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输电线路故障选相方案探讨

发布时间:

第27卷第3期
2 0


水电能源科学
Water Resources and Power

V01.27 No.3

9年6月

June.2 0 0 9

文章编号:1000—7709(2009)03—0193—03

输电线路故障选相方案探讨
黄瑞梅
张国良 许建安

(福建水利电力职业技术学院,福建永安366000)

摘要:分析了反映序电流、电流突变量和补偿电压的选相原理,提出了当电压互感器断线时为防止误动应闭 锁补偿电压选相。针对相间短路不存在零序分量、序电流选相对相间短路不适用及序电流选相无法正确判 另q单相接地短路、两相接地短路和两相短路问题,构建了优化和组合方法加以解决。 关键词:输电线路;故障选相;序电流;电流突变量;补偿电压
中图分类号:TM773

文献标志码:A

在高压输电线路中,为提高系统的稳定性采 用单相重合闸和综合重合闸。当输电线路发生单 相故障,实现单相跳闸、单相重合闸;当发生多相 故障,实现三相跳闸、三相重合闸。因此,故障后 的正确选相尤为重要。序电流选相须存在零序电 流和负序电流。相问对称和不对称短路序电流无 法选出故障相,而转换性接地故障序电流不能正 确选出故障相。电流突变量选相元件在故障的初 始阶段有较高的灵敏度和准确性,故障分量电流 仅存在20~40 ms,超过此值突变量选相无法进 行。在变压器高压侧出口发生两相接地短路时, 可能由于零序阻抗很小无法选出两相接地短路与 三相短路,为有效实现选相须考虑其他选相方法。 稳态量选相原理虽不受时间限制,但无法有效适 应各种工况需求[1’2],甚至会出现误选相。突变 量选相使用各种电气量的故障分量,通过故障发 生前后的电量比较获取。对称短路零序、负序电 流不存在时,接地短路才能使用序电流选相。序 电流选相采用分区法,因分区存在重叠部分,故无 法正确选出单相接地短路和两相接地短路故障 相;相电流差选相,无法正确区分两相短路和两相 接地短路;补偿电压选相,无法区分两相接地短路 和两相短路[3]。鉴此,本文根据几种选相原理存 在的缺陷,提出了实现正确选相的解决方案。

三相和两相短路故障时无稳态零序电流,故 先判断零序分量是否存在,再排除三相短路和两 相短路。单相接地短路故障时,保护安装处9一

arg(屯/i。)与负序电流分配系数c2、零序电流分
配系数e。有关,即9=arg(C:/C。),9的最大值约 为±200[¨。两相接地短路时,保护安装处的健全 相的负序电流与零序电流相位9一o。~一90吓引。 当不计分配系数间的角度差,序分量选相区域见 图1(a);当计及分配系数的角度差后,实用的选 相区域见图1(b)。

、、

(a)序分量选相区域

4譬掣 --./
ABN



X //1


、叹BcN

(b)买用序分量选相区域

1序电流选相
Fig.1

图1序分量选相区域示意图
Regional schematic diagram of

I.1选相原理
收稿日期:2009—03—25,修回日期:2009—04—14

sequence component phase selection

作者简介:黄瑞梅(1963一),女,副教授,研究方向为电力工程,E-mail:hrmlOl@163.com 通讯作者:许建安(1950一),男,教授,研究方向为电力工程,E-mail:fisyxja@126.corfl

万方数据

?194?

水电能源科学

图1中有单相接地和两相接地的重叠部分, 虽可用电流大小区分两种故障,但测量电流在接 地电阻较大时受负荷电流影响。正确选出故障相 须附加其他条件。 1.2选相判据 以一30。≤arg(jA2/j。)≤30。的区域为例。若 为A相接地故障,则BC相间阻抗基本为负荷阻 抗,测量阻抗应在Ⅲ段整定阻抗之外;若为BC两 相接地故障,则BC相间测量阻抗在Ⅲ段整定阻 抗之内。若BC相间测量阻抗应在Ⅲ段整定阻抗 之内,判为BC两相接地故障;若BC相问测量阻 抗在Ⅲ段整定阻抗之外,判为A相接地故障。也 可先判别相阻抗元件ZA的动作行为。若ZA不 动作,再对ZBc进行判别;若ZBc阻抗元件动作,判 为BC两相接地故障;若ZA动作而ZBc阻抗元件 不动作,判为A相接地故障。

补偿电压突变量选相需计算三相间或三相补 偿电压突变量:

△U品.,=△U~△j。(1+R)Z。。

(1)

(2) △u品.仰=△U0一△J仰Z。 式中,△矾,.。为保护安装处母线相补偿电压;

△瓯,.伸为保护安装处母线相间补偿电压的故障 分量;R为零序补偿系数;△j。为流过保护安装处 相电流故障分量;△j。为流过保护安装处相间电 流的故障分量;Z。为距离保护Ⅲ段阻抗整定值。

选相元件动作的判据为[s3:I△阮l≥I断。]I,其中 △阢为相或相间补偿电压突变量;断。]为故障前
相或相间电压测量值。 三相短路故障三相的△D0.。与三个相间

△矾,.。相等;单相接地故障时故障相的△阢。.,有
最大值,两健全相的△D0.。相等(计及误差时相 *),两健全相的相间△瓯,.。有最小值;两相相间

2相电流差突变量选相
采用相电流差△jAB、△jBc、△j。A选相,当 △jAB、△jBc、△jcA元件动作,可判定为多相故障;当 △J『AB、AI.c、△Zc^均有很大数值且*似相等,判为 三相短路故障;考虑三相短路故障误差后也将其 分为大、中、小值,|中一小l、l大一中I《l小I条 件,判为三相短路故障。若不相等,检出△jAB、 △JBc、△工cA的最大值,即可判定相间故障的相别; 当△jAB、ZxlBc、△jcA元件仅有两个元件动作,则与 两个元件直接相关的相就为故障相,判为该相接 地故障。 A相接地短路故障时,△IAB和△工cA均有输出 且相*,而ZXlBc输出很小。即使△JAB=AIcA,但 由于计算误差总可将三个值排为大、中、小,按上 述方式排队,“大”与“中”十分相*。选相元件若 满足I中一小}》l大一中l条件,则判为“小值”无 关的相为故障相,显然为A相。 对两相短路故障,如AB两相短路故障,△JAB

短路故障时,健全相的△%.。有最小值,两故障 相的△%.,数值较大且相等,两故障相的相间 △%.。有最大值;两相接地短路故障时,健全相
的△U,.。最小,两个故障相的△阢,.。有较大值,

两个故障相的相间△%.。有最大值,其他两个相
间补偿电压稍小。 4.2选相步骤 步骤1 步骤2 步骤3 计算I△D0.。I大小,求出最大相 的l△识,.,I。。。

若l△阢,.^l。。>4 I△阢,.K I时,判
若I△阢,.A l。;≯4 I△抚,.Bc I时,判

为A相接地故障。

为多相故障,求出另两相中的最小值l△%.。I岫;
当I△阢,.,l。.m>额定相电压时,判为三相短路故
障;当『△以,.。l。i。<额定相电压时,判为BC相间 短路故障或BC两相接地短路故障。 步骤4若l缸厶.,l幽不动作而1缸岛.竹l。。动

大,△k和△k相等或相*。排队后,不满足I中一
小I》l大一中l的条件,判为AB两相短路故障。

作,则判为相间接地故障,故障相为I△瓯.。I~。 步骤5若I△“.AB I/l△阢.K I和I△D_印.^B I/ l厶阢.cA I有较小值且l△阢.A I/l△瓯.c I和 }△%.。I/I△D品.。I有极大值,则判AB相间短路故
障。其余两种相间短路故障的判别方法相似。 4.3判别零序电流或电压区分相间故障与相间 接地短路 补偿电压突变量选相无法区分相间两相短路 故障和两相接地短路故障,解决方案为:①若L> I。。,判为两相接地短路故障;不成立判为相问短 路故障。②若Uo>U。。成立,判为两相接地短路 故障;不成立判为相间短路故障。为防止电压互 感器断线的影响,零序电压应取至开口三角形。 由分析可知,采用单一选相元件,无法确保正确选 相,通过不同的方法和组合可优化各种选相元件

3相电流和相电流差突变量选相
计算1△I仰l。。。与l△j,I。j。的比值,若结果为一 极大值,则判为相问故障;若结果为一定的有限

值,且I△j伸I。。与I△j,I。,的比值*似等于万,则
判为相间接地故障,故障相为最大l△j仰I—。相。

4补偿电压突变量选相
4.1

万方数据

选相原理

第27卷第3期

黄瑞梅等:输电线路故障选相方案探讨

?

195

?

存在不足和误选相、漏选相的问题。

相正确率优势明显,当其动作时可考虑闭锁其他 选相元件。若系统振荡或电压互感器断线,则补 偿电压突变量选相元件退出运行,并由电流突变 量起主要作用。通过判别零序电压或零序电流判 别两相接地故障和相间短路故障。 参考文献:
E13许正亚.输电线路新型距离保护EM3.北京:中国水 利水电出版社,2002. E23 肖开进,鲁庭瑞.电力系统继电保护原理与实用技 术[M].北京:中国电力出版社,2008. [3]林军.电力系统微机继电保护[M].北京:中国水利 水电出版社,2006. [4]柏红,王毅.一种新型序分量高压线路保护选相元 件[J].电力系统自动化,2007,31(12):64—67 [53张国良,许建安.突变量接地方向阻抗继电器性能 分析[J].水电能源科学,2009,27(2):200-204



结语
a.判别单相接地故障和两相接地故障,可通

过比较相阻抗元件和相间阻抗元件动作行为选出 故障相;用电流突变量选相元件可解决序电流无 法选出相间短路故障和三相短路故障。 b.相电流差突变量选相将三相电流差进行 排队,判别单相接地故障、两相短路故障和三相短 路故障。 c.综合应用相电流和相电流差突变量数值和比 值,可正确选出相间短路故障和两相接地短路故障。 d.通过比较补偿相电压突变量与相间电压 突变量值可判别接地短路故障类型。 e.补偿电压突变量选相元件在各种工况下选 Discussion

on

Fault Phase Selection
HUANG Ruimei

Scheme for Transmission Line
XU Jian’an

ZHANG Guoliang

(Fujian Water Conservancy and Power Professional Technical College,Yong’an 366000,China)
Abstract:This
paper

analyzes

the phase selection theories

of

sequence

current,the

current

break variable
tO

and the prevent

compensation voltage.Then,it reveals that the compensation voltage phase selection should be locked in order the maloperation when the disconnection of voltage lection is
not

transformer occurs.It also points
zero

out

that

sequence

current

phase se。

suitable for the interphase short circuit in which the

sequence

component doesn’t exist,and that single- be discriminated properly by means of
paper tO

phase grounding fault,two-phase grounding fault and two-phase short circuit
sequence current

can’t

phase selection.Thus,an optimized and combined way is

put

forward in this

solve these prob—

lems. Key words:transmission line;fault phase selection;sequence
current;current

break variable;compensation voltage

斗窜耳窜斗e膏e斗皋耳阜燃:*皋耳e肆e肆辜斗e■e斗e斗e*e斗窜斗窜■皋斗e膏e*e斗e斗窜斗e斗e蚌e斗e耳e■窜,.e斗辜膏窜斗e■辜斗辜斗e蚌窜耳辜斗窜斗e耳e斗e斗e斗e,.e斗e

(上接第182页) 参考文献:
[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规程汇编 [s].北京:中国电力出版社。2000. [23周玉兰,王玉玲,赵曼勇.2004年全国电网继电保护 与安全自动装置运行情况[J].电网技术,2005,29

(16):42—48

[33沈晓凡,程逍,章激扬.2005年全国电网继电保护装 置运行情况分析[J].电力设备,2007,8(2):26—29 [43王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北 京:中国电力出版社,1998. [53许建安.变压器比率制动式差动保护灵敏度分析[J]. 水电能源科学,2009,27(2):194-196,168

Measures
YANG Yul SU Yi2

Improving Protection Reliability

of Microprocessor-based Transformer Protection
NIE J uanhon92 XIA0 Yuanqin92 SONG Xiaozhou2 TU Limin92
(1.Yulin Power Supply Bureau,Guangxi Electrical Network Company,Yulin 537000,China;

2.Beijing Sifang Automation Company Limited,Beijing 100085,China)
Abstract:This article introduces the microprocessor-based transformer protection.Through the description of the characters and functions of CSC-326 digital type transformer protection device which has been widely used in power tem
as an

sys?

example,it

not

only probes into the measures

tO

improve the protection reliability of the transformer but also
on

analyzes the theory of transformer protection for the factor affecting its protection reliability.The operation

site

proves

that the adopted measures meet four following requirements:reliability,selectivity,speeding,flexibility of transformer protection. Key words:microcomputer-based protection;transformer protection;percentage differential rent;TA saturation;reliability

protection:inrush

cur—

万方数据



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