CN1277340C - 基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法，该方法包括步骤：判断线路是否有故障、判断距离1段和2段是否动作，如果动作则发跳闸命令；判断(发生故障后)是否到0.1秒，如果超过0.1秒，则判断在时间段τ内，电阻变化是否小于电阻变化率的预定值DRSET(τ)，如果τ时间段内的电阻变化值大于或等于DRSET(τ)，则判定为电力系统振荡，从而闭锁容易误动作(即不该跳闸，而错误地将断路器跳开，造成扩大停电范围的情况)的距离保护，否则一直开放保护，监视电力系统是否发生了故障，保证不出现误动作的情况。按照这种方法，在起动0.1秒后如果再故障时，能快速地切除故障，保证电力系统的安全、稳定运行。

Description

基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化领域，更具体地涉及继电保护的方法。

技术背景

在电力系统自动化进行继电保护的过程中，由于距离保护的灵敏度不受(或很少受)电力系统运行方式的影响，且具有明确的方向性，所以，距离保护在高压输电线路上得到了广泛的应用。在110KV及以上电压等级的输电线路中，距离保护几乎是所有输电线继电保护设备都必须具备的功能。但是，当电力系统发生振荡时，距离保护会发生误动(即电力系统并没有发生故障，而错误地跳开了输电线路的断路器)的情况，导致减少了电能的传输或出现停电等事故，这是距离保护的一个致命弱点。

如何区分故障与振荡？如何区分振荡期间又发生三相故障？如何保证振荡期间再发生故障还能够快速切除故障？这些问题一直是困扰继电保护领域的关键技术难题，国内外的研究和技术人员投入了很多精力都试图想解决这些难题。

到目前为止，防止距离保护受振荡影响的解决方法，主要是如下几种：

1、采用“短时开放”

在电力系统发生故障起动后的0.1~0.25秒内，若距离保护的I段和II段都不动作，则立即退出距离I段和II段，同时也退出高频距离保护，直到判别故障消失、振荡停止后(通常经4秒延时确认)，才恢复距离I段和II段的功能，目的是防止振荡造成误动。这是最典型的设计方法。但是，在起动0.1~0.25秒后、距离保护返回前(称之为振荡闭锁期间)又发生相间故障的话，由于距离I段、II段及高频距离保护已经退出工作，所以，导致故障要经过较长的延时才能切除，不利于电力系统的稳定。

2、应用“电阻变化率”的方法区分故障与振荡

先采用“短时开放”方法，防止距离保护误动。随后，在判别到电阻变化很大时，立即投入“电阻变化率”判断。

这种方法的缺点是：1)电阻变化率的预定值(DRset)很难确定。一般是采用一种模型的仿真结果，来代替所有的线路模型，其数值有很大的盲目性和不适应性；2)在振荡中，又发生三相短路时，有不少情况根本达不到第一次判别到电阻变化值ΔR1大于16倍的电阻变化率的预定值，即不满足“ΔR1＞16*DRset”的条件，这样，无法再开放快速的距离1段和2段。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺陷，利用故障和振荡时的电阻变化特征，区分振荡与故障，在振荡情况下，测量电阻是不断变化的，而故障情况下的测量电阻值基本不变或变化很小。考虑各种振荡情况下，在一个时间段τ内，求出电阻的最小变化值，以此作为确定电阻定值的依据，从而保证振荡的测量电阻均大于该定值。且这个时间段是变动的，因而又构成了随时间自动调整的自调整电阻定值。为此，本发明提出了一种基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法，所述的方法是通过如下的技术方案实现的，所述的方法包括步骤：

判断线路是否有故障；

如果有故障，则运行进入投入距离1段和2段，并判断距离1段和2段是否动作，如果动作则发跳闸命令；

如果判断距离1段和2段没有动作，则判断发生故障后是否到0.1秒，如果判断是否定的，则运行重新进入投入距离1段和2段；

如果超过0.1秒，则判断在时间段τ内，电阻变化是否小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，如果判断是否定的，则判断距离3段是否动作；

如果电阻变化小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，则运行进入投入距离1段和2段，并判断距离1段和2段是否动作，如果动作则发跳闸命令；

如果判断距离1段和2段没有动作，则判断距离3段是否动作；

如果判断距离3段有动作，则发跳闸命令，如果没有动作，则重新判断线路是否有故障。

所述的电阻变化率的预定值DR_SET(τ)是由下面的公式确定的：

式中：T_ZMAX按最大振荡周期考虑，取为3.5～4秒；

Z_∑为电力系统的合成阻抗，是电力系统的参数；

为合成阻抗的阻抗角，为75°～85°。

τ为判断时间。

根据(4)式区分故障与振荡的判据如下：

(1)如果τ时间段内的电阻变化值大于或等于DR_SET(τ)，则判定为电力系统振荡；

(2)如果τ时间段内的电阻变化值小于DR_SET(τ)，且距离1段、2段和3段中，任一个动作，则判定为系统发生了故障。

若取T_Zmax＝3.5秒、＝80°，则DR_SET(τ)与τ的几个典型关系是：

当τ分别为100ms、150ms和200ms时，DR_SET(τ)/Z_∑相应的分别为：0.04423、0.06640和0.08863。

根据本发明的所述技术方案能有效地区分振荡与短路，尤其能解决原有方法不能区分振荡与振荡闭锁期间又发生三相短路的情况，无需长时间的振荡闭锁，而只需要经过较短时间的判别，且从理论上严格推导了电阻定值的计算公式，同时，该电阻定值可以随时间进行自动调整。采用本方案后，在起动0.1秒后如果再故障时，能快速地切除故障，保证电力系统的安全、稳定运行。

附图说明

图1是现有技术中判断电阻变化率流程示意图；

图2是表示双电源系统等值图；

图3是说明电力系统发生振荡时阻抗轨迹图；

图4是表示DR_SET(τ)与时间τ的函数关系示意图；

图5是本发明的判断电阻变化率流程示意图。

具体实施例

图1是现有技术中判断电阻变化率流程示意图。如图1所示，首先从步骤S101开始，判断线路是否有故障；如果判断是否定的，则循环监视。如果有故障，则流程运行进入步骤S102投入距离1段和2段，然后进入步骤S103判断距离1段和2段是否动作，在步骤S103如果判断是肯定的，则流程进入步骤S111发跳闸命令；如果在步骤S103判断是否定的，即距离1段和2段没有动作，则流程进入步骤S104，判断是否0.1秒到，如果判断是否定的，则流程运行重新进入步骤S102，投入距离1段和2段。如果在步骤S104判断是肯定的，即如果超过0.1秒，则流程进入步骤S105，判断第一次电阻变化是否大于16*DRset，接着步骤S106判断第二次电阻变化是否小于DRset，在步骤S107判断第三次电阻变化是否小于DRset，如果所述三次有任一次是否定的，则流程接入步骤S110判断距离3段是否动作，如果是肯定的，则流程进入步骤S111发跳闸命令，如果判断是否定的，则流程进入步骤S101重新判断线路是否有故障。根据上述的描述可知，在振荡中，又发生三相短路时，有不少情况根本达不到第一次判别到电阻变化值ΔR1大于16倍的电阻变化率的预定值，即不满足“ΔR1＞16*DRset”的条件，这样，无法再开放快速的距离1段和2段。DRset为电阻变化的整定值，是一个估计数值。

图2是表示典型的双电源系统等值图。如图2所示，图2表示的是典型的双电源系统等值图，多电源系统也可以等值为双电源系统。

在图2中：EM为M侧电力系统的等值电源，

EN为N侧电力系统的等值电源，

Z_M∑为M侧电力系统的等值阻抗，

Z_N∑为N侧电力系统的等值阻抗，

Z_L为M和N两个变电站之间的线路阻抗，

Z为距离保护，

M、N分别为两侧变电站。

图3是说明电力系统发生振荡时阻抗轨迹图。如图3所示，当电力系统发生振荡时，保护安装处的测量阻抗轨迹如图3。图3中，δ₁、δ₂分别为c、d点对应的两侧电势夹角；e点为振荡中心。δ＝180°时，测量阻抗处于e点。

当测量阻抗从c点变化d点时，阻抗变化的时间为：

式中，T_ZMAX为电力系统的最大振荡周期；

δ₁、δ₂分别为附图3中c、d两个测量阻抗位置所对应的两侧电势夹角。考虑到，δ＝180°附近时，电阻的变化是最缓慢的，因此，只要把δ＝180°附近时的振荡电阻变化的最小值求出来，即可躲过所有振荡的影响。于是，取ce＝ed，并根据ΔceEN≌ΔceEM，且均为直角三角形的关系，得到如下结果：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{cd}}=2*\frac{\frac{1}{2}{Z}_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{tg}\frac{{\mathrm{\δ}}_2}{2}}=\frac{1}{\mathrm{tg}\frac{{\mathrm{\δ}}_2}{2}}*Z_{\mathrm{\Σ}}---\left(2\right)$

其中：Z_∑＝Z_M∑+Z_L+Z_N∑为电力系统的合成阻抗

将δ₁＝360°-δ₂和(1)式代入(2)式，得：

再将 cd投影到R轴上，即为电阻变化率的最小门槛值，即：

(4)式中：T_ZMAX按最大振荡周期考虑，取为3.5～4秒；

Z_∑为电力系统的合成阻抗，是电力系统的参数；

为合成阻抗的阻抗角，为75°～85°。

τ为判断时间。

这样，在其它参数均为已知的情况下，DR_SET(τ)仅为时间τ的函数。即给定一个τ，就唯一确定了DR_SET(τ)数值。该公式反映了最大振荡周期条件下，在τ时间段内的最小电阻变化值，反映了电阻变化的内在规律。由于，实际的振荡周期均小于最大振荡周期，所以，任何振荡情况的电阻变化值均大于(4)式给定的DR_SET(τ)数值。

因此，在严格推导出(4)式的前提下，区分故障与振荡的判据如下：

(1)如果τ时间段内的电阻变化值大于或等于DR_SET(τ)，则判定为电力系统振荡；

(2)如果τ时间段内的电阻变化值小于DR_SET(τ)，且距离1段、2段和3段中，任一个动作，则判定为系统发生了故障。

图4是表示DR_SET(τ)与时间τ的函数关系示意图。如图4所示，若取T_Zmax＝3.5秒、＝80°，则DR_SET与τ的几个典型关系是：

当τ分别为100ms、150ms和200ms时，DR_SET(τ)/Z_∑相应的分别为：0.04423、0.06640和0.08863。

当然，在具体实施过程中，为了减少定值的个数，同时，考虑留有一定的裕度，可以用 代替(5)式中的Z_∑，这样，最小电阻定值的裕度为：

其中，Z¹为距离保护1段的整定值。

图5是本发明的判断电阻变化率流程示意图。如图5所示，本发明的判断电阻变化率流程示意图，说明了一种基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法，所述的流程包括步骤：

首先从步骤501开始，判断线路是否有故障；如果判断是否定的，则循环监视。

如果有故障，则流程运行进入步骤502投入距离1段和2段，然后进入步骤503判断距离1段和2段是否动作，在步骤503如果判断是肯定的，则流程进入步骤509发跳闸命令；如果在步骤503判断是否定的，即距离1段和2段没有动作，则流程进入步骤504，判断是否0.1秒到，如果判断是否定的，则流程运行重新进入步骤502，投入距离1段和2段。如果在步骤504判断是肯定的，即如果超过0.1秒，则流程进入步骤505，判断在时间段τ内，电阻变化是否小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，如果在步骤505判断是肯定的，即电阻变化小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，则流程进入步骤506，投入距离1段和2段，然后流程进入步骤507判断距离1段或2段是否动作；如果在步骤507判断是肯定的，则流程进入步骤509发跳闸命令；如果在步骤505和步骤507判断是否定的，则流程进入步骤508，判断距离3段是否动作。在步骤508如果判断是肯定的，则流程进入步骤509发跳闸命令；在步骤508，如果判断是否定的，则流程进入步骤501，重新判断线路是否有故障。

根据本发明的所述方法，本领域的技术人员可以将所述的步骤分解或合并，但是这些修改都不脱离本发明权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电阻变化规律的线路故障与振荡识别方法，其特征在于：所述的方法包括步骤：

判断线路是否有故障；

如果有故障，则运行进入投入距离1段和2段，并判断距离1段和2段是否动作，如果动作则发跳闸命令；

如果判断距离1段和2段没有动作，则判断发生故障后是否到0.1秒，如果判断是否定的，则运行重新进入投入距离1段和2段；

如果超过0.1秒，则判断在时间段τ内，电阻变化是否小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，如果判断是否定的，则判断距离3段是否动作；

如果电阻变化小于电阻变化率的预定值DR_SET(τ)，则运行进入投入距离1段和2段，并判断距离1段和2段是否动作，如果动作则发跳闸命令；

如果判断距离1段和2段没有动作，则判断距离3段是否动作；

如果判断距离3段有动作，则发跳闸命令，如果没有动作，则重新判断线路是否有故障；

所述的电阻变化率的预定值DR_SET(τ)是由下面的公式确定的：

式中：T_ZMAX按最大振荡周期考虑，取为3.5～4秒；

      Z_∑为电力系统的合成阻抗，是电力系统的参数；

      为合成阻抗的阻抗角，为75°～85°；

      τ为判断时间。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的电阻变化率的预定值DR_SET(τ)区分故障与振荡的判据如下：

(1)如果τ时间段内的电阻变化值大于或等于DR_SET(τ)，则判定为电力系统振荡；

(2)如果τ时间段内的电阻变化值小于DR_SET(τ)，且距离1段、2段和3段中，任一个动作，则判定为电力系统发生了故障。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于：所述的电阻变化率的预定值DR_SET(τ)中，若取T_Zmax＝3.5秒、＝80°，则DR_SET(τ)与τ的几个典型关系是：

当τ分别为100ms、150ms和200ms时，DR_SET(τ)/Z_∑相应的分别为：0.04423、0.06640和0.08863。

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