CN1452287A - 基于故障类型的故障分量提取算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障类型的故障分量提取算法，其特点是根据选相结果，先计算出保护安装处的负序及零序故障分量，然后根据故障类型特征计算出保护安装处的正序故障分量，最后，按照对称分量理论，将各序故障分量合成得到故障相的故障分量。本发明弥补了目前的方法由于只能获取故障发生最初短时的故障分量，因而只能用于快速保护，且不能用于系统振荡情况的缺陷。采用本发明的算法可以求得故障发生后任何时刻的故障分量，适用于延时保护、系统振荡情况以及转换性故障，本发明可用于反应故障分量的距离、方向、差动及电流等诸多保护。

Description

基于故障类型的故障分量提取算法

一、所属技术领域

本发明涉及反应故障分量的电力系统继电保护技术，特别涉及提取故障发生后任何时刻故障分量的算法。

二、背景技术

由于故障分量仅在系统发生故障状态下才出现，与传统反应工频量保护相比，反应故障分量的保护具有许多特有的优点。例如，反应故障分量的方向元件具有明确的方向性且不受过渡电阻影响也无电压死区；反应故障分量的选相元件不受负荷影响且有承受大过渡电阻的能力。总之，利用故障分量是改善保护动作性能的一条有效途径，是新型继电保护的重要标志，而反应故障分量保护的首要问题是故障分量的准确计算，目前故障分量的计算主要有以下2种方法：1、突变量法

根据叠加原理，输电线路发生故障时的状态可视为非故障状态和故障附加状态的叠加，从故障后实测的电流里减去非故障电流就得到故障分量电流，目前的做法是将故障前一个周波的电流值记忆下来，再与故障后的电流值相减而得到故障分量。考虑到故障后励磁调节器的动作、负荷的改变、系统出现的振荡以及频率发生的偏移，电流中的非故障分量并不等于其故障前的分量，只是在故障最初短时内可以忽略这些变化而认为两者相等。所以目前的做法存在以下几个缺陷：(1)它只能得到故障发生最初的一、二个周波很短时间内的故障分量，超出这个时间所得的值不再反应故障分量，不能提取故障发生后任何时刻的故障分量。(2)这种方法只适用于快速动作的保护，而不能被慢速动作保护使用，从而影响了延时保护动作性能的提高。(3)目前的保护在振荡中都是采用全量的，原因是当系统发生振荡时由于频率随时在变化，故障分量的提取需要很长的延时，用目前的方法还不能做到，从而使得保护在振荡情况下性能降低。(4)当发生转换性故障时，对第二次出现的故障分量用目前的方法很难求得。2、零、负序分量法

系统在正常工作状态下所存在的电压、电流基本上是正序分量，在不对称接地短路时出现零序分量，在不对称短路时出现负序分量，因此负序和零序分量包含有故障信息，目前已广泛用于故障选相、方向元件及距离保护。根据对称分量理论，故障相的故障分量是由负序、零序及正序故障分量合成的，所以零、负序分量只是故障分量的一部分，而非全部，不能反映故障分量的全部特征。

三、发明内容

鉴于突变量法只能提取短时的、暂态的故障分量，不能用于延时保护及转换性故障，也不能用于系统振荡情况；零、负序法得到的只是故障分量的一部分而非全部，本发明的目的在于，提供一种基于故障类型的、可以提取故障后任何时刻故障分量的算法，使其可用于慢速保护及转换性故障，也可以在系统振荡情况下采用。

当系统发生故障时，选相元件会快速动作，判断出故障类型并选出故障相，这为我们计算故障分量提供了条件。利用已知的故障类型特点可以计算出保护安装处的负序、零序及正序故障分量，将各序故障分量合成就可以计算出故障后任何时刻的故障分量。

设M侧为保护安装处，以A相为参考相，根据对称分量理论可以得到

其中 为M侧保护安装处的负、零序电流，α＝e^j120°；为M侧保护安装处的A、B、C三相电流.。同时，保护安装侧M与短路点F的电流存在以下关系

其中 为M侧保护安装处的正序故障分量、负序及零序电流分量；为故障点的正序故障分量、负序及零序电流分量；c_M1、c_M2、c_M0为M侧支路的正序、负序及零序电流分配系数，c_M1＝c_M2。对于各种不对称故障(1)式总是成立的，即保护安装处的负序及零序故障分量是已知的。根据故障类型特征可以得到故障点正序故障分量

与负、零序故障分量 及 的关系，由式(2)可以确定保护安装处正序故障分量

。根据对称分量理论，故障相的故障分量可由负序、零序及正序故障分量合成，以A相为参考相，即

其中

为M侧保护安装处故障相的故障分量。

本发明的方法可以得到故障后任何时刻的故障分量，从而使得延时保护采用故障分量成为可能，也使得保护在系统振荡情况下采用故障分量成为可能，并可以用于转换性故障，适用于反应故障分量的距离、方向、差动及电流等诸多保护。

四、附图说明

图1是本发明的系统简图；

图2是序故障分量等效网图(i＝0、1、2)

图3是单相接地短路故障分量复合序网图；

图4是相间短路故障分量复合序网图；

图5是相间短路接地故障分量复合序网图。

五、具体实施方式

以下结合附图和发明人完成的实施例分单相接地、相间短路及相间短路接地三种情况进行详细的说明。

本发明的系统简图如图1所示，保护安装处及短路点各序故障分量如图2所示。1.单相接地短路

设系统在F点发生单相接地短路(以A相为例)，其序网如图3所示

由故障类型边界条件可得： $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{F1}={\stackrel{\•}{I}}_{F2}={\stackrel{\•}{I}}_{F0}-----\left(4\right)$

因为c_M1＝c_M2，将(2)式代入(4)式

可得 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}={\stackrel{\•}{I}}_{M2}$

所以故障相A的故障分量为： $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MA}}=\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}+{\stackrel{\•}{I}}_{M2}+{\stackrel{\•}{I}}_{M0}=2{\stackrel{\•}{I}}_{M2}+{\stackrel{\•}{I}}_{M0}={\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MA}}-j\sqrt{3}{\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MB}}+j\sqrt{3}{\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MC}}$ 2.相间短路

设系统在F点发生相间短路(以BC相为例)，其序网如图4所示

由故障类型边界条件可得： $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{F1}=-{\stackrel{\•}{I}}_{F2}$ 及 ${\stackrel{\•}{I}}_{F0}=0------\left(5\right)$

因为c_M1＝c_M2，将(2)式代入(5)式

可得 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}=-{\stackrel{\•}{I}}_{M2}$ 及 ${\stackrel{\•}{I}}_{M0}=0$

所以B、C相的故障分量分别为

3、相间短路接地

以BC相间短路接地为例，其复合序网如图5所示

由故障类型边界条件可得： $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{F1}+{\stackrel{\•}{I}}_{F2}+{\stackrel{\•}{I}}_{F0}=0$

即 $\frac{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}}{c_{M1}}+\frac{{\stackrel{\•}{I}}_{M2}}{c_{M2}}+\frac{{\stackrel{\•}{I}}_{M0}}{c_{M0}}=0-----\left(6\right)$

所以 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}=-({\stackrel{\•}{I}}_{M2}+\frac{c_{M1}}{c_{M0}}{\stackrel{\•}{I}}_{M0})-----\left(7\right)$

故障最初(0～40ms内)各相的故障分量

可用故障前后相邻两周波值之差求得，又因 由(6)式得其中

为故障发生最初0～40ms内各相的电流。

由于各序电流分配系数只和该序网结构参数有关，而在故障发生的整个过程序网结构参数不会发生改变，故 为一个定值，可在故障最初由(8)式得到。从而

所以B、C相的故障分量分别为 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MB}}={\mathrm{\α}}^2\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}+\mathrm{\α}{\stackrel{\•}{I}}_{M2}+{\stackrel{\•}{I}}_{M0}$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{\mathrm{MC}}=\mathrm{\α\Δ}{\stackrel{\•}{I}}_{M1}+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\•}{I}}_{M2}+{\stackrel{\•}{I}}_{M0}$

采用本发明的方法可以提取故障后任何时刻的故障分量，适用于反应故障分量的距离、方向、差动及电流等诸多保护。

Claims (1)

1.一种基于故障类型的故障分量提取算法，其特征在于，根据选相结果，先计算出保护安装处的负序及零序故障分量，然后根据故障类型特征计算出保护安装处的正序故障分量，最后，按照对称分量理论，将各序故障分量合成得到故障相的故障分量；按以下算法进行：

设M侧为保护安装处，F为短路点，以A相为参考相，根据对称分量理论可以得到其中 为M侧保护安装处的负、零序电流，α＝e^j120°；

为M侧保护安装处的A、B、C三相电流；同时，保护安装侧M与短路点F的电流存在以下关系：

其中

为M侧保护安装处的正序故障分量、负序及零序电流分量；为故障点的正序故障分量、负序及零序电流分量；c_m1、c_M2、c_M0为M侧支路的正序、负序及零序电流分配系数，c_M1＝c_M2；对于各种不对称故障，(1)式总是成立的，即保护安装处的负序及零序故障分量是已知的；根据故障类型特征可以得到故障点正序故障分量 与负、零序故障分量

及 的关系，由式(2)确定保护安装处正序故障分量

根据对称分量理论，故障相的故障分量可由负序、零序及正序故障分量合成，以A相为参考相，即

其中

为M侧保护安装处故障相的故障分量。

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