接起来，其连接方式应使正常运行或外部短路故障时继电器中没有电流，而在被保护线路内部发生故障时，其电流等于短路点的短路电流。如图1为环流法接线的纵差保护单相原理接线图，图中，将线路两端电流互感器二次侧带“·”号的同极性端子连接在一起，将不带“·”号的同极性端子连接在一起，差动继电器接在差流回路上。当线路MN正常运行和被保护线路外部(k2点)短路时，按规定的电流正方向看，M侧电流为正，N侧电流为负，两侧电流大小相等、方向相反，0MNIII=+=∑，反应在电流互感器二次回路中流过差动继电器中的电流为故障点总的短路电流的二次值，即()10rmnMNTAIIIIIK=+=+=(1)当线路内部短路(k1点)时，流经配电线两侧的故障电流均为正方向，且1MNkIIII=+=∑，反映在电流互感器二次侧流入到差动继电器中的电流为故障点总的短路电流的二次值，即()11krmnMNTATAIIIIIIKK=+=+=(2)Figure1.Shortcircuitschematicdiagramofacurrentlongitudinaldifferentialprotectionarea图1.电流纵联差动保护区外、区内短路示意图龚小胜等DOI:10.12677/aepe.2018.6100320电力与能源进展当流入继电器的电流rI大于继电器整定的动作电流,oprI时，差动保护继电器动作。由以上分析看出，纵差保护范围为线路两端TA之间的距离，在保护范围外短路，保护不动作，故不需要与相邻元件在保护动作值和动作时限上配合，因此可以实现瞬时切除故障。3.电流采样值接地保护方法原理配电线路的电流差动保护已经从模拟式保护发展到利用微处理器和数字通信的全数字式保护，而电流瞬时采样值的电流差动保护近年来已经成为数字式电流差动保护的理想方案。3.1.采样值电流差动保护与常规电流差动保护的关系常规的电流差动保护中差动量和制动量的求取一般是反应电流的有效值或平均值等，通过滤波等办法消除非周期分量和谐波分量的影响。在计算机继电保护的有效值计算方法中，故障时引起的非周期分量和谐波分量尽管衰减很快，但可能在较长时间内影响计算的准确性，即采用时间窗为一个周期的算法，若开始几个采样值中含较高的非基波分量，则将影响与这些采样值相关的各个周期的计算结果。如果要保证保护动作的可靠性，势必影响保护的动作速度。若电流差动保护的动作判据按每一个采样值分别判断，则可以在原理上完全消除这种影响，有效地提高电流差动保护的动作速度与可靠性[5]。