附录A电力系统自动化.docx

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附录A电力系统自动化

附录A

电容电流瞬时值补偿方法的算法步骤

在超高压长线路上，分布电容电流较大，尤其在故障的暂态过程中电容电流更大，并且随着故障电压中谐波的频率增大而增大，这极大地影响了电流差动保护在外部故障时的安全性和内部故障时的可靠性，电流差动保护用于高压长线时必须有电容电流补偿功能。

现有常规的电容电流补偿方法，如全补法、半补法、切换式补偿法等，皆基于工频相量，电荷变化量差动保护是基于瞬时值积分的保护，现有的以稳态相量为基础的电容电流补偿方法不可用，必须另寻电容电流的瞬时值补偿方法。

本文采用基于输电线路贝瑞隆等值计算模型的电容电流瞬时值补偿方法，算法步骤总结如下。

1）通常下列线路参数是可知的：

线路单位正序电阻（）、线路单位正序电抗（）、线路单位正序电容、线路单位零序电阻（）、线路单位零序电抗（）、线路单位零序电容、线路全长：

。

将上述参数中的、转化为（线路单位正序电感，）、（线路单位零序电感，），用，，，，，，参加运算。

2）计算贝瑞隆线路模型的各参数或常数。

对0模分量：

对，模分量：

3）装置通过纵联通信通道将对侧同步后的采样值传送到本侧，确定收到最新一次对侧采样值的时刻为当前时刻t，用插值法求得本侧与对侧、时刻与的三相电压与三相电流的采样值，待用。

4）将本侧当时刻t的三相电压、对侧时刻三相电压、三相电流、、对侧时刻三相电压、三相电流：

，

用卡伦鲍尔（Karenbauer）反变换：

变成0、、模分量（注意、）：

（A1）

（注：

在计算模分量时只用到时刻的值）

（A2）

（注：

在计算0模分量时只用到时刻的值）

（A3）

（A4）

将式（A1）—式（A4）中的下标换成，依样计算出对侧（侧）与时刻的各模分量的值。

5）根据第4）步计算的结果，用下式计算端的各模计算电流，，：

　　　　　　　　　（A5）

式中：

（A6）

同理将式（A5）和式（A6）中的下标换成，依次计算出n侧的,,。

6）由各模计算电流，求用kararbauer正变换求各相计算电流，，：

7）将序列当作补偿后的对侧电流，与本侧电流序列进行差动逻辑处理。

由于地中模量（0模分量）波速小于空中模量（、模分量）波速，在传播过程中发生波形畸变，使故障相差流不完全等于故障电流，但其值和故障电流差别很小，可以近似认为相等；但对非故障相，差流将不再为0，线路越长，地中模量播行时间和空间模量播行时间差值越大，非故障相不平衡差流也越大。

为了克服贝瑞隆差动判据灵敏度受区内单相接地短路非故障相不平衡差流影响的缺点，在差动判别式中利用非故障相制动，三相差动判据分别为：

（A7）

（A8）

（A9）

式中：

Idset为固定门槛；Kfg为非故障相的制动系数；K为本相制动电流的制动系数；ΔIda，ΔIdb，ΔIdc为各相的差动量。

ΔIra，ΔIrb，ΔIrc仍为各相的制动量，各电流是按正文第2节中的定义计算出的与电荷变化量对应的故障分量电流平均值。

附录B

电容电流瞬时值补偿方法的补偿效果

本节给出在500kV线路动模试验中各种正常运行和故障状态下从保护装置的采样缓冲区中实录的电流波形图，缓冲区为环形缓冲区，采样数据在其中双倍存储。

图B1为线路首端母线处A相接地时，两端A相电流波形。

图中兰线为本侧Ia补偿对侧的计算电流，红线为对侧实测电流值，绿线为本侧实测电流值。

以后图中各线的标定类似。

图B2和图B3为上述故障下的BC两相的电流波形图。

图B4—图B6为首端母线处ABC三相短路时的三相电流波形图。

图B7—图B9为区内A相接地时，三相电流波形图。

图B1线路区外A相接地时，两端A相电流波形

Fig.B1Phase-Acurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundingoutsidetheareaprotected

图B2线路区外A相接地时，两端B相电流波形

Fig.B2Phase-Bcurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundingoutsidetheareaprotected

图B3线路区外A相接地时，两端C相电流波形

Fig.B3Phase-Ccurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundingoutsidetheareaprotected

图B4线路区外3相短路时，两端A相电流波形

Fig.B4Phase-Acurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofthree-phaseshortcircuitoutsidetheareaprotected

图B5线路区外3相短路时，两端B相电流波形

Fig.B5Phase-Bcurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofthree-phaseshortcircuitoutsidetheareaprotected

图B6线路区外3相短路时，两端C相电流波形

Fig.B6Phase-Ccurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofthree-phaseshortcircuitoutsidetheareaprotected

图B7线路区内A相接地时，两端A相电流波形

Fig.B7Phase-Acurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundinginsidetheareaprotected

图B8线路区内A相接地时，两端B相电流波形

Fig.B8Phase-Bcurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundinginsidetheareaprotected

图B9线路区内A相接地时，两端C相电流波形

Fig.B9Phase-Ccurrentwaveformsatbothendsoflineincaseofphase-Agroundinginsidetheareaprotected

由以上波形图可见，贝瑞隆模型电容电流补偿方法，无论在正常运行状态还是在区外故障暂态过程中，都具有非常理想的补偿效果，同时录波图也直观地证明了附录A中关于区内接地故障时非故障相差流不为零的结论。

附录C

动模试验

C1模型与定值

为检验电荷变化量差动保护判据在超高压线路保护上的技术性能，在华中科技大学电力系统动态模拟试验室进行了动模试验。

试验采用500kV输电线路模型，单机-无穷大系统进行试验。

接线如图C1所示，02G发电机经02T升压变及无互感双回线70XL，75XL串接76XL，再经21T接至无穷大系统21W。

图C1动模试验接线图，单机—无穷大系统

Fig.C1Wiringdiagramofdynamicsimulationexperiment:

singlegenerator-infinitepowersystem

试验中21QF,22QF（02HQF,02LQF）始终在合位，52QF在分位，54QF,53QF一般在合位，51QF,41QF一般在分位，并会按试验需要分合。

全长340km的76XL线路为被保护线路，TV接于线路上，基于试验目的考虑，线路上没有投入并联电抗器。

两套保护装置分别安装于开关54QF,53QF处，其间以尾纤直接相连。

试验线路、系统与TV,TA的参数列于表C1中。

试验中保护装置只投入电荷变化量差动保护功能，定值单列于表C2中。

试验结果中的保护动作时间均指从故障开始到故障录波器记录到的出口接点闭合的时间，由于两套保护装置直接以尾纤相连，上述时间实际上未包含光纤通信通道延时。

表C1500kV动模线路与系统参数表

TableC1Parameterlistofdynamicallysimulated500kVlineandsystem

名称

参数

备注

21W/22W无穷大系统等值短路容量

大方式

20000MVA

小方式

3000MVA

02G

发电机组

容量

1000MW

cosφ

0.8

XdΣ＇

0.132

XdΣ"

0.113

线路长度

340km

双回无互感

线路正序阻抗

电阻

8.43Ω

实测值

电抗

113.8Ω

阻抗

114.1Ω

阻抗角

85.76°

线路零序阻抗

电阻

94.55Ω

电抗

330Ω

阻抗

343.3Ω

阻抗角

74.02°

线路正序电容

3.82μF

XC1=833.7Ω

线路零序电容

2.65μF

XC0=1201Ω

TV变比

500kV/0.1kV

TA变比

1250A/1A

表C2保护定值单

TableC2Protectionsettingslist

定值项

整定值（In=1A）

电荷变化量差动门槛值（Idset）

0.4In

电荷变化量差动斜率（k）

0.2

非故障相制动斜率（Kfg）

0.4

三相一点突变量启动元件定值

0.2In

三相一点稳态量启动元件定值

1.2In

C2试验项目与试验结果

1）区内、外金属性故障

在被保护线路两端K7,K10及中点K9点模拟单相接地、两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地等共11种瞬时故障，并且所有接地故障都不带接地电阻。

各种故障情况下，每侧保护装置均能正确动作，并且大多数故障均能按相动作，少数两相及三相故障中，出现有一相差动元件未动作的情况。

保护装置的动作时间绝大部分在9~13ms之间，为预想的动作时间。

少数单相接地与两相短路故障动作时间为14~16ms。

分析漏相原因为：

三相一点启动元件动作时，三相电流的瞬时值受合闸角的影响而大小不一，致使在统一标定的时间起点5ms后，电流较小的1相或2相元件因电荷值未达动作值而不动作。

倘使启动元件分相启动，此问题可望顺利解决，原不动作相会延时至15ms动作。

分析动作延时的原因为故障开始时电流并未立即增大，启动元件灵敏度不足以在此时启动，在经约5ms延时后，电流值肯定会增大，于是启动元件动作，再10ms后保护出口。

对这种情况，虽然保护动作会延时，但仍保证保护工作在TA的线性传变区内。

符合原理设计的初衷。

在线路首端区外K4和末端区外K5点分别模拟区外单相接地、两相接地、两相短路、三相短路等11种瞬时故障。

保护装置均可靠的不动作。

2）区内高阻接地故障

首先模拟区内各点经300Ω接地电阻接地短路，保护装置没有动作，说明保护判据在设定定值下对300Ω高阻接地灵敏度不足。

其后在被保护线路首端出口K7点模拟经150Ω过渡电阻的单相接地和两相接地故障。

各种故障情况下，每侧保护装置均能正确动作，并且所有故障均能按相动作，少数两相接地故障中，出现有一相或两相差动元件未动作的情况。

3）不同的短路初相角时保护的动