
 	聯 係（xì） 人：雍（yōng）承 

 聯係電話：021-56774665

 021-56774695

 021-66401707

 傳真電話：021-56774695 

 移動電話：13801861238

區分故障電流和諧波電流的新方法

摘要：通過分析（xī）電力係統故障運行狀（zhuàng）態和諧波運行狀態間（jiān）存在的差異，提（tí）出了區分短（duǎn）路電流及諧（xié）波電流的方法，通過增加控製繼電保護動作的（de）開關量信號，有效地改善了電力（lì）係統中電流保護的性能，並（bìng）用電力係統仿真軟件PSCAD進行了仿真驗證。

關鍵詞：序分量理論；短路故障（zhàng）；諧波（bō）；開關量信號（hào）；PSCAD

目（mù）前，幾乎所有的繼電保（bǎo）護裝（zhuāng）置，尤其是量度繼電器，其閥值的設置都是（shì）基於（yú）對各電氣量，在係統正常運行和故障運行的兩種不同（tóng）運行狀態下，存在的差別進行分析，並沒有考慮（lǜ）不（bú）正常（cháng）運行狀態的運行特性。而在實際係（xì）統中，常使用頻率測試儀以實（shí）現對故障（zhàng）電流、電壓和不正常運（yùn）行狀態時的電流、電壓的區分。然而，隨著電力電子（zǐ）技術的發展，尤其是可控矽技術的應用，使得係統在運行過程中產生大量的諧波，對電力係統構成了嚴重的危害，尤其是給繼電保護等自（zì）動化裝置的正常運行（háng）造成很大（dà）的（de）影響。就繼電保護本身而言，它區分故障狀態和由諧波引起的不正常運（yùn）行狀態的能力（lì）很差。可見，如何快速、有效地區分（fèn）電力係統（tǒng）故障運行狀（zhuàng）態和不正常運行狀態，尤其是短路故障和諧波狀（zhuàng）態，以實現繼電保護裝置正確、可靠地（dì）動作變（biàn）得非常重要。

1 係（xì）統在不正常運行狀態（諧波）和故障運行狀態（短路）時的主要特征（zhēng）

1.1 不正常運行狀態（諧波）時（shí）係統的主（zhǔ）要特征

在（zài）一個平衡的三相係統中，單頻率（lǜ）諧波（bō）分量隻能是完全正（zhèng）序的，或完全零序（xù）的，或完全負（fù）序的，這一點可（kě）以從相電流的傅裏葉級數展開式（shì）中看出，並（bìng）且可（kě）以得出下述結果：

•基（jī）波以及4次、7次、……諧波是正序的；

•2次、5次、8次、……諧波（bō）是負序（xù）的；

•3倍數次（3次、6次、9次、……）諧波是零序（xù）的。

需要指出的是：

•如果存在諧波，那麽即使係統是平衡的，也存在零序和負（fù）序（xù）電流；

•由於平衡的3倍數次諧波電流（liú）是零（líng）序的，因此不能流入三角形連接電路中或中性點不（bú）接地的星形聯結電路中。

1.2 故障（zhàng）運行狀態（短路）時係統的（de）主（zhǔ）要特征

單相短路接地：假設係統在f點發生a相單相短路接地（dì）故（gù）障時，其（qí）故障時（shí）轉換為ａ相電流的各序分量的邊界條（tiáo）件為：流過f點（diǎn）處各序電流大小相等，方向相同。

兩相相間短路：假設係統在f點（diǎn）發生b、c兩（liǎng）相相間短路，則其故障時轉換為ａ相電流的各序分量（liàng）的邊界條件為：流（liú）過f點處的零序電流為零；負序分量和（hé）正序分（fèn）量大小相等，且方向（xiàng）相反。

兩相接（jiē）地短（duǎn）路：假設係統在f點發生b、c兩相接地短路，則其（qí）故障（zhàng）時轉換為ａ相電流（liú）各序分（fèn）量的邊界條件（jiàn）為：流過f點的各序電流分量的矢量（liàng）和為零。

三相短路：假設係統在f點（diǎn）發生（shēng）a、b、c三相接地短路，則其故障時轉換為ａ相（xiàng）電流各序分量的邊界條件為：流過f點的負序（xù）電流和零序電流為零，而正序（xù）電（diàn）流與f點處的係統電流大小相等方向相同。

2 區分不正常運行狀態（諧波（bō））和（hé）故障運（yùn）行狀態（短路）的方法

根據上述分析，可以得出係統運行在不同工況時，回路中相序（xù）電流的特（tè）征，從而得出圖1所示一種可以區分係（xì）統不（bú）正常運行狀態（諧波）和故障運行狀態（短路）的方法。

圖1 區分係統不正（zhèng）常運（yùn）行狀態（諧波）和故障運行狀態（短（duǎn）路）的方法
I1為正（zhèng）序電流；I2為負序電（diàn）流；I0為零序電流；I為係統電流

3 繼電保護性能的改善及計算（suàn）機仿真

由前述（shù）可見，通過比較係統中存在的相序電流，即可達到區分各次諧波及（jí）各類短（duǎn）路故障的目的。進一步說，可以將繼電保護裝置中，測量（liàng）比較環節和（hé）邏輯判斷環節中的開關量（liàng）控製信號，由原來的一（yī）個（基波電流或（huò）基波電壓比較信號）增加為兩個，即：

•區分係（xì）統（tǒng）正常運行狀態和故障運行狀態（短路）的開關量信號，即（jí）以基波電流（liú）為（wéi）整定（dìng）參考值的閥值信號；

•區分係統不（bú）正常運（yùn）行狀態（諧波）和（hé）故障運行狀態（短路）的開關量（liàng）信號，即以各序電流間的相互比較為參考的判斷信號。

也就是說，繼電保（bǎo）護裝置在以下兩種情況才（cái）會（huì）動（dòng）作：

•係統中發生某種短路故障，且當故障電流（liú）超過整定的閥值電流時，保護動作；

•係統（tǒng）由於某種原因存在某次諧波，且當該次諧波的諧波含量超過規定值時，保護動作。

以天（tiān）津市（shì）某大型企業的配電係統為例，圖2為天津某公司配（pèi）電係統的等值（zhí）電路。

圖2 天津鋼管有限（xiàn）責任公司配電係統的等值電路
假設，10kV母線出線端的電流保（bǎo）護B1、B2的動作閥值為Iz=1200A，B2為電力電子開（kāi）關。當（dāng）B支路在負荷端發生短路故障，該線路電流增加，使得母線電壓下（xià）降，此時K閉合，無功補償裝置作用（yòng）補償母線電壓。經計算，由於無（wú）功補償的使用，會（huì）給正常運行的係統（tǒng）帶（dài）來一定的諧波汙染，以（yǐ）5次諧波為主

-(www.chinapower.com.cn)

式中L1、L2、L3——支路A、B線路及其負荷的等效感抗；

L0——無功補（bǔ）償裝置的等效感（gǎn）抗；

C——無功（gōng）補償裝置的（de）等效容抗。

然而，在無功補償（cháng）裝置補（bǔ）償母線電壓的同時，它所引起的5次諧波使A支路（非故障線路）的電（diàn）流瞬（shùn）時增（zēng）加，計算可得5次諧波作用下，流過A支路的電流*大值為：IAmax=1588.6A>1200A，此時電流保（bǎo）護（hù）B1動作，從而擴大了事故的範圍。圖3為諧波作用下支（zhī）路A電流和繼電保護動作狀態仿真圖。

圖3 諧波作用下的電流和繼電保護動作狀態仿真圖
如果將上述的可區（qū）分故障電流和諧波電流的方法運（yùn）用到此係統中（zhōng），即如前所（suǒ）述將繼電（diàn）保護裝置中，測量比較環節和邏輯判斷（duàn）環節（jiē）中的開關量控製（zhì）信號，由原來的一（yī）個（基波電流或基波電壓比較（jiào）信號）增加為兩個，其邏輯關係如圖4所示。

圖4 繼電保護裝置邏輯判斷環節的邏輯關係圖
假設，10kV母線出線端的電流保護B1、B2的動作閥值仍然為Iz=1200A，K為（wéi）電力電子開關，此時設置諧波含量的（de）比較值，即當諧波電（diàn）流占係統（tǒng）電流的比值（zhí）大於（yú）30%時（shí），繼電保護跳閘，否則不跳。

繼電保護根據是否有諧（xié）波（bō）導致的電流決定是否動作，且通過此種方法可以得知此次的繼電保護跳閘，是由係統中存在的某次（cì）的諧波電流含量引起的，而不是由於故障電流導致的。

此種方法（fǎ）的實施，同樣不會（huì）影響係統（tǒng）某支路僅發生（shēng）故障時繼電保護裝置的動作。

將相序分量理論應（yīng）用到區分電力（lì）係統故障運行狀態和不正常運行狀態中，找出了（le）一種（zhǒng）可以正確區分兩者，尤其是諧波電流（liú）和短路（lù）故障電流的方法；

增加繼電保護裝置的邏輯判斷環節（jiē）中的控製（zhì）信（xìn）號，不但沒有影響係統中的繼（jì）電保護裝置，而且還可以實現對係統不正（zhèng）常（cháng）運行狀態（諧波）和（hé）故障狀態（短路）的區別（bié），且仿真結果與理論分析一致。

上一篇：氣體絕緣全封閉裝置（zhì）局部（bù）放電檢測技術
下一篇：壓變的（de）大電（diàn）流發生器二次接線

上海來揚電氣（qì）科技有限公司
電話：021-56774665， 021-56653661， 021-56774695， 021-66401707， 13801861238， 13564529000，傳真：021-56774695
地址：上海市汶水路8號郵編（biān）：200072
滬ICP備09077764號（hào）-18