CN1932540A - 按相区分电力系统振荡与故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接按相区分振荡与短路故障的方法，基于电力系统振荡电流包络线的特征，对应于距离保护相应段因振荡而误动的情况，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与交变分量Im的关系，当Im≥k₂I₀时便判定为振荡；在振荡加故障的过程中，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I0与瞬时分量i的关系，当i≥k₁I₀说明线路两侧电源电势之间的夹角大于75°；作为振荡闭锁判据之二。同时满足以上两个振荡判据，即可区分振荡与短路故障。本发明能够正确反应促使距离保护误动的振荡情况和防止短路故障下的误动作；不受电力系统运行条件变化的影响；对系统振荡周期没有任何限定，在滑差率很大的情况下的失步振荡，能正确地对感受振荡敏感的距离保护等实现可靠闭锁。

Description

按相区分电力系统振荡与故障的方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统自动化控制，特别是关于区分电力系统振荡与故障的方法

背景技术

为了保证电力系统安全运行，必须配备必要的自动保护装置，例如高速距离保护装置等。鉴于这些保护在原理上无法区分系统振荡抑或故障，故必须设有专用的振荡闭锁回路。既往所用的振荡闭锁回路工作原理是：

(1)根据电气量振荡时慢速变化、短路时快速变化的原则来区分振荡与短路，例如采用不同灵敏度的电流元件或阻抗元件，或是反应电流的突变量，用以控制保护工作。这些不同方案，对发电机滑差、系统振荡周期都有一定限制，对严重失步振荡仍将导致误开放，使保护误跳闸。

(2)反应电压或电流的负序分量或是比较综合的序分量(I0+KI2＞mI1)来鉴别短路与振荡。为使三相短路保护能可靠跳闸，前者方案必须实现阻抗元件动作自保持措施，在系统平静后才能延时慢速复归。因此，对相继出现故障，保护将拒动而扩大事故范围；后者方案必须恰当地选择K值和m值，但它们与系统的实时运行参数有关。整定不当，便无法正确区分振荡与故障，导致保护误跳闸。

以上这些现有技术可参见下列书籍：

高压电网继电保护原理与技术    朱声石著  中国电力出版社2005年7月11-4区分振荡与短路保证距离保护正确动作的方法

变压器及中低压网络数字式保护    许正亚著  中国水利水电出版社2004年1月  第四章 第二节三、振荡闭锁

发明内容

本发明的目的是提供一种，能不受电力系统振荡周期影响、不用整定即可适用各种参数的系统运行、并可以按相区分分别控制、稳态不间断测量的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：

按相区分电力系统振荡与故障的方法，根据电力系统中振荡电流包络线的方法来区分振荡与故障的。

前述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的电力系统中振荡电流包络线的方法包括：

(1)计算出各采样点电流包络线的峰值或有效值，提取振荡电流包络线；

(2)用微分计算电流包络线中交变分量和恒定分量；

(3)根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定线路两侧电压角展差；

(4)根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定振荡中心；

(5)根据振荡电流包络线中恒定分量与交变分量的比值来区分振荡与故障。

如所周知，电力系统振荡时，被保护线路中出现由两侧等值电源电动势滑差频率决定的振荡电流，其电流包络线的通式为：

       i＝I₀+ImSin(ωt+)

其中：I₀为电流包络线的恒定分量；Im为其交变分量的峰值；

ω为滑差角频率；为初相角

前述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的根据振荡电流包络线中恒定分量与交变分量的比值来区分振荡与故障的方法包括以下步骤：

(1)实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与交变分量Im的关系，当Im≥k₂I₀时便判定为振荡，并作为振荡闭锁判据之一；

(2)在振荡加故障的过程中，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与瞬时分量i的关系，当i≥k₁I₀时，说明线路两侧电源电势之间的角度差大于75°，可能会引起距离保护的误动作，作为振荡闭锁判据之二；

(3)同时满足以上两个判据，便判定为振荡，作为是振荡闭锁实现的条件，它的输出可以用来控制距离保护的跳闸特性。

为实现上述判定，必须完成以下步骤：

(1)需连续测定i和I₀与Im值；

(2)应用与频率无关的峰值(或有效值)计算法算出不同时刻的序列值，即为电流包络线的采样数列。对包络线不同的采样点有：

       I₁＝I₀+ImSin(ωt+)

       I₂＝I₀+ImSin(ωt++δ)

其中δ为两采样点的相位差。

(3)采用差分对电流取导数，第K点的一次导数和二次导数分别为：

${I^{\′}}_k=\frac{I_{K+1}-I_{K-1}}{2\mathrm{Ts}}$

${I^{\′\′}}_k=\frac{I_{K+1}-{2I}_K+I_{K-1}}{{\mathrm{Ts}}^2}$

其中I_k-1和I_k+1分别为第K-1点和K+1点的电流包络线采样值。Ts为采样间隔时间。

(4)运算得出：

${\mathrm{\ω}}^2=\frac{({I^{\′\′}}_1+{I^{\′\′}}_2)({I^{\′\′}}_1-{I^{\′\′}}_2)}{({I^{\′}}_2-{I^{\′}}_1)({I^{\′}}_1+{I^{\′}}_2)}$

(5)求出交变分量和恒定分量

$I_0=I_2+\frac{{I^{\′\′}}_2}{{\mathrm{\ω}}^2}$

$\mathrm{Im}=\left|\sqrt{\frac{{{I^{\′}}_2}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}+\frac{{{I^{\′\′}}_2}^2}{{\mathrm{\ω}}^4}}\right|$

本发明的有益效果是：按相区分振荡与故障技术，能满足电力系统全相与非全相运行要求，正确区分系统静稳或动稳破坏导致的振荡与系统短路造成的故障；工作性能不受电力系统运行参数变化的影响，不受断路器投切操作的影响；全相或非全相运行的全过程中，均进行实时连续鉴别；对振荡伴随故障或是短路伴随振荡都有鉴别能力；不受振荡周期大小的约束，没有最短振荡周期的限定；对振荡敏感的系统保护(例如：距离保护等)进行闭锁时，可实现快速无时延复归方式。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明：

附图1为按相区分振荡与故障方法在实际距离保护中应用图释。

图中主要部分的符号说明：

表示“或门”表示“与门”表示时间元件：延时0.2秒动作，展宽为0秒。

具体实施方式

参照附图1，说明根据本发明的的控制流程，如下：

如图所示，该行业人员可以通过附图来理解本发明的按相区分振荡与故障方法。

M1～M3：表示相间输出。

M4：表示有振荡输出。

T1：主要躲避故障发生时非周期分量对振荡测量的影响。

M6：为保护启动元件动作输出。

M14：只有先发生故障，后产生振荡时M14才有输出。

T3：将M14的输出信号展宽3秒。

T4与M15：共同组成启动元件动作后，开放0.2秒的逻辑。

M16：在启动元件动作后0.2秒内，并且无振荡时，有输出。

M17～M22：表示在启动元件动作后0.2秒内，不需要受按相开放的限制。

为避越短路初瞬间短路电流非周期分量的影响，应在短路发生后经0.2秒延时，振荡判别才投入工作。当先振荡后故障时，40ms后将闭锁200ms开放回路，并延时3s返回。图中，相电流突变量元件、稳态负序电流I2、三倍零序电流3I0共同用来反应短路故障的发生。

直接地实时测定振荡电流包络线的具体参数，用以区分振荡与短路故障，因此工作性能不受电力系统运行参数变化的影响，也不受断路器投切操作的影响。现有技术反应电流序分量或综合分量，则受运行方式变化的影响较大。

能按相正确区分振荡与短路，无论在全相运行或非全相运行状态，都能满足鉴别要求。这对以序分量为基础的现有技术来说，从原理上就无法满足此要求。

不论发生短路伴随振荡，还是振荡伴随短路，由于区分的准则是基于相电流的波形，所以具有良好的鉴别能力。对此，现有技术难于正确区分短路与振荡。

由于直接判定振荡电流包络线的特征，它与发电机滑差无关，故不受最小振荡周期的限制。现有技术反应电气量变化速度的原理，对滑差较大、振荡周期较小的失步振荡，就无法正确区分振荡与短路。

上述实施例不以任何方式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于它包括：

(1)根据电力系统中振荡电流包络线的方法来区分振荡与故障；

(2)计算出各采样点电流包络线的峰值或有效值，提取振荡电流包络线；

(3)用微分计算电流包络线中交变分量和恒定分量；

(4)根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定线路两侧电压角度差；

(5)根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定振荡中心；

(6)根据振荡电流包络线中恒定分量与交变分量的比值来区分振荡与故障。

2、根据权利要求1所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的根据振荡电流包络线中恒定分量与交变分量的比值来区分振荡与故障的方法，包括以下步骤：

(1)对应于距离保护相应段因振荡而误动的情况，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与交变分量Im的关系，当Im≥k₂I₀时便判定为振荡，并作为振荡闭锁判据之一；

(2)在振荡加故障的过程中，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与瞬时分量i的关系，当i≥k₁I₀时，说明线路两侧电源电势之间的角度差大于75°，可能会引起距离保护的误动作，作为振荡闭锁判据之二；

(3)同时满足以上两个振荡判据，便判定为故障，作为是振荡闭锁实现的条件，它的输出可以用来控制距离保护的跳闸特性。

3、根据权利要求1所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的各采样点电流包络线的峰值或有效值的计算方法包括以下步骤：

(1)连续测定i和I₀与Im值；

(2)应用与频率无关的峰值(或有效值)计算法算出不同时刻的序列值，即为电流包络线的采样数列；对包络线不同的采样点有：

                     I₁＝I₀+ImSin(ωt+)

                     I₂＝I₀+ImSin(ωt++δ)

其中δ为两采样点的相位差。

4、根据权利要求1所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的用微分计算电流包络线中交变分量和恒定分量的方法包括：

(1)采用差分对电流取导数，第K点的一次导数和二次导数分别为：

$I^{\′}k=\frac{I_{K+1}-I_{K-1}}{2\mathrm{Ts}}$

$I^{\′\′}k=\frac{I_{K+1}-2I_K+I_{K-1}}{{\mathrm{Ts}}^2}$

其中Ik-1和Ik+1分别为第K-1点和K+1点的电流包络线采样值；Ts为采样间隔时间；

(2)运算得出：

${\mathrm{\ω}}^2=\frac{({I^{\′\′}}_1+{I^{\′\′}}_2)({I^{\′\′}}_1-{I^{\′\′}}_2)}{({I^{\′}}_2-{I^{\′}}_1)({I^{\′}}_1+{I^{\′}}_2)}$

(3)求出交变分量和恒定分量

$I_0=I_2+\frac{{I^{\′\′}}_2}{{\mathrm{\ω}}^2}$

$\mathrm{Im}=$ $\left|\sqrt{\frac{{{I^{\′}}_2}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}+\frac{{{I^{\′\′}}_2}^2}{{\mathrm{\ω}}^4}}\right|$

5、根据权利要求1所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定线路两侧电压角度差的方法是：在振荡加故障的过程中，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与瞬时分量i的关系，当i≥k₁I₀时，说明线路两侧电源电势之间的角度差大于75°。

6、根据权利要求1所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的根据振荡电流包络线中瞬时值与恒定分量的比值来判定振荡中心的方法是：对于被保护线路送电侧或受电侧的不同运行方式，短线或长线，针对反应全线故障的距离保护主保护段，实时找出振荡电流包络线中恒定分量I₀与瞬时分量i的关系，根据恒定分量I₀与瞬时分量i的比值来判定振荡中心。

7、根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的按相区分电力系统振荡与故障的方法，其特征在于所述的振荡判别，应在短路发生0.2秒后，振荡判别才投入工作。

Images