非全相运行输电线路负序方向纵联保护方法_王宾

98 .533 00 260 .790 00
7 .995 60 159 .647 00
184 .749 00 488 .981 00
2 .2 非全相运行方式下的相间故障保护算法改进
输电系统 A 相线路切除后 , BC 相非全 相运行
再发生区内故障时 , 对于 M 侧母线电压 , 存在如下
函数关系 :
纵联保护问题 , 需要探讨以下 3 个问题 :
1)线路单相一侧断线情况下 , 保证负序方向纵
联保护不误动 。
2)线路单相两侧断线情况下 , 保证负序方向纵
联保护不误动 。
3)线路单相两侧断线后再发生区内两相短路 、
两相接地 、单相接地的故障情况下 , 保证负序方向纵
联保护能灵敏动作 ;非全相运行下再发生区外故障 ,
2)当电压互感器安装在线路侧 , 负序方向纵联 保护在两侧同一相断线线路上发生各种短路 , 拒动 的可能性都很大 , 不能适应非全相运行的要求 。 1 .3 输电线路非全相运行再相间故障分析
图 1(a)所示为输电线路 A 相两侧断线再故障 示意图 。 为了简化分析 , 忽略线路分布电容和线间 互感的影响 , 则 A 相线路两侧开断后 , 电流变为 0 ; 此时 M 侧和 N 侧的 2 个断口可等值成 1 个断口 ; 而且由于 A 相线路上已经开断 , BC 相间故障可以 考虑成三相对称性短路故障[ 6] 。 因此 , 基于叠加定 理 , 输电线路 A 相两侧断线再发生 BC 相间故障 , 可 等值为输电线路 ABC 三相短路故障后再开断两侧 的 A 相线路 。图 1(b)给出了 A 相两侧断线的等值 序网图 , 其结果再叠加到三相短路故障分析上 , 即可 得到故障全值 。
流仍保持式(5)、式(6)的函数 关系 , 如图 2(b)所
示。
图 1 输电线路 A 相两侧断线再故障示意图
Fig.1 Demonstration of fault occurrence in A-phase-open transmission system
A
相两侧断线后 ,
M
侧电流
·
I MA
为[ 7]
但负序方向纵联保护在应用中主要遇到以下问 题 :①无法反应对称性故障 ;基于实际系统中三相短 路初瞬间会出现短时不对称 , 以及故障暂态将导致 负序滤序器有不平衡输出[ 4] , 该问题已经得到了初 步解决 。 ②非全相运行情况下 , 负序方向纵联保护 需要退出运行[ 5] 。
输电线路的非全相运行方式主要指 :线路单相 接地短路后 , 故障相断路器跳闸后的过程 ;导线一相 或两相断线 ;断路器在合闸过程中三相触点不同时 接通等情况 。在非全相运行方式下 , 线路中将存在 负序分量 ;当再故障时 , 负序方向纵联保护将拒动 , 因此传统做法是在非全相运行方式下将负序方向纵 联保护退出运行 , 而切换成相差高频保护[ 6] 。 这种 做法使得相应微机保护对通信信道的要求比较高 ,
收稿日期 :2008-11-24 ;修回日期 :2009-03-30 。 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973 计 划 )资 助 项 目 (2004CB217906);高等学 校博 士学 科点 专项 科 研基 金 资助 项目(20060003033, 200800031034);已 申 请 国 家 发 明 专 利 (申请号 :200810225743.3)。
(8)
·
·
若以 A 相正常运行电压 U MA load (取值 E MA )来
·
·
替代 U MA , 则负序电压计算值 U M2 为 :
·
·
·
·
3U M2′=(EMA +α2U MB +αU MC )=
-
·
IMA
1
Z
M
΢
-
·
I MA2
Z
Z
΢
(9)
因此估算误差为 :
·
·
ΔU M2 = I MA0 Z M΢
只能采用故障前已有的测量电压来估计 ;非全
相运行再故障时 , 开断相母线电压较故障前会有所
升高 ;但变化并不剧烈 , 因此以下分析采用开断相开
·
断之前的系统正常运行电压 U MA load 来估算非全相
运行再故障后开断相母线电压
·
U
MA
。
非全相运行再故障后
,
负序电压
·
U
M2
计算公式
如下 :
·
·
·
·
3U M2 =(U MA +α2U MB +αU MC)=
系统参数
线路 参数
P 侧系 统阻抗
Q 侧系 统阻抗
正序 零序 正序 零序 正序 零序
电阻/
电抗/
容抗/
(Ψ· km -1) (Ψ· km -1) (M Ψ· km -1)
0 .008 05 0 .259 13
0 .226 88
0 .204 89 0 .746 06
0 .352 51
4 .264 30 85 .145 30
·
U MA
=
·
E
MA
-
·
I MB
Open
FZ
M΢
-
·
I MC
Open
FZ
M΢
·
·
·
·
U MB =E MB -I MB O pen FZ Z΢ -I MC Open FZ M΢ (7)
·
·
·
·
U MC = EMC -I MB Open F Z M ΢ -I MC Open F Z Z΢
式中 :ZM ΢为等 值线路相间互阻 抗 ;Z Z΢为等值 线路
保护能可靠闭锁 。
文献[ 6-7] 从稳态故障分析的角度详细阐述了
— 61 —
2009, 33(12)
以上 3 个问题 , 并给出了结论 : 1)当电压互感器安装在线路侧 , 在线路单相一
侧断线 、两侧断线情况下 , 负序方向纵联保护均能可 靠保证不误动 ;这也是目前超高压输电线路中电压 互感器安装在线路侧的主要原因 。
失去了方向纵联保护相比于差动保护而言具有的通 信量少 、简单可靠的优势 。
针对该问题 , 本文分析了输电线路非全相运行 方式下 , 负序方向纵联保护的运行特性 , 利用微机保 护能够同时记忆系统正常运行 、非全相运行和非全 相运行再故障后 3 个阶段电气量的特性 , 提出了一 种适用于非全相运行方式下的输电线路负序方向纵 联保护方法 。
图 3 特高压交流输电线路故障示意图 Fig.3 Demonstration of fault occurrence
in UHV transmission line
表 1 1 000 kV 特高压输电线路主要参数 Table 1 Main parameters of 1 000 kV UHV
transmission line
器安装在母线侧
,
则负序电压
·
U
M2
为
:
·
U M2
=-
·
I MA2
Z
2M
(5)
序电压落后于负序电流系统阻抗角 , 保护判断故障
为正向故障 。
如果电压 互感 器安 装在 线路 侧 , 则 负序 电压
·
U
M2′为
:
·
U
M2′=
1 3
(U·
MA
+α2 U· MB
+αU·
MC)=
1 3
·
U
MB
e-j60°
(6)
负序电压相位领先负序电流 , 保护将拒动 。
由于 A 相开断再发生 BC 相间短路时 , 故障分
析等同输电线路 ABC 三相短路故障后再开断两侧
·
的 A 相线路 , 因此只需将式(2)～ 式(4)中的 I MA load
替换为正常系统在 F 点发生三相短路故障时 M 侧
A
相电流值
·
I MA
ABCF
;保护测量负序电 压与负序电
关键词 :超/特高压输电线路 ;非全相运行 ;负序方向纵联保护
中图分类号 :T M 773
0 引言
负序方向保护是方向纵联保护中非常重要的一 种 。 负序分量能够可靠反映不对称故障全过程 , 不 受振荡影响 , 不受平行线零序互感的影响 ;而且与零 序分量以相对地构成回路(分布电容也以相对地构 成回路 , 因此零序分量受分布电容影响严重)不同 , 负序分量以相间为回路 , 具有抗分布电容影响的特 点[ 1] , 该特点在大容量远距离超/ 特高压输电上尤为 可贵[ 2-3] 。
第 33 卷 第 12 期 2009 年 6 月 25 日
V o l.33 No .12 June 25, 2009
非全相运行输电线路负序方向纵联保护方法
王 宾1 , 董新洲1 , 薄志谦2 , A ndrew K LIM EK2
(1.清华大学电机系电力系统国家重点实验室 , 北京市 100084 ;2 .阿海珐输配电有限公司 , 英国斯塔福德郡 ST 17 4LX)
侧 A 相负荷电流值 。
因此 , 可求出等值断口电压为 :
— 62 —
图 2 非全相运行电压 、电流向量图 Fig.2 Voltage and current vectors in open-phase
transmission system with line-line fault
因此 , 非全相运行再发生相间故障的情况下 , 只 要能获取母线电压值来计算负序电压 , 即能保证正 确判断区内故障方向 。 对于区外故障 , 如图 1(a)所 示 , 假设故障点位于母线 M 的左侧 , 非全相运行下 , 故障相(A 相)M 母线电压会略微升高 , 但受系统电 源的影响 , 相位变化很小 ;此时再发生区外故障 , M 母线电压将主要反映区外故障点状态 , 因此 , 如果保 护取母线侧电压来计算负序电压 , 将不受断线影响 ,
(E· MA +α2 E· MB +αE· MC)-(I·MB Open F +
·
IMC Open F
+α2 I·MC O pen F
+αI·MB O pen F )Z M ΢ -
(α2 I·MB Open F +αI· MC Open F)Z Z΢ =
·
·
·
-(IMA1 +I MA0 )Z M ΢ -I MA2 Z Z΢
· 研制与开发 · 王 宾 , 等 非全相运行输电线路负序方向纵联保护方法
能够正确判断故障方向 , 不误动 。
2 非全相运行方式下的保护新算法
2 .1 特高压交流输电系统模型 图 3 所示为 1 000 kV 特高压输电系统模型 , 下
文分析均基于 该模型 仿真 论述 , 其中 被保 护线 路 M N 长 500 km , 线路 P M 和 N Q 长度均为 100 km , 系统参数见表 1[ 8] , Q 侧电源角度落后 P 侧 44°, P 侧和 Q 侧电势分别为 1 .106 2 倍和 1 .106 9 倍额定 电压 。
1 非全相运行方式下保护特性分析
1 .1 负序方向纵联保护动作判据
负序方向纵联保护正向动作判据如下 :
·
0°<arg
I2
·
<180°
U2
(1)
·
·
式中 :I 2 和 U 2 分别为保护安装处的负序电流和线
路侧负序电压 。
1 .2 非全相运行方式下保护特性
要解决非全相运行方式下的输电线路负序方向
摘要 :负序方向纵联保护具有能够保护故障全过程 、不受线路分布电容和系统振荡影响等优点 , 特 别适用于大容量 、远距离超特高压输电线路 , 但无法应用于非全相运行方式 , 影响了其普及应用 。 针对该问题 , 文中利用系统正常运行 、非全相运行和非全相运行再故障后 3 种状态下的相电压和电 流相量 , 虚拟构造母线侧负序电压 ;并在计算过程中抵消非全相运行时系统中存在的负序电流分 量 , 实现了一种适用于非全相运行方式下的输电线路负序方向纵联保护方法 ;使得负序方向纵联保 护可以适用于输电线路全部运行状态 , 降低了负序方向纵联微机保护的复杂性 , 具有较高的实用价 值。
·
·
ΔU A
= I Z MA load 2΢
1
+Z 2΢ +Z2 ΢ Z 1΢ Z 0 ΢
(3)
计算负
序电
流
·
I
MA
2
为
:
·
·
I MA2
= -I MA load 1 +Z 2 ΢ +Z2 ΢
Z 1΢ Z0΢
(4)
为便于分析 , 假设系统中所有阻抗均为纯感性 ,
电流向量关系如图 2(a)所示 。 此时 , 如果电压互感
自阻抗
;I· MB
O pen
F
和
·
I MC
Open
F
分别 为非全相运行 再
故障后的 B 相和 C 相线路电流 。
根据式(7)可以计算非全相运行再发生区内故
·
障后开断相母线电压 U MA 值 ;但是该式对于 M 母线
背侧区外故障不成立 。 因此 , 无法通过非全相运行
再故障后的电气量来推导开断相的母线电压 。
Open
:
·
I MA Open
=
·
I MA
load
+I·MA1
+I·MA2
+
·
IMA
0
=
·
·
I MA load -ΔU A
1 Z1 ΢
+Z12΢
+Z10 ΢
=0
(2)
式中 :Z1 ΢, Z2΢ , Z 0΢分别为图 1(b)所示系统的正序 、
·
负序 、零序序网总等值阻抗 ;I MA பைடு நூலகம்oad 为正常运行时 M