專利名稱：負序電抗方向判定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領域，特別涉及一種故障方向判定方法。更具 體的說，是一種用于電力系統(tǒng)交流輸電線路發(fā)生故障時，判斷故障方向的方法。
(二) 背景技術：
為保證選擇性，線路保護中都配置有方向元件，負序方向元件是使用廣泛的 一種，用于系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障時，故障方向的判別。目前的負序方向元件， 一般是通過檢測負序電壓和負序電流之間的角度，如果這個角度在一定范圍內(nèi)， 則判斷為正向或者反向。這種方法的缺陷在于，對于某些系統(tǒng)中的某些不對稱故 障，負序電壓可能很小，靈敏度不能滿足要求，導致方向判別錯誤。
(三)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種負序電抗方向判定方法，用以克服上述已有判 斷方法的缺陷，所要解決的技術問題是當系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障時，故障方向 的判別仍然是準確的，且不需要設置電壓門檻，即使 感受到的負序電壓的幅值較 小，仍可以準確地判別方向。
本發(fā)明的技術方案如下。
一種負序電抗方向判定方法，其特征在于首先，安裝在線路任意一側的保 護裝置采集本側三相電壓和電流值，計算本側負序電壓相量A和負序電流相量
其次，根據(jù)負序電壓相量和負序電流相量，計算負序電抗&， ^為負序電 壓相量和負序電流相量之間的比值的虛部A = Im(^);最后，進行判定，如果Z2《"丄2，且|/2|>。則確定為正向故障；如果 X2>、xXi2，且|/2|>/^，則確定為反向故障；
其中，&2為線路負序電抗，尺F為正向故障電抗可靠系數(shù)，《c為反向故障 電抗可靠系數(shù)，^為電流定值。
所述^的整定原則為0.1^^^0.4，優(yōu)選0.4; A^的整定原則為 0.6^/^^0.9，優(yōu)選0.6;所述4,的整定原則為/se, =0.1In-0.5In，優(yōu)選0.2In， In
是線路本側電流互感器二次額定值。
本發(fā)明的積極效果在于
保護裝置采集本側三相電壓和電流il，將得到的數(shù)據(jù)，使用全周傅立葉算法， 計算出相量。通過計算本側負序電壓相量《和負序電流相量/2，然后計算出負序
阻抗,，取其虛部，得到負序電抗，X2=Im(^//2)，根據(jù)負序電抗與定值的大
小關系來區(qū)分故障方向。
當線路上發(fā)生正向不對稱故障時，負序電抗等于背側的系統(tǒng)電抗，極性為負， 因為極性的關系，它總是小于線路負序電抗。當線路上發(fā)生反向不對稱故障時， 負序電抗等于線路和對側系統(tǒng)的負序電抗之和，大于線路電抗。根據(jù)這個特點， 可以判斷不對稱故障的方向。
本發(fā)明中負序電抗^為負序電壓相量與負序電流相量之間的比值的虛部。
通過計算負序電抗，根據(jù)負序電抗與定值的比較結果，來判斷故障方向。該方法 的優(yōu)點在于，該方向元件靈敏度高，不需要設置電壓門檻，即使感受到的負序電 壓的幅值較小，仍可以準確的判別方向。

圖l是保護裝置連接圖，以m側的保護為例。 圖2是發(fā)生正向不對稱故障時的負序等效網(wǎng)絡。 圖3是發(fā)生反向不對稱故障時的負序等效網(wǎng)絡。圖4是正向和反向區(qū)域描述圖。 具體實施例方式
下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參照圖l，在m側有保護裝置。線路的保護裝置具有數(shù)據(jù)處理功能，肖巨夠采 樣本側的三相電壓和電流，控制本側的執(zhí)行機構。保護裝置采樣本側的三相電壓 和電流，計算出負序電抗，然后進行方向判別。
圖2、圖3分別為發(fā)生正向、反向不對稱故障時的負序網(wǎng)絡圖，雙側電源供 電的線路在F點發(fā)生了不對稱故障。圖中，z，、 ^分別為線路兩側負序電源阻 抗，&2為負序線路阻抗，f^2為F點的負序電勢，42為流過故障支路的負序電 流，42為故障點處的負序電阻，《、A分別為母線m處的負序電壓和電流。m 處負序阻抗為
負序電抗為負序阻抗的虛部
<formula>formula see original document page 5</formula>(1) 當發(fā)生正向不對稱故障時，如圖2所示，對于裝在母線w處的保護裝置，可
知
所以，母線^處的負序阻抗為
<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
當發(fā)生反向不對稱故障時，如圖3所示，可知
<formula>formula see original document page 5</formula>
所以，
<formula>formula see original document page 5</formula>(3) 結合式(2)和式(3)可知，當發(fā)生正向不對稱故障時，m側的負序電抗為:
其中，^和;^，分別為負序電抗和m側系統(tǒng)的負序電抗。
當發(fā)生反向不對稱故障時，
其中，L和L分別為線路和n側系統(tǒng)的負序電抗。
由式(4)、 (5)可知，當發(fā)生正向不對稱故障時，負序電抗的極性為負，因為 極性的關系，它總是會小于線路負序電抗，即}2<^2;當發(fā)生反向不對稱故障 時，負序電抗為線路負序電抗和對側系統(tǒng)負序電抗之和，必定大于線路負序電抗， 即12>;^2。因此，可以根據(jù)負序電抗來判斷不對稱故障的方向。基于負序電抗
的方向元件即據(jù)此提出，判據(jù)為
當負序電抗^和線路負序電抗Xu之間的關系滿足式(6)時，為正向故障； 滿足式(7)時，為反向故障。式(6)和式(7)中的^、"分別為正向和反向判據(jù)的 電抗可靠系數(shù)，L是電流定值。^和V應取不同的數(shù)值，且 小于&，以使正 向區(qū)域和反向區(qū)域完全分開，保證可靠性。 一般地，^可以設定為0.4， ^可以 設定為0.6，如此，正向范圍和反向范圍沒有交迭區(qū)，而且正向區(qū)域和 反向區(qū)域都有較大裕度。4,可以設置為0.2/ ， /"為CT二次側的額定電流，足以
保證方向判別的可靠性。
圖4為由正向門檻^xJ^2和反向門檻i^xX:2確定的正向區(qū)域和反向區(qū)域，
從圖中可以看出，正向區(qū)域和反向區(qū)域之間，沒有交迭區(qū)。發(fā)生正向
不對稱故障時，負序電抗小于零，位于橫軸以下；發(fā)生反向不對稱故障時，負序電抗大于線路負序電抗。當&取為0.4， /^取為0.6時，正向區(qū)域和反向區(qū)域都 有較大裕度，有利于可靠的判斷方向。線路負序電抗42越大，此方向元件的可 靠性越高。
負序電抗方向元件有以下性能。
(1) 不受負荷影響，不受過渡電阻影響，靈敏度高。 基于負序電抗的方向元件，采用負序分量，不受負荷影響。 結合式(4)和式(5)可知，負序電抗僅與系統(tǒng)和線路的負序電抗有關，與過渡電
阻無關，可知該方向元件不受過渡電阻的影響。
從式(6)和式(7)可知，該元件的靈敏度受限于電流定值乙,，因系統(tǒng)正常運行
時，并無負序分量，而目前的微機保護測量精度高，所以4,可以取較低的數(shù)值， 設置為0.2/ 時，已足以滿足判別方向的可靠性。由此可知，該方向元件的靈敏度
(2) 不需要設定電壓門檻，當保護感受到的負序電壓較低，甚至接近于零 時，仍可以準確的判別方向。
當發(fā)生反向不對稱故障時，只要電流條件滿足要求，li2|>L，裝置感受到 的負序電壓和電流總是滿足式(3)所描述的關系，負序電抗等于線路和對側系統(tǒng)的 負序電抗之和，大于線路的負序電抗，式(7)滿足，而式(6)不滿足，基于負序電抗 的方向元件可以準確的判別出故障方向。
當發(fā)生正向不對稱故障時，如果裝置背后是大電源，或故障點遠離保護安裝 處，保護感受到的負序電壓會較小?；谪撔螂娍沟姆较蛟娏鳁l件需滿足 要求，|/2|>乙,，裝置感受到的負序電壓和電流滿足式(2)所描述的關系，負序電
抗等于負的背后系統(tǒng)負序電抗，其小于線路的負序電抗。當電壓較小，甚至接近 于零時，計算的負序電抗也會很小，式(6)滿足，而式(7)不滿足，基于負序電抗的 方向元件可以準確的判別出故障方向。容易得出，線路越長，線路負序阻抗越大，基于負序電抗的方向元件可靠性 越高。當線路很短時，考慮極端情況，假設線路負序電抗接近于零，則式(6)、 。中的電抗門檻^xJ^和^x^接近于零，保護不能區(qū)分正向和反向的電抗門 檻，則不能準確的判別方向。 一般地，當X^〉1Q (二次值)時，因微機保護的 測量精度高，該方向元件己經(jīng)具有較高的可靠性。而實際系統(tǒng)中的線路負序電抗 一般滿足J^ >10的關系，基于負序電抗的方向元件可以滿足實際電力系統(tǒng)的要 求。
(3)實現(xiàn)簡單。
傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間相角的方向元件，需要對靈敏角進行設定。而基 于負序電抗的方向元件，使用電抗分量來判別方向，僅需比較負序電抗和相應門 檻之間的大小，而非判斷角度區(qū)域，不需要考慮靈敏角，實現(xiàn)簡單。
權利要求
1、一種負序電抗方向判定方法，其特征在于首先，安裝在線路任意一側的保護裝置采集本側三相電壓和電流值，計算本側負序電壓相量 id="icf0001" file="A2009100156620002C1.tif" wi="4" he="4" top= "38" left = "154" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和負序電流相量 id="icf0002" file="A2009100156620002C2.tif" wi="5" he="4" top= "48" left = "27" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>其次，根據(jù)負序電壓相量和負序電流相量，計算負序電抗X2，X2為負序電壓相量和負序電流相量之間的比值的虛部<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>X</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>Im</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mover><mi>U</mi><mo>.</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><msub> <mover><mi>I</mi><mo>.</mo> </mover> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100156620002C3.tif" wi="25" he="10" top= "68" left = "113" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>最后，進行判定，如果X2＜kF×XL2，且<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>|</mo><msub> <mover><mi>I</mi><mo>.</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>|</mo><mo>></mo><msub> <mi>I</mi> <mi>set</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009100156620002C4.tif" wi="17" he="4" top= "84" left = "114" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>則確定為正向故障；如果X2＞kR×XL2，且<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>|</mo><msub> <mover><mi>I</mi><mo>.</mo> </mover> <mn>2</mn></msub><mo>|</mo><mo>></mo><msub> <mi>I</mi> <mi>set</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100156620002C5.tif" wi="17" he="4" top= "95" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>則確定為反向故障；其中，XL2為線路負序電抗，KF為正向故障電抗可靠系數(shù)，KR為反向故障電抗可靠系數(shù)，Iset為電流定值。
2、 根據(jù)權利要求1所述的負序電抗方向判定方法，其特征在于所述《,7的 整定原則為O.B[. S0.4;《《的整定原則為0.6^^2 0.9;所述4的整定原 則為4,二0.1In-0.5In， 1 是線路本側電流互感器二次額定值。
3、 根據(jù)權利要求2所述的負序電抗方向判定方法，其特征在于^=0.4， ^=0.6， /re,=0.2In。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負序電抗方向判定方法，用于系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障時，故障方向的判別。包括在被保護線路段某側設置有保護裝置，通過計算本側負序電壓相量U₂和負序電流相量I₂，然后計算出負序阻抗U₂/I₂，取其虛部，即為負序電抗，X₂＝Im(U₂/I₂)，根據(jù)負序電抗與定值的大小關系來區(qū)分不對稱故障的方向。該方向元件靈敏度高，不需要設置電壓門檻，即使感受到的負序電壓的幅值較小，仍可以準確的判別方向。
文檔編號H02H7/26GK101562331SQ20091001566
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權日2009年5月21日
發(fā)明者凱 劉, 孫建波, 蔚 李, 玲 王, 王雪梅 申請人:煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司