[发明专利]基于差动阻抗原理的突变量电流差动继电器实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统线路电流差动保护，尤其是涉及一种基于差动阻抗原理的突变量电流差动继电器。

背景技术

突变量电流差动保护动作速度快，不受负荷电流影响，特别是对快速切除近端严重故障有重要意义，是线路电流差动保护的重要组成部分。超、特高压（500kV~1000kV）长线路由于线路长度长，一般采用分裂导线，线路电压高，因此电容电流较大，特别是在空载合闸、区外故障切除等暂态过程中暂态电容电流是稳态电容电流的数倍。电容电流的存在，严重影响了基于基尔霍夫定律的电流差动保护的保护性能，因此电流差动保护应用于超、特高压长线路时需考虑电容电流问题。目前一般采用两类应对措施，一类是通过抬高定值躲电容电流的方法，该做法以牺牲保护灵敏度下降为代价；另一类是从消除电容电流影响的角度出发研究如何快速补偿电容电流，如稳态补偿法：参见伍叶凯等．电容电流对差动保护的影响及补偿方案，继电器，1997，25(4)；时域电容电流补偿法：参见吴通华等， 基于暂态电容电流补偿的线路差动保护，电力系统自动化, 2005,(12).。这些补偿做法在工程上取得较好效果，但各种补偿做法不仅增加了差动保护计算的复杂性，而且在许多工况下补偿条件不满足时，还需抬高门槛躲电容电流，未能从根本上解决该问题。 

以上传统的基于基尔霍夫定律的电流差动保护，从原理上无法避免电容电流问题。寻找从原理上避免电容电流补偿的电流差动保护原理，是从根本上解决该问题的关键。

发明内容

本发明的目的是，提供一种原理上不受电容电流影响的突变量差动继电器。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：基于差动阻抗原理构造突变量差动继电器，引入一系列新的思想和算法，构造完整的突变量差动继电器，具体包括如下几个部分：

（1）基于“差动阻抗”原理的突变量差动继电器。

电力系统的特征表明从短路点向系统看的系统综合阻抗远小于被保护线路容抗。故障分析的结论，短路点突变量电压与短路点突变量电流的比值为短路点看进去的系统综合阻抗；电容器突变量电压与流经电容器的突变量电流比值为电容器容抗。区内短路的突变量差动电流近似等于短路点突变量电流；区外短路的突变量差动电流等于线路电容突变量电流。因此，保护安装处的突变量电压与突变量差动电流的比值，区内短路基本反映系统综合阻抗，数量级为百欧级；区外短路基本反映线路容抗，数量级为千欧级。两者的量级相差很大，如此明显的界限足以区分区内外故障。基于以上理论基础，提出以下差动阻抗继电器：

                       （1）                          

式中为整定阻抗，对于无并联电抗器的线路，为线路容抗值，对于有并联电抗器的线路需考虑电抗器的影响；突变量差动电流，即两侧突变量电流的和；为保护安装处的电压变化量；为比例系数。

（2）基于自适应制动量的比例差动继电器

            （2）

即：差动电流大于k1倍的制动电流。

式中：同式1；为突变量制动电流，具体表达式：

，

其中：：本侧突变量电流， ：对侧突变量电流；由确定，，目的是提高区内故障的灵敏度，强电源提供区内短路电流时，和同向，，，多数点不参与制动，于是制动量很小，判据更容易满足；强电源提供区外短路电流时，和反向，，，基本上点点参与制动，制动量趋于正常水平。这种制动量自适应的做法，使得制动系数可以取得很高，保证安全性。

但是当弱电源提供区外短路电流或强弱电的区内短路时，，此时极高的制动系数不起作用，弱电源提供区外短路电流时突变量电流比例差动继电器会误动作。这种情况下突变量差动阻抗继电器可靠不动，因此通过引入突变量差动阻抗继电器解决。

（3）基于积分概念的突变量递推算法

以上继电器中的突变量差动电流和制动电流的计算，采用积分概念突变量递推算法，其表达式如下：

    （3）

  （4）

式中：为实部，为虚部，，为前一点积分值，初值取零； 为当前点采样值，为一周波前采样值，为每周波采样点数，。