梁文武，趙永生

( 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

電力系統(tǒng)需要進(jìn)行穩(wěn)定控制的大擾動主要是線路或系統(tǒng)元件的跳閘。線路或系統(tǒng)元件被切除的原因很多，如線路繼電保護(hù)、遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)、失靈保護(hù)動作和斷路器偷跳，線路可能單側(cè)跳閘(本側(cè)或?qū)?cè))，也可能兩側(cè)同時跳閘〔1-2〕，因此如何可靠地判斷系統(tǒng)元件或線路的跳閘是進(jìn)行電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的關(guān)鍵問題之一。

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置對設(shè)備跳閘的誤判(拒判)可能造成安全穩(wěn)定控制策略誤動(拒動)的嚴(yán)重后果，因此對設(shè)備跳閘判據(jù)的可靠性要求較高。在目前的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置中廣泛應(yīng)用的判據(jù)為:僅采用電氣量的無故障跳閘判據(jù)。該判據(jù)原理簡單，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)容易。但是該無故障跳閘判據(jù)在現(xiàn)場應(yīng)用中也發(fā)生過多起誤判和拒判的情況，主要是由于軟件編程錯誤、定值整定不合理、潮流轉(zhuǎn)移后線路輕載、故障后電流互感器的二次殘流等原因引起。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備跳閘等大擾動后，其潮流將轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)中其他支路，引起全網(wǎng)潮流的重新分配，此時如果系統(tǒng)中某條支路潮流恰好出現(xiàn)輕載，其電氣量變化過程與發(fā)生斷路器偷跳等故障時電氣量變化過程相似，傳統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置會將該線路判為無故障跳閘，進(jìn)而有可能引起安全穩(wěn)定控制策略誤動。

本文結(jié)合傳統(tǒng)的無故障跳閘判據(jù)與電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，提出了一種能夠避免因潮流轉(zhuǎn)移引起無故障跳閘誤判的新型綜合跳閘判據(jù)。

1 傳統(tǒng)無故障跳閘判據(jù)

目前電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置中基于單側(cè)電氣量進(jìn)行判斷的典型無故障跳閘判據(jù)如圖1 所示，其動作條件:

①突變量啟動元件啟動;

②啟動前200 ms 線路功率P-0.2s大于投運(yùn)功率定值Ps1;

③跳閘后線路功率Pt小于事故后功率定值Ps2;

④至少兩相電流I 小于投運(yùn)電流定值Is1;

⑤相鄰20 ms (1 個周波時間間隔)電流變化量ΔI 滿足門檻(UN為額定電壓，| ΔI|dt為浮動門檻，α，β 為系數(shù))。

當(dāng)上述5 個條件均滿足后開始計時，如果在延時ts1內(nèi)條件①—④繼續(xù)滿足則判斷設(shè)備無故障跳閘，其中條件④能夠防止TV 斷線引起的誤判，條件⑤能夠區(qū)別設(shè)備跳閘和系統(tǒng)振蕩等電氣量變化相對緩慢的過程〔3〕。

圖1 一種典型無故障跳閘判據(jù)

2 潮流轉(zhuǎn)移的識別

如果電網(wǎng)在基態(tài)下發(fā)生單一支路開斷，潮流轉(zhuǎn)移分布系數(shù)如下式所示為〔4〕:

式中 k 和m 表示被切除支路兩端節(jié)點(diǎn)的編號;i和j 表示正常支路兩端節(jié)點(diǎn)的編號;xkm與xij分別表示支路km 與支路ij 的電抗值，Xik，Xim，Xjk，Xjm，Xkk，Xmm，Xkm表示基態(tài)下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電抗矩陣中的元素。

假設(shè)系統(tǒng)中支路i 開斷后支路k 發(fā)生過載，根據(jù)式(2)可以估算出故障后支路k 的潮流:

分布系數(shù)法的精度較高，利用潮流轉(zhuǎn)移分布系數(shù)能夠迅速估算由支路開斷引起的其他支路潮流的變化量，多重支路開斷的分布系數(shù)可以直接由單支路開斷的分布系數(shù)推導(dǎo)，并不會增加太多的計算量。

如果系統(tǒng)中沒有發(fā)生其他故障，各支路潮流的變化僅僅由于支路i 開斷引起，那么各支路的實(shí)際測量潮流與上式所估算的潮流比較接近，而如果某支路同時發(fā)生了故障，則會在此基礎(chǔ)上疊加故障潮流分量，因此可以通過比較支路實(shí)測潮流與估算潮流的誤差建立轉(zhuǎn)移潮流的識別判據(jù)，誤差比較可以采用絕對誤差與相對誤差等形式，根據(jù)實(shí)際情況選擇。

3 新型綜合跳閘判據(jù)

新型綜合跳閘判據(jù)由主站——區(qū)域中心站——子站構(gòu)成的分層區(qū)域集中形式的廣域保護(hù)結(jié)構(gòu)為例，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 分層區(qū)域集中式廣域保護(hù)結(jié)構(gòu)

新型綜合跳閘判據(jù)邏輯如圖3 所示，圖3 中虛線框外部分由廣域保護(hù)子站實(shí)現(xiàn)，虛線框內(nèi)部分由廣域保護(hù)主站實(shí)現(xiàn)，潮流轉(zhuǎn)移后輕載線路的無故障跳閘閉鎖邏輯由主站完成并發(fā)送給子站，圖3 中ε表示支路實(shí)測潮流與估算潮流之間的絕對誤差門檻值。

圖3 綜合跳閘判據(jù)

電力系統(tǒng)保護(hù)裝置能比較準(zhǔn)確地反映設(shè)備短路等故障，但不能反映斷路器偷跳等保護(hù)動作之外引起的跳閘。

故障跳閘判據(jù)直接利用廣域保護(hù)的故障定位信息(如果是傳統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制裝置則引入保護(hù)裝置的動作信號)并結(jié)合電氣量進(jìn)行判斷，具有速度快的特點(diǎn);無故障跳閘判據(jù)在傳統(tǒng)判據(jù)的基礎(chǔ)上引入潮流轉(zhuǎn)移閉鎖邏輯，能夠避免將潮流轉(zhuǎn)移后恰好出現(xiàn)輕載的線路誤判為跳閘，提高判據(jù)的可靠性。因此僅基于電氣量判斷的無故障跳閘判據(jù)不能取消，新型綜合跳閘判據(jù)由故障跳閘判據(jù)和無故障跳閘判據(jù)2 部分共同構(gòu)成。

故障跳閘判據(jù)在裝置啟動并接收到設(shè)備保護(hù)動作信號后，只要檢測到故障設(shè)備的電流小于投運(yùn)電流Is1，則立即判定該設(shè)備發(fā)生故障跳閘并向主站發(fā)出該設(shè)備被切除消息，該判據(jù)在檢測到電氣量迅速減小后不必增加額外的延時來躲潮流轉(zhuǎn)移和系統(tǒng)振蕩等現(xiàn)象，相比無故障跳閘判據(jù)加快了跳閘判別速度，有利于潮流轉(zhuǎn)移的識別和對其他設(shè)備無故障跳閘判據(jù)的閉鎖。

由于潮流轉(zhuǎn)移現(xiàn)象造成的線路潮流方向的改變使得線路潮流存在過零點(diǎn)的時間非常短，一般延時10～20 ms 即能夠躲過零點(diǎn)而不發(fā)生誤判，因此可以在裝置啟動后40 ms 內(nèi)不作無故障跳閘判斷，即可靠躲過潮流轉(zhuǎn)移造成的短時潮流過0，而判據(jù)的判斷時間到達(dá)t1后將不再進(jìn)行無故障跳閘判斷。

如果系統(tǒng)中某條支路在潮流轉(zhuǎn)移發(fā)生后恰好出現(xiàn)輕載(其潮流小于事故后功率定值Ps2)，其電氣量變化過程與線路發(fā)生無故障跳閘基本相同，因此傳統(tǒng)無故障跳閘判據(jù)會發(fā)生誤判，這時應(yīng)當(dāng)閉鎖無故障跳閘判據(jù)，閉鎖原理為:當(dāng)廣域保護(hù)主站接收到設(shè)備i 被切除信息，立即根據(jù)式(2)估算潮流轉(zhuǎn)移后其余支路潮流，如果發(fā)現(xiàn)支路k 實(shí)測潮流小于事故后功率定值Ps2，且實(shí)測潮流與估算潮流滿足轉(zhuǎn)移潮流識別條件，則立即向相關(guān)子站發(fā)送閉鎖線路k 的無故障跳閘判據(jù)命令，但無故障跳閘判據(jù)閉鎖的實(shí)現(xiàn)需要注意2 種情況:

1)線路i 發(fā)生故障跳閘(保護(hù)動作)，潮流轉(zhuǎn)移后線路k 的潮流接近0，由于線路i 的故障跳閘判據(jù)判斷速度非?？欤揖€路k 的無故障跳閘判據(jù)有躲潮流轉(zhuǎn)移時間40 ms 和條件確認(rèn)延時ts1，可以利用這個時間差來估算潮流轉(zhuǎn)移對支路k 的影響并立即閉鎖線路k 的無故障跳閘判據(jù)。

2)線路i 發(fā)生無故障跳閘(保護(hù)未動作)，潮流轉(zhuǎn)移后線路k 的潮流接近0，從線路i 判斷出無故障跳閘時間到線路k 誤判為無故障跳閘的時間差幾乎只等于潮流轉(zhuǎn)移過程的瞬間，這種情況可能來不及進(jìn)行潮流轉(zhuǎn)移的判斷與實(shí)現(xiàn)無故障跳閘判據(jù)閉鎖，可以采取方案為:當(dāng)主站接收到第1 條線路發(fā)生無故障跳閘后，在一段時間內(nèi)稍增加其他線路無故障跳閘確認(rèn)延時ts1，以便主站有充分的時間識別潮流轉(zhuǎn)移并閉鎖線路k 的無故障跳閘判據(jù)。

4 小結(jié)

針對傳統(tǒng)無故障跳閘判據(jù)在現(xiàn)場應(yīng)用中遇到的問題，結(jié)合潮流轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，以分層區(qū)域集中形式的廣域保護(hù)結(jié)構(gòu)為例，提出了一種能夠防止因潮流轉(zhuǎn)移引起傳統(tǒng)無故障跳閘判據(jù)誤動的新型綜合跳閘判據(jù)，其轉(zhuǎn)移潮流的識別功能由位于調(diào)度中心的廣域保護(hù)主站實(shí)現(xiàn)，而設(shè)備跳閘的判斷由廣域保護(hù)子站完成。提出的新型綜合判據(jù)解決了潮流轉(zhuǎn)移后輕載支路誤判的問題，提高了設(shè)備跳閘判據(jù)的可靠性和設(shè)備發(fā)生故障后判據(jù)的快速性。

〔1〕DL/T723—2000 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則〔S〕. 北京:中國電力出版社，2001.

〔2〕DL755—2001 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則〔S〕. 北京:中國電力出版社，2001.

〔3〕蔡敏，孫光輝，吳小辰，等. 穩(wěn)定控制所用交流設(shè)備跳閘判據(jù)的分析及應(yīng)用〔J〕. 電力系統(tǒng)自動化. 2007，31 (8):46-51.

〔4〕吳際舜. 電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析〔M〕. 上海:上海交通大學(xué)出版社，1984.