（电力系统及其自动化专业论文）cvt暂态对方向保护影响的研究.pdf

浙江人学礤士毕业论文 l 谍题的意义 绪论 电力系统中，电压的测黧是不可缺少的基本参数测景。电压互感器按工作原 理可以分为电磁式程蠢容式耨大类。最翠l l o 2 2 0 k v 等级豹发电厂舞压站和降 压变电站的母线，多采用电磁式电压互感嚣( 筒称t v ) 作为测量奄压和功率的设 鍪，但电磁式电压互感器存在先天缺陷，船容易与线路分布电容产生铁磁谐振、 只髓够作测纛电压、功率和发电保护等，虽然经过多次改型，但是枣数仍未杜绝。 而且随着电力系统输电电压的提高，t v 体积越来越大，成本也越来越离，因此 需要寻求其他型式的电压互感器来满足电力系统目益发展的要求。就是在这样的 要求下，电察式毫联互感器( e a p a c t o rv o l t a g et r a n s f o 瑚e r 麓称c v t ) 在上 世纪五十年代被研究开发出来了，它建立予原有电容套管电压掬取装嚣的基础 上，可供l l o k v 及以上等级中性点直接接地系统亳殛测量、高频通讯和继电保 护使用，发展至今已经有五十多的历史，在电力系统中广泛应用予发毫厂升挺站 和降压变电站的母线上。c v t 与t v 栩比较，其有体积小，重量轻，维护工作量 少，电场强度裕度大，绝缘可靠性高，鼠分压电容可兼作耦合电容器供高频载波 通遂使藤，不会与开关端疆魄客形成铁磁谐振、价格便宜等优点。 据调查，在国孙，7 2 ，5 x v 以上豹电压等级的电压互感器几乎全酃采用c v t ， 已有较长的运行经验。赢在国内，c v t 擞然还没有完全普及，但隧羞国产c v t 技术性能的改进，c v t 应闵也越来越广泛。2 2 e k v 及以上电压等级的c v 彳稚造 价比电磁式低，且具有绝缘冲击强度离等优点，在国内此类电压等级的电力系统 申，c v t 已逐步代替t v 。对于1 1 0 2 2 0 k v 的c v t ，过去多用于般线上作为并 列监视用，通过长麓的考验，其运行较稳定，从攀故统计看，其事敞概率远小于 1 v ，且事教原因大都怒制造虞量或维护不当等人为霸索造成的。溷越，在我国 ll o k v 及以上的发电，一开压站和变电站母线以及出线上均将逐步采用c v 善“。”。 但c v t 壤存在暂态牲熊较差豹缺陷。由于e v 王由电容、电感储能元件缀绒， 当电力系统发生故障时，e v t 一次侧电盛发生突变，反映到c v t 二次侧输出的 电匿要经过收鲜保琫vt一次侧电盛发生突变，反映 到cvt二次侧输出的电匿要经过一个比较长的暂态过程才能褥到真壤，这一道程 浙江人学硕士毕业论文 综上所述，通过对c v t 的暂态过程的定性分拼，褥出定量的规律，并相应 提高解决问题的方案是一件非常有价值的工作，对电力系统安全稳定运行意义重 大。 2a 腰暂态影响下继电保护存在的问题 根据i e c 的耜关娥定，在一次瑞予与接地端之间的电源短路，电容式电压互 感器的二次输出电压随即出现衰减，其电压衰减到短路前的电压峰值的1 0 所 需的时间应小于额定频率的1 个周期( 我国5 0h z 系统，为2 0m s ) 。c v t 的过渡 过程性能较普通的嘏磁型电压互感器差，因为电容和电感中所储存的电磁能量不 能突变，所以当一次电压突然变位时，二次端输如电压不能随之线性变化，丽需 经过一个振荡过程才昭迭翔稳定状态。根据毫磐式电压互感器豹一般参数，振荡 过程的频率远低于系统频率，衰减过程也比较长。另外，在使用c v t 时，冀二 次侧电压经过全波( 或者半波) 傅立叶算法后，计算出的电压有效值并不魁单调 下降到稳定值，而是存在一个波动的过程，在某段时间内比稳定故障电压逐要低， 势必给快速继电保护的动作行为带来影响，特别是对装在短线路上同时电源短路 枣量又相对较小( 电源阻抗比很大) 的距离保护第一段，影响极为严重。这是因为 在线路末端短路对，装设距离保护的母线逛压极低，于是暂态二次电压附麓分量 起了决定性的作露，这就不可避免地引起距离保护瞬时第一段的不正确动作。隧 样，也可能在母线娥路故障时失去方向性。除此之外，对于其他保护如何昵? 例 如本文所重点探讨的方向保护来说，c v t 暂态是否会产生影响，会产生多大的 影响，进而是否会影响保护的可靠性，都存在很大的疑问。由此可见，研究c v t 的暂态特性，找出箕变化规律，对于保证系统的安垒可靠运行是非常熏要的“。“。 3 本论文主要的工作 本论文主要完成r 以下工作： 浙江 学碾l 毕业沦文 1 、利用理论计算推导，分析c v t 暂态特性，以及其暂态特性对微机保护算 法，主要是傅氏算法的影响。 2 、理论分析了c v t 对距离保护，方向保护的影响，得出了很多有用的结论， 并利用e m t p 和m a t l a b 等工具，重点对前人_ 术给予足够重视的零、负序方向保 护进行大量仿真试验，加眦验证。 3 、在上述仿真试验基础上提出了零、负序方向保护相配合消除c v t 暂态噪 声影响的方向保护新方案，最后通过大量仿真测试验证。 浙江大学硕士毕业论文 第一章c v t 模型及其暂态噪声分析 1 1c v t 模型和参数 1 1 i c v t 的发展历史及现状 电压互感器按照其变换原理来分，可以分为电容式电压互感器f c v t 痢电磁 式电压互感器( t v ) 两大类。与唧相比，c v t 具有体积小，重量轻，维护工作鐾 少，电场强度裕度大，绝缘可靠憔高、且分压电容可兼作耦台电容器供赢颓载波 通道使用、不会与开关端阴电容形成铁磁谐振、价格便宜等优点。 c v t 早在二卜世纪五十年代就己研制开发成功，在国外已经过半个多世纪的 发展实践历史，在7 2 5 8 0 0 k v 电力系统中褥到普遍疲用。鏊产c v t 囱予起步晚， 在自行设计及应粥能力方两仍较国外有较大差距，僵自从第一台c v t 于1 9 6 4 年 在西安电力电昝器厂诞生以来，也积累了三十多年黔制造和运行经验，尤其是迓 几年，匡产c v t 在准确度及输出容量的掇高以及成功姥采嗣速饱和电抗型阻愿 器使铁磁谐振阻尼特性和瞬变响应特性明艘改善等方面有了突破性进展。在电力 系统中的实践表明：国产c v t 已达到或越过电磁式电压互感器( t 、，1 的各项性能 指标“。 “九五”以来，国产c v t 逐步取代1 l v 趋势不可逆，产品所涉及电压范围融 覆盖3 5 5 0 0 k v 。在t1 0 2 2 0 k v ，c v t 占绝对优势，不仅在新站援划建造中优宠 选用，在老站的熬改过程中也往往用c v 下取代t v ，而3 3 0 - - - 5 0 0 k v 等级全部选 用了c v t 。另外强前在中压系统( 1 1 0 k v 、3 5 k v ) 中，c v t 价格不占优势，织 考虑到其不与系统发生铁磁谐振的优点，不少电站也选用了c v t “1 ”。 夔着科技的进步，必然会出现新一代熏先避更安全可靠的毫压互感器，光电 压传感器就是其中之一。光电压传感器熬于下述两个基本物理特性： 1 ) 存在予熬体中豹光健辕特性受电场作掰的电光效应或普克颓效应。 2 ) 电流方向t 的电压降原理。 其主要工作过程是，单色光通过电予元件制作的发光二极管发射，通过光缆 传输到由普毙斯灵敏元件制成的探测器，褥通过偏振捡测系统，将被次电压条 9 浙江大学硕上毕业论文 之后的犏搬光转换为光强壤信号；再通过光缆返回到电子部件，转挟成电信号； 通过模，数转换，并通过遥信接口和数，摸转援成为低电雁信号。 目前，光电传感器尚在研制和工业试验中。鞠外己在1 2 3 k v 、1 7 0 k v 、3 4 5 k v 、 4 2 0 k v 和5 2 5 k v 系统中进行了大范围的工地试验，具有一定的运行经验，我国 也在1 0 k v 、1 1 0 k v 、2 2 0 k v 和5 0 0 k v 等电力系统中进行了实验，已解决与测量 设备兼容等关键技术闷题，有关其国标标准也已颁布实施，有着良好的发艘前景。 除了光电抟感器之外，还存在多种耨型性能整好的传感器，如分压式俦感器等。 1 1 2c - ”v t 的组成及类型简介 图11c v t 的原理接线鎏 图1 2 阻尼器 谐 振 型 铁 磁 抑 制 强 路 速饱和阻尼 器伏安特性 c v t 主要包括分压电容、补偿电抗器、中间变压器，阻尼器及负荷。如图 1 1 所示。 速饱和电抗型 一 rifjfjr、。 浙江大学硕+ 毕业论文 c v t 实际上主要是一个电容分压器，图1 一l 中c 为高压电容器，c ，为中压 电容器。电容器分压器的电压比为电容的容抗之比，即： k ：旦 c l + c 2 由于电客的容抗很大，在分压电容上的输出电压随着负荷的变化而变化，给 分压器带来很大的误差，这样的话电容分压器只能空载运行，作为电压比例标准， 而不能带负荷，作电压互感器使用。为了使电容分压器能带负荷，必须在分压回 路中串联一个补偿电抗器，调节使其感抗与容抗大小相等，与分压电容器发生工 频串联谐振，就可以补偿电容的容抗。另外，必须提高分压器的输出电压，降低 负荷导纳的折算值，需要通过一个电磁式电压互感器降压。于是电容分压器的一 次电压u ，经过电容分压器分压为中压u 。，再通过电磁式电压互感器降压为以， 供保护和测量仪器使用。补偿电抗器和电磁式电压互感器合称为电磁单元。 任何电容器和带铁心的电抗器所组成的系统，都可能产生铁磁谐振。电容式 电压互感器当一次侧突然合闸，或者二次侧短路又突然断开时，也可能产生铁磁 谐振。这时，在过渡过程中产生的过电压的作用下，电磁式电压互感器的铁心磁 11 密饱和，激磁电感下降，回路固有频率将上升到额定频率的= 1 、j 1 、，从而 j) 1 产生某一分次谐波振荡；常见的是 谐波振荡。假如回路中不存在阻尼，或阻尼 j 参数不当。由于电源不断地供给能量，分数次铁磁谐振就会持续下去，铁磁谐振 在中间电压回路会产生大电流和过电压，其过电压幅值可达2 3 倍额定电压，将 危害互感器的绝缘，并且引起二次侧继电保护的误动作。因此c v t 在制造时，必 须设置阻尼装置，以抑制铁磁谐振，否则不能投入运行。阻尼装置主要由电阻r 。 和其他元件组成，接在电磁式电压互感器的附加线圈上。过去电阻阻尼器多采用 固定接入，长期消耗电能，又影响互感器的准确度，且与互感器分开安装，给制 造和运行都带来不便，已逐步被淘汰。如电阻阻尼器是由电子开关线路在产生铁 磁谐振瞬间接通的，则可避免上述缺点。 c v t 根据阻尼器的不同进行分类，主要包括固定接入电阻型、电子型、谐振 型和速饱和型。下面对其性能优劣分别讨论。 1 、纯电阻阻尼器在剩余电压绕组的输出端长期接入固定电阻，这种阻尼装 浙江大学碗士毕业论文 景结构简单，过去老式斟t 使用较多。其缺点是功率消耗较大，影响测量准确液 和二次输出容量。目前已基本逐步淘汰。 2 、电予垄隘尼器躲强l 2 。当出现遗电压时，开关l 瓦，所以电压过零瞬间 短路掰引起的暂态过程最长，对继电保护的影响最大。当研究分柝电容式电压互 感器暂态过程对继电傈护的影晌时，只需考虑电箧过零瞬闻短路这种最严重情 况。 3 、等值电容的影响 如果加大c i 和c ：的电容鬣，则等值电容的容抗减小( 此时电抗相应减小) 。 假设c v t 二次负载不变，则等值邀路中的电流不变，因此酢减小，致使短路后 暂态过程中自垂分量的幅傻相疲减小。但由于c 增大蔗，时闻常数= 矗c 亦增 大，所以暂态过程相应加长。图1 9 示出了短路后c v t 等值电容c 在不同数值 时的暂态过程，尽管均在电雁为零时短路，但二次电压“：( 对应较大c 值) 比甜： ( 对应较小c 值) 衰减时间长，不过的”；峰值比“：小一些。 渐秘：大学硕士毕业论文 狳了上述六个因素外，中闻蠢瑶互感器戆励磁特性帮钦磁谐振攘剖图路豹型 式都对c v t 暂态响应特性有所影响，在设计和制造这些设备时应该引起注意。 对电力系统工作者来说，应特别注意二次负载数值和功率阑数的大小，以及负载 的连接方式，假如上述各种不利因素接踵而来，则将给电容式电压互感器的暂态 响应特性造成恶劣影响。 由于c v t 的这种錾态特性，可能会使距离保护发生误动作。正方囊短路时， 卣于c v t 的暂态响应特性，可能使得测量阻抗小于保护安装处到故障处豹实际阻 抗当在保护范围末端( 区外) 发生短路时，由于上述原因，可能使距离保护发生 暂态超越而误动作，特别是在短线路输电系统中更容易发生。本文将在后续章节 详细加以分析。 1 2 2c 、，t 的误差以及频率、溢度对误差的影响 电容式电压互感器的误差由空载误差；。、负荷误蓑；。，误差补偿值；。以 及阻尼器负载电阻误差；。等几部分组成n 。“，即 趔+ ；。 式中；。电容分压器的误差： _ 、吒，中压回路中的电阻和艨抗 j 。互感器的空载激磁电流。 式中，折算至中压问路的负载电流 ( 1 2 1 ) ( 1 2 2 ) r 、也中压回路中电阻、感抗和互感器二次折算电阻、感抗之和。 警 = 、跏 浙江大学硕十毕业论文 1 3c v t 故障的噪声分析 上一节分析了c v t 暂态过程及其影响因素，下面将结合公式推导进一步对 其特性加以剖析。 1 3 1c v t 的暂态噪声 根据前述分析，由于c v t 存在多个储能元件，一次电压发生突变情况下， 会产生一个比较长的暂态过程，为研究c v t 对保护的影响，首先要了解其暂态 过程。设c v t 一次和二次电压分别为 和“：，相应的拉普拉斯变换为【，( s ) 和 ( s ) ，“为电压故障分量，则发生故障时的二次电压为“1 “2 = “+ l 1 ( ( ( s ) 一i ) a u ( s ) )( 1 - 3 1 ) 其中h ( s ) 为c v t 的传递函数，为上1 ( ) 为拉普拉斯反变换符号，a u ( s ) 则为 “的拉氏变换。显然，c v t 的暂态测量误差为 = “2 一”= 三。1 ( ( h ( s ) 一o a u ( s ) ) ( 1 3 _ 2 ) s 为c v t 的暂态噪声。为了进一步分析s ，参考文献啪得到 a u = 一a u s i n ( m t + 痧)( 1 - 3 3 ) 九是故障前后电压相位的变化，在金属性故障时就等于故障角，经过渡电 阻故障时则与故障角不相等。 将式( 1 3 3 ) 进行拉普拉斯变换后代入式( 1 3 1 ) ，得 s = a u a ( 1 - 3 - 4 ) 其中 a ：l - ，( 0 - h ( s ”型2 竺! 掣) ( 1 - 3 5 ) s + 一 显然，从上式可以看出c v t 的暂态噪声占与电压的故障分量a u 成正比关 系，而对于某个具体的故障a u 是个常数，我们可以认为口的波形与占相似，研 究口，就是研究暂态噪声。同时，由于故障暂态过程结束后暂态误差s = 0 ， 因此口是一个逐渐衰减到零的量，可以称之为衰减因子。观察1 3 5 式，d 不但 c w 输出随各参效变化的趋势匿 逸 燮鬟戮 霉醛 谥“ 糯霪 恫 臣 錾蓦翁 腱 萋 豢参 啉篓 一馨 嚣i 粪攀琴 姨鏊 i 霸 鎏 雾 犁1 - 1 0c v t 舔囊襟凌痛僻墒澜萤芦甄 曼露剿霪螺蹩孽翥强鹁i 塞鞲缮簌菊葑碉堡薪：舀濑零岸睛鞲乡莉假设篆哇 薷燃；掣滢理二巍者翼跫括鞴瞄鞯z 凉雠；丽轼目争排嗣踊嚣 i j 简祥f 扩荸瑟嚷 型晦感基孽型曼辔镉竺= 茏蠹饿耄蠹至积弱警基霸我蝉丝与z o ，阻抗角相等，继电器中模拟阻抗z o ，的阻抗角也分别按此模 拟，则对正方向故障引用式( 23 2 ) 可得 卅，g ( 旦 ) ：4 曙( 一孕)：1 8 0 。 ( 2 3 - 4 ) z brio l 。 对反向故障引用式( 2 3 3 ) 可得 馏( 擘)：一r g ( 孕) _ o o ( 2 _ 3 - 5 ) z a r j o l o 可见继电器的 浙扛大学顾士毕业论文 第二章c v t 暂态对保护的影响研究 2 1c v t 噪声对傅氏算法微机保护的影响 2 。1 1 傅氏算法基本形式 傅氏算法其实就憝傅氏级数的蔡波分量的系数。当然对于离散系统，也面】以 看成楚嵩教傅氏交换。霹于周期溺数，可以展开成售氏级数。设舞期为f ， 甜：2 ：丝。傅氏级数为 l “( f ) = 融e o s 印积) + 口。盎( 聍积强 ( 2 _ l 一1 ) = 吾r “( r ) s i n 铆耐) 田，以= 吾f “( f ) c 。s 即甜) 曲 ( 2 _ l - 2 ) 6 0 为意漉分量弱大小( 无意义) ，壤，魂为纂波分量的正、余弦摆的振柩； 口。，6 。， = 2 ，3 ，为各次谐波分量的正、余弦相的振幅。 若要从输入量中求出基波分量，设基波分量可以表示成 “：撕s i n ( 删+ 咖= 厨s ( 妒) s i n ( 耐) + 厨s i n ( 彩c o 耐) = 勿cs i n ( 耐) + _ u sc o s ( 耐) 一般相量的表示式为 驴：顿抚聃埘 在参考时间f - o 处，驴：孤，r = 至u 。+ ，孤。 阂此，有 吣击2 去扣n 面5 击e 槭n c 删 玑= 击= 去卜c o 破 吣去胁哪坤玲矗扣s c 一沼；。， 8 - u c 州s = 最t 杖洲 浙江大学硬士毕业论文 设“= 西s 协( 耐+ 妒) ，月计算结果为疗= 沈” 1 、矩形积分离散化公式( 口。等) 设b 为采样周期，为每周波的采样点数。 = 吾。击= 毛= 吾。耐= 窳嚣= 蠡护 = 志。妾。s ；n c t 既虬= 志。妾，嘶c o 枷， c ：一t 4 ， 2 、梯形积分离散化公式 = 志，黑：删n ) ，= 志【时“。黑：s ( 】( 2 _ ”) 3 、半波傅氏算法的矩形积分离散佬公式 。志。薹+ 。侧肛南。喜+ 。岬删， ( 2 - “) 4 、半波傅氏算法的梯形积分离散化公式 。志。姜：倒怫。彘时“。蔓：炉啪翱( 2 - 1 _ 7 ) 2 1 2 傅氏算法的其它形式 l 、递推傅氏算法 连续信号公式 ) = 箍聃枷埘烈 令f = 五一f 蛳) = 筹挑忡”协 计算结果：d ( ，) = 沈9 离散化公式 ( 2 1 。8 ) ( 2 * 1 9 ) 浙江大学硕上毕业论文 劂t 咀舭舻等一o 飞t + 2 n c 叩圳e 刊枞 = 等少弋竺 e 删砒 = 等皇e 一；一j d d + j q + ，一+ 。1 一e 一；一j d j “ 一j q ) d 咒 2 科毒 1 一j 一一一j q 1 一j c o 一一一，q 3 、暂态噪声下离散傅氏算法基波误差 ( 2 1 1 8 ) 对式2 - 1 - 2 进行离散化， 殳每刷米样n 点，则弟k 次米样时，电挑基波分量 的全波傅氏余弦系数和正弦系数分别为： 万2p n ( k - n + m ) c o s ( 等 ( 2 - 1 _ 1 9 ) 吣专耋u c k - n + m 柚c 等( 2 - 1 - 2 0 ) 下面考虑由于c v t 暂态残压所造成的基波幅值的附加误差。 仿真结果表明，在稳态情况下一二次侧电压全波傅氏算法的基波幅值误差 可咀认为是零。假设t = 0 时c v t 出口处发牛故障，一次侧电压为零，c v t 暂态噪 声严重，由式2 1 1 9 可以看出，所造成的傅氏余弦和正弦分量的误差分别为“” a 、当k n 时， 啦( 耻专耋m ) c o s 【等( n - k + m ) ( 2 _ 1 - 2 1 ) 啦( 耻熹耋m ) s i n 百2 7 ( 一k 训】 浙江大学硕士毕业论文 继电器的动作显著延缓”1 。 另外，根据前文，考虑到c v t 对距离保护算法( 傅氏算法) 的影响，包括c v t 中各参数变化对计算结果的影响，将导致基波电压幅值误差较大( 最大时超过 1 0 ) 。而在超高压输电网中投入串补电容后更加剧了c v t 的暂态特性，进一步增 大傅氏算法中基波分量的幅值计算误差“1 。 后面将具体阐述。 2 2 2 微机距离保护系统及保护算法 微机保护采用的都是数字继电器。数字继电器的实现都是一些算法问题。在 传统的保护，如集成电路保护中，是设计1 个电子线路以完成继电器的动作判据 所要求的动作，在那里继电器是由硬件实现的。在微机保护中，继电器是由软件 实现的，在解决了算法问题之后，只要列出继电器动作判据的数学表达式，按算 法编写程序就实现了继电器的功能。1 套复杂的保护要用很多的继电器来构成， 在微机保护中则是在程序中用了很多判别式，每一个判别式实现一种功能，相当 于模拟式保护中的一个元件。 微机保护通过数据采集单元得到的输入电流和电压是离散的数字量序列。为 了进行计算，必须知道输入交流量的数学表达式。以电压为例，就是要得到下列 任何一种正弦量的表达式。 “( f ) = u 。s i n ( 耐+ 妒) u = u o u = u ：+ j u ； 为 x 浙 t 大学硕十毕业论空 现计算帆保护时要谣临瓶个荤要问题，即计算速度问题和计算精度问题，丽邑这 两者常常是矛霜的。嫒常用的搏立时算法霄镁滏的滤除谐波分量的能力，但算法 本身不能滤除衰减的鞲流分蕈。傅立叶算法按数据窗的氏度分全周和半周算法。 全周傅市叶算法能滤除所有的奇偶次惜波，但对非周期分量较敏威。半周傅氏算 法不能消除偶次谐波和肖流分量。 例如，全波傅氏算法是建立一个傅立叶数字滤波系统，滤取电流、电压中的 基波分量，以输入电压讯号为例，设电压为： ，= ( ，。+ “。c o m mf + ，) = u o + f ，c o s ( m m ，)s i n ( 州珊f ) u = ；7 沁榭 也= 手m c o s 一 离散化后如式2 】。1 9 ，2 1 2 0 。得电压基波分量写成复数形式为 u = 击( u + 以) 固理可得到电流基波分量鲍复数形式： 1 1 1 2 素1 c + j js 1 则测量阻抗、电阻、电抗分别为： z = 等= 击( 峻+ 姒) ，击( 蹦 l j ! ： ， ” 厶2( 一一州一 胙 工 浙江大学硕j j 毕业论文 2 - 2 3c v t 对距离保护影响理论分析 在电源阻抗和线路阻抗之比( 简称s i r ) 较小的系统中，线路保护范围末端 发生短路时，母线电压下降不大，c v t 二次电压中暂态分量比较小，基频分量大， 距离保护几乎不受影响“1 ：但在s i r 大的系统中，线路保护范围末端发生短路时， 由于母线电压下降很大，c v t 二次电压中暂态分量比较大，导致计算所得的阻抗 值可能小于保护整定值，距离保护将会误动作。 通常距离保护出现误动作是由于以下三种情况：( 1 ) 电压计算的误差：( 2 ) 电流计算的误差：( 3 ) 前两个因素的综合作用。 为重点分析c v t 的影响，本文只考虑电压计算的误差，即假设电流测量是准 确的。 l 、阻抗元件 对于姆欧继电器，很明显在线路末端时，有可能超越。另外当出口反向故障 时也可能误动，必须始终加装安全的方向元件。因为既然是出口故障，残压真值 已经很小，很有可能在c v t 暂态的影响下变换符号，因此必须始终投入正确的 方向元件。 2 、四边形继电器 许继产品 w x h 8 0 3 】中用到的带偏移特性的四边形阻抗继电器，落入小矩形 内使用方向继电器进行判断，但其使用的方向线是零序方向继电器，下面研究表 明，c v t 暂态某些特定系统时能够使零序方向误判，因此是不可靠的。p s l 中 使用正序电压，三相电压都低时使用记忆电压，因此不会有问题。但用正序电压 极化时，可能存在问题，但问题也应不会太大，因为正序电压引入了健全相电压， 而健全相残压较高，也就较为准确。如果四边形继电器中采用的是突变量方向元 件，下面的研究表明，其不受c v t 暂态的影响。 需要注意的是，对于偏移特性的四边形继电器，当区内出口故障时，由于 c v t 暂态的影响，有可能使测量阻抗跳出小矩形外，也不在四边形内，而是在 第2 ，3 ，4 象限的某个地方，此时方向元件并不会动作，有可能使保护拒动，但 如果始终投入正确的方向元件，而不是等落到小矩形内再投，就能将这个问题解 决。 1 ) 当选相元件选为单相接地故障时，往往采用零序电抗继电器，而零序电 浙江大学硕士毕业论文 抗继电器中采用的是补偿电压： = 一z r ( + 材0 ) ( 2 - 2 - 2 ) 由于补偿电压反应了整定点的电压，当在邻线出口故障时，补偿电压很可能 会很低，而 q ( 2 ) = u ，一乙( + ) + 丛u ( 2 2 3 ) 其中眈( ：) 为暂态情况下计算出的补偿电压，施口为暂态误差。 对于s i r 较小的系统，当近端出口故障时，补偿点电压绝对值很大，远大于 额定值，由于s l r 较小，保护安装处u 小于额定电压，如u 就更小，因此可认 为此时电抗继电器能准确动作，当线路末端或邻线出口故障时，虽然u 很小， 以u 也就更小，但此时补偿点的电压也很小，因此还是有可能发生超越。 对于s i r 较大的系统，c v t 暂态影响就更大，因为无论在出口还是末端发 生故障，保护处残压都很小，u 很大，砖u 也就很可能与残压的大小相比拟， 区内故障时可能拒动，区外故障时可能误动。 2 ) 故障分量阻抗继电器反映了补偿点电压的故障分量，即 ) = ( u z y ，) + 以u = u + 丛u ( 2 2 4 ) 其判据为： i ，i i ， ( 2 2 5 ) 其中，口为保护安装处的故障电压，d j ：、为c v t 暂态中的补偿点电压故 障分量，互为线路整定阻抗，吼、为补偿点故障前的值。 同1 ) 中分析，对于s i r 较小的线路，当线路近端出口发生故障时，u 很 大，远大于额定值，而u 小于额定电压，占又很小，可以认为，此时故障分量 阻抗继电器仍然能快速准确的动作。当线路末端或邻线出口故障时，c ，接近于 额定值，而此时保护安装处由于s i r 较小而残压较高，u 也就较小，丛d 就更 小，可认为此时c v t 暂态对故障分量阻抗继电器的影响较小。 对于s i r 较大的系统，线路本身很短，此时故障分量阻抗继电器已经没有保 护范围。 浙江大学硕上毕业论文 电抗继电器和故障分量阻抗继电器在s l r 较高时都可能有问题，s i r 较小系统 都无太大问题。区肉出口时应始终投入方向元件，黻傈证不因c v t 暂态丽拒动。 如果不投会影响保护的动作时间，但不会影响选择性。总体上，三搬短路按地各 相都掉电压，以正序为极化的继电器影响最严熏。 本节介绍了距离保护的原理以及算法，并结合实际装置，重点分析了在使用 c v t 作为电压测量元件对，备类鞭离保护继魄辩可能误动的情况及相应改善播 施。 2 3 c v t 对方向保护的影响 目前在高压及超离压电力系统中，考虑到经济及技术的原因，国内外广泛采 用电容式电压互感器( c a p a c i t o rv o l t a g et r a n s f o 删c r 以下箍称c v t ) 为继电保 护提供电压溅量信号。c v t 暂态过程会引起罐离保护瓣超越是毋庸置疑貔，对 此问题国内外已经瓞开了大量的研究，但对于方向保护，由于其动作特性的裕度 大，通常认为c v t 的暂态过程不会引起方向的误判，笔者也未见这方面的研究 报道。本节就c v t 暂态过程对方向保护的影响进行了详细分析，特别针对零、 负序方向保护，仔细研究了c v t 暂态下的二次零序电压和负序电压，发现在零 序( 负序) 电压很小时，零序( 负序) 电压的相位误蔫很大，有可能弓i 起零序( 负序) 方向元件的瀑判，应当孳l 起重视。 2 3 1 方向保护算法 方向保护以其快速性在高压线路继电保护中得到了广泛的应用，是保障电力 系统安全可靠运行夔装的一环。下丽以零序方囱保护为例简要介绍了其动作判 据，动终特性及傈护算法。 l 、零序方向保护的判据及其动作特性。 零序功率方向继电器的动作条件是 9 0 。 爿r g ( 娑) 2 7 0 。 ( 2 每1 ) z o ，lo 浙江大学硕士毕业论文 明确地判叛方囱。其动作特性如下所示： j x 动作区 影 一、 孔 菲动作区 r 图2 - 2 零序功率继电器动作特性 2 、方向保护基本算法赫奔 方向傈护算法主要是透过对电压基频分量移电流基频分量，模拟疆抗进行毙 相，得到方向继电器相角，即0 = a r g ( 旦) 。为相除暂态过程中的非周期分量 z n ? lq 和高次谐波分量，计算电流相量时采用了带蔗分的傅氏，相应地，电压用两点平 均的方法，使得与电流的相位相适应。离散化后的公式如下： 1 ) 带差分的全波傅氏算法 磊1。娶吨，)eos(ko),ls。磊1nsin(兰-n s i n ( 三。譬”b 瑚露圆 1 ；一+ 11 一+ 1 2 ) 带差分的半波傅氏算法 t 3 码1 鹭o - i 一_ , ) c o s 烀郦1 ；争吨渗i n ( 3 ) 两点平均的全波傅氏算法 u c = 上百( + “k - i ) s i n ( k 0 ) ，虬= 百( 酢+ u k 1 ) c o s ( k o ) n c o s ( 兰- ) = 一+ 4n e o s ( 兰、2 一+ 1 4 ) 两点平均的半波傅氏尊法 浙江大学硕士毕业论文 q 。碣i 毒碣1 毒。c o s ， 其中口= 可2 7 ，n 为每周波采样点数。下一章的仿真将运用到上述算法。 2 3 2 零序负序) 电压的暂态误差 由于c v t 存在多个电感、电容等储熊元件，当次系统发生故障时，这些 储能元件存在暂态过程，使得二次电压不能迅速匪踪上一次电压，从而产生暂态 误差。设“、“分别为一次电压和二次测量电压，将它们都归算到一次侧，c v t 的暂态误差为 e = ”一甜( 2 3 6 ) 经过傅氏算法提取摇登，掇撂叠艇驭理，不难得稚量误差妻= 驴7 一移。其中驴 和驴分别是“和“缀过全波傅氏或半波傅氏算法计算后的相量。令f ：卧 川 妒= a r g ( e ) 。显然占，妒分别是c v t 引起的幅缎相对误差和相位误差。由文献 知，c , e p 的大小与与测羹电压的残压u 成反托。教障点葛测量点越近，u 越小， 占，妒越大；反之，占，妒越小。对于距离保护，若线路较长，正自区步 赦障时，“ 残压很高，测量误麓很小，保护不会超越，所以只有在短线路中才会出现超越的 问题。至于出口附近故障的方向判别，由于实用的距离继电器都是采用非放障相 电压或记忆电压极化，受妒的影响很小，所以不会误动。 但零痔电压和负痔电压是由三楣电压形成的，它们匏误差也是三楣电压误差 的综合。设、岛、妒2 分别为零序电压帮负痔泡压在c v t 弓l 起的幅佳误差 和相位 浙江大学硕十毕业论文 旷f 锷刊， 沼，渤 效吲尘鲁堕) 2 3 3 c v t 对方向保护的影响 1 、故障分量方囱继激器 故障分量方向继电器，以p s l 系列中的突变爨方向为例，不妨假设电流准确， 则方向阻抗继电器的超越条件为： 9 0 ： a r g 面a u 2 ) - = a r g ( 警) p d i = u 也即： ( 2 3 1 0 ) ( 2 3 1 1 ) 这是不可能的。向量览的幅值在故障后3 1m s ( 1 0 0 0 赫兹的采样频率) 达到 最大为0 0 6 8 9 ，远远小于1 “1 ，因此故障分量方向阻抗继电器应该不会误动。现 实系统中也未出现过因为c v t 暂态的此类方向继电器的误动。 2 、零序( 负序) 方向继电器 1 ) 零序方向继电器 用故障分量来分析。因为零序也等于故障分量和的l 3 。包含c v t 暂态的零 序为： 3 ? 2 _ 1 + 乞j + u ( 1 _ + 杰) + u c ( 1 + 毫) ( 2 - 3 - 1 2 ) = 3 u o 七龇，e ，+ 纠b e b + 妯：i ： 其中o o 。表示计算所得的暂态零序电压，吼则为真实零序电压。 a 、当系统发生a 相f 处短路接地故障时，设正序阻抗与负序阻抗相等， 则 一乩d 2z 1 出1 + z 2 i j + z o l 0 2 z l c l m l l f + z 2 d 2 m 1 2 f + z o c o m l o f ( 2 - 3 - 1 3 ) = ( 2 z , c i + z 乒。m ) i o f 一u b2 - a u c 2 7 2 毛q ，1 + 口。2 。2 1 , 4 1 2 f + z o c o m 0 ( 2 3 1 4 ) = ( z o c o m z l q ) i o f 其中气，z 1 ，z ：分别为电源侧的零序、正序和负序阻抗，c 1 。，c 2 。，c o 。分 别为保护安装处的正、负、零三序的电流分配系数。m 为正序故障分量，0 ， 厶，厶，则为故障点的正、负、零序电流，口= e 川”。 真实系统中系统侧正序阻抗与零序阻抗通常不相等，令五= k z o ，则 u 2 ( 2 + z o c o ”) ，0 ，i 2 + ) 0 ( 2 - 3 - 1 5 ) u b = a u c = i z i c i m 一c 0 m i ，0 f = 1 ，一c o i z 0 1 0 f ( k c l f + c o m ) z o i o ， 浙江大学硕士毕业论文 令 p = a u o ，+ ub i b + 矗uc e c 0 2 3 1 6 ) 考虑式( 2 3 1 2 ) ，仿照故障分量方向继电器的分析，若吼。反向，其必要 条件为： 3 俐 ( 2 3 1 7 ) 因为对于三相c v t ，故障角是不一样的，如果是三相金属性接地时冶好相差 1 2 0 度。但如果不是三相短路接地，而且系统中可能有过渡电阻，将使得矗，克， 之之问变得无规律，因此必须按最坏情况来考虑，注意到式( 2 - 3 - 1 5 ) ，有 3 u o = 3 c o m z o l o ， h = i 眈也+ 玩南+ 也丘 陋u + + u l 矗。( 2 k c i m + c o m + 2 1 地m c o i ) z o ，o f “( 4 k c l + 3 c o ) z o l o f ( 2 3 18 ) ( 2 3 1 9 ) 这是可能的。因为对于全波傅立叶算法，气。最大可能为0 0 7 “1 ，真实系统 中正序阻抗可能达到零序的3 倍，即式( 2 3 1 9 ) 右边的最小值为3 - 3c 。；对于 半波傅立叶算法，。最大町能达到o 2 ，这时上式右边的最小值就为c o 。，可见 此时上式是很容易成立的，此时零序方向继电器将可能误动。总的来说，由于采 用半波算法计算向量误差更大，导致方向元件误动的可能性也就更大。同时，可 以看出，零序分配系数越大，保护安装处零序电压就越高，式( 2 3 1 9 ) 成立的 可能性相对就越小，保护也就越安全。 需要注意的是，式( 2 3 1 9 ) 只是个必要条件。因为在式( 2 3 1 5 ) 中对玑 进行了放大，式( 2 3 一1 8 ) 右边也存在着放大，同时，一般不可能三相的s 同时 到达最大值且三者误差分量的相角相等，也就是说实际系统中式( 2 - 3 1 7 ) 成立 的条件更苛刻。当正序阻抗没有零序3 倍这么大时( 大多数系统都没这么大) ，