專利名稱：基于電阻變化規(guī)律的線路故障與振蕩識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，更具體地涉及繼電保護(hù)的方法。
如何區(qū)分故障與振蕩？如何區(qū)分振蕩期間又發(fā)生三相故障？如何保證振蕩期間再發(fā)生故障還能夠快速切除故障？這些問(wèn)題一直是困擾繼電保護(hù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外的研究和技術(shù)人員投入了很多精力都試圖想解決這些難題。
到目前為止，防止距離保護(hù)受振蕩影響的解決方法，主要是如下幾種1、采用“短時(shí)開放”在電力系統(tǒng)發(fā)生故障起動(dòng)后的0.1~0.25秒內(nèi)，若距離保護(hù)的I段和II段都不動(dòng)作，則立即退出距離I段和II段，同時(shí)也退出高頻距離保護(hù)，直到判別故障消失、振蕩停止后(通常經(jīng)4秒延時(shí)確認(rèn))，才恢復(fù)距離I段和II段的功能，目的是防止振蕩造成誤動(dòng)。這是最典型的設(shè)計(jì)方法。但是，在起動(dòng)0.1~0.25秒后、距離保護(hù)返回前(稱之為振蕩閉鎖期間)又發(fā)生相間故障的話，由于距離I段、II段及高頻距離保護(hù)已經(jīng)退出工作，所以，導(dǎo)致故障要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的延時(shí)才能切除，不利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。
2、應(yīng)用“電阻變化率”的方法區(qū)分故障與振蕩先采用“短時(shí)開放”方法，防止距離保護(hù)誤動(dòng)。隨后，在判別到電阻變化很大時(shí)，立即投入“電阻變化率”判斷。
這種方法的缺點(diǎn)是1)電阻變化率的預(yù)定值(DRset)很難確定。一般是采用一種模型的仿真結(jié)果，來(lái)代替所有的線路模型，其數(shù)值有很大的盲目性和不適應(yīng)性；2)在振蕩中，又發(fā)生三相短路時(shí)，有不少情況根本達(dá)不到第一次判別到電阻變化值ΔR1大于16倍的電阻變化率的預(yù)定值，即不滿足“ΔR1＞16*DRset”的條件，這樣，無(wú)法再開放快速的距離1段和2段。
所述的電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)是由下面的公式確定的 式中TZMAX按最大振蕩周期考慮，取為3.5～4秒；
為實(shí)際的輸電線路阻抗角，一般為75°～85°；Z∑為電力系統(tǒng)的合成阻抗，是電力系統(tǒng)的參數(shù)。
根據(jù)(4)式區(qū)分故障與振蕩的判據(jù)如下(1)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值大于或等于DRSET(τ)，則判定為電力系統(tǒng)振蕩；(2)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值小于DRSET(τ)，且距離1段、2段和3段中，任一個(gè)動(dòng)作，則判定為系統(tǒng)發(fā)生了故障。
若取TZmax＝3.5秒、＝80°，則DRSET(τ)與τ的幾個(gè)典型關(guān)系是當(dāng)τ分別為100ms、150ms和200ms時(shí)，DRSET(τ)/Z∑相應(yīng)的分別為0.04423、0.06640和0.08863。
根據(jù)本發(fā)明的所述技術(shù)方案能有效地區(qū)分振蕩與短路，尤其能解決原有方法不能區(qū)分振蕩與振蕩閉鎖期間又發(fā)生三相短路的情況，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間的振蕩閉鎖，而只需要經(jīng)過(guò)較短時(shí)間的判別，且從理論上嚴(yán)格推導(dǎo)了電阻定值的計(jì)算公式，同時(shí)，該電阻定值可以隨時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。采用本方案后，在起動(dòng)0.1秒后如果再故障時(shí)，能快速地切除故障，保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2是表示典型的雙電源系統(tǒng)等值圖。如圖2所示，圖2表示的是典型的雙電源系統(tǒng)等值圖，多電源系統(tǒng)也可以等值為雙電源系統(tǒng)。
在圖2中EM為M側(cè)電力系統(tǒng)的等值電源，EN為N側(cè)電力系統(tǒng)的等值電源，ZM∑為M側(cè)電力系統(tǒng)的等值阻抗，ZN∑為N側(cè)電力系統(tǒng)的等值阻抗，ZL為M和N兩個(gè)變電站之間的線路阻抗，Z為距離保護(hù)，M、N分別為兩側(cè)變電站。
圖3是說(shuō)明電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)阻抗軌跡圖。如圖3所示，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗軌跡如圖3。圖3中，δ為兩側(cè)電勢(shì)的夾角；e點(diǎn)為振蕩中心。δ＝180°時(shí)，測(cè)量阻抗處于e點(diǎn)。
當(dāng)測(cè)量阻抗從c點(diǎn)變化d點(diǎn)時(shí)，阻抗變化的時(shí)間為 式中，TZMAX為電力系統(tǒng)的最大振蕩周期。
考慮到，δ＝180°附近時(shí)，電阻的變化是最緩慢的，因此，只要把δ＝180°附近時(shí)的振蕩電阻變化的最小值求出來(lái)，即可躲過(guò)所有振蕩的影響。于是，取ce＝ed，并根據(jù)ΔceEN≌ΔceEM，且均為直角三角形的關(guān)系，得到如下結(jié)果cd‾=2*12ZΣtgδ22=1tgδ22*ZΣ----(2)]]>
其中Z∑＝ZM∑+ZL+ZN∑為電力系統(tǒng)的合成阻抗將δ1＝360°-δ2和(1)式代入(2)式，得 再將cd投影到R軸上，即為電阻變化率的最小門檻值，即 (4)式中TZMAX按最大振蕩周期考慮，取為3.5～4秒；為實(shí)際的輸電線路阻抗角，一般為75°～85°；Z∑為電力系統(tǒng)的合成阻抗，是電力系統(tǒng)的參數(shù)。
這樣，在其它參數(shù)均為已知的情況下，DRSET(τ)僅為時(shí)間τ的函數(shù)。即給定一個(gè)τ，就唯一確定了DRSET(τ)數(shù)值。該公式反映了最大振蕩周期條件下，在τ時(shí)間段內(nèi)的最小電阻變化值，反映了電阻變化的內(nèi)在規(guī)律。由于，實(shí)際的振蕩周期均小于最大振蕩周期，所以，任何振蕩情況的電阻變化值均大于(4)式給定的DRSET(τ)數(shù)值。
因此，在嚴(yán)格推導(dǎo)出(4)式的前提下，區(qū)分故障與振蕩的判據(jù)如下(1)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值大于或等于DRSET(τ)，則判定為電力系統(tǒng)振蕩；(2)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值小于DRSET(τ)，且距離1段、2段和3段中，任一個(gè)動(dòng)作，則判定為系統(tǒng)發(fā)生了故障。
圖4是表示DRSET(τ)與時(shí)間τ的函數(shù)關(guān)系示意圖。如圖4所示，若取TZmax＝3.5秒、＝80°，則DRSET與τ的幾個(gè)典型關(guān)系是當(dāng)τ分別為100ms、150ms和200ms時(shí)，DRSET(τ)/Z∑相應(yīng)的分別為0.04423、0.06640和0.08863。
當(dāng)然，在具體實(shí)施過(guò)程中，為了減少定值的個(gè)數(shù)，同時(shí)，考慮留有一定的裕度，可以用 代替(5)式中的Z∑，這樣，最小電阻定值的裕度為 圖5是本發(fā)明的判斷電阻變化率流程示意圖。如圖5所示，本發(fā)明的判斷電阻變化率流程示意圖，說(shuō)明了一種基于電阻變化規(guī)律的線路故障與振蕩識(shí)別方法，所述的流程包括步驟首先從步驟501開始，判斷線路是否有故障；如果判斷是否定的，則循環(huán)監(jiān)視。
如果有故障，則流程運(yùn)行進(jìn)入步驟502投入距離1段和2段，然后進(jìn)入步驟503判斷距離1段和2段是否動(dòng)作，在步驟503如果判斷是肯定的，則流程進(jìn)入步驟509發(fā)跳閘命令；如果在步驟503判斷是否定的，即距離1段和2段沒(méi)有動(dòng)作，則流程進(jìn)入步驟504，判斷是否0.1秒到，如果判斷是否定的，則流程運(yùn)行重新進(jìn)入步驟502，投入距離1段和2段。如果在步驟504判斷是肯定的，即如果超過(guò)0.1秒，則流程進(jìn)入步驟505，判斷在時(shí)間段τ內(nèi)，電阻變化是否小于電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)，如果在步驟505判斷是肯定的，即電阻變化小于電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)，則流程進(jìn)入步驟506，投入距離1段和2段，然后流程進(jìn)入步驟507判斷距離1段或2段是否動(dòng)作；如果在步驟507判斷是肯定的，則流程進(jìn)入步驟509發(fā)跳閘命令；如果在步驟505和步驟507判斷是否定的，則流程進(jìn)入步驟508，判斷距離3段是否動(dòng)作。在步驟508如果判斷是肯定的，則流程進(jìn)入步驟509發(fā)跳閘命令；在步驟508，如果判斷是否定的，則流程進(jìn)入步驟501，重新判斷線路是否有故障。
根據(jù)本發(fā)明的所述方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將所述的步驟分解或合并，但是這些修改都不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于電阻變化規(guī)律的線路故障與振蕩識(shí)別方法，其特征在于所述的方法包括步驟判斷線路是否有故障；如果有故障，則運(yùn)行進(jìn)入投入距離1段和2段，并判斷距離1段和2段是否動(dòng)作，如果動(dòng)作則發(fā)跳閘命令；如果判斷距離1段和2段沒(méi)有動(dòng)作，則判斷發(fā)生故障后是否到0.1秒，如果判斷是否定的，則運(yùn)行重新進(jìn)入投入距離1段和2段；如果超過(guò)0.1秒，則判斷在時(shí)間段τ內(nèi)，電阻變化是否小于電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)，如果判斷是否定的，則判斷距離3段是否動(dòng)作；如果電阻變化小于電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)，則運(yùn)行進(jìn)入投入距離1段和2段，并判斷距離1段和2段是否動(dòng)作，如果動(dòng)作則發(fā)跳閘命令；如果判斷距離1段和2段沒(méi)有動(dòng)作，則判斷距離3段是否動(dòng)作；如果判斷距離3段有動(dòng)作，則發(fā)跳閘命令，如果沒(méi)有動(dòng)作，則重新判斷線路是否有故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)是由下面的公式確定的 式中TZMAX按最大振蕩周期考慮，取為3.5～4秒；為實(shí)際的輸電線路阻抗角，一般為75°～85°；Z∑為電力系統(tǒng)的合成阻抗，是電力系統(tǒng)的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述的電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)區(qū)分故障與振蕩的判據(jù)如下(1)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值大于或等于DRSET(τ)，則判定為電力系統(tǒng)振蕩；(2)如果τ時(shí)間段內(nèi)的電阻變化值小于DRSET(τ)，且距離1段、2段和3段中，任一個(gè)動(dòng)作，則判定為電力系統(tǒng)發(fā)生了故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述的電阻變化率的預(yù)定值DRSET(τ)中，若取TZmax＝3.5秒、＝80°，則DRSET(τ)與τ的幾個(gè)典型關(guān)系是當(dāng)τ分別為100ms、150ms和200ms時(shí)，DRSET(τ)/Z∑相應(yīng)的分別為0.04423、0.06640和0.08863。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電阻變化規(guī)律的線路故障與振蕩識(shí)別方法，該方法包括步驟判斷線路是否有故障、判斷距離1段和2段是否動(dòng)作，如果動(dòng)作則發(fā)跳閘命令；判斷(發(fā)生故障后)是否到0.1秒，如果超過(guò)0.1秒，則判斷在時(shí)間段τ內(nèi)，電阻變化是否小于電阻變化率的預(yù)定值DR
文檔編號(hào)H02H7/26GK1472858SQ03146340
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者黃少鋒, 劉建飛, 秦應(yīng)力, 張?jiān)缕?申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化有限公司