负序相量快速算法的设计及应用(3)

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和暂态领域的高速方向保护原理相比，工频变化量方向保护原理在保护可靠性上有了很大的提高。这是因为模拟阻抗被引入到了工频变化量方向保护原理中，使其能够对电流正、负序综合分量的工频变化量进行相位补偿，这样就可以通过比较补偿后的电流综合分量工频变化量与电压正、负序综合分量工频变化量，然后根据时域的积分比相之间的差别来判别系统故障方向。除此之外，模拟阻抗还具有高通滤波器的功能，以此来滤除电流中的衰减直流分量。

基于电压、电流故障分量相位关系的方向保护原理也被高技术人才提出，目前已在我国220kV及500kV的输电线路保护上成功应用。但该原理在强电源侧远端故障或高阻故障等情况下保护安装处的电压、电流故障分量幅值较小，而导致两者的相差计算结果误差过大，从而使保护误动或拒动。另外，当需要知道基波故障分量的大小时，传统方法是采用全波傅里叶算法来进行计算的，这就要求保护动作时间必须在一个基波周期以上。

在诸多的电力系统继电保护中，负序方向纵联保护在超高压输电线路中得到了广泛的应用，这是因为在电力系统线路中，负荷电流、系统振荡、平行线零序互感及过渡电阻会对保护装置产生影响，而和其它的继电保护相比，负序方向纵联保护由于其特殊的特性能够避免这些影响，这一优点使其在众多的继电保护中脱颖而出。在本文的讨论中，一种基于负序故障分量网络及变形帕克变换理论的新型快速算法被提出，该算法可以准确、快速地计算保护安装处电压、电流基波负序相量，并且在该算法的基础上提出了负序电抗方向保护新原理。按照理论分析，所提出的负序电抗方向保护新原理灵敏度高,并且不需要对电流、电压门槛值进行特别设定,即使保护安装处负序电压、电流的幅值较小，该保护仍可以准确地判别故障方向。同时该原理快速算法动作速度可与暂态保护相比拟，但可靠性大为提高。在经过了大量的仿真实验之后，从得到的结果验证了所提原理能够快速、可靠地判断各类不对称故障方向，其性能不受故障电阻、系统参数等的影响，这一优势使得负序电抗方向保护新原理具有良好的工程应用前景。

2 电力系统短路故障

2.1 电力系统短路故障概述

在电力系统的整个运行过程中，故障也会随之发生，但大多数是由于短路连接造成的，我们习惯称其为短路故障（简称短路）。在对短路的描述中，通常指的是电力系统在正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。电力系统的故障可简单分成两种形式：简单故障和复合故障。如果在电力系统的正常运行时某一处发生短路或断相，这边是简单故障，相比简单故障而言，复合故障则是由两个或两个以上简单故障组合而成。电力系统在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。

电力系统的短路故障也可以说成是横向故障，因为它是相与相（或相与地）的故障。为了便于解释，图2.1是对三相系统中短路故障的一个简单表示。三相短路用符号表示；两相短路用符号表示；两相接地短路用符号表示；单相接地短路用符号表示。其中三相电路在发生三相短路时电路仍然是对称的，称其为对称短路，除了三相短路其余为不对称短路。

短路故障不仅会对电力系统的正常运行产生重大影响，严重的还会对电气设备有很大的危害，原因如下：

（1）短路故障发生时会导致电源供电回路的阻抗减少，以此同时电路由常态进入短路的暂态过程，出现高达稳态短路电流1.8~2.5倍左右的冲击电流，这些都会大大增加短路回路中的短路电流，甚至超过该回路的额定电流许多倍。在一些大容量的电力系统线路中，其短路电流甚至可达几万安甚至几十万安。另外短路点到发电机之间的电气距离越近（阻抗越小），短路电流就会越大。过大的短路电流会导致短路电流热效应的产生，电流热效应使导线与设备的载流部分产生高热，损坏绝缘，烧毁设备，甚至酿成火灾。短路产生的电弧、火花可引发火灾、爆炸、电伤等恶性事故。