一種新的基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯

李鵬程

(國網(wǎng)天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

一種新的基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯

李鵬程

(國網(wǎng)天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

系統(tǒng)振蕩閉鎖過程中需要在發(fā)生故障時能快速開放保護。詳細分析了不同故障形式下保護安裝處各序電流分量的幅值特征，然后基于各自幅值特點賦予不同的權重系數(shù)，構成新的振蕩閉鎖再開放邏輯。新的邏輯對于一切不對稱故障都適用，仿真實驗證明了新的開放邏輯的正確性。

序分量；權重；振蕩閉鎖；距離保護

0 引 言

系統(tǒng)振蕩屬于不正常的運行狀態(tài)，但不是故障狀態(tài)，一般可以通過自動裝置的調(diào)節(jié)拉入同步[1]。距離保護作為高壓線路的主保護之一[2]，極易受系統(tǒng)振蕩的影響：系統(tǒng)振蕩容易誘發(fā)距離保護誤動。為了防止保護誤動現(xiàn)象，工程當中一般采用振蕩閉鎖邏輯：即系統(tǒng)振蕩時，將距離保護退出運行。

但在系統(tǒng)振蕩閉鎖中，如再次發(fā)生故障，需要再次開放距離保護，及時清除故障。文獻[5]通過改進啟動繼電器，實時計算短時開放時間，提出了對稱開放和不對稱開放的新判據(jù)；文獻[6]利用保護安裝處的電壓和距離元件保護范圍末端電壓之間的夾角實現(xiàn)振蕩閉鎖和開放目的；文獻[7]提出了一種基于保護安裝處三序電流比值的方法識別振蕩中不對稱故障；文獻[8]利用兩相電流包絡線之差的突變量作為判據(jù)識別振蕩中各種不同故障；文獻[9]提出了利用廣域信息的距離保護振蕩閉鎖再開放方案，但僅適用于距離后備保護。

通過詳細分析不同故障形式下保護安裝處的序電流幅值的變化特征，提出了一種基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯：負序電流的權重系數(shù)大于正序電流權重系數(shù)，而零序電流的權重系數(shù)最小。新的振蕩閉鎖再開放邏輯適用于任何的不對稱故障，大量的仿真實驗結果驗證了新的開放邏輯的正確性。

1 不同故障形式下序電流特性分析

圖1給出了典型的雙端電源系統(tǒng)示意圖，其中ZL表示線路阻抗，F(xiàn)表示線路故障點。

圖1 雙側電源電路圖

當系統(tǒng)兩側傳輸?shù)墓β手芷谛园l(fā)生大范圍變化時，稱為系統(tǒng)振蕩[11]。系統(tǒng)振蕩時可能造成距離保護誤動[10]，因此需要采用振蕩閉鎖邏輯來防止保護誤動。但如果在閉鎖過程中再次發(fā)生故障，需要閉鎖環(huán)節(jié)在短時間內(nèi)迅速、可靠地再次開放保護。因此尋求系統(tǒng)振蕩中再故障時電流的暫態(tài)特性尤為關鍵?？紤]到系統(tǒng)振蕩不同于線路發(fā)生故障，不會產(chǎn)生零序和負序分量，因此可以通過研究序分量特征來識別振蕩中再故障。

1.1 單相接地故障序電流特性分析

圖2給出了發(fā)生單相接地故障時序網(wǎng)圖，其中正、負、零三序網(wǎng)絡通過串聯(lián)相連接。I1、I2、I0表示故障支路的三序電流；E表示從故障點看進去戴維南等值電動勢，其幅值約等于故障點未故障時的電壓。

圖2 單相接地故障序網(wǎng)圖

由圖2可知

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得

(3)

1.2 兩相接地故障序電流特性分析

圖3給出了發(fā)生兩相接地故障時序網(wǎng)圖，其中正、負、零三序通過并聯(lián)相連接。

圖3 兩相接地短路序網(wǎng)圖

由圖3可知

(4)

對于M側保護安裝處的三序電流，顯然存在

(5)

將式(5)代入式(4)可得

(6)

由數(shù)學知識可得

(7)

1.3 相間故障序電流特性分析

圖4給出了發(fā)生相間故障時序網(wǎng)圖，其中只存在正、負序網(wǎng)絡，不存在零序網(wǎng)絡。

圖4 相間故障序網(wǎng)圖

由圖4可知

(8)

則M側保護安裝處存在

(9)

雖然相同短路時不存在零序電流，但顯然式(10)仍然成立。

(10)

2 基于序電流權重的振蕩閉鎖再開放邏輯研究

通過式(3)、式(7)和式(10)可以看出，當線路發(fā)生故障時，保護安裝處的三序電流大致存在如下關系：

(11)

考慮到式(7)存在CM1/CM0系數(shù)，同時式(10)僅等號成立，為了在3種故障形式下都滿足某一特定的關系式，可以將式(11)改寫為

(12)

式中，m1、m2、m0分別稱為三序電流的權重系數(shù)。其具體取值按照如下規(guī)則：

1)考慮到相間故障并無零序電流，為了在相間故障時式(12)同樣成立，所以可以降低零序電流的權重，即m0可以取較小數(shù)值；

2)為了保護振蕩再故障時能可靠地開放保護，m2取值應大于m1。

考慮到上述要求，可以將振蕩閉鎖再開放邏輯定為

(13)

如果滿足式(13)，則表明系統(tǒng)發(fā)生了故障，需要快速開放保護；如果是對稱性故障，則此時沒有負序和零序電流，此時該邏輯失效，但可以采用文獻[8-9]提出的功率變化率或者Ucosφ的開放方法。

3 仿真分析

基于PSCAD/EMTDC搭建了如圖1所示的仿真模型，其中線路正、負序參數(shù)為z1=z2=0.035+j0.05(Ω/km)，零序參數(shù)為z0=0.036+j0.132(Ω/km)。故障時刻為0.5 s，故障持續(xù)時間為0.05 s。

3.1 單相接地故障仿真驗證

圖5給出了系統(tǒng)振蕩時發(fā)生A相接地故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖5(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除A相接地故障，防止故障的繼續(xù)擴大。

圖5 單相接地故障仿真驗證

3.2 兩相接地故障仿真驗證

圖6給出了系統(tǒng)振蕩時發(fā)生AB相接地故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖6(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除AB相接地故障。

3.3 相間故障仿真驗證

圖7給出了系統(tǒng)振蕩時發(fā)生BC相間故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖7(a)可以看出，零序電流為0；通過圖7(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除相間故障。

圖6 兩相接地故障仿真驗證

圖7 相間故障仿真驗證

通過上面的分析可以看出，對任何的不對稱故障，都滿足保護再次開放條件，因此新的開放邏輯具有較強的適用性。

4 結 論

振蕩閉鎖過程中如再次發(fā)生故障，需要及時開放保護并清除故障。詳細分析了各種不對稱故障形式下保護安裝處三序電流的幅值特性，并賦予了不同的權重系數(shù)：負序系統(tǒng)大于正序系數(shù)，零序系統(tǒng)最小。新的開放邏輯能使用各種不對稱故障，具有較好的工程應用價值。

[1] 張保會，張毅剛，劉海濤.基于本地量的振蕩解列裝置原理研究[J].中國電機工程學報，2001，21(12)：67-72.

[2] 劉穎.一種適用于同桿四回線單相接地距離保護的新算法[J].水電能源科學，2014，32(9)：195-198.

[3] 閆曉卿.特高壓同步電網(wǎng)繼電保護關鍵問題研究[D].北京：華北電力大學，2013.

[4] 張冬，王濤.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的超高壓繼電保護算法研究[J].現(xiàn)代電子技術，2011，34(20)：196-199.

[5] 柳煥章，周澤昕，周春霞，等.繼電保護振蕩閉鎖的改進措施[J].中國電機工程學報，2012，32(19)：125-133.

[6] 劉凱，索南加樂.一種新的高壓線路保護振蕩閉鎖實現(xiàn)方法[J].電力自動化設備，2011，31(4)：7-12.

[7] 袁兆強，吳強，易傳炳.振蕩閉鎖其間不對稱故障的快速識別方法[J].繼電器，2007，35(8)：6-11.

[8] 張艷霞，劉天緒，王榮琴.基于希爾伯特變換的電力系統(tǒng)振蕩中再故障的識別方法[J].中國電機工程學報，2005，25(6)：36-41.

[9] 劉志雄，張艷霞，馮康恒，等.基于廣域信息跟蹤電力系統(tǒng)振蕩中心的方法及應用[J].電網(wǎng)技術，2014，38(6)：1694-1699.

[10] 林湘寧，吳科成，翁漢琍，等.在功率變化交叉閉鎖振蕩中對稱故障的快速識別方法[J].中國電機工程學報，2006，26(16)：21-26.

[11] 黃少鋒.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2014：98-102.

The power swing block should be re-operated when fault occurs.The characteristics of sequence currents under different fault types are analyzed in detail.Then，different weights are added to the sequence current amplitudes.The novel logic can be applied to any unbalanced fault，and simulation results prove it to be correct.

sequence components；weight；swing bolck；distance protection

TM774

A

1003-6954(2017)03-0078-04

2017-01-08)

李鵬程(1988)，工程師，主要從事配電維修工作。