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  • 頭條輸電線路自同步電流差動保護
    2020-05-08 作者:黃家凱、高厚磊  |  來源:《電工技術(shù)學報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點實驗室的研究人員黃家凱、高厚磊,在2019年第9期《電工技術(shù)學報》上撰文指出,電流差動保護原理簡單、可靠性高,但對數(shù)據(jù)的同步性要求嚴格,同步誤差超過一定限值時會引起誤動或拒動。 針對電流差動保護常用的動作判據(jù),定性分析了其在內(nèi)、外部故障時的耐同步誤差能力;以故障發(fā)生時刻為對時基準,提出了輸電線路自同步電流差動保護方案,并對此方案的誤差來源、可行性及應(yīng)用條件等進行了詳細的分析與論證;同時,借助現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)和PSCAD仿真結(jié)果,對輸電線路中自同步電流差動保護方案的可行性進行了驗證。 理論與仿真分析表明,所述方案不依賴外部時鐘,不受通道傳輸延時和路由變化的影響,在當前技術(shù)條件下,其同步誤差在允許范圍之內(nèi),可為輸電線路電流差動保護提供一種新的實現(xiàn)方式。

    縱聯(lián)電流差動保護立足于基爾霍夫電流定律,利用線路兩端的電流相量構(gòu)成動作判據(jù),具有絕對的選擇性,已被廣泛應(yīng)用于輸電線路之中。雖然其原理簡單、性能優(yōu)越,但對數(shù)據(jù)的同步性要求嚴格。被保護線路兩端存在同步誤差時,保護的靈敏性、可靠性等均會受到影響,嚴重時甚至會導(dǎo)致保護誤動、拒動。因此,構(gòu)成差動判據(jù)前需對兩端電流相量進行同步處理。

    電流差動保護使用專用的通信通道來交換信息,并對采樣數(shù)據(jù)進行同步處理。常用的同步方法主要有基于數(shù)據(jù)通道的同步方法、主站廣播對時法和基于衛(wèi)星的同步方法等。這些方法均依賴于時鐘,同步效果易受時鐘狀態(tài)、通道工況和網(wǎng)絡(luò)連接方式等因素的影響。

    其中基于數(shù)據(jù)通道的采樣時刻調(diào)整法、采樣數(shù)據(jù)修正法以及時鐘校正法要求收發(fā)過程延時一致,難以適應(yīng)具有彈性負載、可變路由的復(fù)用通信系統(tǒng);基于衛(wèi)星的同步方法主要有基于GPS系統(tǒng)的同步方式、基于北斗系統(tǒng)的同步方式等,也可將衛(wèi)星時鐘與網(wǎng)絡(luò)時鐘相結(jié)合來進行同步,此類方案的精度高,但技術(shù)復(fù)雜且時鐘源信號易受天氣等因素影響而發(fā)生跳變,衛(wèi)星信號異常時波及范圍很廣。

    為將電流差動保護原理應(yīng)用到配電網(wǎng)中,以解決含高滲透率DG配電網(wǎng)的保護問題,文獻[11-12]依據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點提出了基于故障時刻的數(shù)據(jù)同步方案、故障時刻檢測方法及誤差分析,為實現(xiàn)配電網(wǎng)電流差動保護進行了有益的探索。

    與配電網(wǎng)線路相比,輸電線路的空間跨度大,故障信號傳播過程明顯,若想在輸電網(wǎng)中借鑒基于故障時刻的同步方案,其誤差、可行性及應(yīng)用條件等尚需進一步地討論和驗證。文獻[13-14]對超高壓輸電線路不同故障時刻的提取方法及精度等進行了研究與分析,為提高此種同步方案的可靠性提供了有力保障。

    為使輸電線路電流差動保護擺脫對同步時鐘的依賴,增強其對通道路由波動的適應(yīng)能力,提高保護的實用性和可靠性,本文將故障數(shù)據(jù)自同步方案應(yīng)用到輸電線路電流差動保護之中,并對其可行性、誤差來源和應(yīng)用條件等進行了詳細地分析與論證。故障錄波數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果均證明了所提方案的可行性,能夠為輸電線路電流差動保護提供一種新的實現(xiàn)方式。

    輸電線路自同步電流差動保護

    圖3 自同步原理

     

    輸電線路自同步電流差動保護

    圖8 仿真模型示意圖

    結(jié)論

    為擺脫電流差動保護對同步時鐘的依賴,克服通道路由波動等因素的影響,提高保護的獨立性和可靠性,本文提出了輸電線路自同步電流差動保護方案,并對其可行性進行了理論分析和仿真驗證。所得結(jié)論如下:

    1)本文方案的誤差主要來自故障信號傳播過程帶來的誤差、采樣點近似故障時刻帶來的誤差以及故障時刻檢測算法帶來的誤差,且由此產(chǎn)生的誤差在允許范圍內(nèi)。

    2)實際應(yīng)用時,為充分發(fā)揮本文方案的優(yōu)勢,降低同步誤差,建議使用較高的采樣頻率。

    3)在選擇故障時刻檢測算法時要考慮算法窗口與精度的關(guān)系,同時還要考慮與差動判據(jù)類型(相量差動、瞬時值差動等)的協(xié)調(diào)和配合,以保證自同步差動方案的工程實現(xiàn)。

    4)實際應(yīng)用時,還應(yīng)注意分布電容、互感器飽和、串并聯(lián)補償元件等的影響,必要時可增加相應(yīng)的補償算法。