CN101034128B - 一种快速识别振荡中对称性故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速识别振荡中的对称性故障的方法，目的在于避免距离保护振荡中误动和振荡中发生对称性故障拒动。本发明的技术方案包括采集数据和处理数据步骤，其中，所述采集数据步骤包括：实时采集距离保护接入的三相电压U_φ、三相电流I_φ；所述处理数据步骤包括：计算出系统正序电压U₁；计算出系统正序电流I₁；计算出振荡中心角度φ；计算出振荡中心电压Ucosφ；计算出Ucosφ波形特征值g(t)；还包括综合分析Ucosφ的波形并识别步骤：根据Ucosφ波形特征值g(t)判断系统振荡逻辑，如果系统正在振荡，则执行下列步骤；根据振荡中心电压Ucosφ判断系统此时的故障状态。

Description

一种快速识别振荡中对称性故障的方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统输电线路故障诊断方法，特别涉及一种在距离保护中，快速识别振荡中的对称性故障的方法。

背景技术

距离保护是输电线路的主要保护手段，在高压及超高压输电线保护上获得最广泛的应用。电力系统中由于输电线路输送功率过大，超出静稳态极限；由于无功功率不足而引起系统电压降低；由于短路故障切除缓慢或由于非同期自动重合闸不成功，都可引起系统振荡。系统振荡后，各点的电压、电流和功率的幅值与相位都将发生周期性的变化，阻抗继电器的测量阻抗也将周期性地变化，当测量阻抗进入动作区域时，保护将误动。如何正确地区分故障和振荡，如何判断出振荡期间又发生的对称性故障，并将对称性故障快速切除，这些都是难以解决的问题。

到目前为止，防止距离保护受振荡影响的解决方法，主要是如下两种：

1、采用“短时开放”

在电力系统发生故障起动后的0.1-0.25秒内，若距离保护的一段和二段都不动作，则立即退出距离一段和二段，同时也退出高频距离保护，直到判别故障消失、振荡停止后(通常需要经延时确认)，才恢复距离一段和二段的功能，目的是防止振荡造成误动。这是最经典的避免误动方法。但是，在起动0.1-0.25秒后、距离保护返回前的振荡闭锁期间又发生相间故障的话，由于距离一段和二段及高频距离保护已经退出工作，导致故障要经过较长的延时才能切除，不利于电力系统的稳定。

2、应用“电阻变化率”的方法屈服故障与振荡

先采用“短时开放”方法，防止距离保护误动。随后，在判别到电阻变化很大时，立即投入“电阻变化率”判断。这种方法的缺点是：(1)电阻变化率的预定值很难确定。一般是采用一种模型的仿真结果，来代替所有的线路模型，其数值有很大的盲目性和不适应性；(2)在振荡中，又发生三相短路时，有不少情况下，电阻变化值根本不能满足设定的要求，因此无法再开放快速的距离一段和二段。

技术方案

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种基于表征的是系统振荡中心的电压Ucosφ的波形特征，快速识别出系统振荡与振荡中发生对称性故障的方法，避免距离保护振荡中误动和振荡中发生对称性故障拒动。

本发明的技术方案是：一种快速识别振荡中对称性故障的方法，包括采集数据和处理数据步骤，其中，

所述采集数据步骤包括：

①实时采集距离保护接入的三相电压U_φ、三相电流I_φ；

所述处理数据步骤包括：

①计算出系统正序电压U₁；

②计算出系统正序电流I₁；

③计算出振荡中心角度φ；

④计算出振荡中心电压Ucosφ；

⑤计算出Ucosφ波形特征值g(t)；

并且，它还包括综合分析Ucosφ的波形并识别步骤：

①根据Ucosφ波形特征值g(t)判断系统振荡逻辑，如果系统正在振荡，则执行下列步骤②；

②根据振荡中心电压Ucosφ判断系统此时的故障状态。

上述处理数据步骤的具体方法如下：

根据 ${\stackrel{\·}{U}}_1=\frac{({\stackrel{\·}{U}}_A+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{U}}_B+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{U}}_C)}{3}$ 计算出系统正序电压U₁；

根据 ${\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{({\stackrel{\·}{I}}_A+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{I}}_B+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{I}}_C)}{3}$ 计算出系统正序电流I₁；

根据计算出振荡中心角度φ，其中φ_L为输电线路阻抗角；

根据Ucosφ＝U₁cosφ计算出振荡中心电压Ucosφ；

令f(t)＝Ucosφ(t)，根据 $g\left(t\right)=\frac{{(f(t-\mathrm{\Δt})-f(t+\mathrm{\Δt}))}^2}{1-f^2\left(t\right)}$ 计算出Ucosφ波形特征值g(t)；

上述根据Ucosφ波形特征值g(t)判断系统振荡逻辑的条件是，g(t)＞K_g，如果该条件满足则认为系统正在振荡；如果该条件不满足则认为系统不在振荡；其中 $K_g=2\sin {\left(\frac{\mathrm{\Δt}}{2}\right)}^2,$ 为振荡判别门槛；

上述根据振荡中心电压Ucosφ判断系统此时的故障状态的条件是-0.1E＜Ucosφ＜0.25E，如果系统正在振荡且该条件满足，开放振荡性故障；否则闭锁振荡性故障。

本发明的原理是：

在系统振荡中，Ucosφ表征的是系统振荡中心的电压，在系统振荡未平息时， $U\cos \mathrm{\φ}=E\cos \frac{\mathrm{\δ}}{2}=E\cos \frac{{\mathrm{\ω}}_{s}t}{2},$ 其中E为系统等效电源电势，δ为线路两侧电源电势的夹角，ω_s为振荡的角频率。所以在振荡中Ucosφ的波形是以E为幅值、以

为角频率周期性变化的余弦波。Ucosφ波形特征值

$g\left(t\right)=\frac{{(f(t-\mathrm{\Δt})-f(t+\mathrm{\Δt}))}^2}{1-f^2\left(t\right)}=4\sin {\left(\frac{\mathrm{\Δt}}{2}\right)}^2>K_g.$

在系统正常运行时，Ucosφ是恒等于

的一条直线。Ucosφ波形特征值

在系统振荡中发生对称性故障时，三相短路的过渡电阻是电弧电阻，电弧的电位梯度是常数，导线间的距离决定电弧的压降，导线间的距离与系统电压成正比。所以电弧电压U_arc的标幺值约为0.05，0＜Ucosφ＜U_arc。

Ucosφ波形特征值对称性距离继电器动作。

根据上述分析，本发明设置了Ucosφ波形特征识别判据，结合振荡中对称性故障表现为电弧电压的判据，能够在振荡中可靠闭锁距离保护，在振荡中发生对称性故障时快速有效地开放距离保护。

本方法实施简单，物理意义清晰，可以准确、快速地区分振荡和振荡中的对称性故障。可靠做到振荡中距离保护不误动，振荡中发生对称性故障距离保护可靠快速动作。

图1是本发明实施例1的方法流程图

附图说明

图2是与本发明方法结合运用的距离保护对称性故障保护逻辑流程图

本发明已用于实现线路的距离保护，下面以距离保护为例作进一步说明：

具体实施方式

一种距离保护的快速识别振荡中对称性故障的方法，包括采集数据、处理数据和综合分析Ucosφ的波形步骤，其中，

采集数据步骤包括：

①实时采集距离保护接入的三相电压U_φ、三相电流I_φ；

处理数据步骤包括：

①根据 ${\stackrel{\·}{U}}_1=\frac{({\stackrel{\·}{U}}_A+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{U}}_B+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{U}}_C)}{3}$ 计算出系统正序电压U₁；

②根据 ${\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{({\stackrel{\·}{I}}_A+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{I}}_B+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{I}}_C)}{3}$ 计算出系统正序电流I₁；

③根据

计算出振荡中心角度φ，其中φ_L为输电线路阻抗角；

④根据Ucosφ＝U₁cosφ计算出振荡中心电压Ucosφ；

⑤令f(t)＝Ucosφ(t)，根据 $g\left(t\right)=\frac{{(f(t-\mathrm{\Δt})-f(t+\mathrm{\Δt}))}^2}{1-f^2\left(t\right)}$ 计算出Ucosφ波形特征值g(t)；

综合分析Ucosφ的波形步骤包括：

①根据g(t)＞K_g判断系统振荡逻辑，如果该条件满足则认为系统正在振荡，如果该条件不满足则认为系统不在振荡；其中 $K_g=2\sin {\left(\frac{\mathrm{\Δt}}{2}\right)}^2,$ 为振荡判别门槛；

②根据-0.1E＜Ucosφ＜0.25E判断系统此时的故障状态，如果该条件满足并且波形步骤①条件满足，开放振荡中的对称性距离继电器，否则闭锁对称性距离继电器。

上述步骤，我们定义为“Ucosφ波形识别法”。

本实施例中距离保护对称性故障保护逻辑见图2，包括：

①距离保护继电器的初始化；

②距离保护继电器启动条件判断：为保证保护可靠启动，当电流突变量、零负序电流及失去静稳启动任何一个满足条件，则保护启动；

③距离保护选相，若选为对称性故障则进入对称性故障处理逻辑，否则进入其它故障处理逻辑；

④振荡闭锁判断，静稳失去启动或者振荡检测元件动作，则判断为系统振荡，投入振荡闭锁开放元件；

⑤若距离对称性故障继电器动作，且“Ucosφ波形识别法”元件动作，则距离继电器动作，否则闭锁距离继电器；

⑥距离保护整组复归判断。

根据上面的描述可以知道，根据“Ucosφ波形识别法”，可以准确、快速地区分振荡和振荡中的对称性故障，可靠做到振荡中距离保护不误动，振荡中发生对称性故障距离保护可靠快速动作。

Claims (2)

1.一种快速识别振荡中对称性故障的方法，包括采集数据和处理数据步骤，其特征在于，

所述采集数据步骤包括：

①实时采集距离保护接入的三相电压

三相电流

所述处理数据步骤包括：

①计算出系统正序电压U₁；

②计算出系统正序电流I₁；

③计算出振荡中心角度

计算振荡中心角度的方法为

其中

为输电线路阻抗角；

④根据

计算出振荡中心电压

⑤计算出

波形特征值g(t)，计算波形特征值的方法为

其中

并且，它还包括综合分析

的波形并识别步骤：

①根据

波形特征值g(t)判断系统振荡逻辑，如果系统正在振荡，则执行下列步骤②；根据

波形特征值g(t)判断系统振荡逻辑的条件是，g(t)＞K_g，如果该条件满足则认为系统正在振荡；如果该条件不满足则认为系统不在振荡；其中

②根据振荡中心电压

判断系统此时的故障状态；根据振荡中心电压判断系统的故障状态的条件是

其中E为系统等效电源电势；

③满足系统振荡逻辑的条件和系统故障状态的条件则开放振荡性故障；否则闭锁振荡性故障。

2.根据权利要求1所述的一种快速识别振荡中对称性故障的方法，其特征是，所述开放振荡性故障方法为开放振荡中的对称性距离继电器，所述闭锁振荡性故障方法为闭锁对称性距离继电器。

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