计及地磁感应电流影响的相间距离iii段保护新方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统继电保护技术领域，尤其设及到电力系统中的相间距离III 段保护技术。
【背景技术】
[0002] 由磁暴引发的地磁感应电流（Geoma即eticIn化ced化rrents，GIC)对电网的安 全稳定运行存在着潜在威胁，近年来国内外电网数次遭受的地磁感应电流侵害事件使得磁 暴对电网的影响逐渐引起了人们的关注。绅度较高的地区（如；北美、北欧等地），地磁场 变化剧烈，电网曾发生多次因地磁感应电流引发跳闽，甚至导致大规模停电事故。随着电网 规模的不断扩大，一些中低绅度地区也多次出现了地磁感应电流危害电网的事件，据报道 南非有15台变压器受地磁感应电流影响导致永久损坏，在己西、日本的电网中也曾测量到 较大幅值的地磁感应电流。近年来，我国广东、江苏和浙江等沿海地区电网中也相继发生了 一些地磁感应电流侵害电网事件，造成了变压器温升异常，振动和噪声增大等现象。通过对 地磁感应电流的实际监测数据分析可知，地磁感应电流的幅值波动剧烈，含有大量谐波与 随机分量。
[0003] 地磁感应电流在输电线路中的幅值大小受到多方面因素的影响，如地磁场水平分 量的变化率、线路走向、电网所在区域的大地电导率、电网拓扑结构与电气参数等。磁暴对 电网的影响是全局性的，由其引发的地磁感应电流在电网中通常存在多条禪合路径。中国 电网覆盖地域广阔，地质结构复杂，沿海地区及内陆板块分界面地区由于电导率横向差异 较大导致局部地区电网中产生较大的地磁感应电流。另外，超/特高压电网由于其输电线 单位长度电阻较小，输电距离长，变压器采用单相变压器组型式等原因，遭受地磁感应电流 危害的概率将会更大。
[0004] 超/特高压输电线路输送功率大，当线路发生故障时，如果不能快速、准确地切除 故障将对整个电网的安全稳定运行带来极大的威胁，因此对超/特高压输电线路保护的可 靠性提出了更高的要求。然而在磁暴诱发的地磁感应电流影响下，电流互感器转变特性有 可能发生改变，进而对超/特高压输电线路保护的动作可靠性带来影响。
[0005] 电力系统中经常使用距离保护装置来对抗短路故障。距离保护是反映故障点至距 离保护安装处之间的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该 装置的主要元件为距离或阻抗继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知距离保护 安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。距离保护用电压与电流的比 值构成的继电保护，又称阻抗距离保护。阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的 比值，也就是短路点至距离保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比，所W叫距 离保护或阻抗保护。距离保护分为接地距离保护和相间距离保护等。与电流、电压保护相 比，其保护范围与灵敏度受系统运行方式变化的影响较小，能满足复杂网络快速、有选择性 地切除故障元件的要求，因此在高压和超高压输电线路上获得广泛应用。
[0006] 作为主保护的距离I段、II段保护，整定阻抗范围远离负荷阻抗，即使考虑地磁感 应电流引起电流互感器暂态传变特性发生改变，地磁感应电流对其动作特性影响亦不大。 单带有延时特性的相间距离III段保护通常兼作变压器后备保护，相间距离III段保护定 值需整定得非常大，往往难W躲过负荷阻抗，所W躲过负荷阻抗的能力是相间距离III段 保护分析中必须考虑的问题。
[0007] 地磁感应电流的大小与方向是随着时间而变化的，它在铁屯、中产生的磁链也在周 期性变化，其产生的偏置磁通具有不可维持性，会引起变压器周期性的不对称饱和；线路事 故过负荷导致的潮流转移若受到地磁感应电流的影响，其引起的直流偏磁会导致线路保护 安装处测量阻抗发生周期性波动，测量阻抗值先减小而后回增，测量阻抗角被拉大后又恢 复；随着变压器增磁和退磁时段的交替出现，上述变化过程亦循环发生，反复呈现负荷短时 侵入相间距离III段保护动作圆的现象，且地磁感应电流幅值越大，频率越低，负荷侵入越 严重，相间距离III段保护将会受到影响。
[0008] 现有技术中常用的过负荷判据应用于地磁感应电流引起的直流偏磁问题时存在 一定的局限性：依靠阻抗整定实现躲负荷的负荷限制继电器，若按照躲过最严重地磁感应 电流型负荷侵入整定，会严重恶化相间距离III段保护动作性能；而余弦电压元件本身并 不能从根本上区分故障与地磁感应电流型过负荷，且相间距离III段保护会受到振荡的影 响，因此容易因为地磁感应电流的存在而误动作，降低系统的稳定性。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，针对相间距离III段保护 容易受地磁感应电流影响而产生的误动情况提出合理的解决措施，保证超/特高压输电线 路的安全稳定运行。
[0010] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0011] 一种计及地磁感应电流影响的相间距离III段保护新方法，包括W下步骤：
[001引A、检测[/c0s<?)，其中U表示距离保护安装处相间巧瞳电压的标么粒而梦=战。+巧0-扣），巧,4表示相间电压超前相间电流的相角，％表示被保护线路正序阻 抗角，如果|C/cos界I大于第一预定阔值，确定为无相间短路，闭锁相间距离III段保护阻抗 元件，否则进入步骤B;
[0013]B、检测线路电流二次谐波含量是否大于第二预定阔值，如果是则判断地磁感应电 流引起负荷侵入，闭锁相间距离III段保护阻抗元件，否则进入步骤C;
[0014] C、在预定延时内，确定.|t/cos界I是否保持小于或等于所述第一预定阔值，如果是 则确定为相间短路，相间距离III段保护动作。
[0015] 特别地，所述第一预定阔值为0. 1。
[0016] 另外所述第二预定阔值为15%。
[0017] 而且所述预定延时为150ms。
[0018]通过采用本发明的计及地磁感应电流影响的相间距离III段保护新方法，能够获 得的有益效果为：本发明从地磁感应电流引起测量阻抗波动的根本原因出发，利用直流偏 磁对应的线路电流典型波形特征，结合相间t/c〇S(^作为辅助判据，提出的基于电流二次谐 波含量的相间距离III段保护新方法。一方面有效区分了相间短路故障、系统振荡与地磁 感应电流引起的误动情况，另一方面解决了常规过负荷判据难W平衡耐受过度电阻与躲过 负荷能力的问题。本发明的计及地磁感应电流影响的相间距离III段保护新方法只需确定 线路电流二次谐波含量与相间>对传统判定过程修改较小，工程上适用性强。因此 该方法对于受磁暴影响的输电线路保护配置研究具有工程实际意义。
【附图说明】
[0019] 图1是地磁感应电流实测波形示意图。
[0020] 图2是一个地磁感应电流完整作用周期内的变压器单相励磁电流波形示意图。
[0021] 图3是受地磁感应电流影响的测量阻抗轨迹示意图。
[0022] 图4是受地磁感应电流影响的线路电流二次谐波含量示意图。
[0023] 图5是相间短路时线路电流二次谐波含量示意图。
[0024] 图6是相间短路时相间；7(；03(^测量值示意图。
[00巧]图7是系统振荡时相间测量值示意图。
[002引 图8是受地磁感应电流影响的相间t/COS口测量值示意图。
[0027] 图9是本发明实施方式中计及地磁感应电流影响的相间距离III段保护新方法的 流程示意图。
[002引图10是本发明实施方式中计及地磁感应电流影响的相间距离III段保护新方法 的具体示例一一500kVS回线双端输电系统等值模型示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图，对本发明作详细说明。
[0030] W下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于 描述示范实施例的目