摘要：随着电网的复杂性逐渐增加，电力系统中变压器电流互感器等元器件之间产生的交互作用，导致电网发生了复杂的暂态过程。只有采用合理的继电保护技术，才可以对电网起到安全防护作用，因此进一步加强在交直流电网复杂暂态过程中对继电保护技术的研究非常重要。基于此本文分析了交直流电网复杂暂态过程及继电保护关键技术。
关键词：交直流电网；暂态过程；继电保护；关键技术
1、电流互感器复杂暂态特性
随着电力建设的快速推进，电网逐渐发展成为规模大、结构复杂、运行方式灵活的复杂电网，而其暂态过程的复杂多样性，对保护用电流互感器的性能提出了更高的要求，也増加了电流互感器暂态饱和特性的分析评估难度。现场事故分析表明，复杂暂态过程中电流互感器饱和是导致差动保护误动的主要原因之一。而差动保护通常是电力系统设备的主保护，其误动可能对设备本身安全和系统稳定运行构成严重危害。
电流互感器暂态饱和特性的分析难度较大，一方面，电流互感器的铁苍具有强非线性，其电磁暂态过程的解析计算十分困难；另一方面，影响互感器饱和涉及的因素众多，既包括一次电流的复杂暂态特性，譬如：一次系统短路时的短路电流水平、非周期分量的大小及衰减时长，空投变压器时所产生的励磁涌流及和应涌流的大小、衰减速率和负荷水平；也包括电流互感器本身的参数特性，譬如：电流互感器铁私结构和材料及二次负载阻抗大小等。因此，研究电网复杂暂态过程中特性，分析评估电流互感器饱和对差动保护的影响具有十分重要理论和现实意义。
2、交直流电网暂态过程继电保护关键技术研究
智能电网的继电保护系统在系统结构和工作方式上与常规继电保护有很大不同。电子式互感器作为信息流的起点，主要负责对电网数据信息进行采集。继电保护的可靠性直接受电子式互感器的影响。空心线圈电流互感器在电流系统中的应用，可以满足继电保护的基本需求。空心线圈电流互感器技术在暂态特性的定性分析方面，与电磁式电流互感器不同，可以根据交直流电网的暂态特点进行定量分析。如果频带测量值足够宽，那么暂态特性就可以通过衰减分量的传变能力体现出来。但是，在仿真实验中，通过分析计算得出，RC积分电路根本不能满足继电保护对电力互感器暂态特性的基本需求。分析积分技术对空心线圈电流互感器暂态过程的影响，以继电保护对故障暂态电流的要求为基础，采用合理的积分计算方式进行计算。
用于继电保护的传感头工作方式采用外积分方式，负载的阻值大，但是线圈内阻和电容比较小。进行工频测量时，只要让传感头二次接近开路状态即可。此时，感应输出电压与电流变化率成正比，即：
通过对传感头输出电压积分，可以还原一次侧的被测电流，即：
传感头的传递函数为：
空心线圈电流互感器技术在继电保护中的应用，可保证电流互感器对交直流电网复杂暂态过程中的电流具有足够的测量精度空间。在电磁式电流互感器的暂态特性标准的衡量的限值条件下，峰值最大误差在10%以内。空心线圈电流互感器技术可以满足在交直流电网暂态过程中继电保护的应用要求。在暂态测量和频带宽度测量等方面，它可以体现出电流互感器的优越性能。空心线圈电流互感器继电保护技术的暂态精度测量取决于积分计算，即通过积分计算精确换算微分信号，从而通过积分器计算方式对交直流电网故障暂态电流的误差传导进行计算。空心线圈互感器技术在继电保护中应用，采用积分技术对交直流电网的暂态特性进行计算，满足了交直流电网暂态过程中对继电保护技术的基本需要。
3、交直流电网复杂暂态过程继电保护优化
3.1开发了互感器暂态饱和特性仿真分析平台
开发了互感器暂态饱和特性仿真分析平台，该平台能够准确模巧互感器铁芯的非线性励磁特性；可根据实际分析需要，灵活组态构建一次系统运行场景，模拟不同形式的电力系统复杂暂态过程，包括短路故障（含重合阐过程）、励磁涌流、和应涌流等；实现电流互感器暂态特性及差动保护动作性能的分析评估，从而为电流互感器的设计选型、运行维护与事故分析提供指导。基于该仿真平台，有效复现了一起现场差动保护误动事件，为误动原因分析提供了有为的技术支持。
3.2互感器暂态饱和特性的动模试验研究
采用互感器测试仪对ＴＰＹ级、ＰＲ级和Ｐ级互感器物理模型的基本参数和励磁特性进行了测试比对，基于电压积分法获取了互感器铁芯的磁滞回线，根据测试结果构建了与互感器物理模型相匹配的数字暂态仿真模型。在动模试验平台中模拟一次系统短路（包括转换性故障）、重合阐Ｗ及励磁涌流等复杂电磁暂态过程，对互感器在复杂暂态饱和特性开展了研究，同时利用所构建的互感器数字暂态仿真模型复现了动模试验。结果表明，物理试验与数字仿真所得的互感器二次输出电流较为吻合，由此验证了互感器数字仿真模型的准确性。
3.3采用合理的方法
3.3.1谐波制动法
互感器发生饱和时，二次电流波形会出现缺损和崎变，导致差动电流増大，且差动电流中谐波含量较大。对稳态饱和，差动电流（约等于饱和互感器的传变误差电流）的谐波主要是Ｈ次谐波分量；对于暂态饱和，差动电流的谐波主要为二次谐波分量。因此，可Ｗ利用差动电流中所含的二次、Ｈ次谐波与基波之间的比值判断互感器饱和，防止差动保护误动作。
3.3.2时差法
时差法是在母线差动保护及变压器差动保护中广泛使用的互感器饱和识别判据。时差法的根据为互感器在发生外部故障期间进入饱和需要一定的时间。当发生外部故障时，互感器在故障初期仍工作于线性传变区，差动电流很小，随后互感器进入饱和状态，差动电流开始增大，故差动电流滞后于实际故障一段时间。对于内部故障，差动电流增大时刻与故障时刻同步。因此可Ｗ根据保护启动时刻（即发生内外部故障等系统扰动的时刻）和保护动作时刻（即差动电流増大使得差动保护判据满足的时刻）的相对时间关系判断互感器饱和。工程实践表明，即使在严重故障情况下，互感器进入饱和也需要3ms的时间，故只要将时间差整定至大于3ms，即可Ｗ有效判断互感器饱和。但是另一方面，时差法可能会影响差动保护在内部故障期间的动作性能。譬如，当发生区外转区内的转换性故障，或者在相邻变压器空投期间发生内部故障时，由内部故障产生的差动电流也会滞后于保护的启动时刻，此时时差法可能将内部故障误判为互感器饱和情况，从而使得差动保护拒动。
总之，在交直流混合模式的实际电网运行中，直流继电保护的误操作很容易受交流系统的影响，因此需要重点进行控制，加强研究非常有必要。
参考文献
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[3]成敬周.高压交直流互联系统故障分析及相关保护的研究[D].浙江大学，2014.
作者简介：朱冬波，（1988-），女，广东佛山，大学本科，工程师，从事电力系统继电保护及自动控制方面的工作。
论文作者:朱冬波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：互感器论文; 电网论文; 电流论文; 继电保护论文; 差动论文; 电流互感器论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第27期论文;