CVT暂态特性对保护的影响及其消除方法

[摘 要]方向保护根据测量故障方向来判断线路故障是正向故障还是反向故障，其性能不受系统运行方式的影响，具有很高的快速性、灵敏性，在复杂电网中选择性良好，所以方向保护常做为高压线路保护中的主要保护方式。而在高压线路上广泛采用的电容式电压互感器（CVT）的暂态过程会对方向元件的影响很大，严重时会引起保护的误动或拒动，本文介绍一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法，在线路发生不对称故障时可较好的解决CVT暂态过程对方向元件的影响。

中图分类号：F2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0303-01

1 前言

输电线路是电力系统发电、输电的基本设备，线路故障时如果不能快速切除或误切除，容易造成保护越级跳闸，甚至电网解列等重大事故。高压输电线路是电力系统的重要枢纽，担负输送电能的重要任务，一旦遭到损坏，检修时间长、难度大，对工业生产和人民生活造成巨大影响，因此，对高压线路的保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性提出了更高的要求。

方向保护基本上不受系统运行方式的影响，其根据测量故障的方向来判断是正向故障还是反向故障，在复杂电网中有很好的选择性、灵敏性和快速性，所以方向保护一直是高压线路的主要保护方式。

2 CVT的暂态特性

CVT是输电网中重要的电气设备，在110kV、220kV、330kV～750kV输电网的占有率分别达到80%、95%、100%。CVT的暂态特性包括铁磁谐振特性和瞬变响应特性两方面的内容。瞬变特性描述CVT的高压端子和接地端子短路后，其二次侧电压下降速度的快慢，瞬变响应特性是判断CVT二次电压对一次电压的响应速度的一个依据。系统出现过电压时，CVT回路中带铁心的变压器饱和，CVT正常情况下一次电压和二次电压的线性关系被破坏，二次侧激发出谐波分量使得波形发生畸变，互感器二次电压不能正确反映一次电压的变化，这种现象称为CVT的铁磁谐振，这是CVT本身结构造成的，不能从原理上杜绝。

3 CVT暂态特性对保护的影响

距离保护采用CVT的二次电压，当故障发生时一次电压发生突变，由于二次电压转变误差，正方向发生区外故障时保护可能发生暂态超越而误动作，反向出口发生三相短路时保护会失去方向性而误动作。

对于距离保护，目前主要解决CVT暂态特性对保护影响的方法还是延时，但是延时时间过长会影响保护的动作速度，可能造成事故扩大。故障暂态过程中，CVT对非周期分量的传变特性存在差异，二次侧电压中的非周期分量衰减与一次侧不一致。工程中广泛采用全周傅氏算法对非周期分量进行滤除，以消除CVT暂态特性对保护的影响。有文献提出基于多种傅氏算法相配合以消除由于CVT的暂态特性引起保护暂态超越的方法，由于采用的数据窗不同，不同的傅氏算法变换出不同的CVT二次电压的超越时刻，多种傅氏算法配合可以减小保护暂态超越。

对于方向保护，其动作特性裕度大，工程上认为CVT的暂态特性不会引起方向元件的误判，但是当故障发生时零序电压比较小，零序电压的相位误差比较大，造成零序方向元件误判，这种情况应该当引起重视。以下介绍一种利用零序电流分量的线路故障方向计算方法

4 基于零序电流分量的线路故障方向计算方法

基于零序电流分量的线路故障方向计算方法利用电流互感器测量输电线路发生故障前的电流瞬时值和故障发生后的电流瞬时值，分别根据输电线路故障前的电流瞬时值和故障后的电流瞬时值计算故障前的相负荷电流和故障相零序电流，判断故障方向。

设故障前的电流瞬时值为，其有效值为，故障后的电流瞬时值为，其有效值为，根据傅氏算法，可以得到故障前后电流的幅值和相角。

（1）

（2）

其中，，为基波角速度，T为积分间隔，代表三相，再根据幅值计算故障前的电流和故障后的故障电流，求得故障电流分量为，进而可以得到故障相零序电流。

设故障前相负荷电流和故障相零序电流之间的角度为，（1）在系统送端，当时系统发生正向故障，当时系统发生反向故障;（2）在系统受端，当时系统发生正向故障，当时系统发生反向故障。

受暂态过程的影响，有些系统在发生故障时，保护安装处测得的零、负序电压幅值很小时特别是故障发生在单端系统线路末端时，零序负序方向元件有可能出现误动，甚至误判时间很长，采用半波傅氏算法时尤为严重，应当引起重视。若加入一定的电流、电压门槛，则可得到改善。同时，理论及仿真都证明，即使在暂态影响下，零序方向元件和负序方向元件也不会同时误动，故在零序负序电压很小时，可以采用零序方向和负序方向构成输出的方法来防止误判。

5 结语

由于CVT的性价比高，在高压电力系统中的应用很广泛，其暂态特性是由结构本身决定的，不能从原理上杜绝。当线路发生故障时如果零序电压比较小时，零序电压的相位误差比较大，造成零序方向元件误判，本文介绍的基于零序电流分量的线路故障方向计算方法仅采用电流分量可以避免CVT暂态过程对方向保护的影响，能可靠区分故障方向。

参考文献

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