基于對稱分量突變量選相元件分析

許培德

(福建水利電力職業(yè)技術學院電力工程系，福建永安366000)

基于對稱分量突變量選相元件分析

許培德

(福建水利電力職業(yè)技術學院電力工程系，福建永安366000)

分析對稱分量突變量原理，得出求解故障距離的通用公式，在進行有效選相前不必進行故障分類；通用公式求故障距離雖然存在負誤差，但對啟動元件正確動作不受影響；提出了根據(jù)序分量大小判別故障相原理，仿真表明該方法的有效性與可靠性均能滿足要求．

序分量突變量；相間短路；接地短路；啟動元件；選相

相電流差工頻變化量選相在兩相接地故障時可能出現(xiàn)誤選相，對稱分量選相在單相接地故障發(fā)展為兩相接地故障時，相相元件可能出現(xiàn)誤選相；基于故障點相間電壓特征選相，當系統(tǒng)發(fā)生振蕩且兩側(cè)相角差為180o附近時發(fā)生單相接地短路，會將單誤相為兩相接地故障造成三跳；基于故障邊界條件選相，當故障發(fā)生在被保護線路末端且經(jīng)過渡電阻發(fā)生單相接地短路時，選相可靠性將受到影響[1]；基于小波變換模極大值選相，為提高選相速度，需專用硬件處理器芯片[2]．

對于相間、接地短路故障，若保護用一種算法時相當于感受到十種故障．由于故障類型并非先得知，算法必須處理所有電壓、電流采樣值，以確定故障類型．先選相再計算的一個缺點是只有在選相結(jié)束后故障處理才開始，損失了寶貴時間，造成保護響應速度慢．

1 對稱分量突變量定義

圖1 系統(tǒng)接線圖Fig.1 System wiring diagram

線路上的電壓降被定義為

式中，Z0、Z1、Z2為線路全長的序阻抗．設故障時保護安裝處母線電壓分別為E?1、E?2、E?0，比值為

2 短路故障分析

2.1 三相短路

當圖1系統(tǒng)發(fā)生金屬性三相短路時，因ΔI?0=ΔI?2=0，則ΔE?0=ΔE?2=0．

2.2 單相接地故障

如圖1系統(tǒng)，設在F點發(fā)生A相經(jīng)過渡電阻接地故障，短路故障的突變量序網(wǎng)絡如圖2所示．因

圖2 單相接地短路序故障分量網(wǎng)絡Fig.2 The single-phase grounding fault sequence fault component network

2.3 兩相短路

輸電線路發(fā)生相間短路故障時，序分量網(wǎng)絡如圖2所示，設發(fā)生BC相間經(jīng)過渡電阻RF短路故障時，短路邊界條件為U?1AF=U?2AF、I?1AF=-I?2AF(假設Z1=Z2)和ΔI?0=0(相當于圖2c不存在)；注意到故障前負序負荷電流不存在，負序網(wǎng)中電流就是負序分量電流變化量．顯然k0=0，ΔE?2A/ΔE?1A=-1(|ΔE?A2|≈|ΔE?A1|)，定義當|ΔE?A2|≈|ΔE?A1|=k′2時，k′2=1，其它情況k′2=0．

2.4 兩相接地故障

當圖1系統(tǒng)發(fā)生BC兩相金屬性接地短路故障時，由短路邊界條件得 ΔI?A2=-C2ΔI?A1，ΔI?A0=-C0ΔI?A1，ΔI?A1=-ΔI?A2-ΔI?A0，此時|ΔE?A2|≈|ΔE?A1|條件不滿足，則

若短路點經(jīng)過渡電阻發(fā)生兩相接地短路故障，仍滿足k′0≠0，k′2=0關系．考慮到可能的故障類型，故障點距離的一般表達式為[5-7]

k值計算的明顯優(yōu)點在于執(zhí)行更有意義的計算之前不用確定故障類型．k值計算可作為啟動元件，其流程如圖3所示，圖中δ1、δ2、δ3為門檻值．當k值小于保護范圍時，進入選相程序，判斷|ΔE?2|小于檻值相當于負序分量不存在，直接可計算k值；若|ΔE?2|不滿足條件，且|ΔE?0|小于檻值，判為兩相短路，計算k2后計算k值；若接地故障k′2=0，利用式(4)可計算k值．

當故障點存在過渡電阻時，k值變小，存在誤差，但不影響故障判斷．

圖3 算法流程Fig.3 The algorithm flow

3 故障類型及故障相判別

根據(jù)以上分析，各種類型短路故障相判別如表1所示．

表1 故障特征與故障類型關系Table 1 Relation between fault features and fault type

4 仿真驗證

為了檢驗算法的正確性，用圖1的模型取電壓等級為110 kV的單側(cè)電源和雙側(cè)電源50 km長線路，線路正、負阻抗為X1=0.4Ω，零序阻抗X0=0.92Ω，電源E?M=110∠45°，電源正、負阻抗相對值為0.076，零序阻抗相對值為0.113；電源E?M=105∠15°，正、負阻抗相對值為0.15，零序阻抗相對值0.1；基準容量100 MVA，基準電流為502 A．利用電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算程序求在距線路全長10%、30%、50%、70%、90%等處經(jīng)過渡電阻發(fā)生A相接地短路、BC兩相相間和接地短路及三相短路故障進行仿真驗證，結(jié)果表明：選相原理不受負荷電流影響(電流突變量與負荷電流無關)，故障相選擇正確．

5 結(jié)語

求故障例保護安裝處距離k值時不必先進行故障分類判斷，簡化了程序，提高了保護動作速度；由k值大小判定故障是否發(fā)生在保護區(qū)范圍；當故障在保護區(qū)范圍內(nèi)時，再進行故障類型判別；k值大小也可作為啟動元件動作的依據(jù)．

[1]鄭志萍，楊武蓋，張國良,等.故障分量正序方向元件消除拒動措施分析[J].水電能源科學,2009,27(4):206-208.

[2]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.

[3]李曉明.一種具有判據(jù)的相間距離繼電器[J].繼電器,1997(4):45-48.

[4]李曉明.新型距離繼電器比相電路研究[J].繼電器，1999(4)：32-35.

[5]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(5):193-195.

[6]謝珍貴,許建安.基于和差量變換選相原理研究[J].水電能源科學, 2012,30(10):172-173.

[7]張國良,許建安.突變量接地方向繼電器性能分析[J].水電能源科學,2009,27(2):202-204.

【編校：李青】

Phase Selector Analysis Based on Symmetrical Component Variation

XU Peide
(Department of Power Engineering,Fujian Water Conservancy and Power Professional Technical College,Yongan,Fujian 366000,China)

Based on analysis of symmetrical components variation principle,the general formula was acquired to solve the fault distance,so that the effective selection can be gained without fault classification phase in front;general formula for the fault distance,despite negative error,was not affected by the correct action of starting element;the principle of judging the fault phase based on the size of sequence component was put forward,the simulation results show that the effectiveness and reliability of the method can meet the requirements.

sequence variation;interphase short circuit;short circuit;promoter;phase selection

A

1671-5365(2014)06-0082-03

2014-03-12修回：2014-03-30

許培德(1984-)，男，講師，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護

時間：2014-04-16 16:51

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140416.1651.004.html