CN101562331B - 负序电抗方向判定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(一)、技术领域
本发明涉及电力***继电保护领域,特别涉及一种故障方向判定方法。更具体的说,是一种用于电力***交流输电线路发生故障时,判断故障方向的方法。
(二)、背景技术
为保证选择性,线路保护中都配置有方向元件,负序方向元件是使用广泛的一种,用于***中发生不对称故障时,故障方向的判别。目前的负序方向元件,一般是通过检测负序电压和负序电流之间的角度,如果这个角度在一定范围内,则判断为正向或者反向。这种方法的缺陷在于,对于某些***中的某些不对称故障,负序电压可能很小,灵敏度不能满足要求,导致方向判别错误。
(三)、发明内容
本发明的目的在于提供了一种负序电抗方向判定方法,用以克服上述已有判断方法的缺陷,所要解决的技术问题是:当***中发生不对称故障时,故障方向的判别仍然是准确的,且不需要设置电压门槛,即使感受到的负序电压的幅值较小,仍可以准确地判别方向。
本发明的技术方案如下。
其中,XL2为线路负序电抗,KF为正向故障电抗可靠系数,KR为反向故障电抗可靠系数,Iset为电流定值;
KF和KR应取不同的数值,且KF小于KR。
所述KF的整定原则为:0.1≤KF≤0.4,优选0.4;KR的整定原则为:0.6≤KR≤0.9,优选0.6;所述Iset的整定原则为:Iset=0.1In~0.5In,优选0.2In,In是线路本侧电流互感器二次额定值。
本发明的积极效果在于:
保护装置采集本侧三相电压和电流值,将得到的数据,使用全周傅立叶算法,计算出相量。通过计算本侧负序电压相量 和负序电流相量 然后计算出负序阻抗 取其虚部,得到负序电抗, 根据负序电抗与定值的大小关系来区分故障方向。
当线路上发生正向不对称故障时,负序电抗等于背侧的***电抗,极性为负,因为极性的关系,它总是小于线路负序电抗。当线路上发生反向不对称故障时,负序电抗等于线路和对侧***的负序电抗之和,大于线路电抗。根据这个特点,可以判断不对称故障的方向。
本发明中负序电抗X2为负序电压相量与负序电流相量之间的比值的虚部。通过计算负序电抗,根据负序电抗与定值的比较结果,来判断故障方向。该方法的优点在于,该方向元件灵敏度高,不需要设置电压门槛,即使感受到的负序电压的幅值较小,仍可以准确的判别方向。
(四)、附图说
图1是保护装置连接图,以m侧的保护为例。
图2是发生正向不对称故障时的负序等效网络。
图3是发生反向不对称故障时的负序等效网络。
图4是正向和反向区域描述图。
(五)、具体实施方式
下面结合附图,对本发明作进一步详细说明。
参照图1,在m侧有保护装置。线路的保护装置具有数据处理功能,能够采样本侧的三相电压和电流,控制本侧的执行机构。保护装置采样本侧的三相电压和电流,计算出负序电抗,然后进行方向判别。
图2、图3分别为发生正向、反向不对称故障时的负序网络图,双侧电源供电的线路在F点发生了不对称故障。图中,Zsm、Zsn分别为线路两侧负序电源阻抗,ZL2为负序线路阻抗, 为F点的负序电势, 为流过故障支路的负序电流,RF2为故障点处的负序电阻, 分别为母线m处的负序电压和电流。m处负序阻抗为:
负序电抗为负序阻抗的虚部:
X2=Im(Z2) (1)
当发生正向不对称故障时,如图2所示,对于装在母线m处的保护装置,可知:
所以,母线m处的负序阻抗为:
当发生反向不对称故障时,如图3所示,可知:
所以,
结合式(2)和式(3)可知,当发生正向不对称故障时,
m侧的负序电抗为:
X2=-Xsm (4)
其中,X2和Xsm分别为负序电抗和m侧***的负序电抗。
当发生反向不对称故障时,
X2=XL2+Xsn (5)
其中,XL2和Xsn分别为线路和n侧***的负序电抗。
由式(4)、(5)可知,当发生正向不对称故障时,负序电抗的极性为负,因为极性的关系,它总是会小于线路负序电抗,即X2<XL2;当发生反向不对称故障时,负序电抗为线路负序电抗和对侧***负序电抗之和,必定大于线路负序电抗,即X2>XL2。因此,可以根据负序电抗来判断不对称故障的方向。基于负序电抗的方向元件即据此提出,判据为:
当负序电抗X2和线路负序电抗XL2之间的关系满足式(6)时,为正向故障;满足式(7)时,为反向故障。式(6)和式(7)中的kF、kR分别为正向和反向判据的电抗可靠系数,Iset是电流定值。kF和kR应取不同的数值,且kF小于kR,以使正向区域和反向区域完全分开,保证可靠性。一般地,kF可以设定为0.4,kR可以设定为0.6,如此,kR>kF,正向范围和反向范围没有交迭区,而且正向区域和反向区域都有较大裕度。Iset可以设置为0.2In,In为CT二次侧的额定电流,足以保证方向判别的可靠性。
图4为由正向门槛KF×XL2和反向门槛KR×XL2确定的正向区域和反向区域,KF<KR。从图中可以看出,正向区域和反向区域之间,没有交迭区。发生正向不对称故障时,负序电抗小于零,位于横轴以下;发生反向不对称故障时,负序 电抗大于线路负序电抗。当kF取为0.4,kR取为0.6时,正向区域和反向区域都有较大裕度,有利于可靠的判断方向。线路负序电抗XL2越大,此方向元件的可靠性越高。
负序电抗方向元件有以下性能。
(1)不受负荷影响,不受过渡电阻影响,灵敏度高。
基于负序电抗的方向元件,采用负序分量,不受负荷影响。
结合式(4)和式(5)可知,负序电抗仅与***和线路的负序电抗有关,与过渡电阻无关,可知该方向元件不受过渡电阻的影响。
从式(6)和式(7)可知,该元件的灵敏度受限于电流定值Iset,因***正常运行时,并无负序分量,而目前的微机保护测量精度高,所以Iset可以取较低的数值,设置为0.2In时,已足以满足判别方向的可靠性。由此可知,该方向元件的灵敏度高。
(2)不需要设定电压门槛,当保护感受到的负序电压较低,甚至接近于零时,仍可以准确的判别方向。
当发生反向不对称故障时,只要电流条件满足要求, 装置感受到的负序电压和电流总是满足式(3)所描述的关系,负序电抗等于线路和对侧***的负序电抗之和,大于线路的负序电抗,式(7)满足,而式(6)不满足,基于负序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。
当发生正向不对称故障时,如果装置背后是大电源,或故障点远离保护安装处,保护感受到的负序电压会较小。基于负序电抗的方向元件,电流条件需满足要求, 装置感受到的负序电压和电流满足式(2)所描述的关系,负序电抗等于负的背后***负序电抗,其小于线路的负序电抗。当电压较小,甚至接近于零时,计算的负序电抗也会很小,式(6)满足,而式(7)不满足,基于负序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。
容易得出,线路越长,线路负序阻抗越大,基于负序电抗的方向元件可靠性越高。当线路很短时,考虑极端情况,假设线路负序电抗接近于零,则式(6)、(7)中的电抗门槛KF×XL2和KR×XL2接近于零,保护不能区分正向和反向的电抗门槛,则不能准确的判别方向。一般地,当XL2>1Ω(二次值)时,因微机保护的测量精度高,该方向元件已经具有较高的可靠性。而实际***中的线路负序电抗一般满足XL2>1Ω的关系,基于负序电抗的方向元件可以满足实际电力***的要求。
(3)实现简单。
传统的反映电压和电流之间相角的方向元件,需要对灵敏角进行设定。而基于负序电抗的方向元件,使用电抗分量来判别方向,仅需比较负序电抗和相应门槛之间的大小,而非判断角度区域,不需要考虑灵敏角,实现简单。
Claims (3)
2.根据权利要求1所述的负序电抗方向判定方法,其特征在于:所述KF的整定原则为:0.1≤KF≤0.4;KR的整定原则为:0.6≤KR≤0.9;所述Iset的整定原则为:Iset=0.1In~0.5In,In是线路本侧电流互感器二次额定值。
3.根据权利要求2所述的负序电抗方向判定方法,其特征在于:KF=0.4,KR=0.6,Iset=0.2In。
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