CN104659761B - 防止距离ⅲ段保护因过负荷误动作的方法 - Google Patents

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Abstract

一种防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，用于防止连锁跳闸现象的发生，保证线路的正常运行，其技术方案是，所述方法利用有功判据和阻抗角判据共同识别线路过负荷的诱因，若过负荷是由线路故障引起，则开放距离Ⅲ段保护；若过负荷是由故障线路切除后的潮流转移引起，则闭锁距离Ⅲ段保护，防止连锁跳闸现象的发生。本发明采用双判据识别线路的过负荷是由故障引起还是由潮流转移引起，只有判断过负荷是由故障引起时才开放距离Ⅲ段保护，这样就有效防止了后备保护的误动作，避免了连锁跳闸现象的发生，保证了线路的正常运行。

Description

防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法
技术领域
本发明涉及一种在线路发生过负荷时防止距离Ⅲ段保护误动作的方法，该方法可以有效预防连锁跳闸，避免事故范围扩大，属输配电技术领域。
背景技术
伴随全球经济的不断发展，电网的大规模互联成为电力系统发展的必然趋势。电网互联在提高系统运行效率的同时也增加了系统运行的不确定性和扰动波及的范围。近几年国内外多次发生的大停电事故表明，大停电事故往往引发于故障线路切除后的潮流转移所导致的后备保护误动作。只有准确识别线路的过负荷是由故障引起还是由潮流转移引起，才能正确闭锁距离Ⅲ段保护，阻止连锁跳闸现象的发生。然而有关处理这类问题的方法至今未见报道，线路的运行仍存在重大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，以防止连锁跳闸现象的发生，保证线路的正常运行。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，所述方法利用有功判据和阻抗角判据共同识别线路过负荷的诱因，若过负荷是由线路故障引起，则开放距离Ⅲ段保护；若过负荷是由故障线路切除后的潮流转移引起，则闭锁距离Ⅲ段保护，防止连锁跳闸现象的发生。
上述防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，具体处理步骤为：
a. 距离保护起动，故障线路k切除后利用下式计算电力网络中任一线路l上的有功潮流：
其中，为故障线路k切除前线路l上的有功潮流，为线路l上的有功潮流增量，计算公式为：
式中为线路k切除前的有功潮流；为线路k对线路l的转移潮流灵敏度因子，计算公式为
式中，i和j对应被切除线路k的节点号，m和n对应待求线路l的节点号，为被切除线路k的电抗，分别为节点电抗矩阵的对应元素；
b. 若计算有功与实测有功的大小满足有功判据：
式中为考虑误差因素后的阈值，则判断为可能发生潮流转移过负荷，进入步骤c，否则判断过负荷是由线路故障引起；
c. 若保护安装处测量阻抗角满足阻抗角判据：
式中、为保护安装处测得的相电压、相电流，为保护安装处测得的相电压落后相电流的角度，为保护安装处的阻抗角整定值，则初步判断线路的过负荷是由潮流转移引起，否则判断过负荷是由线路故障引起；
d. 若判断过负荷是由线路故障引起，则开放距离Ⅲ段保护；若判断线路的过负荷是由潮流转移引起，则闭锁距离Ⅲ段保护，防止连锁跳闸现象的发生。
上述防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，为了避免系统振荡时测量阻抗角进入动作区内导致保护误动作，初步判断线路的过负荷是由潮流转移引起后，有功判据和阻抗角判据应在设定的延时后再次计算，若二者仍然成立，则闭锁距离Ⅲ段保护，否则认为过负荷是由线路故障引起，开放距离Ⅲ段保护。
上述防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，所述延时取为0.5s，保护安装处的阻抗角整定值设为°，考虑误差因素后的阈值设为0.1。
本发明采用双判据识别线路的过负荷是由故障引起还是由潮流转移引起，只有判断过负荷是由故障引起时才开放距离Ⅲ段保护，这样就有效防止了后备保护的误动作，避免了连锁跳闸现象的发生，保证了线路的正常运行。
本发明采用新英格兰10机39节点系统进行仿真验证，支路潮流的参考方向用箭头表示。
根据网络拓扑编程得到各支路的转移潮流灵敏度因子，构成矩阵。支路有功潮流增量取决于转移潮流灵敏度因子大小及被切除支路的原有潮流量，选取切除后使剩余支路有功潮流增大较多的支路2-3对该方法的准确性进行数据测试。切除支路2-3后各保护处的相关数据如表1所示。
表1 支路2-3切除后的特征量
支路编号 2-3 2-1 1-39 18-3 5-4 17-18 25-26 26-27
转移潮流灵敏度因子d lk -1 0.3546 0.3546 0.5898 0.2771 0.5898 0.6454 0.6454
有功潮流初始值P l 364.6 119.1 118.6 34.2 163.2 192.4 76.7 268.5
有功潮流仿真值P ’ l,M — 249.6 247.7 247.1 267.0 406.3 314.2 503.3
有功潮流估算值 — 248.39 247.89 249.24 264.23 407.44 312.01 503.81
— 0.0049 0.0008 0.0086 0.0105 0.0028 0.0070 0.0010
测量阻抗角 — 4.353° 8.224° 8.833° 8.625° 9.570° 0.474° 9.553°
支路2-3作为系统中发电机输送有功的重要线路，被切除后主要引起支路2-1、支路1-39、支路18-3、支路5-4、支路17-18、支路25-26和支路26-27上的有功大幅度增加。这些支路可能发生过负荷，特别是潮流转移前的重负荷线路，这时应该有小于0.1并且的值小于40°。根据表中数据，发生潮流转移过负荷时，两个判据均满足并符合延时条件，经过延时后将可靠闭锁距离段保护，防止其误动作引起连锁跳闸事故；系统振荡时经过延时无法满足识别判据，距离段保护不会被闭锁。
故障时的值比较大，比如母线5处三相短路故障时母线7附近保护处测得=79.867°，从而不满足阻抗角判据，系统不会因有功潮流测量值与估算值接近而误判断为潮流转移过负荷，在判断为发生故障后将继续开放距离段保护，之后因故障切除而返回或到达动作时限将故障切除。主站收到子站发送的闭锁信号和分析报告后，根据当前网络拓扑和参数形成新的转移潮流灵敏度因子矩阵，以便于此时发生其他故障并被切除后可以再次应用到潮流转移识别流程中去。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明利用有功判据和阻抗角判据识别故障和过负荷的逻辑图（图中不等式条件满足时输出1，否则输出0）。
图2-a、图2-b是实现本发明的实施流程图；
图3是本发明的仿真验证实施例。
文中各符号为：为故障线路k切除后电力网络中任一线路l上的有功潮流计算值，为故障线路k切除前线路l上的有功潮流，为线路l上的有功潮流增量，为线路k切除前的有功潮流，为线路k对线路l的转移潮流灵敏度因子，i和j对应被切除线路k的节点号，m和n对应待求线路l的节点号，为被切除线路k的电抗，分别为节点电抗矩阵的对应元素，为保护安装处测得的相电压落后相电流的角度，为保护安装处的阻抗角整定值，为保护安装处测得的相电压，为保护安装处测得的相电流。
具体实施方式
本发明可在电力系统故障被切除后，有效识别事故过负荷与潮流转移过负荷，从而可靠闭锁距离Ⅲ段保护，避免其误动作引发连锁跳闸，威胁电网的安全稳定运行。本发明不改变距离保护的原有功能，能够保证距离Ⅲ段保护正确动作。
本发明按下列步骤操作：
（1）距离保护起动，故障线路切除后进入过负荷性质的识别流程，计算有功潮流；
（2）若计算有功与实测有功的大小满足有功判据，则判断为可能发生潮流转移过负荷，进入步骤（3），否则判断为发生故障；
（3）若保护安装处测量阻抗角满足阻抗角判据，则初步判断线路发生潮流转移过负荷，进入步骤（4），否则判断为发生故障；
（4）为了避免系统振荡时测量阻抗角进入动作区内导致保护误动作，当判断线路发生了潮流转移过负荷时，有功判据和阻抗角判据应在设定的延时后再次计算，延时到达后根据上述两个判据的满足情况，最终判断是否发生潮流转移过负荷；
（5）根据上述（2）～（4）步的判断结果，对距离保护采取对应的措施；
（6）经过判断之后，若有其他故障发生，将进入下一过负荷性质的识别流程。
故障线路切除后待求线路的有功潮流由下式计算：
（1）
式（1）中，为故障线路k切除后电力网络中任一线路l上的有功潮流计算值；为故障线路k切除前线路l上的有功潮流，可以通过测量系统测得；为线路l上的有功潮流增量，可以由线路k切除前的有功潮流以及线路k对线路l的转移潮流灵敏度因子计算得到，计算公式为
（2）
式（2）中，线路k切除前的有功潮流可以在故障前测得，线路k对线路l的转移潮流灵敏度因子仅与网络参数和拓扑结构有关，不随线路有功潮流的变化而改变，故可以在故障前通过计算得到，计算公式为：
（3）
式（3）中，i和j对应被切除线路k的节点号，m和n对应待求线路l的节点号，为被切除线路k的电抗，分别为节点电抗矩阵的对应元素。
计算出待求线路的有功后，用于判断线路计算有功与实测有功大小的有功判据为：
（4）
式（4）中，为考虑误差因素后的阈值，可设为0.1。式（4）满足则进入阻抗角判别流程，否则认为发生故障。
（5）
式（5）中、分别为保护安装处测得的相电压、相电流，为保护安装处测得的相电压落后相电流的角度，为保护安装处的阻抗角整定值，可设为°左右。式（5）满足则进行下一步识别流程，否则认为发生故障。
若判断为发生故障，则开放距离Ⅲ段保护，保护仍可正确动作。若不是故障情况，则经过适当的延时，可取为0.5s左右，若式（4）和（5）仍满足，则认为发生潮流转移过负荷，闭锁距离Ⅲ段保护，防止保护因过负荷发生误动，延时的配合可以有效避免系统振荡时测量阻抗角进入动作区内导致保护误动作的情况；否则认为受到系统振荡的影响，采取相应措施。
经过判断之后，如果此时有其他故障发生，并且故障线路被相关保护正确动作跳开，则新的潮流转移灵敏度因子可以再次对其他受影响的线路应用以区分过负荷的性质。
本发明能够在电网事故发生后有效识别过负荷的性质，并且可以避免系统振荡的影响，在发生潮流转移过负荷情况下及时闭锁距离Ⅲ段保护，防止其误动作引发连锁跳闸。该方法中判据的整定值可以提前设置，也可以根据现场的输电线路以及负荷情况进行整定；不改变距离保护的原有功能，能够保证距离Ⅲ段保护区内发生故障时正确动作。
利用有功判据和阻抗角判据并配合适当延时以识别故障和潮流转移过负荷的逻辑关系如图1所示，距离Ⅲ段保护起动，故障线路被切除后进入潮流转移识别流程，如果式（4）、（5）均不满足或只满足式（4），则判断为发生故障，继续开放保护直到故障被切除；如果发生潮流转移过负荷，式（4）和（5）同时满足，判断后将可靠闭锁保护并发送过负荷告警信号。闭锁保护前的延时设置可有效避免系统振荡时测量阻抗角进入动作区内导致保护误动作的情况。
图2给出了实现本发明的实施流程图。本发明采用集中决策（主站-子站）式结构。图2(a)为主站流程图，图2(b)为子站流程图。主站通过采集的数据对网络拓扑实时跟踪，结合网络参数通过式（3）计算转移潮流灵敏度因子，将线路相关灵敏度因子发送到各区子站处。主站在收到子站保护范围内的断路器跳闸信号后将被切除支路的编号和该支路切除前的有功潮流发送到其他子站处，各装置经过测量和计算后，根据两个判据配合延时判断出保护起动的原因，将闭锁信号和分析报告送回主站。主站计算出新的潮流转移灵敏度因子，对当前系统运行状况进行分析判断，并采取相应的控制措施。由于距离III段保护动作延时一般在1s以上，因此有足够的时间实施本发明的流程；保护的原有功能（到规定时限发跳闸信号）保持不变。经过判断之后，如果此时有其他故障发生，并且故障线路被相关保护正确动作跳开，则新的转移潮流灵敏度因子可以再次对其他受影响的线路应用以区分过负荷的性质。

Claims (2)

1.一种防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，其特征是，所述方法利用有功判据和阻抗角判据共同识别线路过负荷的诱因，若过负荷是由线路故障引起，则开放距离Ⅲ段保护；若过负荷是由故障线路切除后的潮流转移引起，则闭锁距离Ⅲ段保护，防止连锁跳闸现象的发生；
具体处理步骤为：
a.距离保护起动，故障线路k切除后利用下式计算电力网络中任一线路l上的有功潮流Pl'：
Pl'＝Pl+ΔPl
其中，Pl为故障线路k切除前线路l上的有功潮流，ΔPl为线路l上的有功潮流增量，计算公式为：
ΔPl＝dlkPk
式中Pk为线路k切除前的有功潮流；dlk为线路k对线路l的转移潮流灵敏度因子，计算公式为
dlk＝(Xmi+Xnj-Xmj-Xni)/[1-(Xii+Xjj-2Xij)/xk]
式中，i和j对应被切除线路k的节点号，m和n对应待求线路l的节点号，xk为被切除线路k的电抗，Xmi，Xnj，Xmj，Xni，Xii，Xjj，Xij分别为节点电抗矩阵的对应元素；
b.若计算有功Pl'与实测有功Pl',M的大小满足有功判据：
|Pl',M-Pl'|＜ε|Pl'|，
式中ε为考虑误差因素后的阈值，则判断为可能发生潮流转移过负荷，进入步骤c，否则判断过负荷是由线路故障引起；
c.若保护安装处测量阻抗角满足阻抗角判据：
式中为保护安装处测得的相电压、相电流，为保护安装处测得的相电压落后相电流的角度，为保护安装处的阻抗角整定值，则初步判断线路的过负荷是由潮流转移引起，否则判断过负荷是由线路故障引起；
d.若判断过负荷是由线路故障引起，则开放距离Ⅲ段保护；若判断线路的过负荷是由潮流转移引起，则闭锁距离Ⅲ段保护，防止连锁跳闸现象的发生；
在初步判断线路的过负荷是由潮流转移引起后，有功判据和阻抗角判据应在设定的延时Δt后再次计算，若二者仍然成立，则闭锁距离Ⅲ段保护，否则认为过负荷是由线路故障引起，开放距离Ⅲ段保护；
所述延时Δt取值为0.5s，保护安装处的阻抗角整定值设为40°。
2.根据权利要求1所述的防止距离Ⅲ段保护因过负荷误动作的方法，其特征是，所述阈值ε设为0.1。
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