專利名稱：一種電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域的一種電力系統(tǒng)線路
保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法。 (二)、背景技術(shù)距離保護(hù)會(huì)因振蕩而誤動(dòng)，振蕩時(shí)需將其閉鎖。為使閉鎖后發(fā)生故障時(shí)保護(hù)能夠動(dòng)作，還需設(shè)置開放元件。對(duì)于不對(duì)稱故障，常使用零序或負(fù)序分量來開放；對(duì)于對(duì)稱故障，目前常用測量阻抗變化率dZ/dt、 dR/dt或振蕩中心電壓及其變化率的UCos小、d(UCos小)/dt等方法。振蕩時(shí)，電壓、電流和阻抗等電量是變化的，而線路上發(fā)生三相故障時(shí)，電量不變，目前常用的三相故障開放判據(jù)均是利用這個(gè)特征來區(qū)分三相故障與振蕩，這些判據(jù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。系統(tǒng)振蕩時(shí)的振蕩周期是變化的，在同一個(gè)振蕩周期中，滑差也不是常數(shù)；因?qū)崟r(shí)滑差等信息難以得到，目前的三相故障開放判據(jù)多采用固定延時(shí)的方法，共有的缺點(diǎn)是開放時(shí)須經(jīng)較長的延時(shí)。(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，該判據(jù)可實(shí)時(shí)地根據(jù)振蕩速度來確定開放保護(hù)的時(shí)間，有利于保護(hù)快速切除三相故障，和振蕩周期自適應(yīng)，容易整定，容易在現(xiàn)有保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。 —種電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，在被保護(hù)線路段設(shè)置保護(hù)裝置，其特征在于 第一步根據(jù)保護(hù)裝置一側(cè)的三相電壓和電流值，計(jì)算本側(cè)正序電壓相量t^、正序電流相量t,，并根據(jù)線路全長正序阻抗Zu，計(jì)算線路對(duì)側(cè)的正序電壓《,'；
第二步在《,，《,怖幅值均大于0. lUn時(shí)，進(jìn)行下一步的判別，Un為電壓互感器二次側(cè)額定輸出相電壓，取值為57. 735V ; 第三步計(jì)算出 禾口,，之間的角度5 = ^^; 第四步在角度S開始進(jìn)入?yún)^(qū)間[Sp S2]時(shí)，計(jì)算出該時(shí)刻角度S相對(duì)于時(shí)間的變化率，記為"s。，并以此計(jì)算出可靠時(shí)間T，T二 kX (S2-S》/"s。，其中所述52為角度定值，k為可靠系數(shù)； 第五步進(jìn)行判定，如果S在區(qū)間S2]中停留的時(shí)間超過T，可確認(rèn)發(fā)生了三相故障，并開放距離保護(hù)。 本發(fā)明的積極效果在于可實(shí)時(shí)地根據(jù)振蕩速度來確定開放保護(hù)的時(shí)間，系統(tǒng)振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)，故障時(shí)開放速度快，和振蕩周期自適應(yīng)，有利于保護(hù)快速切除三相故障，容易整定，容易在現(xiàn)有保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。
圖1本發(fā)明雙電源供電系統(tǒng)模型。
圖2是本發(fā)明電壓相量圖。 圖3是被保護(hù)線路上發(fā)生三相故障時(shí)的正序電路模型圖。 圖4是本發(fā)明振蕩開放邏輯圖。 圖5是本發(fā)明純振蕩波形及相關(guān)計(jì)算結(jié)果。 圖6是本發(fā)明振蕩過程中發(fā)生三相故障的波形及相關(guān)計(jì)算結(jié)果。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說 明。 參照?qǐng)D1，之、式為線路兩側(cè)電源電勢，& ,、《為線路兩端電壓，4為線路m端 電流，4為線路阻抗。 參照?qǐng)D2，振蕩中心在線路上，《力振蕩中心電壓。從圖2可知，當(dāng)線路兩側(cè)電源 之間的電勢角差a增大時(shí)，線路兩端電壓《,和《之間的夾角S也會(huì)增大；反之，會(huì)減小。 系統(tǒng)振蕩時(shí)，a從0°到360°周而復(fù)始的變化，S也具有此特征，S反映線路兩側(cè)電源之 間電勢角差的變化，其變化周期等于振蕩周期。 令《'=《,-4x^，參考圖1可知，當(dāng)線路上無故障時(shí)，《'=《。可根據(jù)^和《' 來計(jì)算線路兩端電壓間夾角。圖l為單相模型，對(duì)于三相模型，使用正序分量來計(jì)算線路兩
端電壓間的夾角，5 =鳴^ =啤 ，式中，々,分別為保護(hù)安裝處的正序電
壓和電流，zu為線路全長正序阻抗。 參照?qǐng)D3，在F點(diǎn)發(fā)生了故障，線路全長正序阻抗為Zu，從m端到F點(diǎn)的阻抗為ZF。
從圖3可知
4=0^/;
而Zu > Zf，易知^,與《,'相位相差180° ， S =arg Uml/Unl' =180° 。即線路 上發(fā)生三相故障時(shí)，S = 180° 。 參照?qǐng)D4，線路兩端電壓間的夾角反映線路兩側(cè)電源間電勢角差的變化，而振蕩是 一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過程，在一個(gè)較短的時(shí)間，可以看作是勻速的。通過測量在每個(gè)振蕩周期中 各時(shí)刻的夾角S對(duì)時(shí)間的變化率，可以確定S在各個(gè)角度范圍區(qū)間所停留的時(shí)間。如圖 4，當(dāng)、《S《、時(shí)，經(jīng)延時(shí)T開放，T就是可靠時(shí)間。其中32分別為小于和大于 180°的角度值。發(fā)生三相故障時(shí)，理論上S = 180° ，考慮IO。的計(jì)算誤差，、和52可 分別取為170°和190° 。延時(shí)T根據(jù)32之間的差值和S進(jìn)入?yún)^(qū)間[S^ S2]時(shí)的
角速度"3。來確定 T = kX ( S 2-S》/ 式中k為可靠系數(shù)，設(shè)定范圍可取為1. 1 2. O，優(yōu)選為1. 5，以保證可靠性。
當(dāng)保護(hù)裝置感受到的電壓小時(shí)，或計(jì)算出的對(duì)側(cè)電壓小時(shí)，可能會(huì)因電壓靈敏度 不足而不能計(jì)算角度S ，圖4所示判據(jù)不能應(yīng)用。對(duì)于這種情況，可以使用傳統(tǒng)方法如測量 振蕩中心電壓等方法來補(bǔ)充。當(dāng)線路出口、末端發(fā)生三相故障，或振蕩中心位于線路出口或 末端時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種情況。為保證準(zhǔn)確度，僅在f^和&'的幅值大于0. 1Un時(shí)，才進(jìn)行上述 判別。Un即電壓互感器二次側(cè)額定輸出相電壓。當(dāng)線路上發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，隨故障點(diǎn)和 過渡電阻的不同新判據(jù)有可能開放或不開放，如果開放，有利于保護(hù)快速動(dòng)作。
圖5中，Ia表示A相電流，S表示線路兩端電壓之間的夾角，d S/dt表示S對(duì)時(shí) 間的變化率。動(dòng)作角度區(qū)間取[170° ，190° ]，k取1.5。仿真中，采用全周傅立葉算法， 采樣頻率為2000Hz，橫坐標(biāo)為采樣點(diǎn)。從圖5可知，隨振蕩發(fā)展，S在0 360°間循環(huán)變
4化。由圖中dS/dt的波動(dòng)可知，振蕩時(shí)振蕩速度是在不斷變化的，而每個(gè)振蕩周期中不同 時(shí)刻的振蕩速度也有不同。在圖中所示的四個(gè)完整的振蕩周期中，在進(jìn)入動(dòng)作角度區(qū)間的 角速度(° /s)分別是:1067,749. 4，862，863. 4。計(jì)算的時(shí)間延時(shí)T分別為49. 2ms， 98. lms， 76. 5ms，104. 3ms，而S在區(qū)間(170° ，190° )之間停留的時(shí)間分別為17. 5ms， 24. 5ms， 22ms，30ms?？梢娦屡袚?jù)不會(huì)開放，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，且可靠性高。這是一個(gè)振蕩逐漸停息的 過程，最后一個(gè)階段，S最大只是達(dá)到IOO。，未達(dá)到新判據(jù)動(dòng)作區(qū)，此后S下降，振蕩逐漸 平息。 從圖6可知，當(dāng)發(fā)生故障后，S穩(wěn)定在18(T ，發(fā)生故障時(shí)角度變化率大，S進(jìn)入 動(dòng)作區(qū)間時(shí)的角度變化率為5624° /s，所計(jì)算的時(shí)間為4. 5ms，即4. 5ms即可開放保護(hù)，切 除故障，可見新判據(jù)的動(dòng)作速度快。 Un即電壓互感器二次側(cè)額定輸出相電壓，其取值57. 735V。
權(quán)利要求
一種電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，在被保護(hù)線路段設(shè)置保護(hù)裝置，其特征在于第一步根據(jù)保護(hù)裝置一側(cè)的三相電壓和電流值，計(jì)算本側(cè)正序電壓相量正序電流相量并根據(jù)線路全長正序阻抗ZL1，計(jì)算線路對(duì)側(cè)的正序電壓第二步在和的幅值均大于0.1Un時(shí)，進(jìn)行下一步的判別，Un為電壓互感器二次側(cè)額定輸出相電壓，取值為57.735V；第三步計(jì)算出和之間的角度 <mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><mi>arg</mi><mfrac> <msub><mover> <mi>U</mi> <mo>·</mo></mover><mrow> <mi>m</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub> <msup><msub> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mrow><mi>n</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>′</mo> </msup></mfrac><mo>;</mo> </mrow>第四步在角度δ開始進(jìn)入?yún)^(qū)間[δ1，δ2]時(shí)，計(jì)算出該時(shí)刻角度δ相對(duì)于時(shí)間的變化率，記為ωs0，并以此計(jì)算出可靠時(shí)間T，T＝k×(δ2-δ1)/ωs0，其中所述δ1、δ2為角度定值，k為可靠系數(shù)；第五步進(jìn)行判定，如果δ在區(qū)間[δ1，δ2]中停留的時(shí)間超過T，可確認(rèn)發(fā)生了三相故障，并開放距離保護(hù)。F2010100116368C00011.tif,F2010100116368C00012.tif,F2010100116368C00013.tif,F2010100116368C00014.tif,F2010100116368C00015.tif,F2010100116368C00016.tif,F2010100116368C00017.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，其特征在 于，所述S2的整定范圍為、=150° 179° ， S2 = 181° 210° ;k為可靠系數(shù)， 整定范圍為k = 1. 1 2.0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，其特征在 于，S ! = 170° ， S 2 = 190° ;k = 1. 5。
全文摘要
本發(fā)明是一種電力系統(tǒng)線路保護(hù)振蕩中三相故障開放判定方法，在被保護(hù)線路段設(shè)置保護(hù)裝置，根據(jù)保護(hù)裝置一側(cè)的三相電壓和電流值，計(jì)算本側(cè)正序電壓相量、正序電流相量，并根據(jù)線路全長正序阻抗ZL1，計(jì)算線路對(duì)側(cè)的正序電壓；計(jì)算出和之間的角度；在角度δ開始進(jìn)入?yún)^(qū)間[δ1，δ2]時(shí)，計(jì)算出該時(shí)刻角度δ相對(duì)于時(shí)間的變化率，記為ωs0，并以此計(jì)算出可靠時(shí)間T，T＝k×(δ2-δ1)/δs0，其中所述δ1、δ2為角度定值，k為可靠系數(shù)；如果δ在區(qū)間[δ1，δ2]中停留的時(shí)間超過T，可確認(rèn)發(fā)生了三相故障，并開放距離保護(hù)?？蓪?shí)時(shí)地根據(jù)振蕩速度來確定開放保護(hù)的時(shí)間，系統(tǒng)振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)，故障時(shí)開放速度快，和振蕩周期自適應(yīng)，有利于保護(hù)快速切除三相故障，容易整定，容易在現(xiàn)有保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101789588SQ20101001163
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉凱, 劉榮, 岳增輝, 徐廣騰, 楊澤平, 董福廣, 趙雙石, 陳淑芝, 黃海悅 申請(qǐng)人:東方電子股份有限公司