故障分量提取及故障选相的新方法_索南加乐

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同理 , AB 相短路时 , 有 : Z 1S = CA 相短路时 , 有 : Z 1S = U C - U A +j 3 U B
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AB 相短路 : ( 7) |ΔI C +ΔI A | ≥ k |ΔI A +ΔI B | |ΔI C +ΔI B | ≥ k |ΔI A +ΔI B |
对于不完全星形接线 , 用 ( I A +I C) 代替 I B 即 可。
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3 故障选相
考虑到 电 流 保护 主 要 用 于 中性 点 不 接 地 的 35 kV 及以下中低压网 , 这 些系统在发生单相 接地 故障时仍能短时运行 。 相间接地故障与相间故障特 征类似 , 故在以下讨论中只考虑相间短路 。 目前 , 在系统中广泛使用的选相方法是利用相 电流差故障分量 , 其原理为先计算 3 个相电流差突 变量 ΔI AB , ΔI BC 和 ΔI AC 。 相间短路时 ( 以 BC 相为 例) , 其动作判据为 : |ΔI BC | ≥ k |ΔI AB | |ΔI BC | ≥ k |ΔI AC |
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( 1)
-j240 °
=- 3e
-j30 °
图 3 两相故障时附加状态负序网 Fig . 3 Negative sequence of additional fault state under phase to phase fault
j60°
+IC e
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j120°
ΔI C = I C e-j60°+ I A e-j120° 其采样值算法为 :
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本文给出根据选相结果利用对应的相间电压和 两相电流差的 故障分 量求 Z S 的算 法 , 以 BC 相为 例 , 其复合序网如图 2 所示 。 短路时 : ΔU BC =ΔU B -ΔU C =-j2 3 ΔU M1
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电 力 系 统 自 动 化
·研制与开发· 索南加乐等 故障分量提取及故障选相的新方法
59 + ( 5) -
N N i Ag( t )= - 3 i A t +i C t 12 12 i C g( t)= 3 i C i A( t )- iC ( t)
图 2 相间故障时的复合序网 Fig . 2 Sequence network under phase to phase fault
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第 27 卷 第 16 期 电 力 系 统 自 动 化 Vol . 27 N o . 16 2003 年 8 月 25 日 Automation of Electric Power Systems A ug . 25 , 2003
故障分量提取及故障选相的新方法
视为正常运行状态与故障附加状态的叠加 。 正常运 行情况下 , 网络中的电流为负荷电流 , 故障附加状态 下的电流是由故障点的故障电动势单独作用时在网 络中产生的 , 称之为故障分量电流 。 即有 :
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I =ΔI + I H 式中 : I 为故障时 某一相的电流 ; ΔI 为 故障分量电 流; I H 为负荷电流 。 故障分量电流等于故障后实测的电流减去负荷 电流 。 目前 , 故障分量的提取是通过将故障前 n 个 周期的电流采样值记忆下来 , 再与故障后的电流采 样值相减而得 , 其采样值算法为 : ig ( t)= i( t )- i( t - nN) 式中 : N 为每周期采样点数 。 考虑到系统存在频率偏差 , n 不能过大 , 一般取 1 或 2 。显然 , 它只能提取故障发生最初的一两个周 期约 20 ms ～ 40 m s 内的故障分量 , 使定时限( 约 500 ms) 及过电流保护( 大于 1 s) 所需的故障分量不能获 取 , 从而影响延时保护的动作性能 。 对于中性点不接地系统 , 当发生相间短路时( 以 BC 相为例 ) , 如图 1 所示 。 将 A 相 选为参考相 , 其 复合序网如图 2 所示 。
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图 1 某一中性点不接地系统简图 Fig . 1 Simplified diagram of single -source system
1 故障分量提取的新算法
根据叠加原理 , 输电线路发生故障时的状态可
收稿日期 : 2002-09-28 ; 修回日期 :2002-12-02 。
由于系统在大多数情况下短路时可以假定正 、 负序阻抗相等 , 所以靠近保护安装侧 M 支路的正 、 负序电流分配系数都相等 , 设为 c , 则 :
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ΔI A +ΔI C 0 Id Id 0 2Id / 3
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BC 相短路 : ( 6) |ΔI A +ΔI B | ≥ k |ΔI B +ΔI C | |ΔI A +ΔI C | ≥ k |ΔI B +ΔI C |
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I B - I C +j 3 I A U A - U B +j 3 U C
索南加乐1 , 张健康1 , 刘 辉1 , 宋国兵1 , 甫拉提·阿布力米提2
( 1 .西安交通大学电气工程学院 , 陕西 省西安市 710049 ;2 .新疆大学 , 新疆维吾尔 自治区乌鲁木齐市 830000)
摘要 : 提出了一种中低压中性点不接地系统故障分量提取的新算法 , 该算法既能提取短时的暂态 故障分量 , 也能提取长时间稳定的故障分量 , 对速断 、 定时限及过电流保护都适用 , 可极大地改善延 时保护的性能 ; 在此基础上给出了自适应电流保护中系统阻抗准确计算的方法 ; 针对目前利用相电 流差故障分量选相存在灵敏度不够高的缺陷 , 提出了利用相电流之和的故障分量来进行故障选相 的高灵敏度选相算法 。 关键词 : 继电保护 ; 故障分量 ; 系统阻抗 ; 故障选相 中图分类号 : T M773
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Z 1S =-
ΔU M1
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=
ΔU BC
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表 1 故障类型及其特征 Table 1 Fault types and their characteristics
类型 ΔI A + Δ IB ΔI B +ΔI C 正常 0 0 AB 相短路 0 Id BC 相短路 Id 0 CA 相短路 Id Id 三相短路 2 I d/ 3 2I d/ 3 注: I d 为相间故障时某一故障相的故障电流 。
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以上只列出了电流故障分量的求法 , 对于电压 类似 。 显然 , 它对故障发生的整个过程都是有效的 , 可 以保证电流速动一段 、二段以及过电流保护故障分 量的准确提取 。
2 系统阻抗的准确计算
t - N + iA t - N 12 12
Z 1H +Z 1L N c = Z 1S +Z 1L M + Z 1LN +Z 1H 设保护安装侧 A 相支路的正序故障分量电流 、 负序及 零序 电流分 别为 ΔI M1 , I M2 , I M 0 。 于是 有 ΔI M1 =-I M2 =c I F 1 及 I M0 = 0 , 所以 ΔI MA =ΔI M1 +I M2 +I M 0 = 0 , 根据叠加原理 , ΔI MA =I MA -I HA , 从而有 I MA =I HA 。 即非故障相 A 的电流仍为负荷 电流 。 另外 , 正常情况下电力系统是三相对称的 , 即 三相电流幅值相等 , 相位相差 120° 。 因而可以通过 A 相的负荷电流求得同一时刻 故障相 B , C 的负荷 电流 。 从故障相的短路电流中减去同一时刻该相的 负荷电流 , 就可以得到该相的故障分量电流 。 其相 量算法为 : ΔI B = I B - I HB = I B - I A e -j120° ΔI C = I C - I HC = I C - I A e j120° 其采样值算法为 : N i Bg( t )= i B( t )- i A t - 3 ( 2) 2N i Cg( t )= iC ( t)- i A t 3 式( 2) 的数据窗宽度为 2 N / 3 , 相当于 2/ 3 个基 波周期 , 计算时间较长 。 考虑到 e -j120°= 3e -j30°-2 +1 , 式( 2) 还可改写为 : N i Bg( t )= iB( t )+2 i A ( t)- 3 i A t 12 ( 3) N i Cg( t)= iC ( t)-i A ( t)+ 3 i A t -12 式( 3) 的数据窗只有 N / 12 , 相 当于 1/ 12 个基 波周期 , 可以满足快速动作保护的要求 。 同理 , 对于 AB 相故障 , 故障分量的提取类似 。 AC 相故障时 , 系统若采用完全星形接线 , 算法 同上 ; 如采用非完全星形接线 , 其相量算法为 : 以及 e ΔI A = I A e
系统阻抗 Z S 的准确性极大地影响着自适应电 流保护的性能 , 但在故障发生最初的 20 ms 内故障 分量电流含有大量的暂态分量 , 使得 Z S 的计算误 差较大 , 而中低压保护动作时不要求速度非常快 , 因 此准确计算 Z S 是主要目标 。 序分量属于稳态量 , 但序分量的计算要引进因 子 α ( α =ej120° ) , 其对干扰及谐波有很 强的放大作 用 , 因而会增大 Z S 的计算误差 。 相电流差故障分量以其计算简单 、可靠以及不 受过负荷 、 振荡 、 故障类型和非全相运行等影响的优 点而获得了广泛的应用 。 但由于目前的方法只能提 取故障发生最初短时 ( 约 20 ms 内) 的故障分量 , 不 可避免地含有大量果采用长时间的 、稳定的故障分量 来计算 Z S , 就能获得比较准确的结果 。 当线路发生相间故障时 , 其状态可视为正常运 行状态和故障附加状态的叠加 , 将故障附加状态的 电流 、 电压( 即故障分量) 进行对称分量分解 , 从而计 算出 Z S 。 当利用负序分量来计算时[ 2] , 其负序网如 图 3 所示 , 显然 , Z S =-U 2 / I 2 。