CN101562331B

CN101562331B - 负序电抗方向判定方法

Info

Publication number: CN101562331B
Application number: CN2009100156625A
Authority: CN
Inventors: 刘凯; 李蔚; 王雪梅; 孙建波; 王玲
Original assignee: YANTAI DONGFANG ELECTRONIC INFORMATION INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: Dongfang Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: CN101562331A

Abstract

本发明公开了一种负序电抗方向判定方法，用于系统中发生不对称故障时，故障方向的判别。包括在被保护线路段某侧设置有保护装置，通过计算本侧负序电压相量

和负序电流相量

然后计算出负序阻抗

取其虚部，即为负序电抗，根据负序电抗与定值的大小关系来区分不对称故障的方向。该方向元件灵敏度高，不需要设置电压门槛，即使感受到的负序电压的幅值较小，仍可以准确的判别方向。

Description

负序电抗方向判定方法

(一)、技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种故障方向判定方法。更具体的说，是一种用于电力系统交流输电线路发生故障时，判断故障方向的方法。

(二)、背景技术

为保证选择性，线路保护中都配置有方向元件，负序方向元件是使用广泛的一种，用于系统中发生不对称故障时，故障方向的判别。目前的负序方向元件，一般是通过检测负序电压和负序电流之间的角度，如果这个角度在一定范围内，则判断为正向或者反向。这种方法的缺陷在于，对于某些系统中的某些不对称故障，负序电压可能很小，灵敏度不能满足要求，导致方向判别错误。

(三)、发明内容

本发明的目的在于提供了一种负序电抗方向判定方法，用以克服上述已有判断方法的缺陷，所要解决的技术问题是：当系统中发生不对称故障时，故障方向的判别仍然是准确的，且不需要设置电压门槛，即使感受到的负序电压的幅值较小，仍可以准确地判别方向。

本发明的技术方案如下。

一种负序电抗方向判定方法，其特征在于：首先，安装在线路任意一侧的保护装置采集本侧三相电压和电流值，计算本侧负序电压相量和负序电流相量

其次，根据负序电压相量和负序电流相量，计算负序电抗X₂，X₂为负序电压相量和负序电流相量之间的比值的虚部：

最后，进行判定，如果X₂＜k_F×X_L2，且

则确定为正向故障；如果X₂＞k_R×X_L2，且则确定为反向故障；

其中，X_L2为线路负序电抗，K_F为正向故障电抗可靠系数，K_R为反向故障电抗可靠系数，I_set为电流定值；

K_F和K_R应取不同的数值，且K_F小于K_R。

所述K_F的整定原则为：0.1≤K_F≤0.4，优选0.4；K_R的整定原则为：0.6≤K_R≤0.9，优选0.6；所述I_set的整定原则为：I_set＝0.1In～0.5In，优选0.2I_n，I_n是线路本侧电流互感器二次额定值。

本发明的积极效果在于：

保护装置采集本侧三相电压和电流值，将得到的数据，使用全周傅立叶算法，计算出相量。通过计算本侧负序电压相量和负序电流相量然后计算出负序阻抗取其虚部，得到负序电抗，

根据负序电抗与定值的大小关系来区分故障方向。

当线路上发生正向不对称故障时，负序电抗等于背侧的系统电抗，极性为负，因为极性的关系，它总是小于线路负序电抗。当线路上发生反向不对称故障时，负序电抗等于线路和对侧系统的负序电抗之和，大于线路电抗。根据这个特点，可以判断不对称故障的方向。

本发明中负序电抗X₂为负序电压相量与负序电流相量之间的比值的虚部。通过计算负序电抗，根据负序电抗与定值的比较结果，来判断故障方向。该方法的优点在于，该方向元件灵敏度高，不需要设置电压门槛，即使感受到的负序电压的幅值较小，仍可以准确的判别方向。

(四)、附图说

图1是保护装置连接图，以m侧的保护为例。

图2是发生正向不对称故障时的负序等效网络。

图3是发生反向不对称故障时的负序等效网络。

图4是正向和反向区域描述图。

(五)、具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参照图1，在m侧有保护装置。线路的保护装置具有数据处理功能，能够采样本侧的三相电压和电流，控制本侧的执行机构。保护装置采样本侧的三相电压和电流，计算出负序电抗，然后进行方向判别。

图2、图3分别为发生正向、反向不对称故障时的负序网络图，双侧电源供电的线路在F点发生了不对称故障。图中，Z_sm、Z_sn分别为线路两侧负序电源阻抗，Z_L2为负序线路阻抗，

为F点的负序电势，

为流过故障支路的负序电流，R_F2为故障点处的负序电阻，分别为母线m处的负序电压和电流。m处负序阻抗为：

Z_{2} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{2}}{{\overset{\cdot}{I}}_{2}}

负序电抗为负序阻抗的虚部：

X₂＝Im(Z₂) (1)

当发生正向不对称故障时，如图2所示，对于装在母线m处的保护装置，可知：

{\overset{\cdot}{U}}_{2} = - {\overset{\cdot}{I}}_{2} \times Z_{sm}

所以，母线m处的负序阻抗为：

Z_{2} = {\overset{\cdot}{U}}_{2} / {\overset{\cdot}{I}}_{2} = - Z_{sm} - - - (2)

当发生反向不对称故障时，如图3所示，可知：

{\overset{\cdot}{U}}_{2} = {\overset{\cdot}{I}}_{2} \times (Z_{L 2} + Z_{sn})

所以，

Z_{2} = {\overset{\cdot}{U}}_{2} / {\overset{\cdot}{I}}_{2} = Z_{L 2} + Z_{sn} - - - (3)

结合式(2)和式(3)可知，当发生正向不对称故障时，

m侧的负序电抗为：

X₂＝-X_sm (4)

其中，X₂和X_sm分别为负序电抗和m侧系统的负序电抗。

当发生反向不对称故障时，

X₂＝X_L2+X_sn (5)

其中，X_L2和X_sn分别为线路和n侧系统的负序电抗。

由式(4)、(5)可知，当发生正向不对称故障时，负序电抗的极性为负，因为极性的关系，它总是会小于线路负序电抗，即X₂＜X_L2；当发生反向不对称故障时，负序电抗为线路负序电抗和对侧系统负序电抗之和，必定大于线路负序电抗，即X₂＞X_L2。因此，可以根据负序电抗来判断不对称故障的方向。基于负序电抗的方向元件即据此提出，判据为：

\{\begin{matrix} X_{2} < k_{F} \times X_{L 2} \\ | {\overset{\cdot}{I}}_{2} | > I_{set} \end{matrix} - - - (6)

\{\begin{matrix} X_{2} > k_{R} \times X_{L 2} \\ | {\overset{\cdot}{I}}_{2} | > I_{set} \end{matrix} - - - (7)

当负序电抗X₂和线路负序电抗X_L2之间的关系满足式(6)时，为正向故障；满足式(7)时，为反向故障。式(6)和式(7)中的k_F、k_R分别为正向和反向判据的电抗可靠系数，I_set是电流定值。k_F和k_R应取不同的数值，且k_F小于k_R，以使正向区域和反向区域完全分开，保证可靠性。一般地，k_F可以设定为0.4，k_R可以设定为0.6，如此，k_R＞k_F，正向范围和反向范围没有交迭区，而且正向区域和反向区域都有较大裕度。I_set可以设置为0.2I_n，I_n为CT二次侧的额定电流，足以保证方向判别的可靠性。

图4为由正向门槛K_F×X_L2和反向门槛K_R×X_L2确定的正向区域和反向区域，K_F＜K_R。从图中可以看出，正向区域和反向区域之间，没有交迭区。发生正向不对称故障时，负序电抗小于零，位于横轴以下；发生反向不对称故障时，负序电抗大于线路负序电抗。当k_F取为0.4，k_R取为0.6时，正向区域和反向区域都有较大裕度，有利于可靠的判断方向。线路负序电抗X_L2越大，此方向元件的可靠性越高。

负序电抗方向元件有以下性能。

(1)不受负荷影响，不受过渡电阻影响，灵敏度高。

基于负序电抗的方向元件，采用负序分量，不受负荷影响。

结合式(4)和式(5)可知，负序电抗仅与系统和线路的负序电抗有关，与过渡电阻无关，可知该方向元件不受过渡电阻的影响。

从式(6)和式(7)可知，该元件的灵敏度受限于电流定值I_set，因系统正常运行时，并无负序分量，而目前的微机保护测量精度高，所以I_set可以取较低的数值，设置为0.2I_n时，已足以满足判别方向的可靠性。由此可知，该方向元件的灵敏度高。

(2)不需要设定电压门槛，当保护感受到的负序电压较低，甚至接近于零时，仍可以准确的判别方向。

当发生反向不对称故障时，只要电流条件满足要求，

| {\overset{\cdot}{I}}_{2} | > I_{set},

装置感受到的负序电压和电流总是满足式(3)所描述的关系，负序电抗等于线路和对侧系统的负序电抗之和，大于线路的负序电抗，式(7)满足，而式(6)不满足，基于负序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。

当发生正向不对称故障时，如果装置背后是大电源，或故障点远离保护安装处，保护感受到的负序电压会较小。基于负序电抗的方向元件，电流条件需满足要求，

| {\overset{\cdot}{I}}_{2} | > I_{set},

装置感受到的负序电压和电流满足式(2)所描述的关系，负序电抗等于负的背后系统负序电抗，其小于线路的负序电抗。当电压较小，甚至接近于零时，计算的负序电抗也会很小，式(6)满足，而式(7)不满足，基于负序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。

容易得出，线路越长，线路负序阻抗越大，基于负序电抗的方向元件可靠性越高。当线路很短时，考虑极端情况，假设线路负序电抗接近于零，则式(6)、(7)中的电抗门槛K_F×X_L2和K_R×X_L2接近于零，保护不能区分正向和反向的电抗门槛，则不能准确的判别方向。一般地，当X_L2＞1Ω(二次值)时，因微机保护的测量精度高，该方向元件已经具有较高的可靠性。而实际系统中的线路负序电抗一般满足X_L2＞1Ω的关系，基于负序电抗的方向元件可以满足实际电力系统的要求。

(3)实现简单。

传统的反映电压和电流之间相角的方向元件，需要对灵敏角进行设定。而基于负序电抗的方向元件，使用电抗分量来判别方向，仅需比较负序电抗和相应门槛之间的大小，而非判断角度区域，不需要考虑灵敏角，实现简单。

Claims

1.一种负序电抗方向判定方法，其特征在于：首先，安装在线路任意一侧的保护装置采集本侧三相电压和电流值，计算本侧负序电压相量

和负序电流相量

最后，进行判定，如果X₂＜k_F×X_L2，且

则确定为正向故障；如果X₂＞k_R×X_L2，且

则确定为反向故障；

K_F和K_R应取不同的数值，且K_F小于K_R。

2.根据权利要求1所述的负序电抗方向判定方法，其特征在于：所述K_F的整定原则为：0.1≤K_F≤0.4；K_R的整定原则为：0.6≤K_R≤0.9；所述I_set的整定原则为：I_set＝0.1In～0.5In，I_n是线路本侧电流互感器二次额定值。

3.根据权利要求2所述的负序电抗方向判定方法，其特征在于：K_F＝0.4，K_R＝0.6，I_set＝0.2I_n。