專利名稱：一種利用衰減直流分量的故障選線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用衰減直流分量的故障選線方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
配電網(wǎng)中性點(diǎn)一般經(jīng)消弧線圈或中性點(diǎn)不接地，發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于不形成短路，規(guī)程允許繼續(xù)運(yùn)行1-2h，但是長(zhǎng)時(shí)間的接地運(yùn)行極易形成兩相接地短路，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過電壓。為防止故障擴(kuò)大，必須發(fā)出信號(hào)并排除故障。所以迅速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障選線，對(duì)于運(yùn)行方式多變、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的意義。
經(jīng)過長(zhǎng)期研究，目前出現(xiàn)了多種故障選線方法，并開發(fā)出了相應(yīng)的裝置，但在實(shí)際應(yīng)用中的效果并不十分理想。現(xiàn)有的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法，從使用的信號(hào)上大體可分為三類，穩(wěn)態(tài)方法(參考文獻(xiàn)1-3)、暫態(tài)方法(參考文獻(xiàn)4-5)和信號(hào)注入法(參考文獻(xiàn)6)。穩(wěn)態(tài)方法中的典型方法有幅值比較法、相位比較法、零序?qū)Ъ{法、零序功率法等。幅值比較法和相位比較法僅適用于中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，但實(shí)際中由于變電站出線較多單相接地電流過大，因此消弧線圈被廣泛使用，故而這兩種方法適用范圍很??；零序?qū)Ъ{法和零序功率法由于穩(wěn)態(tài)后零序電流較小，容易受到干擾，影響了在實(shí)際中的應(yīng)用效果。暫態(tài)方法使用故障引起的暫態(tài)分量進(jìn)行故障選線，但是暫態(tài)分量的大小與故障合閘角密切相關(guān)，當(dāng)在電壓過零附近故障時(shí)暫態(tài)分量很小，在各種干擾的影響下可能失效。信號(hào)注入法需要外加信號(hào)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要改動(dòng)系統(tǒng)PT的接線，不利于裝置的實(shí)際應(yīng)用。在小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，不僅會(huì)有高頻暫態(tài)量產(chǎn)生，同時(shí)也可能有衰減直流產(chǎn)生?，F(xiàn)有的暫態(tài)量選線方法只利用了前者，而忽略了后者的利用。
對(duì)于中性點(diǎn)不接地的小接地電流系統(tǒng)，單相接地故障后使用現(xiàn)有的幅值比較法和相位比較法可以很容易地選出故障線路。但是，對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小接地電流系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路與非故障線路的電流大小與相位均相近，可靠的故障選線較難實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有接地故障選線技術(shù)之不足，而提供一種在對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的電磁暫態(tài)特征分析的基礎(chǔ)上，通過大量仿真后認(rèn)定可以利用衰減直流分量對(duì)經(jīng)消弧線圈接地的小接地電流系統(tǒng)準(zhǔn)確進(jìn)行故障選線。
1 衰減直流分量分布特性在如圖1所示的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，當(dāng)線路l2在F1點(diǎn)電壓過零時(shí)發(fā)生A相接地故障時(shí)(過渡電阻為100Ω)，故障線路(l2)和非故障線路(l1)的零序電流如圖2所示。在本發(fā)明中，波形圖橫軸單位均為ms，縱軸單位均為A。從圖2可以看出，故障線路零序電流中有非常明顯的衰減直流成份，而非故障線路零序電流中幾乎沒有衰減直流成份。這是因?yàn)楫?dāng)F1點(diǎn)故障時(shí)，相當(dāng)于在正常系統(tǒng)的基礎(chǔ)上在F1點(diǎn)迭加了一正弦電壓源ef(t)＝Emsin(w0t+θ)，其中θ表示故障合閘角。在忽略線路電阻和消弧線圈電阻的情況下，故障線路的零序電流i02可近似地寫為i02=(Ln+Ll)∫0tef(τ)dτ,]]>當(dāng)θ＝0，i02中的直流分量將達(dá)到最大，但直流分量?jī)H通過故障線路與消弧線圈構(gòu)成回路，而不會(huì)流過非故障線路，因此故障線路中的衰減直流分量較大，而非故障線路的很小。當(dāng)母線發(fā)生A相接地故障時(shí)，線路l1和線路l2中的零序電流如圖3所示。在圖3中，兩條線路的零序電流中衰減直流分量幾乎為零。這是因?yàn)樗p直流分量直接流入了消弧線圈，而沒有流過線路的緣故。
2 故障選線方法由經(jīng)消弧線圈接地的小接地電流系統(tǒng)單相接地故障時(shí)衰減直流分量的分布特性可見當(dāng)線路不在電壓最大值附近故障時(shí)，系統(tǒng)中將有衰減直流分量產(chǎn)生，它只流過故障線路和消弧線圈而不流過非故障線路；當(dāng)母線故障時(shí)雖然也有衰減直流分量產(chǎn)生，但它不流過任何線路，而是直接流入消弧線圈。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成利用衰減直流分量的小接地電流系統(tǒng)故障選線方法。本方法使用故障后第一個(gè)周波的直流分量代替衰減直流分量的計(jì)算，并根據(jù)直流分量大小實(shí)現(xiàn)小接地電流系統(tǒng)的故障選線；具體步驟如下(1)當(dāng)小接地電流系統(tǒng)的母線零序電壓瞬時(shí)值u0(t)大于KuUn，故障選線路裝置立即啟動(dòng)，記錄下故障前2個(gè)周波和故障后3個(gè)周波的各出線零序電流和母線零序電壓；其中，Ku取值為0.35，Un為母線額定電壓；(2)從選線裝置啟動(dòng)時(shí)刻向前追朔，在母線零序電壓上尋找小于0.01Un的采樣點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻確定為單相接地故障發(fā)生的時(shí)刻tf；(3)從tf開始選取一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，使用D=1NΣk=1Nxk]]>計(jì)算各線路零序電流中的直流分量D，其中xk表示離散的采樣點(diǎn)，N為每周波的采樣點(diǎn)數(shù)；(4)在各線路中尋找直流分量最大的線路lm，設(shè)其直流分量為Dm；(5)判斷是否為母線故障或在電壓最大值附近發(fā)生故障；具體做法是從tf開始選取母線零序電壓一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，計(jì)算其相角θu0，設(shè)零序電壓為正弦函數(shù)，且θu0∈[-180°，180°])，并定義判據(jù)1Dm＜Dzd且|θu0-90°|＞20°且|θu0+90°|＞20°；當(dāng)滿足判據(jù)1時(shí)，表明故障不是發(fā)生在故障相電壓最大值附近，而是母線故障；(6)在除線路lm之外的其它線路中尋找直流分量最大的線路ls，設(shè)其直流分量為Ds，計(jì)算比值KD＝Dm/Ds。定義判據(jù)2KD＞KDzd，當(dāng)滿足判據(jù)2時(shí)，為線路lm為故障線路，反之為是母線故障。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的理論基礎(chǔ)較為直觀、方法簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠、有效。
2、大量仿真表明本方法在故障合閘角θ≤60°且過渡電阻較大時(shí)，可以正確地選線；在過渡電阻較小時(shí)，故障合閘角較大時(shí)也可以正確選線；3、本方法可與暫態(tài)選線方法結(jié)合，形成完善的小接地電流系統(tǒng)故障選線技術(shù)。


圖1為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)示意圖。圖中線路l1長(zhǎng)度為30km、線路l2長(zhǎng)度為25km、線路l3長(zhǎng)度為12km、線路l4長(zhǎng)度為15km、線路l5長(zhǎng)度為16km。
圖2顯示線路故障時(shí)的故障線路與非故障線路零序電流。
圖3顯示母線故障時(shí)的線路零序電流。
具體實(shí)施例方式本方法的具體步驟如下(1)當(dāng)小接地電流系統(tǒng)的母線零序電壓瞬時(shí)值u0(t)大于KuUn，故障選線路裝置立即啟動(dòng)，記錄下故障前2個(gè)周波和故障后3個(gè)周波的各出線零序電流和母線零序電壓。其中，Ku一般取值為0.35，Un表示母線額定電壓；(2)從選線裝置啟動(dòng)時(shí)刻向前追朔，在母線零序電壓上尋找小于0.01Un的采樣點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻認(rèn)為是單相接地故障發(fā)生的時(shí)刻tf；(3)從tf開始選取一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，使用D=1NΣk=1Nxk]]>計(jì)算各線路零序電流中的直流分量D，其中xk表示離散的采樣點(diǎn)，N為每周波的采樣點(diǎn)數(shù)；(4)在各線路中尋找直流分量最大的線路lm，設(shè)其直流分量為Dm；(5)判斷是否為母線故障或在電壓最大值附近發(fā)生故障。
當(dāng)Dm＜Dzd時(shí)(Dza大小與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，對(duì)于圖1所示系統(tǒng)Dza取0.4A)，表明線路上的衰減直流分量較小。這可能由兩個(gè)原因造成①母線故障，②故障相電壓在最大值附近發(fā)生故障；因此需要加以識(shí)別。具體做法是從tf開始選取母線零序電壓一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，計(jì)算其相角θu0(設(shè)零序電壓為正弦函數(shù)，且θu0∈[-180°，180°])，并定義判據(jù)1Dm＜Dzd且|θu0-90°|＞20°且|θu0+90°|＞20°。當(dāng)滿足判據(jù)1時(shí)，表明故障不是發(fā)生在故障相電壓最大值附近，而是母線故障。
(6)在除線路lm之外的其它線路中尋找直流分量最大的線路ls，設(shè)其直流分量為Ds，計(jì)算比值KD＝Dm/Ds。定義判據(jù)2KD＞KDzd，當(dāng)滿足判據(jù)2時(shí)，認(rèn)為線路lm為故障線路，否則認(rèn)為是母線故障。KDzd整定為3。
權(quán)利要求
1.一種利用衰減直流分量的故障選線方法，利用衰減直流分量的量測(cè)進(jìn)行，其特征在于使用故障后第一個(gè)周波的直流分量代替衰減直流分量的計(jì)算，并根據(jù)直流分量大小實(shí)現(xiàn)小接地電流系統(tǒng)的故障選線；具體步驟如下(1)當(dāng)小接地電流系統(tǒng)的母線零序電壓瞬時(shí)值u0(t)大于KuUn，故障選線路裝置立即啟動(dòng)，記錄下故障前2個(gè)周波和故障后3個(gè)周波的各出線零序電流和母線零序電壓；其中，Ku取值為0.35，Un為母線額定電壓；(2)從選線裝置啟動(dòng)時(shí)刻向前追朔，在母線零序電壓上尋找小于0.01Un的采樣點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻確定為單相接地故障發(fā)生的時(shí)刻tf；(3)從tf開始選取一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，使用D=1NΣk=1Nxk]]>計(jì)算各線路零序電流中的直流分量D，其中xk表示離散的采樣點(diǎn)，N為每周波的采樣點(diǎn)數(shù)；(4)在各線路中尋找直流分量最大的線路lm，設(shè)其直流分量為Dm；(5)判斷是否為母線故障或在電壓最大值附近發(fā)生故障；具體做法是從tf開始選取母線零序電壓一個(gè)周波的采樣點(diǎn)，計(jì)算其相角θu0，設(shè)零序電壓為正弦函數(shù)，且θu0∈[-180°，180°]，并定義判據(jù)1Dm＜Dzd且|θu0-90°|＞20°且|θu0+90°|＞20°；當(dāng)滿足判據(jù)1時(shí)，表明故障不是發(fā)生在故障相電壓最大值附近，而是母線故障；(6)在除線路lm之外的其它線路中尋找直流分量最大的線路ls，設(shè)其直流分量為Ds，計(jì)算比值KD＝Dm/Ds。定義判據(jù)2KD＞KDzd，當(dāng)滿足判據(jù)2時(shí)，為線路lm為故障線路，反之為是母線故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用衰減直流分量的故障選線方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地的小接地電流系統(tǒng)，當(dāng)線路不在電壓最大值附近發(fā)生單相接地故障時(shí)，將會(huì)有衰減直流分量產(chǎn)生。當(dāng)故障發(fā)生在線路上時(shí)，線路上的衰減直流分量很大，當(dāng)故障發(fā)生在母線上時(shí)，其衰減直流分量將直接流入消弧線圈，而各線路上的衰減直流分量都很小。本發(fā)明根據(jù)這些特性，使用故障后第一個(gè)周波的直流分量代替衰減直流分量的計(jì)算，并根據(jù)直流分量大小實(shí)現(xiàn)小接地電流系統(tǒng)的故障選線。本發(fā)明理論基礎(chǔ)較為直觀、方法簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠、有效。本方法在故障合閘角θ≤60°且過渡電阻較大時(shí)，可以正確地選線；在過渡電阻較小時(shí)，故障合閘角較大時(shí)也可以正確選線。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1584613SQ20041002271
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者束洪春, 司大軍, 劉志堅(jiān), 邱革非, 董俊, 孫向飛, 唐嵐, 梁祖權(quán), 張 杰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)