0引言
在超高压线路的各种保护原理中，分相纵差具有原理简单、工作可靠、选择性好等突出优点。随着电网结构的复杂化和通信技术的发展，从20世纪80年代开始，三菱、gec、abb等的数字式分相纵差保护相继成功投入运行并获得广泛应用。我国的数字式分相纵差保护也从早期的引进到后期的自行研制，至今也有10多年的现场运行经验。
虽然电流差动保护判据已经有很多，但将其用在超高压长线的保护中仍有一些特殊问题需要考虑，这些问题有：电容电流的补偿、出口跳闸的速度、反映高阻接地故障的能力、选相跳闸的可靠性、抗电流互感器（ta）饱和的能力等。依靠单一差动判据无法解决这些问题，而必须对现有的差动判据进行综合分析，取长补短，设计出一个总体性能*的综合保护方案。
本文在研究的基础上提出了一个新的综合方案，并对该方案进行了atp仿真。仿真结果表明：
该方案具有反时限的动作特性，抵抗电容电流能力强，可以反映高阻故障等特点。
1纵差保护综合原理方案
为了研究方便，本文针对500kv双端系统模型进行研究。保护方案按照分时综合、多判据并行处理的模式构成。整个方案分为以下4部分。
a．超高速差动判据
式中：edz（k）为浮动门槛；edz为固定门槛；k1为比例系数；△im,△in为保护线路两端采样电流中的故障分量；tk≥5ms。
超高速差动判据仅在保护启动后0～20ms内投人，其中式（1）构成基本判据，式（2）为差动主判据，式（3）为辅助判据。式（1）成立且式（2）、式（3）中任一式成立就判为区内故障。
b．灵敏差动判据
灵敏差动判据（即故障分量差动判据）在保护启动后20ms～40ms进行计算，式（4）、式（5）同时满足后保护跳闸。上述判据中的相量值由保护启动后1个周期的故障分量值通过全周期傅氏算法求出。
c．后备差动判据
后备差动判据（即常规相量差动判据）在保护启动后40ms投入，式（6）、式（7）为“与”的关系，投入直至保护跳闸或返回。
d.高阻差动判据
高阻差动判据（即零序差动判据）在保护启动后40ms投入，式（8）、式（9）同时满足并且持续动作100ms就判为保护动作。
2原理方案的特性分析
理想的保护方案应该是具有反时限特性的，即故障越严重切除时间越短。超高速差动判据的作用就是快速切除对系统稳定威胁大的严重内部故障。该判据利用的是文献[1]所提出的相关型电流差动新原理，利用故障分量的瞬时值的积分。该判据具有如下一些突出优点：
a．具有反时限的动作特性。由于其采用的是故障分量电流瞬时值的累加，因此内部故障越严重，故障分量电流越大，判为故障越快，从而弥补了相量差动由于要计算相量而无法对严重故障快速出口的不足。
b．具有天然的抵抗电容电流能力，内部故障时无需进行电容电流补偿。由图1的故障分量等值电路可以看出，对于超高压长线内部故障，虽然电容电流的影响可以使线路两端的故障分量电流出现较大相差，但由于线路等值电容的容抗远大于线路电抗和系统电抗，所以两端的故障分量电流的基本相位关系不会改变，即相差不会超过90°。因此，式（2）左边的累积不会改变符号，电容电流只会影响动作速度而不会引起保护拒动。内、外部故障的区别明显。对于内部故障，积分的zui终结果为正，对于外部故障，积分的zui终结果为负，时间越长，这一特点越明显。
c．由于采用的是故障分量电流，所以不受负荷电流的影响。
由于式（2）不反映空投故障和单电源故障等，作为辅助判据式（3）可以判断出这些特殊故障。
灵敏差动判据即故障分量差动判据[2]，它利用0～40ms的故障分量电流相量进行差动判断，由于其在保护启动后的20ms开始利用全周期傅氏算法等进行计算，并利用电压相量进行电容电流的补偿，因此具有如下一些优点：
a．动作灵敏度高，易于整定。由于采用了故障分量电流，从原理上消除了负荷电流的影响[3]，提高了保护灵敏度；其差动量与制动量之比由系统阻抗和故障点位置决定，区内故障和区外故障存在明显的间隔区间。内部故障时，差动量与制动量之比大于1，外部故障时远小于1，动作边界明确，比例系数的整定空间较大。
b．对于区外故障，可以进行较准确的电容电流补偿，从而可以降低电流门槛定值，进一步提高了保护对内部高阻故障的灵敏度。内部故障时，故障分量差动较少受电容电流故障分量的影响，通过相量计算，电容电流放电的暂态影响也被大大削弱，电容电流补偿还增加了内部故障时的动作量。
c．仿真结果表明，故障分量差动能够反映除部分高阻故障外的绝大多数内部故障，基本满足超高压长线差动保护的要求。基于以上优点，采用式（4）、式（5）作为本方案的灵敏差动判据是合理的。
后备差动判据即相量差动判据。由于故障分量不能长期利用，因此本方案将常规相量差动判据作为整个方案的后备判据，其作用是在式（1）～式（5）判据退出后，切除区外转区内的转换性故障和保护未返回时出现的新故障。
高阻接地差动判据和后备差动判据同时投入。本方案采用的高阻接地判据是延时100ms动作的零序差动判据，该判据主要是为了反映重负荷下的高阻接地故障。由于零序电流是故障分量，因此具有较高的灵敏度。文献[4]的研究结果表明：①对于外部故障、非全相运行和系统振荡，由于流过被保护线路的零序电流是穿越性的，两侧电流的相位差接近180°，故式（9）不会误动作；②对于内部故障，当线路全长为300km，运行角度为60°时，可以反映高达550n的过渡电阻。本方案采用的延时100ms动作可以保证零序电流判据不受ta暂态的影响。
3电容电流补偿
电容电流是影响超高压长线差动保护灵敏度的主要因素，必须进行电容电流补偿。目前，电容电流补偿方案有半补偿和全补偿两种[5]。由于正常情况和外部故障情况下，全补偿的误差比较大，半补偿是一种较好的方式，但对于空载合闸，如果ty接在母线上，则半补偿只能补偿全部电容电流的1／2。当可以获得线路开关情况时，采用切换式的补偿方式，即线路对端三相断开采用全补偿方式，在对侧合闸后切换到半补偿方式。本方案采用的是半补偿的方式。具体如下：
对故障分量差动判据，则采用线路两端的故障分量电压、电流同样按照式（10）、式（11）计算。在实际计算中，需要按照序网图计算出各序补偿电流，再合成各相补偿电流。考虑实际线路为具有均匀分布参数的超高压长线，各序电容计算如下：
当被保护线路外部发生故障时，不考虑故障后暂态影响，补偿后两端电流相加为0，即可以*补偿。当线路空载合闸于*线路时，如果ty在线路侧，仍可以用两端补偿电流之和*补偿。
4仿真分析
本文利用atp电磁暂态仿真程序，按照分布参数建立了一条340km长的500kv线路模型，如图2所示。按照空载线路工频过电压系数不超过1．4的原则，考虑了大、中、小3种系统阻抗，电源电势角差考虑了从0°～60°均匀分布的4种。对接地故障考虑了从0ω～300ω的10种过渡电阻，故障方式考虑了单相接地、两相短路、两相接地、三相短路4类共10种故障。从5母线至0母线设置了1个外部故障点，在ms线路始端、线路中点和线路末端设置了3个内部故障点。对于每一种运行工况，一个短路点计算的故障情况有400种。总共计算了5101种故障情况。模型暂时没有考虑线路中含有串补电容和并联电抗的情况，没有考虑故障转移的情况。
具体参数如下：系统阻抗1：zm1=1.2675+j100.23350ω,zmo=0.5595+j33.6055ω;系统阻抗2：zm1=0.44225+j33.4117ω,zmo=0.1865+j11.2017ω;系统阻抗3：zm1=2.374+j187.73ω,zmo=1.047+j62.939ω。
线路分布参数如下：正序：r1=0.027ω/km,x1=0.2783ω/km,c1=0.0127μf/km;零序：ro=0.195ω/km,xo=0.6946ω/km,co=8.98nf/km。采样率为每20ms采样120点。
仿真结果表明：
a．超高速差动判据可以反映绝大多数内部故障，仅有部分接地电阻为300ω的两相接地故障和单相接地故障无法反映。且对于接地电阻为100ω以下的故障可以保证5ms出口，对于接地电阻为100ω～300ω的故障可以保证在10ms左右出口。在适当整定的基础上（具体整定方法参见文献[1]），可以保证高速、反时限、可靠的动作特性。图3、图4分别示出故障前为零负荷、接地电阻为300ω时，区外故障和区内末端故障的电流采样值相关乘积结果。从图中可以清楚看出：对于区外故障，除了开始的很短时间电流的乘积为正外，其他都为负，因此10ms的积分为较大负值；对于区内故障，10ms的积分结果为较大正值，两者的区别非常明显。
b．灵敏差动判据可以反映所有的区内故障，可靠性也较高，整定裕度较大。以系统阻抗2为例，灵敏差动判据在不采用电容电流补偿时，区外故障不·误动的zui小制动电流为393．2a，区内故障不拒动的zui大整定电流为612．28a，可以满足线路保护要求；采用电流补偿时，区外故障不误动的zui小制动电流变为136a，区内故障不拒动的zui大整定电流为501．2a，内、外故障区别明显。
c．后备差动判据如果不采用电容电流补偿，无法满足线路保护要求；采用补偿后，性能明显改善，可以满足线路保护要求。但不论何种故障，故障分量差动判据都比相量差动判据有更高的灵敏性和选择性。
d.仿真表明，低通滤波对保护的正确动作有很大影响，采取滤波措施后可以显著减小暂态电流的影响，提高保护动作的可靠性。
e．单侧电源线路空合于故障，上述判据可以满足保护动作要求。空载合闸，充电电流含有高频振荡分量，暂态电流峰值较高，需通过数字低通滤波器和差分滤波器削弱非工频分量的影响，通过电容电流补偿减小动作电流。在此基础上，通过适当选择电流门槛可以不考虑它的影响。
f．采用零序差动保护时，需要与独立的选相元件配合使用，以便满足分相跳闸和重合的需要。选相元件还需要进一步研究。
5结论
本文在对现有差动保护判据研究的基础上，结合超高压线路分相纵差的特点，提出、了一个基于总体性能*目标的差动原理方案，并对该方案进行了仿真研究。仿真结果表明该方案具有良好的反时限动作特性，抵抗电容电流能力强，并可以反映高阻故障，是一种总体性能较好的超高压线路纵差保护方案。