Page 23 - 电力与能源2021年第二期

王 磊, 等: 物联网下谐波电流差动保护在小电流接地系统中的选线及定位研究 1 1
7
为判别发生区内或者区外故障的标准。 压器绕组三角形连接, 则 3 次谐波就会形成环流,
故障线路两侧所接变压器为 Y 接线方式, 中 不会流入电力系统中, 而如果线路两侧变压器为
性点经消弧线圈接地系统发生单相接地后, 三相 Y 形接线方式且与线路末端变压器间存在其他分
线电压依旧保持对称, 线路末端零序电流为零。 段线路, 通常含有较大 3 次及 5 次谐波, 经几个周
如果故障线路与线路末端变压器之间还有分段线 期衰减后消失 [ 12 ] 。
路, 此时线路末端零序电流为分段线路对地电容 ·
ì ï I A ( n ) =0
电流之和, 若该线路为电缆线路且线路较长, 则零
ï ï · · ·
í I B ( n ) =j nωC i E B ( n )-E A ( n ) ) ( 5 )
(
序电流较大。
ï · · ·
差动保护整定公式: ï î I C ( n ) =j nωC i E C ( n )-E A ( n ) )
(
( 3 ) · · ·
I set = K er K st K n p I 0kmax
式中 I A ( n ) , I B ( n ) , I C ( n ) ———三 相 n 次 谐 波 电 流;
———本段线路末端发 生 接 地 故 障 最
式中 I 0kmax ———第i 条
n ———谐波次数; ω ———基波角频率; C i
大零序电流。
· · ·
线路对地电容; E A ( n ) , E B ( n ) , E C ( n ) ———三相 n 次谐
当线路发生区内故障时, 两侧零序电流之和:
· · · 波电流。
I J =3I 0M +3I 0N =
当发生单相接地时, 三相n 次谐波的电流表
· · · · · ·
I AM +I BM +I CM +I AN +I BN +I CN = 达式如下:
· · ( 6 )
( 4 ) I L ( n ) =E φ ( n ) /( nωL )
I K +I C
· · I C ∑ ( n ) =3E φ ( n ) nωC ∑ ( 7 )
———故障
式中 I J ———流过继电器的电流; 3I 0M
( 8 )
I k ( n ) =I C ∑ ( n )-I L ( n )
·
———对侧零序 式中 I L ( n ) ———消弧线圈产生的 n 次谐波电流;
线路靠近母线侧的零序电流; 3I 0N
· · · L ———消弧线 圈 电 感 值; E φ ( n ) ———系 统 n 次 谐 波
, , ———靠近母线侧的三相电流;
电流; I AM I BM I CM
相电势; I C∑ ( n ) ———全系统n 次谐波非故障相对地
· · · ·
, , ———短 路 电
I AN I BN I CN ———对 侧 三 相 电 流; I K ———全系统非故障相对地电容
电容电流之和; C ∑
·
———本线路三相对地电容电流之和。 之和; I k ( n ) ———故障点n 次谐波电流。
流; I C
由式( 4 ) 可知, 发生单相接地故障时流过继电 对于中性点经消弧线圈接地系统, 补偿后故
器零序电流之和实际就是故障电流和本线路非故 障点的基波电流很小; 对于n 次谐波, 容性电流为
障相对地电容电流之和。如果中性点经消弧线圈 原来的n 倍, 而补偿的感性电流仅为原来的 1 / n ,
接地, 接近于完全补偿, 故障电流就会很小。本线 故补偿电流可以忽略不计。因此, 基于高次谐波
路对地电容电流仅与 本线路对地电容大小有关 可以构造纵联差动保护, 实现故障定位。
( 电缆线路越长, 零序电流越大), 与故障点是否在 ì i a ( n ) =I m ( n ) sin [ n× ωt )]
(
ï
区内无关, 所以零序差动保护无法实现故障点的 ï i b ( n ) =I m ( n ) sin [ n× ωt-120° )] ( 9 )
í
(
ï ï
(
选线及定位。 î i c ( n ) =I m ( n ) sin [ n× ωt-240° )]
式中 i a ( n ) , i b ( n ) , i c ( n ) ——— n 次谐波三相电流瞬时
2 谐波电流差动保护基本原理
值; I m ( n ) ——— n 次谐波电流幅值。
一般情况下, 小电流接地线系统按中性点接 当谐波次数 n=3k , n=3k+1 和 n=3k-1
地 方 式 分 为 不 接 地 和 经 消 弧 线 圈 接 地 两 种 形 时, 谐波电流的方向与零序、 正序及负序电流的方
式 [ 10 ] 。当中性点经消弧线圈接地系统发生单相 向一致, 纵联差动保护采用三次谐波电流之和( 相
接地故障时, 由于配网变压器饱和等原因, 电流波 当于采用三相电流之和) 作为判据, 电流值较大,
形会发生畸变, 短路瞬间产生大量高次谐波成分, 灵敏性相对于 5 次谐波大大提高。
其中奇数次谐波含量较大, 高次谐波含量会随谐 差动保护整定公式:
波次数的增大而减小。由于故障点、 消弧线圈、 变 I set = K er K st K n p I 0kmax ( n ) ( 10 )
压器等电气设备的非线性影响, 故障电流中存在 式中 I 0kmax ( n ) ———本段线路末端发生接地故障时
谐波信号, 其中以 5 次谐波分量为主 [ 11 ] 。如果变 n 次谐波最大零序电流。