一种适应电力系统振荡的多边形距离元件及继电保护方法 |
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申请号 | CN201610134767.2 | 申请日 | 2016-03-10 | 公开(公告)号 | CN105743105A | 公开(公告)日 | 2016-07-06 |
申请人 | 北京四方继保自动化股份有限公司; | 发明人 | 赵志宏; 黄少锋; 曹飞; 熊军; 伍叶凯; 张月品; 魏会利; 杜兆强; | ||||
摘要 | 一种适应电 力 系统振荡的多边形距离元件及继电保护方法,保护启动后,如果测量阻抗曾经在距离元件正方向区内,而此后测量阻抗落入第二象限120°~135°阻抗范围内,仍判为阻抗区内故障。测量阻抗落入第二象限大于135°后保护返回。若测量阻抗未曾落入距离元件的正方向区内,而直接落入第二象限120°~135°范围内,判为阻抗区外故障。该距离元件,在线路区外故障伴随振荡的情况下,可以加快距离保护的动作速度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种适应系统振荡的多边形距离元件,所述距离元件的动作特性为多边形;其特征在于: |
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说明书全文 | 一种适应电力系统振荡的多边形距离元件及继电保护方法技术领域[0001] 本申请属于电力系统领域,具体地涉及一种继电保护及方法和继电保护距离元件。 背景技术[0002] 我国最早的数字式距离保护就是使用了多边形特性的距离元件,该元件的主要特点是,电抗定值和电阻定值可以分别灵活整定,带过渡电阻能力较强,又可以作为线路末端变压器低压侧故障时的远后备保护。其多边形特性及其各象限角度的设计也经历了近30年的运行检验,有长期丰富的现场使用经验。 [0003] 但各种距离元件,都会根据现场运行经验,不断改进完善,以适应各种复杂的运行条件。 [0004] 比如,在电网内有诸多电源和区域性负荷区情况下,若区域性负荷与电源弱连接,故障没有快速切除,电网在故障时容易出现振荡;此外,若负荷很重,可能导致振荡。在这样的系统中,若低压侧发生故障,而低压侧故障没有及时切除,就需要由相关高压侧线路保护切除故障。高压线路保护主要配置了纵联保护、距离保护和零序保护。线路区外故障,高压线路的纵联保护不能动作,距离Ⅰ段、零序Ⅰ段不在动作区内。若三相短路、没有零序分量的情况下,只能通过后备距离Ⅱ段保护或距离Ⅲ段保护动作。因没有了快速动作的保护,故障没有及时切除,可能会出现区外故障伴随振荡的情况。 [0005] 区外故障伴随系统振荡,出现了阻抗轨迹变化较大的特殊情况时,阻抗轨迹可能会超出了原有多边形的距离元件第二象限的动作区,导致距离保护有返回而延时动作。同一条线路的各段距离保护有时间配合关系,相邻线路的距离保护动作时间定值也有配合关系,若靠近故障点的高压线路保护动作有延时,可能导致处于故障点远些的距离保护动作,扩大了事故范围。 [0006] 本发明提出了一种适应电力系统振荡的多边形距离元件及继电保护方法,在线路区外故障伴随振荡的情况下,距离保护可以按正常时间动作,防止事故扩大范围。 发明内容[0007] 为防止线路区外故障伴随振荡的情况下,多边形距离元件可能延时动作,本发明提出了一种可用于系统振荡的多边形距离元件及继电保护方法,使用该元件的距离保护可以按正常时间动作。 [0008] 首先对本发明中使用的以下技术术语进行说明或定义: [0009] 控制字:为控制某些功能的投入或退出,设置了控制字。对于适应系统振荡的距离元件功能,距离保护设置了“适应系统振荡的距离元件”控制字,当该控制字投入时,适应系统振荡的距离元件功能有效;当该控制字退出时,适应系统振荡的距离元件功能无效。电力系统的调度部门,按照具体电力系统的参数和运行要求,通过计算分析给出所需的各相整定值及控制字。区域性负荷与电源弱连接,或负荷很重的情况下,需要投入“适应系统振荡的距离元件”控制字,否则不投入该控制字。 [0010] 电抗定值和电阻定值:阻抗值包括电抗分量和电阻分量。多边形距离元件的电抗定值和电阻定值分别整定。距离Ⅰ段、距离Ⅱ段和距离Ⅲ段元件的电抗定值通常是不同的,各段单相接地距离元件和相间距离元件的电抗定值可能不同,但所有距离元件的电阻定值是相同的。在R-X的复平面中,电阻R为横轴、电抗X为纵轴。R轴上的RDZ为电阻定值,X轴上的XDZ分别为各距离元件的电抗定值。 [0011] 本发明具体采用以下技术方案。 [0012] 一种适应系统振荡的多边形距离元件,所述距离元件的动作特性为多边形;其特征在于: [0013] 在距离保护中设置“适应系统振荡的距离元件”控制字,所述多边形距离元件根据“适应系统振荡的距离元件”控制字的投退情况采用不同的动作特性方程和保护判据实现自适应保护。 [0014] 投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时,所述多边形距离元件的动作特性方程为:在R-X的复平面中,第一象限,在电抗X轴上的电抗定值XDZ处向下倾斜角度α作第一直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向上倾斜角度β作第二直线段;第二象限,从原点O出发倾斜角度90°+ε作第三直线段,从电抗X轴上的电抗定值XDZ处向左平行于电阻R轴作第四直线段;第四象限,从原点O出发倾斜角度为-γ作第五直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向下平行于电抗X轴作第六直线段;所述第一至第六直线段相交所围成的封闭区域内为多边形距离保护元件在控制字投入时的动作区域; [0015] 在不投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时,所述多边形距离元件的动作特性方程为,在R-X的复平面中,第一象限,在电抗X轴上的电抗定值XDZ处向下倾斜角度α作第一直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向上倾斜角度作第二直线段;第二象限,从原点O出发倾斜角度为90°+δ作第七直线段,从电抗X轴上的电抗定值XDZ处向左平行于电阻R轴作第四直线段;第四象限,从原点O出发倾斜角度为-γ作第五直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向下平行于电抗X轴作第六直线段;所述第一、第二、第四、第五、第六、第七直线段所围成的封闭区域为多边形距离保护元件在控制字未投入时的动作区域。 [0016] 本发明还进一步包括以下优选方案: [0017] 在控制字投入时,多边形距离元件规定的阻抗的正方向范围包括:测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~90°+ε范围内、第四象限-γ~0°范围内的动作区域范围。 [0018] 如果测量阻抗在规定的阻抗正方向的动作区域范围内,则判断线路发生了区内故障; [0019] 如果测量阻抗曾经在规定的阻抗正方向动作区域内,而此后测量阻抗落入第二象限90°+ε~90°+ξ的范围内,且电抗值小于电抗定值XDZ,仍判断线路发生区内故障; [0020] 若测量阻抗未曾落入阻抗特性的正方向动作区域内,而直接落入第二象限90°+ε~90°+ξ的范围内,则仍然判断发生了区外故障。 [0021] 在投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时,角度α的取值范围为7°~10°,角度β的取值范围为45°~60°,角度为ε的取值范围为15°~30°,角度γ的取值范围为15°~30°,角度ξ的取值范围为30°~45°。 [0022] 所述角度α优选为7°,β为60°,ε为30°,γ为15°,ξ为45°。 [0023] 在不投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时,多边形距离元件规定的阻抗正方向范围包括测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~90°+δ范围内、第四象限-γ~0°范围内的动作区域范围,其中δ<ε。 [0024] 如果测量阻抗在规定的阻抗正方向动作区域范围内,则判断线路发生了区内故障; [0025] 若测量阻抗在规定的正方向动作区域范围以外,则判断线路发生了区外故障。 [0026] 在“适应系统振荡的距离元件”控制字退出时,角度α的取值范围为7°~10°,角度β的取值范围为45°~60°,角度为δ的取值范围为10°~15°,角度γ的取值范围为15°~30°,角度ε的取值范围为15°~30°。 [0027] 所述角度α优选为7°,β为60°,δ为15°,γ为15°,ε为30°。 [0028] 本申请还公开了一种适应系统振荡的继电保护方法,其技术方案如下: [0029] 一种适应电力系统振荡的继电保护方法,其特征在于,所述继电保护方法包括以下步骤: [0030] (1)实时测量线路保护装置安装处的CT二次电流,包括A相电流、B相电流、C相电流、零序电流;实时测量线路保护装置安装处的二次电压,包括A相电压、B相电压、C相电压;阻抗测量元件根据所述二次电压和二次电流,实时计算线路的测量阻抗,包括A相阻抗、B相阻抗、C相阻抗、AB相间阻抗、BC相间阻抗、CA相间阻抗。 [0031] (2)根据二次电流值判别线路保护是否启动; [0032] (3)保护启动后,判别“适应系统振荡的距离元件”控制字是否投入; [0033] (4)当“适应系统振荡的距离元件”控制字投入时, [0034] 4.1判断测量阻抗是否处于阻抗正方向动作区域内,如果一直不在此区域内,判为区外故障;如果在此区域内,则进入4.2; [0035] 4.2判断测量阻抗是否持续处于阻抗正方向动作区域内,如果是,则判断线路发生了区内故障,否则进入4.3; [0036] 4.3若测量阻抗曾经落入阻抗正方向动作区域内,随后测量阻抗落入第二象限120°~135°范围内,同时测量电抗值小于电抗定值XDZ,仍判线路发生了区内故障,否则判断为线路发生了区外故障; [0037] 4.4区内故障持续达到保护定值时间后动作跳闸,保护跳闸,切除故障;当判断线路发生了区外故障时,不发出保护动作; [0038] (5)当“适应系统振荡的距离元件”控制字退出时, [0039] 当测量阻抗落入阻抗正方向动作区域内时,则判断线路发生了区内故障,当区内故障持续达到保护定值时间后,保护动作跳闸,切除故障,否则保护返回。 [0040] 进一步优选: [0041] 在步骤(3)中,在“适应系统振荡的距离元件”控制字投入时,多边形距离元件规定的阻抗的正方向范围包括:测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~120°范围内、第四象限-15°~0°范围内,且满足定值要求。 [0042] 在“适应系统振荡的距离元件”控制字退出时,多边形距离元件规定的阻抗的正方向范围包括:多边形距离元件规定的阻抗正方向范围包括测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~105°范围内、第四象限-15°~0°范围内的动作区域。 [0043] 本申请具有以下有益的技术效果: [0045] 图1为一种适应系统振荡的多边形距离元件的阻抗正方向特性示意图; [0046] 图2为基于多边形距离元件的继电保护方法流程图。 具体实施方式[0048] 图1为一种适应系统振荡的多边形距离元件的阻抗正方向特性示意图。 [0049] (1)投入“适应系统振荡的距离元件”控制字此时,需要考虑电力系统振荡情况。 [0050] 投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时的距离元件的动作特性方程为,在R-X的复平面中,第一象限,在电抗X轴上的电抗定值XDZ处向下倾斜角度α作第一直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向上倾斜角度β作第二直线段,以上两条线段相交于点D;第二象限,从原点O出发,倾斜角度为90°+ε作第三直线段,从电抗X轴上的电抗定值XDZ处向左平行于电阻R轴作第四直线段,以上两条线段相交于点B;第四象限,从原点O出发,倾斜角度为-γ作第五直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向下平行于电抗X轴作第六直线段,以上两条线段相交于点E。 [0051] 第一至第六直线段相交所围成的封闭区域内为多边形距离保护元件在控制字投入时的动作区域。 [0052] 在控制字投入时,多边形距离元件规定的阻抗的正方向范围包括:测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~90°+ε范围内、第四象限-γ~0°范围内的动作区域范围。 [0053] 如果测量阻抗在规定的阻抗正方向的动作区域范围内,则判断线路发生了区内故障;如果测量阻抗曾经在规定的阻抗正方向动作区域内,而此后测量阻抗落入第二象限90°+ε~90°+ξ的范围内,且电抗值小于电抗定值XDZ,仍判断线路发生区内故障;若测量阻抗未曾落入阻抗特性的正方向动作区域内,而直接落入第二象限90°+ε~90°+ξ的范围内,则仍然判断发生了区外故障。 [0054] 在投入控制字时,通常情况下,角度α的取值范围为7°~10°,角度β的取值范围为45°~60°,角度为ε的取值范围为15°~30°,角度γ的取值范围为15°~30°,角度ξ的取值范围为30°~45°。为了防止暂态超越,角度α优选为7°。 [0055] 线路阻抗角一般会大于60°,角度β优选为60°。正常情况下,正方向故障时,测量阻抗会落入第一象限;反方向故障,测量阻抗会落入第三象限。考虑到故障伴随振荡,以及助增等情况,测量阻抗可能会超过90°,进入第二象限。因此,第二象限正方向设置为倾斜角度ε,为图1中的OB线,ε优选为30°,保证正方向故障时距离保护正常动作。 [0056] 高阻接地故障,由于电流和电压的测量偏差,测量阻抗可能会落入第四象限,因此,第四象限正方向设置为倾斜角度γ,为图1中的OE线,γ优选为15°,保证高阻接地故障时距离保护正常动作。 [0057] 故障伴随振荡时,测量的阻抗轨迹可能变化较大,故障开始时阻抗落入正方向区内,但长期故障不切除时,测量的阻抗轨迹可能会超过第二象限的120°,因此将此时的阻抗正方向第二象限设为倾斜角度ζ,即图1中的OC线,ζ优选为45°。 [0058] 若测量阻抗曾经在正方向区内,而此后测量阻抗落入第二象限的120°~135°范围内,测量电抗值小于定值XDZ,仍判为阻抗区内故障,测量阻抗角大于135°后,保护返回,因此该距离元件自适应地增大了阻抗正方向的动作范围,加大了返回系数,在线路区外故障伴随振荡的情况下,测量阻抗不会出现一会儿落入区内、一会儿落入区外的多次往返情况,保证距离保护按正常时间动作。 [0059] 若测量阻抗未曾落入阻抗特性的正方向区内,而直接落入第二象限的120°~135°内,判为阻抗区外故障。保证了正方向故障和反方向故障有明显的间隔区域。 [0060] (2)退出“适应系统振荡的距离元件”控制字 [0061] 此时不考虑系统出现振荡情况。 [0062] 退出“适应系统振荡的距离元件”控制字时的距离元件的动作特性方程为,在R-X的复平面中,第一象限,在电抗X轴上的电抗定值XDZ处向下倾斜角度α作第一直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向上倾斜角度β作第二直线段,以上两条线段相交于点D;第二象限,从原点O出发,倾斜角度为90°+δ作第七直线段,从电抗X轴上的电抗定值XDZ处向左平行于电阻R轴作第四直线段,以上两条线段相交于点A;第四象限,从原点O出发,倾斜角度为-γ作第五直线段,在电阻R轴上的电阻定值RDZ处向下平行于电抗X轴作第六直线段,以上两条线段相交于点E。 [0063] 第一、第二、第四、第五、第六、第七直线段所围成的封闭区域为多边形距离保护元件在控制字未投入时的动作区域。 [0064] 在不投入“适应系统振荡的距离元件”控制字时,多边形距离元件规定的阻抗正方向范围包括测量阻抗位于第一象限内、第二象限90°~90°+δ范围内、第四象限-γ~0°范围内的动作区域范围,其中δ<ε。 [0065] 如果测量阻抗在规定的阻抗正方向动作区域范围内,则判断线路发生了区内故障;若测量阻抗在规定的正方向动作区域范围以外,则判断线路发生了区外故障。 [0066] 在“适应系统振荡的距离元件”控制字退出时,角度α的取值范围为7°~10°,角度β的取值范围为45°~60°,角度为δ的取值范围为10°~15°,角度γ的取值范围为15°~30°,角度ε的取值范围为15°~30°。 [0067] 角度α优选为7°,β为60°,γ为15°,ε为30°。角度δ优选为15°,为图1中的OA线。 [0068] 只要测量阻抗落入第二象限的角度大于105°,保护判为区外故障,保证了正方向故障和反方向故障有较大的间隔区域,保护可靠动作。 [0069] 图2为基于多边形距离元件的继电保护方法流程图。 [0070] 本申请的一种适应电力系统振荡的继电保护方法包括以下步骤: [0071] 步骤1:实时测量线路保护装置安装处的CT二次电流,包括A相电流、B相电流、C相电流以及零序电流;实时测量线路保护装置安装处的二次电压,包括A相电压、B相电压、C相电压;阻抗测量元件根据所述二次电压和二次电流,实时计算线路的测量阻抗,包括A相阻抗、B相阻抗、C相阻抗、AB相间阻抗、BC相间阻抗、CA相间阻抗。 [0072] 保护测量的CT二次电流,主要用于判别保护启动,以及计算测量阻抗等。 [0073] 保护测量的电压,主要用于计算测量阻抗。 [0074] 阻抗测量元件以实时电压,实时电流计算对应阻抗值。单相短路故障,使用故障相的测量阻抗,如果是相间故障就使用故障相间的测量阻抗。 [0075] 各距离元件的动作特性方程相同。 [0076] 步骤2:保护根据二次电流值判别保护是否启动。 [0077] 电网发生故障时,二次电流达到电流突变量定值后保护启动;若电流缓慢变化,突变量电流不能启动,当二次电流达到静稳失稳电流定值时,保护也可以启动。 [0078] 保护启动后,才能进入故障处理程序。 [0079] 步骤3:保护启动后,判别“适应系统振荡的距离元件”控制字是否投入。该控制字投入时,适应系统振荡的距离元件有效;该控制字退出时,适应系统振荡的距离元件无效。 [0080] 步骤4:“适应系统振荡的距离元件”控制字投入时,阻抗正方向范围包括,第一象限内、第二象限、90°~120°范围内、第四象限、-15°~0°范围内,且满足定值要求。 [0081] 测量阻抗落入阻抗正方向动作区域内,则判断线路发生了区内故障。否则判断为线路发生了区外故障。 [0082] 故障期间,测量阻抗可能有时落入该正方向区内,有时落入其区外,但如果测量阻抗在该阻抗正方向动作区域内内持续的时间,达到了距离保护定值时间,满足了保护动作条件,保护动作,切除故障。 [0083] 保护启动后,如果测量阻抗曾经落入该阻抗正方向动作区域内内,而此后测量阻抗落入第二象限的120°~135°范围内、测量电抗小于电抗定值XDZ,仍判为阻抗区内故障,否则判断为线路发生了区外故障。当判断线路发生了区外故障时,不发出保护动作。 [0084] 此时的阻抗正方向动作区域在第二象限达到了135°,自适应地增大了阻抗正方向的动作范围。 [0085] 故障期间,测量阻抗可能有时落入包含120°~135°的正方向区内,有时落入区外,但如果测量阻抗在此阻抗正方向动作区域内持续的时间,达到了距离保护定值时间,保护动作,切除故障。 [0086] 步骤5:“适应系统振荡的距离元件”控制字退出时,与原有多边形距离元件特性保持一致,便于和全网配合。此时的阻抗正方向范围包括,第一象限内、第二象限、90°~105°范围内、第四象限-15°~0°范围内的动作区域。 [0087] 保护启动后,测量阻抗落入该正方向动作区域范围内时,判为阻抗区内故障。否则判断为线路发生了区外故障。 [0088] 故障期间,测量阻抗可能有时落入正方向区内,有时落入区外,但如果测量阻抗在该正方向区内持续的时间,达到了距离保护定值时间,保护动作,切除故障,否则保护返回。 [0089] 以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用,并非对本发明作任何形式上的限制,任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内,依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。 |