李鵬程

(國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

一種新的基于序分量權(quán)重的振蕩閉鎖再開放邏輯

李鵬程

(國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

系統(tǒng)振蕩閉鎖過程中需要在發(fā)生故障時(shí)能快速開放保護(hù)。詳細(xì)分析了不同故障形式下保護(hù)安裝處各序電流分量的幅值特征，然后基于各自幅值特點(diǎn)賦予不同的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)成新的振蕩閉鎖再開放邏輯。新的邏輯對(duì)于一切不對(duì)稱故障都適用，仿真實(shí)驗(yàn)證明了新的開放邏輯的正確性。

序分量；權(quán)重；振蕩閉鎖；距離保護(hù)

0 引 言

系統(tǒng)振蕩屬于不正常的運(yùn)行狀態(tài)，但不是故障狀態(tài)，一般可以通過自動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)拉入同步[1]。距離保護(hù)作為高壓線路的主保護(hù)之一[2]，極易受系統(tǒng)振蕩的影響：系統(tǒng)振蕩容易誘發(fā)距離保護(hù)誤動(dòng)。為了防止保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象，工程當(dāng)中一般采用振蕩閉鎖邏輯：即系統(tǒng)振蕩時(shí)，將距離保護(hù)退出運(yùn)行。

但在系統(tǒng)振蕩閉鎖中，如再次發(fā)生故障，需要再次開放距離保護(hù)，及時(shí)清除故障。文獻(xiàn)[5]通過改進(jìn)啟動(dòng)繼電器，實(shí)時(shí)計(jì)算短時(shí)開放時(shí)間，提出了對(duì)稱開放和不對(duì)稱開放的新判據(jù)；文獻(xiàn)[6]利用保護(hù)安裝處的電壓和距離元件保護(hù)范圍末端電壓之間的夾角實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖和開放目的；文獻(xiàn)[7]提出了一種基于保護(hù)安裝處三序電流比值的方法識(shí)別振蕩中不對(duì)稱故障；文獻(xiàn)[8]利用兩相電流包絡(luò)線之差的突變量作為判據(jù)識(shí)別振蕩中各種不同故障；文獻(xiàn)[9]提出了利用廣域信息的距離保護(hù)振蕩閉鎖再開放方案，但僅適用于距離后備保護(hù)。

通過詳細(xì)分析不同故障形式下保護(hù)安裝處的序電流幅值的變化特征，提出了一種基于序分量權(quán)重的振蕩閉鎖再開放邏輯：負(fù)序電流的權(quán)重系數(shù)大于正序電流權(quán)重系數(shù)，而零序電流的權(quán)重系數(shù)最小。新的振蕩閉鎖再開放邏輯適用于任何的不對(duì)稱故障，大量的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了新的開放邏輯的正確性。

1 不同故障形式下序電流特性分析

圖1給出了典型的雙端電源系統(tǒng)示意圖，其中ZL表示線路阻抗，F(xiàn)表示線路故障點(diǎn)。

圖1 雙側(cè)電源電路圖

當(dāng)系統(tǒng)兩側(cè)傳輸?shù)墓β手芷谛园l(fā)生大范圍變化時(shí)，稱為系統(tǒng)振蕩[11]。系統(tǒng)振蕩時(shí)可能造成距離保護(hù)誤動(dòng)[10]，因此需要采用振蕩閉鎖邏輯來防止保護(hù)誤動(dòng)。但如果在閉鎖過程中再次發(fā)生故障，需要閉鎖環(huán)節(jié)在短時(shí)間內(nèi)迅速、可靠地再次開放保護(hù)。因此尋求系統(tǒng)振蕩中再故障時(shí)電流的暫態(tài)特性尤為關(guān)鍵。考慮到系統(tǒng)振蕩不同于線路發(fā)生故障，不會(huì)產(chǎn)生零序和負(fù)序分量，因此可以通過研究序分量特征來識(shí)別振蕩中再故障。

1.1 單相接地故障序電流特性分析

圖2給出了發(fā)生單相接地故障時(shí)序網(wǎng)圖，其中正、負(fù)、零三序網(wǎng)絡(luò)通過串聯(lián)相連接。I1、I2、I0表示故障支路的三序電流；E表示從故障點(diǎn)看進(jìn)去戴維南等值電動(dòng)勢(shì)，其幅值約等于故障點(diǎn)未故障時(shí)的電壓。

圖2 單相接地故障序網(wǎng)圖

由圖2可知

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得

(3)

1.2 兩相接地故障序電流特性分析

圖3給出了發(fā)生兩相接地故障時(shí)序網(wǎng)圖，其中正、負(fù)、零三序通過并聯(lián)相連接。

圖3 兩相接地短路序網(wǎng)圖

由圖3可知

(4)

對(duì)于M側(cè)保護(hù)安裝處的三序電流，顯然存在

(5)

將式(5)代入式(4)可得

(6)

由數(shù)學(xué)知識(shí)可得

(7)

1.3 相間故障序電流特性分析

圖4給出了發(fā)生相間故障時(shí)序網(wǎng)圖，其中只存在正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，不存在零序網(wǎng)絡(luò)。

圖4 相間故障序網(wǎng)圖

由圖4可知

(8)

則M側(cè)保護(hù)安裝處存在

(9)

雖然相同短路時(shí)不存在零序電流，但顯然式(10)仍然成立。

(10)

2 基于序電流權(quán)重的振蕩閉鎖再開放邏輯研究

通過式(3)、式(7)和式(10)可以看出，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)安裝處的三序電流大致存在如下關(guān)系：

(11)

考慮到式(7)存在CM1/CM0系數(shù)，同時(shí)式(10)僅等號(hào)成立，為了在3種故障形式下都滿足某一特定的關(guān)系式，可以將式(11)改寫為

(12)

式中，m1、m2、m0分別稱為三序電流的權(quán)重系數(shù)。其具體取值按照如下規(guī)則：

1)考慮到相間故障并無零序電流，為了在相間故障時(shí)式(12)同樣成立，所以可以降低零序電流的權(quán)重，即m0可以取較小數(shù)值；

2)為了保護(hù)振蕩再故障時(shí)能可靠地開放保護(hù)，m2取值應(yīng)大于m1。

考慮到上述要求，可以將振蕩閉鎖再開放邏輯定為

(13)

如果滿足式(13)，則表明系統(tǒng)發(fā)生了故障，需要快速開放保護(hù)；如果是對(duì)稱性故障，則此時(shí)沒有負(fù)序和零序電流，此時(shí)該邏輯失效，但可以采用文獻(xiàn)[8-9]提出的功率變化率或者Ucosφ的開放方法。

3 仿真分析

基于PSCAD/EMTDC搭建了如圖1所示的仿真模型，其中線路正、負(fù)序參數(shù)為z1=z2=0.035+j0.05(Ω/km)，零序參數(shù)為z0=0.036+j0.132(Ω/km)。故障時(shí)刻為0.5 s，故障持續(xù)時(shí)間為0.05 s。

3.1 單相接地故障仿真驗(yàn)證

圖5給出了系統(tǒng)振蕩時(shí)發(fā)生A相接地故障時(shí)M側(cè)保護(hù)安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖5(b)可以看出，此時(shí)0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護(hù)會(huì)再次開放，及時(shí)清除A相接地故障，防止故障的繼續(xù)擴(kuò)大。

圖5 單相接地故障仿真驗(yàn)證

3.2 兩相接地故障仿真驗(yàn)證

圖6給出了系統(tǒng)振蕩時(shí)發(fā)生AB相接地故障時(shí)M側(cè)保護(hù)安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖6(b)可以看出，此時(shí)0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護(hù)會(huì)再次開放，及時(shí)清除AB相接地故障。

3.3 相間故障仿真驗(yàn)證

圖7給出了系統(tǒng)振蕩時(shí)發(fā)生BC相間故障時(shí)M側(cè)保護(hù)安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖7(a)可以看出，零序電流為0；通過圖7(b)可以看出，此時(shí)0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護(hù)會(huì)再次開放，及時(shí)清除相間故障。

圖6 兩相接地故障仿真驗(yàn)證

圖7 相間故障仿真驗(yàn)證

通過上面的分析可以看出，對(duì)任何的不對(duì)稱故障，都滿足保護(hù)再次開放條件，因此新的開放邏輯具有較強(qiáng)的適用性。

4 結(jié) 論

振蕩閉鎖過程中如再次發(fā)生故障，需要及時(shí)開放保護(hù)并清除故障。詳細(xì)分析了各種不對(duì)稱故障形式下保護(hù)安裝處三序電流的幅值特性，并賦予了不同的權(quán)重系數(shù)：負(fù)序系統(tǒng)大于正序系數(shù)，零序系統(tǒng)最小。新的開放邏輯能使用各種不對(duì)稱故障，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

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The power swing block should be re-operated when fault occurs.The characteristics of sequence currents under different fault types are analyzed in detail.Then，different weights are added to the sequence current amplitudes.The novel logic can be applied to any unbalanced fault，and simulation results prove it to be correct.

sequence components；weight；swing bolck；distance protection

TM774

A

1003-6954(2017)03-0078-04

2017-01-08)

李鵬程(1988)，工程師，主要從事配電維修工作。