区分故障电流和谐波电流的新方法 2

I1为正序电流；I2为负序电流；I0为零序电流；I为系统电流
3 继电保护性能的改善及计算机仿真
由前述可见，通过比较系统中存在的相序电流，即可达到区分各次谐波及各类短路故障的目的。进一步说，可以将继电保护装置中，测量比较环节和逻辑判断环节中的开关量控制信号，由原来的一个（基波电流或基波电压比较信号）增加为两个，即：
•区分系统正常运行状态和故障运行状态（短路）的开关量信号，即以基波电流为整定参考值的阀值信号；
•区分系统不正常运行状态（谐波）和故障运行状态（短路）的开关量信号，即以各序电流间的相互比较为参考的判断信号。
也就是说，继电保护装置在以下两种情况才会动作：
•系统中发生某种短路故障，且当故障电流超过整定的阀值电流时，保护动作；
•系统由于某种原因存在某次谐波，且当该次谐波的谐波含量超过规定值时，保护动作。
以天津市某大型企业的配电系统为例，图2为天津某公司配电系统的等值电路。


图2 天津钢管有限责任公司配电系统的等值电路
假设，10kV母线出线端的电流保护B1、B2的动作阀值为Iz=1200A，B2为电力电子开关。当B支路在负荷端发生短路故障，该线路电流增加，使得母线电压下降，此时K闭合，无功补偿装置作用补偿母线电压。经计算，由于无功补偿的使用，会给正常运行的系统带来一定的谐波污染，以5次谐波为主


式中L1、L2、L3——支路A、B线路及其负荷的等效感抗；
L0——无功补偿装置的等效感抗；
C——无功补偿装置的等效容抗。
然而，在无功补偿装置补偿母线电压的同时，它所引起的5次谐波使A支路（非故障线路）的电流瞬时增加，计算可得5次谐波作用下，流过A支路的电流最大值为：IAmax=1588.6A>1200A，此时电流保护B1动作，从而扩大了事故的范围。图3为谐波作用下支路A电流和继电保护动作状态仿真图。

如果将上述的可区分故障电流和谐波电流的方法运用到此系统中，即如前所述将继电保护装置中，测量比较环节和逻辑判断环节中的开关量控制信号，由原来的一个（基波电流或基波电压比较信号）增加为两个，其逻辑关系如图4所示


图4 继电保护装置逻辑判断环节的逻辑关系图
假设，10kV母线出线端的电流保护B1、B2的动作阀值仍然为Iz=1200A，K为电力电子开关，此时设置谐波含量的比较值，即当谐波电流占系统电流的比值大于30%时，继电保护跳闸，否则不跳。
继电保护根据是否有谐波导致的电流决定是否动作，且通过此种方法可以得知此次的继电保护跳闸，是由系统中存在的某次的谐波电流含量引起的，而不是由于故障电流导致的。
此种方法的实施，同样不会影响系统某支路仅发生故障时继电保护装置的动作。
将相序分量理论应用到区分电力系统故障运行状态和不正常运行状态中，找出了一种可以正确区分两者，尤其是谐波电流和短路故障电流的方法；
增加继电保护装置的逻辑判断环节中的控制信号，不但没有影响系统中的继电保护装置，而且还可以实现对系统不正常运行状态（谐波）和故障状态（短路）的区别，且仿真结果与理论分析一致。

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