基于光学电流互感器的新型线路差动保护研究

摘要

作为输电线路主保护，传统的电流差动保护存在两大隐患：电磁式电流互感器暂态特性引起的可靠性低问题和工频量保护引起的速动性差问题。随着我国对超高压、大容量输电线路的建设，更加暴露了传统差动保护的问题，对一种快速、准确保护提出了迫切的需求，但受到电磁式电流互感器原理及工频量保护算法原理的限制，现有的方法难以根本解决。针对上述问题，本课题提出采用光学电流互感器，研究新型全波形（全电流）、瞬时值的差动保护方案。
　　首先，研究了各种原理电流互感器暂态特性及对继电保护的影响，采用光学电流互感器取代传统电磁式互感器，提高保护可靠性。研究结果表明：电磁式电流互感器铁芯饱和问题，易引起区外故障保护的误动，降低了可靠性；光学电流互感器无磁饱和问题，且能够测量非周期直流分量，性能较优，为解决可靠性差的问题奠定了理论基础。
　　其次，提出了一种能量法差动保护算法，提高了保护速动性。能量法差动保护算法基于全电流、瞬时值，充分利用了故障电流全波形信息，可实现快速动作。针对能量法保护算法，以“保证区外故障不误动前提下，优化提高保护速动性”为整定原则，通过整定计算和校验的手段，确定制动系数K及积分时间窗t的取值。研究结果表明：采用该新型保护算法，可在故障发生后四分之一周期内启动保护，可以有效地提高保护速动性。
　　最后，提出了一种浮动制动量保护算法，进一步提高区内轻载工况故障灵敏性。通过将能量法与浮动制动量保护算法优化组合，提出一种优化配置方案。仿真研究结果表明：区外故障时，全波形差动保护具有良好的选择性，不误动能力强；区内故障时，全波形差动保护具有良好的灵敏性与速动性，证明了全波形保护算法的正确性与可靠性。
　　全波形差动保护是一种新型的快速、准确保护方式，可有效提高线路差动保护的可靠性与速动性，为输电线路保护提供了新的解决方案，对于增强高电压、大容量电网的安全水平具有积极的作用。