全电气量保护新原理探讨

Ｅ　电力技术　ｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　全电气量保护新原理探讨　毕洁廷　（淮安信息职业技术学院，江苏淮安２２３００３）　摘要：文章首先对传统的保护原理及其线路模型进行了分析和探讨，认为基于工频量的保护无法进一步提高　动作速度；基于暂态量的保护无法保证动作可靠性。在此基础上，提出了自适应的、时变的、频率相关的分　布参数模型上的反映全电气量的保护新原理。　关键词：工频分量；暂态分量；全电气量；单电气量　中图分类号：ＴＭ７７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－２３７４（２０１　１）２４－００８７－０２　一、概述　工频量上，舍弃暂态分量，这种原理下的保护我们称之　输电线路的模型和保护原理是输电线路保护的基　为基于工频量的单电气量保护。这种基于工频量的单电　础，传统的保护大都基于ＲＬ串联模型，所应用的原理　气量保护在一定程度上保证了动作的可靠性和灵敏性，　是基于故障后工频分量的保护原理，然而随着输电线　整套保护的动作速度由于通讯设备的存在而很难提高，　路的延长和电压等级的升高，大电网需要保护进一步　动作速度也不够快，为了进一步提高动作速度，从上世　的提高动作速度，传统的基于ＲＬ模型的以故障后工频　纪６Ｏ年代，保护研究者们从研究行波保护开始，把研究　分量构成的保护原理不再适应线路保护发展的需要，　的中心转移到了故障暂态分量上，这种原理下的保护我　在这种情况下，以行波保护为主要内容的基于故障后暂　们称之为基于暂态量的单电气量保护。　态分量的暂态保护原理得到了快速的发展，其所用线路　基于工频量的单电气量保护的核心思想是忽略输电　模型也是基于分步参数的线路模型，然而，暂态保护由　线路中的暂态分量，取其工频分量（稳态分量），目前　于可靠性差而无法获得广泛的应用。这就在客观上需要　在电力系统中广泛利用故障时工频分量的变化特征构成　一种基于新线路模型的新的保护原理来解决目前的保护　继电保护装置。基于工频量的单电气量保护，对暂态分　所面临的问题。　量和由暂态分量引起的暂态超越问题，进而对继电保护　继电保护装置是通过反应被保护元件故障时电气　产生的影响问题，大都局限在提高动作门槛和使用滤波　量的变化特征构成的，按照反映电气量的不同可以把　器两种方案上，二者都有一个共同的特点——忽略暂态　输电线路保护原理划分为两大类：　（１）反应输电线路　分量，同样无法进一步提高动作速度。　稳态电气量或者暂态电气量变化特征的保护原理——　基于暂态量的单电气量保护的核心思想是利用　单电气量保护原理；　（２）同时反应输电线路稳态电气　故障后产生的暂态分量，根据其特性构成动作保护判　量和暂态电气量的保护原理——全电气量保护原理。　据。这种基于暂态量的保护以行波保护的研究为主。　量保护（传统保护）　实际上，故障暂态分量中所包含的故障信息远比工频　电气量　分量多得多，不仅包括衰减的直流分量和倍频分量，　量保护（行波保护）　输电线路保护　还包括其它高频暂态分量，以及故障点所产生的电　电气量保护　压、电流行波在经过母线、故障点等不同波阻抗点时　二、基于单电气量保护原理及存在的问题　会产生行波的透、反射。利用故障暂态分量的变化特　自从１９０１年第一台基于过电流的电磁式继电器应　征，构成一种能可靠区分被保护的线路内部任意点故　用于电力系统继电保护以来，至今已有一百多年的历　障的继电保护，其动作速度远远高于基于工频量原理　史，一直到上世纪６０年代，保护研究者们把精力集中在　的保护。然而，目前国内外所投运的行波保护普遍存　在着可靠性不高的问题。　２０１　１　０８◇中溺高新技术企＿监８７　三、基于全电气量保护新原理　（一）全电气量保护新原理的出现　传统的线路距离保护时域微分方程为：　（ｆ）：“，（ｆ）＋Ｒ　Ｏ）＋厶　ａｉ￣ｔ）ａ　此线路微分方程不仅满足周期的工频分量，而且　还满足故障后产生的衰减直流分量和倍频分量。因为　故障后产生的衰减直流分量和倍频分量也属于暂态分　，凶此传统的距离保护时域微分方程算法也隐含着　全电气量的思想。　２００５年我国学者在对传统的距离保护算法进行改　进时，首次明确提出了全电气量的思想，并首先应用　于改进的距离保护相量比较式新算法，这个新算法是　先定义一个小矢量的概念，再建立一个满足线路保护　的小欠量方程，此方程包含衰减直流分量和稳态谐波　分量，且动作时间最快可以在５ｍｓ以内（包括装置的继　电器出口时间），线路模型在一定程度上具有自适应　性，这一原理目前正应用于开发的实际装置。然而其　原理算法基于简单的ＲＬ线路模型，满足的暂态分量也　仪局限于衰减的直流分量和倍频分量，而暂态分量中　ｎ勺其他高频分量仍然无法满足保护判据。　（二）全电气量保护新原理的核心内容　基＝　全电气量保护原理是一种新型的保护原理，　科Ｉ单电气量保护原理相比，它包括以下三个方面的核　心内容：　１．对输电线路时频分析，重新建立一套新的频率　相关模型。通过对故障后电气量特征的分析，发现随　着输电线路的延长和电压等级的升高，故障后的暂态　分量越明显，输电线路模型越接近实际线路，故障特　征的分析就越准确，目前的保护不适合超长线路的原　因是基于简单的ＲＬＣ线路模型。基于全电气量保护新原　理首先应建立一个频率相关的分布参数线路模型。　２．保护基于的线路模型应该是时变的。由于保护　装置对故障电气量的处理是实时的，这导致在故障后　的初期，各种频率的分量都存在，由于不同频率的暂　态分量衰减时间不同，频率越高，衰减越快，随着时　间的推移，暂态分量依次从高频到低频衰减至零。因　此在不同的时刻，必须采用不同的线路模型，直到所　有的暂态分量衰减完毕后。　３．线路模型应具有白适应性。因为保护装置在　处理故障信号时，总是在一个时间窗口内进行的。由　于信号处理的实时性，其有效的时间窗（只包含故障　后的电气量）也应该是时变的，有效时间窗的宽度是　从一个采样点（或几个采样点的短窗）逐渐变宽直到　一个工频周期。在不同的时间窗的宽度下，不同频率　信号的分辨率是不同的，当时间窗的宽度小于某种频　率信号的一个周期时，这个频率的信号是没有分辨率　的，同时，时间窗宽度的增加，高频信号的分辨率逐　渐下降。因此白适应的线路模型是反应全电气量的快　速可靠的新型保护原理的理论基础。　四、未来展望　目前的保护都是利用工频分量，基于简单的ＲＬ　模型，因为目前的保护大都属于传统意义上的保护，　只是利用故障后的工频分量。故障引起的暂态量通常　作为噪声被滤除，这不仅增加了保护的响应时间，而　且滤波的效果也极为有限，无法进一步提高其动作速　度。为了提高保护动作速度，又不得不利用故障后的　暂态分量，为了彻底消除暂态分量的不利影响，也只　有将其利用，这样不仅能够消除暂态量的不利影响，　而且能够最大可能的提高保护的动作速度。　将线路故障后的暂态模型和稳态模型进行有机的　统一，将故障后产生的暂态分量作为有用的信息和稳　态工频量一起加以处理，建立起反映全电气量的保护　新判据。目前我国学者已经建立起基于ＲＬ模型的反映　全电气量的新判据，基于分步参数模型的新判据正在　进一步研究中，未来参数模型还将具有时变性和自适　应性。总之，反映全电气量保护的新原理将成为输电　线路继电保护发展的一个方向。ｏ　参考文献　…张保会．电网继电保护与实时安全性控制面临的问题与　需要开展的研究ＵＪ．电力自动化设备，２００４，２４（７）．　【２】张保会．加强继电保护与紧急控制系统的研究提高互联　电网安全防御能力　．中国电机工程学报，２００４，２４（７ｌ　（责任编辑：刘晶）