CN107910856B - 在阻抗平面下突变量距离继电器的分析方法及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在阻抗平面下突变量距离继电器的分析方法及控制方法，本分析方法包括：通过构建的阻抗平面，分析突变量距离继电器的动作行为。即步骤Sa，电力系统发生故障时，将电力系统拆分为正、负、零序子系统，并求解各序子系统等值阻抗；步骤Sb，建立基于阻抗平面的所述突变量距离继电器的动作方程。本继电器的分析方法利用电流、电压数据实时计算出系统的正、负、零序阻抗，因此可以逐点分析距离保护的行为，同时计算所得的系统零、正、负序阻抗是精确的，可实时地反映了电力系统一次运行方式的变化。

Description

在阻抗平面下突变量距离继电器的分析方法及控制方法
技术领域
本发明涉及输电线路突变量距离继电器技术领域，具体涉及基于阻抗平面分析突变量距离继电器动作行为的分析方法，适用于突变量接地距离继电器、突变量相间距离继电器。
背景技术
距离保护是一种广泛运用于中高压电力系统输电线路的保护，它具有受系统运行方式变化影响小，易于整定的特点；并且适用于各种系统(接地或不接地)、各种故障类型(对称、不对称故障，接地、不接地故障)。距离保护本质是反映保护安装处距故障点的阻抗值，据此来判断故障点位于区内或区外。过流、欠压继电器仅做简单相量幅值比较，方向继电器仅做简单相量的相位比较，正序极化电压距离继电器利用工作电压与正序极化电压(组合相量)比相，突变量距离继电器利用工作电压的突变量与故障前的工作电压比幅，因此距离继电器从实现上说具有天然的复杂性。
距离保护从实现的角度看，一般以电压比相或者比幅的形式完成，因此当前部分分析距离保护动作行为的方法是基于电压平面完成的，在电压平面分析动作特性湮灭了距离保护的物理本质特征，所以显得不直观；突变量距离使用的是工作电压的突变量比幅，突变量是通过计算获得量值，非直接采样值，因此造成当前基于阻抗平面分析其行为特征的方法，仅具备定性特征，无法定量地勾勒出距离保护的动作边界与计算阻抗之间的关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种继电器动作行为的分析方法及分析系统，用以分析突变量距离继电器的动作行为，进而解决当前基于阻抗平面分析距离保护动作行为的方法，仅具备定性特征，无法定量地勾勒出距离保护的动作边界与计算阻抗之间关系的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种突变量距离继电器动作行为的分析方法，包括：通过构建的阻抗平面，分析突变量距离继电器的动作行为。
进一步，分析突变量距离继电器的动作行为包括如下步骤：
步骤Sa，电力系统发生故障时，将电力系统拆分为正、负、零序子系统，并求解各序子系统的等值阻抗；
步骤Sb，建立基于阻抗平面的所述突变量距离继电器的动作方程。
进一步，所述步骤Sa中求解各序子系统的等值阻抗的方法包括：
线路正方向短路时，即
系统M侧的零、正、负序阻抗的计算公式：
线路反方向短路时，即
系统N侧零、正、负序阻抗与输电线路零、正、负序阻抗之和的计算公式：
上式中，i的取值0表示零序，1表示正序，2表示负序；即
通过i的相应取值以表示电压零、正、负序故障分量；
通过i的相应取值以表示电流零、正、负序故障分量；
ZLi通过i的相应取值以表示输电线路零、正、负序阻抗；以及
ZsNi通过i的相应取值以表示系统N侧零、正、负序阻抗。
进一步，在步骤Sb中建立基于阻抗平面的所述突变量距离继电器的动作方程的方法包括：
设定线路正方向短路时，所述突变量距离继电器的动作方程，即
|γZsM1+Zzd|＞γZsM1+Zk|；以及
线路反方向短路时，突变量距离继电器的动作方程，即
|γZ's-Zzd|＞-γZ's-Zk|；其中
Z's＝ZL1+ZsN1；
γ为阻抗系数；Zzd为距离保护整定定值；Zk为是距离保护的计算阻抗，含过渡电阻。
进一步，所述突变量距离继电器包括：突变量接地距离继电器和突变量相间距离继电器，即
对于突变量接地距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相电流的故障分量；
表示流经保护的相负序电流的故障分量；
表示流经保护的零序电流的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相线路电流的故障分量；
K表示输电线路的零序补偿系数，K′为系统M侧的等效负序补偿系数，K"为系统M侧的等效零序补偿系数，即
其中ZL0为输电线路的零序阻抗，ZL1为输电线路的正序阻抗；以及
其中ZsM0、ZsM1、ZsM2分别是系统M侧的零、正、负序阻抗。
进一步，对于突变量相间距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相间电流的故障分量；
表示流经保护的相间负序电流的故障分量；
适于表示相间AB，或相间BC，或相间CA。
又一方面，本发明还提供了一种继电器的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程；
步骤S2，根据上述动作方程确定突变量距离继电器的动作边界。
进一步，通过所述的继电器动作行为的分析方法创建步骤S1中所述动作方程。
第三方面，本发明还提供了一种继电器动作行为分析系统。
所述继电器动作行为分析系统包括：
等值阻抗计算模块，用于求解各序子系统的等值阻抗；以及
动作方程构建模块，建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程。
本发明的有益效果是：通过本继电器动作行为的分析方法获得突变量距离动作方程的阻抗表达形式，化简推导的过程中未做任何近似处理，因此阻抗表达式可以精确地还原动作方程，定量地分析突变量距离继电器的动作行为；并且本继电器的分析方法利用电流、电压数据实时计算出电力系统的正、负、零序阻抗，因此可以逐点分析突变量距离保护的行为，同时计算所得的系统零、正、负序阻抗信息是精确的，实时地反映了电力系统一次运行方式的变化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的继电器的分析方法的流程图；
图2是输电线路正方向短路示意图；
图3是输电线路反方向短路示意图；
图4是突变量接地距离继电器在正方向短路时故障分量图；
图5是突变量接地距离继电器正方向短路时的阻抗平面距离保护动作分析图；
图6是突变量接地距离继电器在反方向短路时故障分量图；
图7是突变量接地距离继电器反方向短路时的阻抗平面距离保护动作分析图；
图8是继电器的控制方法的方法流程图；
图9是继电器动作行为分析系统的原理框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种继电器动作行为的分析方法，即通过构建的阻抗平面，分析突变量距离继电器的动作行为。
其中，本实施例中所述突变量距离继电器可以包括突变量接地距离继电器和突变量相间距离继电器，即本实施例获得在线路正/反方向短路时，突变量接地距离继电器和突变量相间距离继电器的动作方程。
本继电器动作行为的分析方法因为一般保护、录波器等二次设备可以记录系统扰动前2～4个周波的数据，利用既有的IED(IntelligentElectronicDevice)设备生成的录波文件可以定量分析突变量距离继电器的动作行为，无需额外的设备投资，节约维护成本。
如图1所示，本继电器的分析方法具体包括以下步骤：
步骤Sa，电力系统发生故障时，将电力系统拆分为正、负、零序系统，并求解各序子系统的等值阻抗；
具体的，电力系统发生故障时，电力系统为正、负、零序系统的迭加，因故障分量序网图是无源网络，所以使用故障分量电流、电压可以求取等值阻抗或者系统阻抗与线路阻抗之和。
如图2和图3所示，对于安装于M侧的保护而言，正方向故障是指故障点位于M侧保护用电流互感器与对侧(N侧)系统电势之间的短路故障；反方向故障是指故障点位于M侧保护用电流互感器与本侧(M侧)系统电势之间的短路故障。
当输电线路正方向短路时，可得：
系统M侧的零、正、负序阻抗的计算公式：
如图3所示，线路反方向短路时，即
系统N侧零、正、负序阻抗与输电线路零、正、负序阻抗之和的计算公式：
上式中，i的取值0表示零序，1表示正序，2表示负序；即
通过i的相应取值以表示电压零、正、负序故障分量；
通过i的相应取值以表示电流零、正、负序故障分量；
ZLi通过i的相应取值以表示输电线路零、正、负序阻抗；以及
ZsNi通过i的相应取值以表示系统N侧零、正、负序阻抗。
步骤Sb，建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程，且包括：
设定线路正方向短路时，所述突变量距离继电器的动作方程，即
|γZsM1+Zzd|＞γZsM1+Zk|；以及
线路反方向短路时，突变量距离继电器的动作方程，即
γZ's-Zzd|＞-γZ's-Zk|；其中
Z's＝ZL1+ZsN1；
γ为阻抗系数；Zzd为距离保护整定定值；Zk为是距离保护的计算阻抗，含过渡电阻；阻抗Z's为输电线路正序阻抗与系统N侧正序阻抗的阻抗和。
通过步骤Sa计算获得系统正序阻抗ZsM1、负序阻抗ZsM2和零序阻抗ZsM0，
其中是距离保护的计算阻抗。
K表示输电线路的零序补偿系数。
所述突变量距离继电器包括：突变量接地距离继电器和突变量相间距离继电器，即
对于突变量接地距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相电流的故障分量；
表示流经保护的相负序电流的故障分量；
表示流经保护的零序电流的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相线路电流的故障分量；
可以分别表示A相、B相、C相；
K表示输电线路的零序补偿系数，K′为系统M侧的等效负序补偿系数，K"为系统M侧的等效零序补偿系数，即
其中ZL0为输电线路的零序阻抗，ZL1为输电线路的正序阻抗；以及
其中ZsM0、ZsM1、ZsM2分别是系统M侧的零、正、负序阻抗。
对于突变量相间距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相间电流的故障分量；
表示流经保护的相间负序电流的故障分量。
在本实施例中，对突变量距离继电器动作方程的推导步骤进行举例说明：
线路正方向短路时，突变量距离继电器的动作方程，即
对于突变量接地距离继电器，则表示为其中
表示M侧母线(可以分别表示A相、B相、C相)相工作电压的突变量；表示M侧母线(可以分别表示A相、B相、C相)相工作电压的记忆量。
对于突变量接地距离继电器，
表示M侧母线相工作电压，其中可以分别表示A相、B相、C相；
表示M侧母线相电压；
表示M侧流经保护的相线路电流；
为保护安装处线路对应相的零序电流；
K表示输电线路的零序补偿系数。
对于突变量相间距离继电器，则表示为其中
表示M侧母线(适于表示相间AB，或相间BC，或相间CA)相间工作电压的突变量；表示M侧母线(适于表示相间AB，或相间BC，或相间CA)相间工作电压的记忆量。
对于突变量相间继电器，
表示M侧母线(适于表示相间AB，或相间BC，或相间CA)相间工作电压；
表示M侧母线相间电压；
表示M侧流经保护的相间线路电流；
Zzd为距离保护整定定值。
对于突变量接地距离继电器：
如图4所示，图4是突变量接地距离继电器在正方向短路时故障分量图，其中，Rg为过渡电阻，即接地短路时相地之间的电阻；在正方向短路时，
表示M侧母线相电压的故障分量；
表示M侧母线相正序电压的故障分量；
表示M侧母线相负序电压的故障分量；
表示M侧母线零序电压的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相正序电流的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相负序电流的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相零序电流的故障分量；
其中K′与K"的定义同上文。
故障时刻有为故障点相电压，为故障点相电压的突变量。
|γZ's-Zzd|＞|-γZ's-Zk|
图5是突变量接地距离继电器正方向短路时的阻抗平面距离保护动作分析图。
如图6所示，图6是突变量接地距离继电器在反方向短路时故障分量，其中Rg为过渡电阻，即接地短路时相地之间的电阻。
反方向短路时故障分量图(突变量系统图)
|γZ's-Zzd|＞|-γZ's-Zk|；
如图7所示，图7是突变量接地距离继电器反方向短路时的阻抗平面距离保护动作分析图。
对于突变量相间距离继电器，其公式等同于突变量接地距离继电器。
所有距离保护在实现的时候，动作方程是一个。根据动作方程判断继电器是否应该动作，动作证明故障在正方向区内，不动作证明故障在反方向或者正向区外。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例提供了一种继电器的控制方法，如图4所示，本控制方法包括以下步骤：
步骤S1，建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程；
步骤S2，根据上述动作方程确定突变量距离继电器的动作边界。
在本实施例中，关于步骤S1中建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程的方法可以采用如实施例1所述的继电器动作行为的分析方法来实现。
实施例3
如图5所示，在实施例1基础上，本实施例提供了一种继电器动作行为分析系统。
本继电器动作行为分析系统包括：
等值阻抗计算模块，用于求解各序子系统的等值阻抗；以及
动作方程构建模块，建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程。
在本实施中，所述突变量距离继电器的动作方程可以采用如实施例1所述的继电器动作行为的分析方法来实现。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种继电器动作行为的分析方法，其特征在于，包括：
通过构建的阻抗平面，分析突变量距离继电器的动作行为；
分析突变量距离继电器的动作行为包括如下步骤：
步骤Sa，电力系统发生故障时，将电力系统拆分为正、负、零序子系统，并求解各序子系统的等值阻抗；
步骤Sb，建立基于阻抗平面的所述突变量距离继电器的动作方程；
所述步骤Sa中求解各序子系统的等值阻抗的方法包括：
线路正方向短路时，即
系统M侧零、正、负序阻抗的计算公式：
线路反方向短路时，即
系统N侧零、正、负序阻抗与输电线路零、正、负序阻抗之和的计算公式：
上式中，i的取值0表示零序，1表示正序，2表示负序；即
通过i的相应取值以表示电压零、正、负序故障分量；
通过i的相应取值以表示电流零、正、负序故障分量；
ZLi通过i的相应取值以表示输电线路零、正、负序阻抗；以及
ZsNi通过i的相应取值以表示系统N侧零、正、负序阻抗。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
在步骤Sb中建立基于阻抗平面的所述突变量距离继电器的动作方程的方法包括：
设定线路正方向短路时，所述突变量距离继电器的动作方程，即
|γZsM1+Zzd|＞|γZsM1+Zk|；以及
线路反方向短路时，突变量距离继电器的动作方程，即
|γZ's-Zzd|＞|-γZ's-Zk|；
其中Z's＝ZL1+ZsN1；
γ为阻抗系数；Zzd为距离保护整定定值；Zk为是距离保护的计算阻抗，含过渡电阻。
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，
所述突变量距离继电器包括：突变量接地距离继电器和突变量相间距离继电器，即
对于突变量接地距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相电流的故障分量；
表示流经保护的相负序电流的故障分量；
表示流经保护的相零序电流的故障分量；
表示流经M侧保护的线路相线路电流的故障分量；
适于分别表示A相、B相、C相；
K表示输电线路的零序补偿系数，K′为系统M侧的等效负序补偿系数，K"为系统M侧的等效零序补偿系数，即
其中ZL0为输电线路的零序阻抗，ZL1为输电线路的正序阻抗；以及
其中ZsM0、ZsM1、ZsM2分别是系统M侧的零、正、负序阻抗。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，
对于突变量相间距离继电器，则其相应的动作方程中阻抗系数γ对应的公式如下：
表示流经保护的相间电流的故障分量；
表示流经保护的相间负序电流的故障分量；
适于表示相间AB，或相间BC，或相间CA。
5.一种继电器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，通过如权利要求1所述的分析方法建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程；
步骤S2，根据上述动作方程确定突变量距离继电器的动作边界。
6.一种继电器动作行为分析系统，其特征在于，包括：
等值阻抗计算模块，用于求解各序子系统的等值阻抗；以及
动作方程构建模块，通过如权利要求1所述的分析方法建立基于阻抗平面的突变量距离继电器的动作方程。
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