CN101789588B - 一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，在被保护线路段设置保护装置，根据保护装置一侧的三相电压和电流值，计算本侧正序电压相量

、正序电流相量

，并根据线路全长正序阻抗Z_L1，计算线路对侧的正序电压；计算出和之间的角度

；在角度δ开始进入区间[δ₁，δ₂]时，计算出该时刻角度δ相对于时间的变化率，记为ω_s0，并以此计算出可靠时间T，T＝k×(δ₂-δ₁)/δ_s0，其中所述δ₁、δ₂为角度定值，k为可靠系数；如果δ在区间[δ₁，δ₂]中停留的时间超过T，可确认发生了三相故障，并开放距离保护。可实时地根据振荡速度来确定开放保护的时间，系统振荡时不会误动，故障时开放速度快，和振荡周期自适应，有利于保护快速切除三相故障，容易整定，容易在现有保护装置中实现。

Description

一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法

(一)、技术领域  本发明涉及用于电力系统继电保护领域的一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法。

(二)、背景技术  距离保护会因振荡而误动，振荡时需将其闭锁。为使闭锁后发生故障时保护能够动作，还需设置开放元件。对于不对称故障，常使用零序或负序分量来开放；对于对称故障，目前常用测量阻抗变化率dZ/dt、dR/dt或振荡中心电压及其变化率的UCosφ、d(UCosφ)/dt等方法。振荡时，电压、电流和阻抗等电量是变化的，而线路上发生三相故障时，电量不变，目前常用的三相故障开放判据均是利用这个特征来区分三相故障与振荡，这些判据各有其优缺点。系统振荡时的振荡周期是变化的，在同一个振荡周期中，滑差也不是常数；因实时滑差等信息难以得到，目前的三相故障开放判据多采用固定延时的方法，共有的缺点是开放时须经较长的延时。

(三)、发明内容  本发明所要解决的技术问题是，提供一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，该判据可实时地根据振荡速度来确定开放保护的时间，有利于保护快速切除三相故障，和振荡周期自适应，容易整定，容易在现有保护装置中实现。

本发明的技术方案如下。

一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，在被保护线路段设置保护装置，其特征在于：

第一步：根据保护装置一侧的三相电压和电流值，计算本侧正序电压相量

正序电流相量

，并根据线路全长正序阻抗Z_L1，计算线路对侧的正序电压

第二步：在

和

的幅值均大于0.1U_n时，进行下一步的判别，U_n为电压互感器二次侧额定输出相电压，取值为57.735V；

第三步：计算出和

之间的角度

第四步：在角度δ开始进入区间[δ₁，δ₂]时，计算出该时刻角度δ相对于时间的变化率，记为ω_s0，并以此计算出可靠时间T，T＝k×(δ₂-δ₁)/ω_s0，其中所述δ₁、δ₂为角度定值，k为可靠系数；

第五步：进行判定，如果δ在区间[δ₁，δ₂]中停留的时间超过T，可确认发生了三相故障，并开放距离保护。

本发明的积极效果在于：可实时地根据振荡速度来确定开放保护的时间，系统振荡时不会误动，故障时开放速度快，和振荡周期自适应，有利于保护快速切除三相故障，容易整定，容易在现有保护装置中实现。

(四)、附图说明  图1本发明双电源供电系统模型。

图2是本发明电压相量图。

图3是被保护线路上发生三相故障时的正序电路模型图。

图4是本发明振荡开放逻辑图。

图5是本发明纯振荡波形及相关计算结果。

图6是本发明振荡过程中发生三相故障的波形及相关计算结果。

(五)、具体实施方式  下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参照图1，

为线路两侧电源电势，

为线路两端电压，

为线路m端电流，Z_L为线路阻抗。

参照图2，振荡中心在线路上，

为振荡中心电压。从图2可知，当线路两侧电源之间的电势角差α增大时，线路两端电压

和之间的夹角δ也会增大；反之，会减小。系统振荡时，α从0°到360°周而复始的变化，δ也具有此特征，δ反映线路两侧电源之间电势角差的变化，其变化周期等于振荡周期。

令 ${{\stackrel{\·}{U}}_n}^{\′}={\stackrel{\·}{U}}_m-{\stackrel{\·}{I}}_m\×Z_L,$ 参考图1可知，当线路上无故障时， ${{\stackrel{\·}{U}}_n}^{\′}={\stackrel{\·}{U}}_n.$ 可根据

和

来计算线路两端电压间夹角。图1为单相模型，对于三相模型，使用正序分量来计算线路两端电压间的夹角，

式中，

分别为保护安装处的正序电压和电流，Z_L1为线路全长正序阻抗。

参照图3，在F点发生了故障，线路全长正序阻抗为Z_L1，从m端到F点的阻抗为Z_F。

从图3可知：

${\stackrel{\·}{I}}_{m1}={\stackrel{\·}{U}}_{m1}/Z_F$

而Z_L1＞Z_F，易知

与

相位相差180°，δ＝arg U_m1/U_n1′＝180°。即线路上发生三相故障时，δ＝180°。

参照图4，线路两端电压间的夹角反映线路两侧电源间电势角差的变化，而振荡是一个机电暂态过程，在一个较短的时间，可以看作是匀速的。通过测量在每个振荡周期中各时刻的夹角δ对时间的变化率，可以确定δ在各个角度范围区间所停留的时间。如图4，当δ₁≤δ≤δ₂时，经延时T开放，T就是可靠时间。其中δ₁、δ₂分别为小于和大于180°的角度值。发生三相故障时，理论上δ＝180°，考虑10°的计算误差，δ₁和δ₂可分别取为170°和190°。延时T根据δ₁、δ₂之间的差值和δ进入区间[δ₁，δ₂]时的角速度ω_s0来确定：

T＝k×(δ₂-δ₁)/ω_s0

式中k为可靠系数，设定范围可取为1.1～2.0，优选为1.5，以保证可靠性。

当保护装置感受到的电压小时，或计算出的对侧电压小时，可能会因电压灵敏度不足而不能计算角度δ，图4所示判据不能应用。对于这种情况，可以使用传统方法如测量振荡中心电压等方法来补充。当线路出口、末端发生三相故障，或振荡中心位于线路出口或末端时，会出现这种情况。为保证准确度，仅在

和

的幅值大于0.1U_n时，才进行上述判别。U_n即电压互感器二次侧额定输出相电压。当线路上发生不对称故障时，随故障点和过渡电阻的不同新判据有可能开放或不开放，如果开放，有利于保护快速动作。

图5中，Ia表示A相电流，δ表示线路两端电压之间的夹角，dδ/dt表示δ对时间的变化率。动作角度区间取[170°，190°]，k取1.5。仿真中，采用全周傅立叶算法，采样频率为2000Hz，横坐标为采样点。从图5可知，随振荡发展，δ在0～360°间循环变化。由图中dδ/dt的波动可知，振荡时振荡速度是在不断变化的，而每个振荡周期中不同时刻的振荡速度也有不同。在图中所示的四个完整的振荡周期中，在进入动作角度区间的角速度(°/s)分别是：1067，749.4，862，863.4。计算的时间延时T分别为49.2ms，98.1ms，76.5ms，104.3ms，而δ在区间(170°，190°)之间停留的时间分别为17.5ms，24.5ms，22ms，30ms。可见新判据不会开放，保护不会误动，且可靠性高。这是一个振荡逐渐停息的过程，最后一个阶段，δ最大只是达到100°，未达到新判据动作区，此后δ下降，振荡逐渐平息。

从图6可知，当发生故障后，δ稳定在180°，发生故障时角度变化率大，δ进入动作区间时的角度变化率为5624°/s，所计算的时间为4.5ms，即4.5ms即可开放保护，切除故障，可见新判据的动作速度快。

U_n即电压互感器二次侧额定输出相电压，其取值57.735V。

Claims (3)

1.一种电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，在被保护线路段设置保护装置，其特征在于：

第一步：根据保护装置一侧的三相电压和电流值，计算本侧正序电压相量正序电流相量

并根据线路全长正序阻抗Z_L1，计算线路对侧的正序电压

第二步：在

和

的幅值均大于0.1U_n时，进行下一步的判别，U_n为电压互感器二次侧额定输出相电压，取值为57.735V；

第三步：计算出

和

之间的角度

第四步：在角度δ开始进入区间[δ₁，δ₂]时，计算出该时刻角度δ相对于时间的变化率，记为ω_s0，并以此计算出可靠时间T，T＝k×(δ₂-δ₁)/ω_s0，其中δ₁、δ₂分别为小于和大于180°的角度值，k为可靠系数，整定范围为k＝1.1～2.0；

第五步：进行判定，如果δ在区间[δ₁，δ₂]中停留的时间超过T，则确认发生了三相故障，并开放距离保护。

2.根据权利要求1所述的电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，其特征在于，所述δ₁、δ₂的整定范围为：δ₁＝150°～179°，δ₂＝181°～210°。

3.根据权利要求2所述的电力系统线路保护振荡中三相故障开放判定方法，其特征在于，δ₁＝170°，δ₂＝190°；k＝1.5。

Images