一种超导限流器对输电线路零序电流保护方法及保护系统与流程

[0001]
本发明属于高压输电线路技术领域，具体涉及一种超导限流器对输电线路零序电流保护方法及保护系统。


背景技术：

[0002]
随着电网规模的不断扩大，短路电流超标问题已成为制约电网负荷增长和电网发展的突出因素之一。近年来，随着电网的装机容量和各电压等级网架建设得到高速发展，网架结构大大加强，很多地区基本形成双回路内外环网结构。电网满足了电网负荷增长和可靠供电的需求，但同时也使电网的短路容量持续增长。虽然电网已采取优化电源布局、调整电网结构、合理安排运行方式(分区供电、母线分段运行)、采用传统限流设备(高阻抗变压器、加装变压器中性点小电抗)等措施来抑制或降低电网的短路电流水平，但也不同程度降低了电网运行的可靠性和灵活性。因此，鉴于电力系统运行安全性、可靠性以及变电站改造困难等因素，有必要结合电网实际情况，研究限制短路电流的新措施，减轻断路器等各种电气设备负担，提高电力系统安全稳定性。超导限流器是利用新兴的超导技术而研制出的快速有效的限流装置。主动式饱和铁心型超导限流器的结构示意图如图5和图6所示。
[0003]
正常运行时，直流电源5通过高速控制开关6为超导绕组3提供励磁电流，产生一个偏置磁场，使铁心1处于深度饱和状态，铁心工作于工作点hdc，超导绕组3并联有磁能释放回路4。此时，额定的交流电流通过交流绕组线圈2所产生的交流磁场不足以使铁心脱离饱和区，铁心内的磁通量几乎不变，根据法拉第电磁感应定律，交流绕组的感应电动势为零，即超导限流器两端电压为零。此时铁心磁导率处于较低水平，即铁心等效电感较较低，说明此时超导限流器对系统基本无影响。如图6中(a)所示。当故障发生时，超导限流器通过电流检测单元监测到故障短路电流，并发出指令，使得直流励磁开关迅速断开，超导限流器两铁心均退出饱和区运行于非饱和区，如图6中(b)所示。由于磁导率急剧增大，超导限流器限流阻抗迅速增大从而限制短路电流。与被动式不同的是，主动式超导限流器在故障发生之后两个铁心均进入限流态，这就大大增加了超导限流器的限流效率，克服了被动式的单边效应。同时主动式超导限流器在限流动作完成后能够快速复位，短时间内可恢复到低阻抗的状态，满足线路重合闸的要求。
[0004]
不过超导限流器接入电网必然对传统零序电流保护策略产生影响。


技术实现要素：

[0005]
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种超导限流器对输电线路零序电流保护方法及保护系统，通过对超导限流器对输电线路零序电流保护的仿真研究与整定配合原则进行了详细分析，针对其误动，提出相应的控制措施。
[0006]
本发明的第一目的是提供一种超导限流器对输电线路零序电流保护方法，所述输电线路为安装有超导限流器的双回输电线路，甲乙线均采用单相重合闸，
[0007]
当一回线重合于永久性故障时，故障线路再次断开，非故障线路的超导限流器因
为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，当前运行工况使得无故障线路的传输功率很大，造成非故障线路的三相限流阻抗不对称，当引起零序保护误动时，增加零序电流保护的动作延时时间。
[0008]
优选地，引起零序保护误动具体为：
[0009]
当乙线线路末端k点发生a相接地故障时，安装于甲乙线的a相超导限流器都将进入“限流态”限流；
[0010]
乙线保护动作于切除乙线故障相a，当m、n侧的a相断路器同时跳闸时，若n侧的a相断路器先于m侧动作，则甲线的零序电流大小也将发生变化，此时甲线a相超导限流器未必从限流态回归到稳态；
[0011]
乙线两侧的a相断路器跳闸，此时甲线的a相电流大于甲线b、c相电流，三相电流大小不同；当a相超导限流器仍工作于限流态时，在重合闸间歇时间段内，甲线存在零序不平衡电流，在甲线超导限流器的限流作用下，此时甲线上的零序不平衡电流比无超导限流器情况下的零序不平衡电流小；
[0012]
当乙线n侧单相重合闸时，甲线m侧的a相超导限流器工作于“限流态”，三相限流阻抗不相等；在乙线因重合于永久性故障而三相跳闸后，甲线的传输功率大，由于限流阻抗不对称而导致零序电流大，从而造成零序电流保护误动。
[0013]
本发明的第二目的是提供一种超导限流器对输电线路零序电流保护系统，所述输电线路为安装有超导限流器的双回输电线路，甲乙线均采用单相重合闸；包括延时模块；
[0014]
当一回线重合于永久性故障时，故障线路再次断开，非故障线路的超导限流器因为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，当前运行工况使得无故障线路的传输功率很大，造成非故障线路的三相限流阻抗不对称，当引起零序保护误动时，通过延时模块增加零序电流保护的动作延时时间。
[0015]
优选地，引起零序保护误动具体为：
[0016]
当乙线线路末端k点发生a相接地故障时，安装于甲乙线的a相超导限流器都将进入“限流态”限流；
[0017]
乙线保护动作于切除乙线故障相a，当m、n侧的a相断路器同时跳闸时，若n侧的a相断路器先于m侧动作，则甲线的零序电流大小也将发生变化，此时甲线a相超导限流器未必从限流态回归到稳态；
[0018]
乙线两侧的a相断路器跳闸，此时甲线的a相电流大于甲线b、c相电流，三相电流大小不同；当a相超导限流器仍工作于限流态时，在重合闸间歇时间段内，甲线存在零序不平衡电流，在甲线超导限流器的限流作用下，此时甲线上的零序不平衡电流比无超导限流器情况下的零序不平衡电流小；
[0019]
当乙线n侧单相重合闸时，甲线m侧的a相超导限流器工作于“限流态”，三相限流阻抗不相等；在乙线因重合于永久性故障而三相跳闸后，甲线的传输功率大，由于限流阻抗不对称而导致零序电流大，从而造成零序电流保护误动。
[0020]
本发明具有的优点和积极效果是：
[0021]
本发明针对超导限流器对输电线路零序电流保护的仿真研究与整定配合原则进行了详细分析。对于安装有超导限流器的双回线而言，若其中一回线发生永久性单相故障且重合时。虽然故障线路的保护可以正确动作并再次切除故障线路。然而，超导限流器的接
入可能引起非故障线路零序电流保护的误动。本发明将对此种情况进行详细分析，并提出响应的控制措施。
附图说明
[0022]
图1为超导限流器接入500kv双回输电线路示意图；
[0023]
图2为超高压输电线路发生故障后重合闸示意图；
[0024]
图3为甲乙线a相电流变化图；
[0025]
图4为甲乙线零序电流变图；
[0026]
图5为主动式饱和铁心型超导限流器的结构示意图；
[0027]
图6为主动式饱和铁心型超导限流器的工作状态曲线图。
具体实施方式
[0028]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0029]
本发明的技术方案为：
[0030]
请参阅图1至图4，
[0031]
第一优先实施例：
[0032]
一种超导限流器对输电线路零序电流保护方法，所述输电线路为安装有超导限流器的双回输电线路，甲乙线均采用单相重合闸，
[0033]
当一回线重合于永久性故障时，故障线路再次断开，非故障线路的超导限流器因为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，当前运行工况使得无故障线路的传输功率很大，造成非故障线路的三相限流阻抗不对称，当引起零序保护误动时，增加零序电流保护的动作延时时间。
[0034]
第二优先实施例：
[0035]
一种超导限流器对输电线路零序电流保护系统，包括延时模块；所述输电线路为安装有超导限流器的双回输电线路，甲乙线均采用单相重合闸，
[0036]
当一回线重合于永久性故障时，故障线路再次断开，非故障线路的超导限流器因为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，当前运行工况使得无故障线路的传输功率很大，造成非故障线路的三相限流阻抗不对称，当引起零序保护误动时，通过延时模块增加零序电流保护的动作延时时间。
[0037]
从超导限流器设备的自身特性来说，故障后应该尽快从限流态运行恢复到稳态运行。从零序电流保护的角度来说，重合于永久性故障时的零序电流保护加速段应比无超导限流器接入线路时的延时要长，以躲过重合于永久性故障时非故障线路零序电流。考虑到重合于永久性故障时由于超导限流器的限流及恢复过程，为了避免零序电流保护的误动，可以考虑对零序电流保护适当增加延时。
[0038]
本发明对主动式饱和铁心型超导限流器的原理进行了详细分析，并针对超导限流器接入500kv超高压双回输电线时对零序电流保护的影响进行了分析论证。但当一回线重合于永久性故障时，故障线路将再次断开，非故障线路的超导限流器也会因为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，且当前运行工况使得无故障线路的传输
功率很大，这就造成非故障线路的三相限流阻抗明显不对称，可能会引起零序保护误动。因此当饱和铁心型超导限流器接入超高压输电线路时，通过增加零序电流保护的动作延时时间，以躲过非故障相上超导限流器由限流态恢复到稳态时产生的零序电流及重合于永久性故障时非故障线路零序电流。
[0039]
本发明针对超导限流器对输电线路零序电流保护的仿真研究与整定配合原则进行了详细分析。对于安装有超导限流器的双回线而言，若其中一回线发生永久性单相故障且重合时。虽然故障线路的保护可以正确动作并再次切除故障线路。然而，超导限流器的接入可能引起非故障线路零序电流保护的误动。本发明将对此种情况进行详细分析，并提出响应的控制措施。
[0040]
如图1所示双回输电线路，超导限流器接入超高压输电线路，且甲乙线均采用单相重合闸。本发明以乙线发生单相接地故障时甲线零序电流保护的动作情况为例进行详细分析研究。图2为超高压输电线路发生故障后重合闸示意图。
[0041]
当乙线线路末端k点发生a相接地故障。由超导限流器的阻抗特性曲线可知，此时通过甲乙线的a相短路电流很大，安装于甲乙线的a相超导限流器都将进入“限流态”限流。
[0042]
如图2(b)所示，乙线保护动作于切除乙线故障相a。若m、n侧的a相断路器同时跳闸，则如图2(c)所示。若n侧的a相断路器先于m侧动作，则甲线的零序电流大小也将发生变化，此时甲线a相超导限流器未必从限流态回归到稳态。
[0043]
如图2(c)所示，乙线两侧的a相断路器跳闸。此时甲线的a相电流明显大于甲线b、c相电流，三相电流大小不同。而且，由于a相超导限流器仍可能工作于限流态，即三相限流阻抗大小不同。因此，在重合闸间歇时间段内，甲线存在零序不平衡电流。但由于甲线超导限流器的限流作用，此时甲线上的零序不平衡电流比无超导限流器情况下的零序不平衡电流要小。
[0044]
如图2(d)所示，当乙线n侧单相重合闸时，甲线m侧的a相超导限流器必然工作于“限流态”，导致三相限流阻抗不相等。而且，在乙线因重合于永久性故障而三相跳闸后，甲线的传输功率可能很大，由于限流阻抗不对称而导致的零序电流可能很大，从而造成零序电流保护误动。
[0045]
针对以上分析，进行了仿真验证。仿真设置图1所示系统投入超导限流器，且系统两侧摆开角为13
°
，功率方向由m侧流向n侧，传输功率为1742mva*2。0.3s乙线a相末端(n侧)发生永久性单相接地故障，0.36s跳开乙线a相，0.9s乙线a相重合闸，由于重合在故障上，0.96s乙线三相断开，此时甲线上的传输功率为2501mva。
[0046]
图3为仿真全过程甲乙线a相电流变化曲线，可以看出在故障发生断开乙线a相后，甲线a相电流增大，而此时甲线b、c两相电流几乎不变，所以造成在乙线非全相运行期间甲线产生零序不平衡电流。但由于甲线超导限流器的限流作用，此时甲线上的零序不平衡电流比无超导限流器情况下的零序不平衡电流要小。
[0047]
图4为甲乙线零序电流变化示意图。可以看出由于0.36s断开乙线a相后甲线a相超导限流器仍工作于限流态，所以在其恢复到稳态之前对甲线a相的电流有较大的限制作用，这也就降低了由于断开乙线a相而产生的零序电流的大小，在甲线a相超导限流器恢复到稳态之前，甲线零序电流为344a。0.9s重合在故障上后甲线a相电流增大到短路电流，所以甲线a相超导限流器再次工作于限流态，而b、c两相超导限流器工作在稳态，所以在0.96s乙线
三相断开后，甲线相当于重载情况下的a相超导限流器突然失磁。因此由于甲线a相限流器阻抗显著增大导致甲线a相电流下降，从而产生零序电流，此时零序电流有效值为695a。这可能导致甲线零序电流保护误动从而切除甲线线路。
[0048]
综上所述，当其中一回线重合于永久性故障时，故障线路将再次断开。然而，非故障线路的超导限流器也会因为重合闸重合于永久性故障而再次进入限流态，限流阻抗增大，且当前运行工况使得无故障线路的传输功率很大，这就造成非故障线路的三相限流阻抗明显不对称，可能会引起零序保护误动。
[0049]
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。