CN108695817A - 通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过确定单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，根据电网网架信息及运行数据，利用故障分量概念，分别计算每条线路不同侧重合于永久性故障时敏感负荷的电压暂降值，将电压暂降值较小的一侧确定为该线路的先重合侧，另一侧为后重合侧，确定电网中各条线路的单相重合闸时序；对于后重合侧，利用线路先重合侧重合故障相断路器后，后重合侧故障相线路电压是否大于门槛值作为开放重合闸的判别条件：若线路电压大于门槛值，后重合侧开放重合闸；反之，后重合侧闭锁重合闸。门槛值按躲过先重合侧重合于永久性故障时线路电压的最大电压整定。本发明在重合于永久性故障时，能够减小电压暂降时敏感负荷的损失，不需要增加投资。

Description

通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，涉及通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法。
背景技术
近年来，电压暂降成为影响用户电能质量的主要问题之一，其危害程度与暂降深度、持续时间和暂降频次等三个特征量有关。造成电压暂降的原因有短路故障、雷击、开关操作、变压器及电容器组的投切等。输电线路上的短路故障是引起电压暂降的主要原因。
输电线路上大多数故障为单相接地故障，因此单相重合闸方式在我国得到了广泛应用。传统的单相重合闸不考虑时序，即线路两侧重合闸之间没有配合关系。线路发生单相接地故障后，经重合闸延时重合故障相断路器，会出现两种情况：1)先重合侧重合成功，后重合侧也成功，线路恢复正常运行。2)先重合侧重合失败，保护动作跳开先重合侧侧断路器；后重合侧重合失败，保护动作跳开后重合侧断路器。根据《GB/T 30137-2013电能质量电压暂降与短时中断》的规定，由于二次重合闸引发的两次电压暂降应仅统计为一次电压暂降。
发明内容
本发明的目的是提供通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，当线路重合于永久性故障时，能够减小电压暂降对敏感负荷的影响。
本发明所采用的技术方案是，通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，根据电网网架信息及运行数据，利用故障分量概念，分别计算每条线路不同侧重合于永久性故障时敏感负荷的电压暂降值，将电压暂降值较小的一侧确定为该线路的先重合侧，另一侧为后重合侧，确定电网中各条线路的单相重合闸时序；对于后重合侧，利用线路先重合侧重合故障相断路器后，后重合侧的线路电压是否大于门槛值作为开放重合闸的判别条件：若线路电压大于门槛值，后重合侧开放重合闸；反之，后重合侧闭锁重合闸。门槛值按躲过先重合侧重合于永久性故障时线路电压的最大电压整定。
通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预先整定单相重合闸时间；
步骤2、收集电网网架信息及运行数据；
步骤3、通过电网网架信息及运行数据建立故障附加状态网络，计算各条线路两侧分别重合于单相永久性故障时敏感负荷节点的故障分量电压，即为电压暂降值；选定每条线路电压暂降值较小的一侧作为先重合侧，另一侧为后重合侧，即确定电网中各条线路的单相重合闸时序；
步骤4、经过预先整定的单相重合闸时间，先重合侧重合故障相断路器，由继电保护判断是否重合于永久性故障；当重合于永久性故障时，跳开三相断路器；
步骤5、测量后重合侧故障相的线路电压，后重合侧的故障相断路器跳开后时间t内判断故障相的线路电压是否大于线路电压门槛值：
若故障相线路电压大于线路电压门槛值，后重合侧开放重合闸重合；
若故障相线路电压始终小于或等于线路电压门槛值，后重合侧不再重合，且跳开后重合侧的三相断路器。
本发明的特点还在于：
步骤2运行数据是指各运行方式下节点电压。
建立故障附加状态网络和计算各条线路两侧分别重合于单相永久性故障时敏感负荷节点的电压暂降值均是通过叠加原理进行。
步骤5时间t指预先整定单相重合闸时间、故障断路器合闸时间、重合于永久性故障时保护动作跳开断路器的时间、时间裕度的叠加。
本发明的有益效果是：针对采用单相重合闸的输电线路所发生的单相故障，通过确定单相重合闸时序，在重合于永久性故障时，能够减小电压暂降时敏感负荷的损失，且不需要增加投资；同时，给出了线路先重合侧重合是否成功的判别方法以及线路先重合侧和后重合侧的单相重合闸流程。
附图说明
图1是本发明中用故障分量概念计算敏感负荷母线电压的示意图，其中线路ij发生单相接地故障，敏感负荷连接于母线P；
图2是本发明通过确定单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间方法的流程图；
图3是本发明中线路先重合侧的单相重合闸流程；
图4是本发明中线路后重合侧的单相重合闸流程；
图5是本发明中在PSCAD/EMTDC中建立的IEEE 39节点模型；
图6(a)表示先重合侧重合于故障且保护尚未动作、后重合侧也重合于故障的情况示意图；
图6(b)表示先重合侧重合于故障且保护动作跳开三相断路器后，后重合侧再次重合于故障的情况示意图；
图6(c)表示利用本发明方法，先重合侧重合于故障且保护动作跳开三相断路器后，后重合侧不再重合的情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提出通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，根据电网网架信息及运行数据，利用故障分量概念，建立故障附加状态网络，如图1所示，分别计算每条线路不同侧重合于永久性故障时敏感负荷的电压暂降值，将电压暂降值较小的一侧确定为该线路的先重合侧，另一侧为后重合侧，确定电网中各条线路的单相重合闸时序；对于后重合侧，利用线路先重合侧重合于故障相断路器后，后重合侧的线路电压是否大于门槛值作为开放重合闸的判别条件：若线路电压大于门槛值，后重合侧开放重合闸；反之，后重合侧闭锁重合闸。门槛值按躲过先重合侧重合于永久性故障时线路电压的最大电压整定。
本发明提出了先重合侧和后重合侧的动作流程。对于后重合侧，利用线路电压U是否大于门槛值Uset作为开放重合闸的判别条件：若线路电压U大于门槛值Uset，后重合侧开放重合闸；反之，后重合侧闭锁重合闸。门槛值Uset按躲过先重合侧重合于永久性故障时线路电压的最大电压整定。
如图2所示，通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预先整定单相重合闸时间；
步骤2、收集电网网架信息及运行数据；
运行数据是指各运行方式下节点电压；
步骤3、通过电网网架信息及运行数据利用叠加原理建立故障附加状态网络，通过叠加原理计算各条线路两侧分别重合于单相永久性故障时敏感负荷节点的故障分量电压，即为电压暂降值；选定每条线路电压暂降值较小的一侧作为先重合侧，另一侧为后重合侧，即确定电网中各条线路的单相重合闸时序；
步骤4、经过预先整定的单相重合闸时间，先重合侧重合故障相断路器，由继电保护判断是否重合于永久性故障；当重合于永久性故障，跳开三相断路器，如图3所示；
步骤5、测量后重合侧故障相的线路电压，后重合侧的故障相断路器跳开后时间t内判断故障相的线路电压是否大于线路电压门槛值，如图4所示：
若故障相线路电压大于线路电压门槛值，后重合侧开放重合闸重合；
若故障相线路电压始终小于或等于线路电压门槛值，后重合侧不再重合，且跳开后重合侧的三相断路器；
其中，时间t指预先整定单相重合闸时间、故障断路器合闸时间、重合于永久性故障时保护动作跳开断路器的时间、时间裕度的叠加。
在PSCAD/EMTDC中建立的IEEE 39节点模型，如图5所示，利用PSCAD/EMTDC对IEEE39节点模型中各条线路进行了故障及重合仿真，采用本发明的方法对仿真结果进行了对比，结果如表1-4所示。
1)线路不同侧单相重合闸首先重合于单相永久性接地故障时，节点3故障分量电压如表1所示：
表1线路不同侧单相重合闸首先重合于单相接地故障时节点3故障分量电压
由表1可知，不同侧重合于永久性故障时，敏感负荷母线上的故障分量电压不同，即造成的电压暂降值不同。若故障分量电压值越大，则该侧作为先重合侧重合于永久性故障时造成的敏感负荷节点上的电压暂降越严重。由表1可确定不同线路上发生单相接地故障时的单相重合闸重合时序。
2)线路不同侧单相重合闸首先重合于单相永久性接地故障时，节点3母线电压如表2所示：
表2线路不同侧重合于单相永久性接地故障时节点3母线电压
由表2可知，线路发生单相接地故障后，大多数情况下，单相重合闸采用不同的重合时序时敏感负荷上电压暂降值不同，敏感负荷的损失也不同，仅个别线路重合时序对敏感负荷的电压暂降的影响不明显。表2结果验证了本发明确定的单相重合闸重合时序的正确性和有效性。
3).线路先重合侧重合于单相永久性接地故障时后重合侧的线路电压值如表3所示。
表3线路先重合侧重合于单相永久性接地故障时后重合侧的线路电压值
根据表3的仿真结果可以确定判别重合是否成功的电压门槛值Uset。由表3仿真结果可见，线路先重合侧重合于永久性故障时后重合侧的线路电压大多数情况下远小于额定值，因此门槛值可整定为Uset＝0.9UN，其中UN为额定电压。
4)为了验证故障位置和重合闸时序的关系，选取线路1-2进行单相短路接地故障仿真并分析。设故障位置距1节点的长度占线路全长的百分比为α。线路1-2不同侧作为先重合侧重合于单相永久性故障时节点3的电压如表4所示。
表4线路1-2不同侧作为先重合侧重合于单相永久性故障时节点3的电压(kV)
由表4可知，线路1-2重合于故障时，若节点1侧为先重合侧，故障位置对敏感负荷母线的电压暂降没有影响；但若节点2作为先重合侧时，故障位置对敏感负荷母线的电压暂降深度影响明显。
虽然线路2侧作为先重合侧时，在不同故障位置，敏感负荷母线的电压暂降深度不同，但均大于线路1侧作为先重合侧时的电压暂降深度，即本发明选择的先重合侧依然有效。
图6(a)表示先重合侧重合于故障且保护尚未动作、后重合侧也重合于故障的情况示意图；故障为永久性故障，t1时刻线路17-18发生单相接地故障，t2时刻两侧故障相断路器跳开，t3时刻先重合侧重合故障相断路器，t4时刻后重合侧重合故障相断路器，t5时刻先重合侧三相重合闸跳开，t6时刻后重合侧三相重合闸跳开。
图6(b)表示先重合侧重合于故障且保护动作跳开三相断路器后，后重合侧再次重合于故障的情况示意图。图中，故障为永久性故障，t1时刻线路17-18发生单相接地故障，t2时刻两侧故障相断路器跳开，t3时刻先重合侧重合故障相断路器，t4时刻先重合侧保护动作跳开三相断路器，t5时刻后重合侧重合故障相断路器，t6时刻后重合侧保护动作跳开三相断路器。
图6(c)表示利用本发明方法，先重合侧重合于故障且保护动作跳开三相断路器后，后重合侧不再重合的情况示意图。图中，故障为永久性故障，t1时刻线路17-18发生单相接地故障，t2时刻两侧故障相断路器跳开，t3时刻先重合侧重合故障相断路器，t4时刻先重合侧保护动作跳开三相断路器，后重合侧不再重合。图中给出了线路两侧分别为先重合侧时敏感负荷母线电压的变化情况，按本发明方法，计算可得应选择线路17侧作为先重合侧；且由图可知，线路17侧作为先重合侧时，敏感负荷母线上电压暂降深度较线路18侧作为先重合侧时小，因此选择线路17侧为先重合侧。
通过上述方式，本发明提出一种单相重合闸重合时序方案，在永久性故障时，通过整定单相重合闸时序可以减小大多数情况下敏感负荷母线上严重的电压暂降深度及持续时间；经PSCAD/EMTDC仿真表明，本发明方法计算结果与仿真验证所得结论一致。可知：线路重合于永久性故障时，选择本发明方法选定的先重合侧可以减小大多数情况下敏感负荷母线上严重的电压暂降及持续时间，且重合闸时序的确定与故障位置无关，仅与故障线路、敏感负荷节点位置有关。通过本发明的判别方法，可以快速、有效的判别后重合侧重合闸能否重合，本发明所提方案可提高电能质量，保证系统安全运行，且不需要增加额外的投资，有效降低经济成本。

Claims (5)

1.通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，其特征在于，根据电网网架信息及运行数据，利用故障分量概念，分别计算每条线路不同侧重合于永久性故障时敏感负荷的电压暂降值，将电压暂降值较小的一侧确定为该线路的先重合侧，另一侧为后重合侧，确定电网中各条线路的单相重合闸时序；对于后重合侧，利用线路先重合侧重合故障相断路器后，后重合侧的线路电压是否大于门槛值作为开放重合闸的判别条件：若线路电压大于门槛值，后重合侧开放重合闸；反之，后重合侧闭锁重合闸。门槛值按躲过先重合侧重合于永久性故障时线路电压的最大电压整定。
2.根据权利要求1所述通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预先整定单相重合闸时间；
步骤2、收集电网网架信息及运行数据；
步骤3、通过电网网架信息及运行数据建立故障附加状态网络，计算各条线路两侧分别重合于单相永久性故障时敏感负荷节点的故障分量电压，即为电压暂降值；选定每条线路电压暂降值较小的一侧作为先重合侧，另一侧为后重合侧，即确定电网中各条线路的单相重合闸时序；
步骤4、经过预先整定的单相重合闸时间，先重合侧重合故障相断路器，由继电保护判断是否重合于永久性故障。当重合于永久性故障，跳开三相断路器；
步骤5、测量后重合侧故障相的线路电压，后重合侧的故障相断路器跳开后时间t内判断故障相的线路电压是否大于线路电压门槛值：
若故障相线路电压大于线路电压门槛值，后重合侧开放重合闸重合；
若故障相线路电压始终小于或等于线路电压门槛值，后重合侧不再重合，且跳开后重合侧的三相断路器。
3.根据权利要求2所述通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，其特征在于，步骤2所述运行数据是指各运行方式下节点电压。
4.根据权利要求2所述通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，其特征在于，所述建立故障附加状态网络和计算各条线路两侧分别重合于单相永久性故障时敏感负荷节点的故障分量电压均是通过叠加原理进行。
5.根据权利要求2所述通过单相重合闸时序减少电压暂降深度及持续时间的方法，其特征在于，步骤5所述时间t指预先整定单相重合闸时间、故障断路器合闸时间、重合于永久性故障时保护动作跳开断路器的时间、时间裕度的叠加。
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