曾志川
摘要 文章提出以停電區(qū)域及廣域同步信息為技術(shù)支撐快速診斷電網(wǎng)故障的新方法,以期為行業(yè)和技術(shù)發(fā)展提供方向性參考。該方法僅與故障復(fù)雜程度有關(guān),而和保護(hù)信息沒有關(guān)系,也不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的制約,診斷成果快速有效。在對(duì)故障元件識(shí)別確認(rèn)后還能對(duì)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行行為評(píng)價(jià),對(duì)故障類型進(jìn)行簡(jiǎn)單判別。
關(guān)鍵詞 停電區(qū)域;廣域同步信息;電網(wǎng)故障;快速診斷
中圖分類號(hào)TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1674-6708(2015) 153-0040-01
電力系統(tǒng)在出現(xiàn)故障之后,若在非故障區(qū)域中查找故障元件是毫無意義的,因?yàn)楣收现?,斷路器和保護(hù)都會(huì)按照內(nèi)設(shè)程序執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作,斷開故障元件與電源的連接。筆者將介紹一種在停電區(qū)域基礎(chǔ)上,利用廣域同步信息快速診斷電網(wǎng)故障的方法。
1 對(duì)停電區(qū)域進(jìn)行高效識(shí)別
繼電設(shè)備會(huì)在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后快速執(zhí)行程序中設(shè)定的反應(yīng)動(dòng)作切斷故障元件和電源之間的聯(lián)系,把故障元件置于無源網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下,所謂的停電區(qū)域就是由這些彼此孤立的無源網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的。首先對(duì)停電區(qū)域加以確定,以此為基礎(chǔ)在該區(qū)域的內(nèi)含元件中就能找到故障元件。
識(shí)別停電區(qū)域時(shí)借助于電力系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?,將電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男畔㈥P(guān)系表示為G= (V,E),V為節(jié)點(diǎn)集,組成部分有母線、發(fā)電機(jī)及變壓器等,E是邊集合,組成部分是開關(guān),開關(guān)的閉合與開啟控制著邊的通斷情況。若故障發(fā)生,在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲薪柚鷱V度優(yōu)先的專業(yè)搜索方法對(duì)其加以遍歷,從而生成無緣網(wǎng)絡(luò)(停電區(qū)域)。具體為以下幾點(diǎn)。
1)在電力系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下,對(duì)其結(jié)線加以必要的技術(shù)分析,其中部分元件是與發(fā)電機(jī)或者等效電源相對(duì)應(yīng)的,則將這些元件標(biāo)記成有源式節(jié)點(diǎn)。
2)發(fā)生故障之后對(duì)此時(shí)的系統(tǒng)結(jié)線進(jìn)行二次分析,隨之會(huì)產(chǎn)生多個(gè)子系統(tǒng),為了減小開關(guān)信息在傳輸中的錯(cuò)誤率,應(yīng)將開關(guān)信息、PMU模擬量的量測(cè)信息以及狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行綜合考量評(píng)判。
3)對(duì)每一個(gè)子系統(tǒng)而言,跳閘開關(guān)的兩端都有節(jié)點(diǎn)存在,把所有這些節(jié)點(diǎn)把全部設(shè)置成邊界節(jié)點(diǎn),從而組建邊界節(jié)點(diǎn)的集合,在此基礎(chǔ)上開展擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)工作。擴(kuò)展過程中一旦發(fā)現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)連接著有源式節(jié)點(diǎn),擴(kuò)展即停止,同時(shí)把該次擴(kuò)展中所涉及子系統(tǒng)的全部節(jié)點(diǎn)標(biāo)記成帶電狀態(tài),否則擴(kuò)展一直繼續(xù),直至該子系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)均已完成擴(kuò)展。最后把已經(jīng)檢測(cè)出的停電區(qū)域進(jìn)行核對(duì)和編號(hào),其中的元件均作為疑似故障元件列入初步判斷故障的元件集內(nèi)。
待所有節(jié)點(diǎn)全都被搜索一遍之后,只要停電區(qū)域和邊界節(jié)點(diǎn)連接在一起,就會(huì)全部被檢索出來,同時(shí)也確定了發(fā)生故障以后,部分邊界節(jié)點(diǎn)呈繼續(xù)帶電的狀態(tài)。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,識(shí)別停電區(qū)域僅僅是在變位開關(guān)的位置進(jìn)行搜索,所以,故障復(fù)雜程度是上述拓?fù)浞秶奈ㄒ挥绊懸蛩?,搜索及識(shí)別都能做到快速、準(zhǔn)確。
2 快速診斷電網(wǎng)故障
2.1 從故障電流判別
本文在進(jìn)行方向判別時(shí)僅僅依靠電流是由于:1)在保護(hù)中起判別方向作用的元件通常會(huì)引入電壓、抗阻等系列參數(shù),有助于改善以就地信息為判斷基礎(chǔ)的方向判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性,但故障診斷中相關(guān)計(jì)算以及數(shù)據(jù)傳輸都更加復(fù)雜化。借助廣域信息,將其優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮,可對(duì)變量種類合理減少,有助于進(jìn)行方向判別;2)突變量的方向元件在日前應(yīng)用比較廣泛,與其他元件的區(qū)別主要在于重點(diǎn)反映電流突變的情況;3)單純依靠廣域量測(cè)模擬值進(jìn)行判斷,可有效避免其他IED方向的誤判對(duì)故障診斷的干擾。
為了把廣域信息更好地應(yīng)用于方向判別中,發(fā)生故障之后,將停電區(qū)電流的相量值與高性能的相電流差綜合起來,采用突變量的選相原理對(duì)電流加以選相,借助最終選定的電流進(jìn)一步判別方向,這種方法具有一定的在理論研究基礎(chǔ),并由相關(guān)的仿真模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為支撐,受故障類型等因素的影響很小,其具體操作步驟為以下幾步。
1)利用廣域信息進(jìn)行全面搜索,查找出停電區(qū)域內(nèi)最早發(fā)生動(dòng)作的開關(guān),進(jìn)而獲得其發(fā)生動(dòng)作的具體時(shí)間,在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)以前的某個(gè)時(shí)間段內(nèi),不同測(cè)點(diǎn)間的相電流差會(huì)產(chǎn)生變化,計(jì)算出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的該變化量值,將變化量最大值所對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的電流取作輸入電流值。
2)在選定輸入電流的基礎(chǔ)上,通過突變量選相的原理對(duì)輸入電流實(shí)施選相,選項(xiàng)結(jié)果即可作為故障相應(yīng)用到方向判別中,其與傳統(tǒng)的選相元件區(qū)別在于,該元件更加注重利用停電區(qū)域內(nèi)的電流等有關(guān)信息,顯著提高了對(duì)故障電流的相別的準(zhǔn)確識(shí)別度。
3)在2)的方向判別基礎(chǔ)上,如果故障是多相型的,任何一相的故障電流均可作為判別根據(jù)。
如遇高阻故障,如果過渡電阻過大,甚至于最大電流都不能準(zhǔn)確判斷出,就要對(duì)三相電流每一相電流的信息都分別實(shí)施方向判斷,一旦其中任意一相電流呈現(xiàn)出兩側(cè)或以上的方向不止一次相同,就可判定該元件是故障元件。
2.2 故障定位的流程
故障發(fā)生后,必須要立即對(duì)停電區(qū)域加以高效識(shí)別,將開關(guān)的動(dòng)作信息以及模擬量和電網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系總綜合起來考慮,在所有停電區(qū)域內(nèi)查找該區(qū)域中最早發(fā)生動(dòng)作的開關(guān),個(gè)別元件的電壓會(huì)在這個(gè)最早動(dòng)作之前出現(xiàn)明顯的較大跌落,把這類元件篩選出來,若符合篩選條件的元件有且僅有一個(gè)并且非母線(避免因出口故障并存在保護(hù)或者開關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)而誤判成是母線故障),那么該元件就是故障元件;若符合條件的元件不止一個(gè)或者僅有的一個(gè)是母線,就需要根據(jù)短路時(shí)電流的方向做進(jìn)一步判斷。
2.3 保護(hù)、開關(guān)動(dòng)作的行為評(píng)價(jià)
在發(fā)生短路事故并且方向信息獲得后,不但能準(zhǔn)確鎖定故障元件的具體位置,把電壓的跌落時(shí)間以及有關(guān)保護(hù)信息進(jìn)行綜合分析和研究,還能科學(xué)評(píng)價(jià)保護(hù)及開關(guān)執(zhí)行動(dòng)作行為的成效:1)部分區(qū)域內(nèi)故障元件相對(duì)比較集中,該區(qū)域內(nèi)的開關(guān)是否均呈斷開狀態(tài)。2)若全部斷開,可判斷為近后備的保護(hù)(或者主保護(hù))發(fā)生動(dòng)作,則需深層次的分析測(cè)得記錄的電壓實(shí)際下降的時(shí)間,若電壓實(shí)際下降時(shí)間位于主保護(hù)斷開故障元件的時(shí)段區(qū)域內(nèi),可判斷執(zhí)行動(dòng)作的是主保護(hù),不然則是近后備的保護(hù)執(zhí)行動(dòng)作斷開了故障元件而主保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)。如果有的開關(guān)呈現(xiàn)閉合狀態(tài),則可以判斷為此開關(guān)發(fā)生拒動(dòng),或者該側(cè)保護(hù)發(fā)生拒動(dòng),從停電區(qū)域內(nèi)深入搜索該開關(guān)所連接的一切節(jié)點(diǎn),直至查找到呈斷開狀態(tài)的開關(guān),如果元件電壓跌落的時(shí)間不在其后備保護(hù)發(fā)生作用的時(shí)間范圍內(nèi),則可判斷是保護(hù)(或者開關(guān))越級(jí)引起跳閘。3)在對(duì)開關(guān)所連接的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面搜索時(shí),一旦發(fā)現(xiàn)電流是從線路流經(jīng)跳閘開關(guān)后再流向母線,則可判斷為該保護(hù)(或者開關(guān))發(fā)生誤動(dòng)操作。
2.4 判別故障類型
在故障元件鎖定以后,先按照2.1節(jié)的選相方法選相,再根據(jù)電壓量等有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。若PMU檢測(cè)結(jié)果顯示故障元件電壓值跌落較大的情況僅發(fā)生在一相上,就判斷為是單相故障。若三相電壓均發(fā)生明顯較大跌落,就判斷為是三相故障。若其中兩相電壓發(fā)生跌落并且跌落幅度都很大,就判斷為是兩相接地的故障。若其中兩相電壓發(fā)生跌落而跌落幅度并不明顯,就判斷為是兩相短路的故障。最后再把電流和電壓的各自判斷結(jié)果進(jìn)行綜合分析和研究后得出最終判斷結(jié)果。
3 結(jié)論
綜上,在停電區(qū)域和廣域同步信息基礎(chǔ)上的電網(wǎng)故障快速診斷方法僅與故障復(fù)雜程度有關(guān),而和保護(hù)信息沒有關(guān)系,也不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的制約,診斷成果快速有效。在對(duì)故障元件識(shí)別確認(rèn)后還能對(duì)保護(hù)所執(zhí)行的動(dòng)作實(shí)施行為評(píng)價(jià),識(shí)別故障類型。停電區(qū)域不同導(dǎo)致其所反映的電網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)架也會(huì)有所不同,所以,要借助網(wǎng)絡(luò)前期的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析功能對(duì)停電區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新,以保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。