和阻抗判据系列改进表达式及其深化应用研究

摘要

高压输电线路作为电网互联及电能远距离传输的骨干网架，其继电保护水平对维护电网的安全稳定运行至关重要。随着电网规模的不断扩大，电容电流、TA饱和、系统振荡及高阻接地故障等问题日益突出，现有线路保护正面临较以往更严峻的挑战，研究和开发新原理的线路保护尤其必要。近年新出现的一种继电器—和阻抗保护，结合了多种保护的优点，不但能够全线速动切除故障，而且需要线路两侧交互的信息也较少。但是，该判据的基本设计还比较初步，其性能提升还存在很大的挖掘潜力。据此，本文围绕和阻抗保护的不同判据表达式设计及其在不同系统运行工况和数据品质场景下的应用展开研究。 为改善原和阻抗保护在系统轻载工况下、近受端故障时的反应死区，本文深入分析了固定的电容电流值对阻抗、电流判据灵敏度的不利影响，提出了新的电容电流补偿模型，设计了基于对侧母线实时电压量和距离保护测量阻抗信息的全新自适应浮动门槛，提出了第一类和阻抗判据改进表达式；为摆脱两侧数据不同步对第一类和阻抗判据改进表达式带来的不利影响，对其做了重新的推导，提出了仅依赖电压模量信息的第二类和阻抗判据改进表达式。在此基础上，为克服电流互感器（TA）饱和对和阻抗保护动作性能的影响，挖掘和阻抗保护动作量在饱和及退饱和过程中的变化规律，提出了较为完善的抗TA饱和辅助判据；为从根本上消除中长线路电容支接效应对和阻抗判据的不利影响，基于补偿后线路电流，提出了第三类和阻抗判据改进表达式，并对判据的抗过渡电阻能力以及振荡中故障的保护灵敏性进行了理论解析与探讨。针对其不能反应金属性故障的缺陷，引入能灵敏可靠反应金属性故障和低阻故障的保护测量元件，基于合适的保护配合逻辑，设计了具有高度安全性、能全线无死区地灵敏反应各类区内故障、且不受各种系统异常运行工况影响的纵联线路主保护方案。在上述研究基础上，为有效应对因保护用数据同步系统完全失效造成纵联主保护完全不可用的场景，分析了电气量整站失步的风险，提出了第四类和阻抗判据改进表达式-无需相位信息的和阻抗模量保护判据，考虑到该判据的局限性，提出了线路中段保护判据，将所提判据与电流速断保护相互配合，共同形成保护用数据同步系统失效场景下的应急线路主保护方案。算例分析仿真结果证明，所提出的和阻抗判据系列改进表达式具有高度的动作安全性和优异的的抗过渡电阻能力，据此形成的线路纵联主保护为能覆盖包括单相高阻接地故障在内的各种复杂故障，为提升各种复杂系统运行工况和不良数据品质下的线路主保护性能提供了良好的解决方案。

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