CN102818973A

CN102818973A - 一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置

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Publication number: CN102818973A
Application number: CN2012103225474A
Authority: CN
Inventors: 刘涤尘; 陈静; 唐飞; 廖清芬
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: CN102818973B

Abstract

本发明涉及一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置。本发明根据A、B、C三相电压分量的幅值与正序电压分量幅值的相对大小，识别故障相。若负序电压分量为零，则判断为三相对称短路；若零序电压分量为零，则判断为相间不接地短路，再由故障相电压幅值小于正序电压幅值、非故障相电压幅值大于正序电压幅值的特征识别故障相；若零序电压分量不为零，则判断为接地短路故障，再由故障相电压幅值小于正序电压幅值、非故障相电压幅值大于正序电压幅值的特征识别故障相。本发明适用于交直流混联电网逆变站侧的交流短路故障选相，弥补了传统选相元件在逆变站侧可能误判的缺陷，并且选相过程中不需要辅助判据，大大提高了可靠性和选相速度。

Description

一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置。

背景技术

近几十年来，我国直流输电经历了一个快速发展的阶段，交直流混联电网结构和运行特性的复杂性使得安全控制难度显著增加。目前，常用的选相元件主要有相电流差突变量选相（《电力系统继电保护》.北京：中国电力出版社，2005.）和序电流分量选相（《一种新型序分量高压线路保护选相元件》.电力系统自动化,2007,31（12）：64-67.）等，然而，直流换流站的非线性对现有继电保护装置产生了不利的影响，当受端交流系统较弱时，逆变站侧交流出线短路可能引起逆变器连续换相失败，进而导致直流闭锁，使得单一的交流故障具有复故障的特征。

经对现有技术的公开文献检索发现，交直流混联电网受端交流系统发生故障时，其背侧系统正、负序等值阻抗不再近似相等，基于该前提的保护选相算法（《一种序分量高压线路保护选相元件》,《一种利用电压模故障分量的选相元件》，《110kV线路距离保护的复合选相元件》将失效。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种特别适用于交直流混联电网逆变站侧的交流短路故障选相，弥补了传统选相元件在逆变站侧可能误判的缺陷，并且选相过程中不需要辅助判据，大大提高了可靠性和选相速度的一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集模块采集到保护安装处的A、B、C相电压相量，并选择A、B、C相中任意一相为基准相，并根据基准相将保护安装处的A、B、C相电压相量分解得到正序、负序、零序电压相量；所述A、B、C的相电压分量幅值分别为：

和

所述A相电压量分解得到正序、负序、零序电压量分别为以及所述B相电压量分解得到正序、负序、零序电压量分别为

以及

所述C相电压量分解得到正序、负序、零序电压量分别为

以及

步骤2，判断模块分别判断步骤1中的A、B、C的相电压分量幅值与分解得到基准相正序电压幅值进行比较，获取比较结果；

步骤3，故障输出模块根据步骤2中判断模块输出的比较结果，结合分解得到的基准相负序、零序电压分量，判断出故障相别。

在上述的一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法，所述步骤3中，故障输出模块根据步骤2中判断模块输出的比较结果的具体方法如下：

判断结果1：基准相的负序电压分量幅值为零，则判断为三相对称短路；

判断结果2：三相电压分量幅值

和

中仅有一相小于基准相的正序电压分量幅值，则判断为该相单相短路接地故障；

判断结果3：三相电压分量幅值和

中有两相小于基准相的正序电压分量幅值，且该基准相的零序电压分量幅值为零，则判断为该两相相间短路不接地故障；

判断结果4：如果三相电压分量幅值

和中有两相小于基准相的正序电压分量幅值，且基准相的零序电压分量幅值不为零，则判断为该两相短路接地故障。

在上述的一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法，采集保护安装处的A、B、C三相电压分量，通过相序变换分解为正序、负序、零序电压分量，具体方法是：

若选择A相为基准相，则分解基于分解计算公式：

[\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{A (2)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} 1 & a & a^{2} \\ 1 & a^{2} & a \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C} \end{matrix}]

式中，算子a=e^j120°，a²=e^j240°；

若选择B相为基准相，则分解基于分解计算公式：

[\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{B (1)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B (2)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B (0)} \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} a^{2} & 1 & a \\ a & 1 & a^{2} \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C} \end{matrix}]

式中，算子a=e^j120°，a²=e^j240°；

若选择C相为基准相，则分解基于分解计算公式：

[\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{C (1)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C (2)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C (0)} \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} a & a^{2} & 1 \\ a^{2} & a & 1 \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C} \end{matrix}]

式中，算子a=e^j120°，a²=e^j240°。

一种采用基于相序电压幅值比较的故障选相方法的装置，其特征在于，包括依次相连的采集模块、判断模块以及故障输出模块。

本发明具有实际应用价值和显著进步，特别适用于交直流混联电网逆变站侧的交流短路故障选相，弥补了传统选相元件在逆变站侧可能误判的缺陷，并且选相过程中不需要辅助判据，大大提高了可靠性和选相速度。根据国家电网特高压骨干网架规划，“十二五”期间华中电网相关的特高压交流和超/特高压直流联络线达近20回，本发明与电网的发展相适应，将具有广泛的应用前景。

因此，本发明具有如下优点：选相方案不受影响，逆变站侧亦能有效选相；特别适用于交直流混联电网逆变站侧的交流短路故障选相，弥补了传统选相元件在逆变站侧可能误判的缺陷，并且选相过程中不需要辅助判据，大大提高了可靠性和选相速度。

附图说明

附图1是本发明的一种工作流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

首先介绍一下本发明以A相为基准相进行整个方法流程的判断方法：

（1）采集保护安装处的A、B、C三相电压分量，通过相序变换分解为正序、负序、零序电压分量。以选取A相为基准相为例，分解计算公式如下：

[\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{A (2)} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} 1 & a & a^{2} \\ 1 & a^{2} & a \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{A} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{B} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{C} \end{matrix}]

式中，算子a=e^j120°，a²=e^j240°。

（2）根据A、B、C三相电压分量的幅值与正序电压分量幅值的相对大小，识别故障相。若负序电压分量为零，则判断为三相对称短路；若零序电压分量为零，则判断为相间不接地短路，再由故障相电压幅值小于正序电压幅值、非故障相电压幅值大于正序电压幅值的特征识别故障相；若零序电压分量不为零，则判断为接地短路故障，再由故障相电压幅值小于正序电压幅值、非故障相电压幅值大于正序电压幅值的特征识别故障相，此情况对单相短路接地故障和两相短路接地故障均适用。以应用A相序分量为例，各故障类型判断如下：

1）

ABC三相对称短路

2)

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |,

A相单相接地短路

3）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |,

B相单相接地短路

4)

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |,

C相单相接地短路

5）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | = 0,

AB两相相间不接地短路

6）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | = 0,

AC两相相间不接地短路

7）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | = 0,

BC两相相间不接地短路

8）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | &NotEqual; 0,

AB两相接地短路

9）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | &NotEqual; 0,

AC两相接地短路

10）

| {\overset{\cdot}{U}}_{A} | > | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{B} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{C} | < | {\overset{\cdot}{U}}_{A (1)} |, | {\overset{\cdot}{U}}_{A (0)} | &NotEqual; 0,

BC两相接地短路

整流站侧交流出线短路一般不会造成换相失败，故障线路两侧感受的相/序电压分量特征与普通交流线短路相同，故整流站侧与交流侧均能正确选相。若逆变站侧交流出线短路而造成连续换相失败后闭锁，本发明选相方案不受影响，故逆变站侧亦能有效选相。

下面，介绍一下采用A相为基准相的具体实施例：

本发明方法利用中国电力科学研究院研制的电力系统仿真程序PSASP6.28进行了仿真验证。仿真系统为2012年三华全网架实际数据，短路故障设置位于直流线“陕东南郊330—豫灵宝500”逆变站侧出线：豫灵宝500（M侧，即逆变站侧）—豫陕州500（N侧）。典型工况下，该直流单极运行，受端落地功率750MW。

为了对比本发明与其它选相方法在逆变站侧的选相效果，分别采用本发明相序电压分量选相方法、传统的相电流突变量选相方法和序电流分量选相方法对同一故障进行判别，M/N侧保护的选相结果如表1所示，（1表示选相正确，0表示错误）：

表1

其中，“AB”表示AB两相相间不接地短路；“ABG”表示AB两相接地短路；“ABC”表示三相对称短路；“AG-0.01”表示A相单相带0.01pu的过渡电阻接地短路。

实例仿真结果表明，由于逆变站直流闭锁，M侧（即逆变站侧）相电流突变量和序电流选相判据在非对称故障情况下均失效，N侧选相不受影响。而本发明方法在两侧均能正确选相。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。