基于整定值隨故障類型變化的電流保護方案研究

黃慶豐

(福建水利電力職業(yè)技術學院, 福建 永安 366000 )

基于整定值隨故障類型變化的電流保護方案研究

黃慶豐

(福建水利電力職業(yè)技術學院, 福建 永安 366000 )

分析了輸電線路發(fā)生接地短路故障和相間短路故障時, 故障相與非故障相之間的電流關系, 得出判別故障類型的方法; 提出了整定值隨故障類型變化的階段式電流保護方案, 并設計了程序框圖; 通過ATP軟件仿真, 驗證該保護方案的可行性, 并具有提高靈敏度的優(yōu)點.

接地短路故障; 相間短路故障; 短路類型判別; 零序電流保護; 電流速斷保護

引言

傳統(tǒng)的零序電流保護速斷整定值按線路末端接地短路最大零序電流整定, 顯然整定值與系統(tǒng)運行方式、短路類型有關; 相間短路電流速斷保護按系統(tǒng)最大運行方式被保護線路末端三相短路電流整定. 雖然能保證保護不誤動, 但存在不足, 當系統(tǒng)運行方式改變或故障類型變化, 保護性能將受到影響[1]. 本文提出隨短路類型變換自動調整電流保護整定值的方法, 改善了電流保護性能.

1 故障類型判別

圖1 雙側電源系統(tǒng)

1.1 接地短路故障

由于衰減非周期分量和諧波分量的影響可用濾波方法予以消除, 故以下分析接地故障和相間故障時不考慮非周期分量和諧波分量影響. 圖1為雙側電源系統(tǒng), 設F點發(fā)生接地故障.

1.1.1 單相金屬性接地

設A相發(fā)生金屬性接地故障, 故障點F邊界條件為故障處故障相電流為

保護安裝處故障分量電流為

其中C1M、C2M、C0M分別為M側正、負、零序電流分流系數(shù);分別為M側A、B、C相電流. 取三相電流最大值

類似方式, 取得中值Im、最小值Imin.

由式(2)可得: 當C1M=C2M時, 非故障相中的故障分量電流幅值相等, 即Im=Imin; 當C1M=C0M時,則非故障相不存在故障分量電流, 即Im=Imin=0; 當C1M≠C0M時, 非故障相中就存在故障分量電流, 當C1M≠C2M時, 則非故障相的故障分量電流不相等[2,3], 均有Im≠Imin. 由于Imax遠大于Imin, 因此單相接地短路時, 有:

1.1.2 兩相金屬性接地

設BC相發(fā)生兩相金屬性接地故障, 故障點邊界條件為計及ZΣ1=ZΣ2時, 故障點故障相電流為

取式(4)中的電流的模值, 則故障相模值相等.

若計及過渡電阻Rg后, 特殊相正、負、零序分量電流不在一條直線上. 故障處故障電流為

保護安裝處故障相電流為

依式(3)方式分別取得三相電流的最大值Imax、中值Im、最小值Imin. 由式(6)得, 當C1M≠C0M時, 非故障相故障電流不為0, 但仍遠小于故障相電流, 可近似取Imin≈0; 當C1M=C0M時, 非故障相故障電流為0[2]. 因此兩相接地短路時有:Imax≈Im,Imin≈0, 即

因實際運行中, 非故障相存在負荷電流, 以上Imax/Imin等比值不會是無窮大, 考慮一定區(qū)分度并結合實際電網(wǎng)情況統(tǒng)計數(shù)據(jù), 取判別系數(shù)為4, 則有:

1.2 相間短路故障

設被保護線路發(fā)生金屬性相間短路故障, 下面分析故障相與非故障相故障電流關系.

1.2.1 三相短路故障

三相短路故障時三相電流對稱, 對中性點直接接地系統(tǒng), 電流保護采用三相式接線, 則

1.2.2 兩相短路故障

對中性點不直接接地系統(tǒng)線路, 為了提高供電可靠性, 電流保護采用兩相式接線, 通常僅測量A、C相電流, 則通過計算可得到B相電流為[3]

當被保護線路發(fā)生CA兩相金屬性短路故障時, 故障點邊界條件為因故障相的故障電流大小相等、方向相反, 非故障相的故障電流為0. 類似地, 依式(3)可得Imax=Im,Imin=0, 所以

對中性點直接接地系統(tǒng)線路, 電流保護采用三相式接線,B相電流也是通過測量得到, 各種相間短路故障結論與中性點不接地系統(tǒng)相同.

仍取判別系數(shù)為4, 依上述分析可得:

2 保護程序設計

保護程序設計的思路是, 裝置監(jiān)測到異動電流后, 計算出Imax、Im、Imin、I0; 若I0≠0, 轉入零序保護程序, 判斷接地類型, 再根據(jù)各自整定值啟動保護; 若I0=0, 則轉入相間保護程序, 判斷相間短路類型, 再根據(jù)各自整定值啟動保護. 各種類型短路保護整定如下[4]:

為簡化計算, 通常線路保護取Z1=Z2(正序阻抗與負序阻抗相等), 則同一點三相和兩相短路故障電流關系為保護靈敏度得到提高.

電流保護程序設計框圖如圖2所示.

零序電流保護Ⅱ段、階段式相間電流保護的Ⅱ段流程均與Ⅰ段相同, 僅整定值不同. 階段式相間電流保護Ⅲ段, 一般是作為后備保護, 其動作電流是按最大負荷電流整定, 整定值是不允許隨短路類型而變.這些保護程序設計框圖不一一羅列.

圖2 階段式電流保護程序框圖

3 仿真驗證

利用ATP軟件對圖3系統(tǒng)110kV線路M側進行仿真,單位千米線路正序電抗為X1=0.4Ω,單位千米零序電抗為X0=0.9Ω; 最大負荷電流分別為100A, 負荷的自起動系數(shù)均為1.8; 可靠系數(shù)返回系數(shù)Kre=0.85;兩側系統(tǒng)電抗及變壓器電抗為歸算至被保護線路電壓等級有名值, 且分別對接地故障、相間故障進行仿真, 仿真結果見表1.

圖3 系統(tǒng)接線

表1 仿真結果

由仿真數(shù)據(jù)可求看出, 相間電流Ⅰ段整定值從1627.4A下降到1068.7A, 最小保護區(qū)延長了13.4%, 接地故障的結論基本相同.

4 結語

通過分析兩種接地故障、兩種相間短路故障電流之間關系, 提出了判斷故障類型的方法, 設計了按不同故障類型采用不同整定值的電流保護程序. 通過仿真驗證了該方案是可行的, 并且提高了保護靈敏性.

[1] 葛耀中. 新型繼電保護和故障測距的原理與技術[M]. 西安: 西安交通大學出版社, 2007

[2] 許建安. 中性點不接地系統(tǒng)兩點異地接地及故障點位置判別[J]. 水電能源科學2008. 26(6): 165～168

[3] 黃瑞梅, 張國良, 許建安. 輸電線路故障選相方案探討[J]. 水電能源科學, 2009, 27(3): 193～195

[4] 許建安, 王風華. 電力系統(tǒng)繼電保護整定計算[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2007

The Research of the Current Protection Based on The Settings Change with the Type of Faults

HUANG Qing-feng
(Fujian College of Water Conservancy and Electric Power, Yong'an, 366000, China)

Through the analysis of the current relationship between the fault and healthy phase while the ground or phase short circuit fault occurs in the transmission lines, the method of judging fault type is obtained; the phase current protection scheme based on the fixed value varies with the fault type is proposed besides the flow charts are designed; the feasibility of above protection scheme is verified by the software’s simulation ATP Simulation results show that this scheme possesses the advantages of improved sensitivity.

ground short circuit fault; phase-to-phase short circuit fault; short circuit type discriminant; zero-sequence current protection; current fast-tripping protection

TM773

A

1672-5298(2014)03-0045-04

2014-06-17

黃慶豐(1963? ), 男, 福建壽寧人, 碩士, 福建水利電力職業(yè)技術學院副教授. 主要研究方向: 電力系統(tǒng)分析教學與研究