CN1349294A - 自适应振荡故障开放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电学领域高压电网继电保护中的一种自适应振荡故障开放方法。这种方法的核心是利用计算机的快速性,通过采样识别系统是否发生故障或振荡,计算出振荡周期的大小,根据具体情况采取不同的措施,在全相运行时振荡再发生对称故障以及非全相运行再故障时采用自适应二次开放保护,在重合闸后再故障时根据已识别系统是否发生振荡,若故障前系统已发生振荡,则自适应延时后加速。

Description

自适应振荡故障开放方法

本发明涉及电学领域，尤其涉及在高压电网继电保护中识别振荡与故障，及振荡中故障时开放保护的方法。

高压输电系统和发电厂失去同步时，会出现振荡。振荡时，电流上升、电压下降，可能引起距离保护误动作。正确处理系统振荡的有效方法是坚持保持整个系统的完整性，不允许手动或由继电保护任意地解列线路(预定的解列点除外)，而由手动或自动装置减少送端系统侧水电机组的出力。用这种方法可以迅速地平息系统振荡。因此，在电力系统振荡时，继电保护不应动作，对受振荡影响可能要误动的保护(主要是距离保护)要实现振荡闭锁。传统的方法是采用短时开放保护来躲过振荡带来的问题。从振荡开始到由此引起的误动一般需要至少250ms，在到达此时间以前振荡闭锁装置已不再开放保护，即短时开放后就将保护闭锁。在短时开放后，对保护的闭锁将持续到振荡止息并经一定时间才解除。短时开放保护的缺点是，在闭锁装置被闭锁期间，若系统发生故障也不能再开放保护。另外一种解决办法是利用不对称故障开放保护，对称故障固定延时开放保护，这种方法对于对称故障开放时间较长。还有一种方法是靠延时的方法切除故障，这就增加了故障持续时间。另外，重合后对易发生振荡的线路采用延时后加速。采用延时后加速的缺点是，当线路发生永久性故障时，因延时而不能立即切除故障。

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自适应振荡故障开放方法，利用计算机的快速性及时有效快速地切除故障。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案在于采用了一种自适应振荡故障开放方法，利用计算机的快速性，针对采样数据进行识别，系统是否发生振荡，振荡周期的大小而采取不同的措施：

a、在全相不对称故障时采用不对称故障判别法；

b、在对称故障及非全相振荡再故障时采用DI₂开放与UcosΦ自适应延时开放相结合的办法；

c、在振荡中发生对称故障时根据振荡周期的不同，UcosΦ自适应地延时开放保护；

d、在重合闸后加速中，根据已知系统是否发生振荡，自适应瞬时或延时加速保护。

所述的自适应振荡故障开放方法，利用计算机的快速性，对每个采样中断的最新采样数据，在采样完成后，计算出每个采样点的反映系统振荡中心电压的UcosΦ，采样数据包括：I_A、I_B、I_C、I_O、U_A、U_B、U_C，计算机把后一采样点得到的UcosΦ与前一采样点得到的UcosΦ相比较，以此判断出系统是否发生振荡、最大振荡周期、最小振荡周期、振荡包络线个数以及距当前采样点最近的振荡周期的大小，保护通过识别系统是否发生振荡及距离当前采样点最近的振荡周期的大小自适当适时开放保护。

所述的振荡故障开放方法，所述的在对称故障及非全相振荡再故障时的DI₂自适应开放元件的自适应开放条件是

其中，K为每个振荡包络线中含有近似基波个数。

所述的振荡故障开放方法，所述的UcosΦ自适应延时开放为自适应二次开放DI₂的后备保护，UcosΦ自适应延时开放的延时时间对应为：

其中，T_s为距当前采样点最近的振荡周期，

      T_G为固定短延时，取75ms，

      δ＝2Arccos(UcosΦ)

所述的振荡故障开放方法，在重合闸后加速中，保护在整定时投瞬时加速，在系统发生振荡时自动转为延时加速I、II、III段。

本发明利用计算机的快速性，针对采样数据进行识别，系统是否发生振荡，振荡周期的大小而采取不同的措施，可以灵活而准确地处理高压电网中复杂而随机出现的情况，做到及时、准确、迅速地切除故障，有效地保障了高压电网的安全运行。

下面具体叙述本发明的详细内容：

本方法是对每个采样中断的最新数据，在采样完成后，利用计算机的快速性，计算出每个采样点的反映系统振荡中心电压的UcosΦ，其采样数据按如下格式存放：

	IA	IB	IC	IO	UA	UB	UC
								12…n

其中，UcosΦ为振荡中心电压、该点电压在振荡时变化最大，在δ＝±180°下降到零。

在每个采样间隔内，对采样数据计算其反映振荡中心的电压。每一次采样数据得到的UcosΦ与前一次采样得到的UcosΦ相比较，该点电压在振荡时变化最大，在δ＝180°(δ为系统两侧电动势的相位差)时下降为零。所以，反应该点电压的变化率能最灵敏地反映振荡。相反|d(UcosΦ)/dt|在δ＝0°时为零，在δ＝180°时达到最大值。因此，振荡检测元件的动作条件为|d(UcosΦ)/dt|＞K，这就相当于一定滑差下检测出δ＝δk。而振荡周期为|UcosΦ|两个相邻过零点的间隔。

通过以上计算，判断出系统是否振荡，最大振荡周期，最小振荡周期，振荡包络线个数等，更重要的是可以得到距当前采样点最近的振荡周期的大小，保护通过识别系统是否发生振荡及距当前采样点最近的振荡周期的大小自适应地延时开放保护。

下面对自适应二次开放元件DI₂进行推导。

系统全相运行或非全相运行时发生故障，突变量二次启动元件DI₂将再次动作，条件为：

          DI₂＝|(i_k-i_(k-n))-(i_k-2n-i_k-3n)|≥门坎         (1)

          n为一周前的采样值。

          全相运行故障再开放判据：

          DI₂＞K₁ ^*ΔI_T+K₂ ^*I_n                             (2)

式(2)中K₁为自适应门坎比例系数，与最近一次振荡周期的大小有关：

          ΔI_T为不平衡输出；

          K₂为固定比例系数；

          I_n为额定电流；

非全相运行故障再开放识别判据为：

          DI₂＞K₁ ^*ΔI_T+K₂ ^*I_n+K₃ ^*I_ΦΦ                    (3)

式(3)中，K₃也为固定比例系数；I_ΦΦ为健全相电流。

在系统中没有发生振荡时，系统的不平衡输出很小，DI₂输出很小，做到没有故障不开放保护，再次故障能够可靠开放保护。在系统发生振荡时，系统的不平衡输出很大，DI₂有很大的输出，其大小与振荡周期有关，振荡周期越小，DI₂输出越大。因此，本方法中利用计算机的快速性自适应地增大门坎。下面进行推导：

系统振荡时电流

ω₁、ω₂为系统两侧角频率，φ₁、φ₂为两侧初相角，ω_s为滑差频率。令φ₁＝φ₂＝0，则 $i=I_m\cos {\mathrm{\ω}}_{0}t\sin \frac{{\mathrm{\ω}}_s}{2}t$ $\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{{\mathrm{\ω}}_s/2}=k$ ${\mathrm{\ω}}_s=\frac{2}{k}{\mathrm{\ω}}_0$

k为每个振荡包络线中含有似基波ω₀个数。 $i=I_m\cos {\mathrm{\ω}}_{0}t\sin \frac{{\mathrm{\ω}}_0}{k}t$

包络线近似基波的峰值出现时刻，即ω₀t＝2nπ，则DI_2max＝i_n+1-i_n ${=I}_m[\sin \frac{1}{k}2(n+1)\mathrm{\π}-\sin \frac{1}{k}2\mathrm{n\π}]$ $=2I_m\sin \frac{1}{2k}\left(2\mathrm{\π}\right)\cos \frac{1}{2k}(2\mathrm{\π}+4\mathrm{n\π})$ $=2I_m\sin \frac{\mathrm{\π}}{k}\cos \frac{1}{k}(2\mathrm{n\π}+\mathrm{\π})$ 对DI₂求极值 ${\mathrm{DI}}_{2\max }\≤2I_m\sin \frac{\mathrm{\π}}{k}$

自适应比例系数K₁的大小与振荡周期有关，振荡周期越短，K₁值越大。应取K₁略有裕度以保证在系统发生振荡时DI₂不会有误输出。

在系统发生振荡时，若振荡中心附近发生短路，由于DI₂制动量变大而可能不能开放。因此，本发明采用自适应延时UcosΦ开放。

在系统发生振荡时，若振荡周期太短，由于自适应门坎比例系数变大，在故障时有可能开放不了保护，或者在振荡中心发生故障时，无输出也开放不了保护。因此，本发明设置了自适应延时动作开放保护作为自适应二次开放保护的后备。延时开放时间与振荡周期性的大小有关，振荡周期越短，延时时间越短，开放保护越快。

设系统发生振荡时，两侧电动势夹角δ，则在振荡周期内阻抗继电器的滞留时间，

其中δ＝2Arccos(UcosΦ)

δ取值考虑：在负荷阻抗情况下不误动，长线路未端接地故障具有一定的灵敏度并留有裕度：

T_G为固定短延时，取75mS。

关于重合闸后永久性故障自适应快速开放，在重合闸后加速逻辑中，传统的方法是对不易发生振荡的线路投瞬时加速距离II段，III段，对易发生振荡的线路投延时加速距离II段、III段，在投延时加速距离II段、III段中，阻抗在I段范围内固定延时0.5S，在II段范围内固定延时1S，在III段范围内固定延时1.5S。本发明是不论系统是否易发生振荡均可在整定时投瞬时加速，在系统发生振荡时自动转为延时加速I、II、III段。这样在易发生振荡的线路发生永久性故障而没有振荡时，能够做到瞬时加速保护，快速切断故障。

Claims (5)

1、一种自适应振荡故障开放方法，其特征在于利用计算机，根据采样数据识别系统是否发生故障或振荡及振荡周期的大小，从而采取不同的措施：

a、在全相不对称故障时采用不对称故障判别法；

b、在对称故障及非全相振荡再故障时采用DI₂开放与UcosΦ自适应延时开放相结合的办法；

c、在振荡中发生对称故障时根据振荡周期的不同，UcosΦ自适应地延时开放保护；

d、在重合闸后加速中，根据已知系统是否发生振荡，自适应瞬时或延时加速保护。

2、根据权利要求1所述的自适应振荡故障开放方法，其特征在于利用计算机的快速性，对每个采样中断的最新采样数据，在采样完成后，计算出每个采样点的反映系统振荡中心电压的UcosΦ，采样数据包括：I_A、I_B、I_C、I_O、U_A、U_B、U_C，计算机把后一采样点得到的UcosΦ与前一采样点得到的UcosΦ相比较，以此判断出系统是否发生振荡、最大振荡周期、最小振荡周期、振荡包络线个数以及距当前采样点最近的振荡周期的大小，保护通过识别系统是否发生振荡及距离当前采样点最近的振荡周期的大小自适应适时开放保护。

3、根据权利要求1所述的振荡故障开放方法，其特征在于所述的在对称故障及非全相振荡再故障时的DI₂自适应开放元件的自适应开放条件是DI₂max

其中，K为每个振荡包络线中含有近似基波个数。

4、根据权利要求1所述的振荡故障开放方法，其特征在于所述的UcosΦ自适应延时开放为自适应二次开放DI₂的后备故障开放元件，UcosΦ自适应延时开放的延时时间对应为：

其中，T_S为距当前采样点最近的振荡周期，

      T_G为固定短延时，取75ms，

      δ＝2Arccos(UcosΦ)

5、根据权利要求1所述的振荡故障开放方法，其特征在于在重合闸后加速中，保护在整定时投瞬时加速，在系统发生振荡时自动转为延时加速I、II、III段。