工频变化量原理及应用分析

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1、工频变化量原理及应用分析作者：亢建明，李凤娥，曲泳杰摘要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用，并总结了这些保护装置的独特优势。关键词:工频变化量;原理;微机保护Abstract:ThepapersystematicallyanalyzedtheorybasisofDPFCtechnologyanditsapplicationinallkindsofprotectiondevices,andthensummeduptheuniqueadvantagesofthesedevices.Keywords:deviationof

2、powerfrequencycomponent:principle;microcomputerprotection在我国电力系统继电保护领域，南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就,是与南瑞继保公司董事长、中国工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高，但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述，厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。1工频变化量DeviationofPowerFrequen

3、cyComponent（DPFC）原理分析工频变化量的理论基础为叠加原理，即电力系统发生故障时，经过渡电阻短路，可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路，即该点对系统中性点电压为零，可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源，依然保持该点与中性点间电压为零，见图1。“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压，如保护安装处M母线的电压（即M点到中性点电压，是我们关心的，箭头向上表示电位为升，M母线为正，中性点为负，），等于2个图中相应点的电压之和（二种状态）。②短路后某个支路的电流，如流过保护的电流，等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说

4、，对AUF没有要求，可以任意取值，但在保护装置里AUF取短路点短路以前的电压，Es、ER为电源电势，在短路前后不变，因此，图1称为正常负荷状态，图2称短路附加状态，目的就是凑出这二种状态。与常规的稳态量保护装置不同，基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量，而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中，只有短路点有一个电压源，电气量全部为变化量用符号△表示。微机保护中正在采样的U、I减去“历史”上采样出来的U、I，即为加在继电器上的AU、AIoZs为保护背后电源的等值阻抗，ZR为保护正方向的所有阻抗，S为保护背后中性点，由下图4

5、、图5可得出2个基本关系式：2变压器的工频变化量比率差动保护变压器有70%左右的故障是匝间短路，为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度，常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小，例如整定成~倍的额定电流，而且初始部份没有制动特性，见下图6。但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司RCS978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器，提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度，由于制动系数取得较

6、高，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。工频变化量比率差动保护的动作方程为：理论上，工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值，这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示，阴影部分为动作区。工频变化量比率差动继电器的特点：(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量，会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大，其灵敏度会下降。(2)受过渡电阻影响

7、小。(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高，在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图，可以看出，当变压器C相发生％的匝间短路故障时，常规差动保护(图中直线2)不会动作，而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多，会正确动作。(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出，工频变化量比率差动保护中不必输入定值，其固定门槛与浮动门槛由

8、其他公式得出，是公司的专利技术，在此不作讨论。3超高压输电线路保护中的工频变化量