一種正序極化電壓的計算方法及裝置與流程
2023-09-17 17:18:20 1
本發明涉及繼電保護技術領域，尤其涉及一種正序極化電壓的計算方法及裝置。
背景技術：
距離保護是一種繼電保護裝置，該裝置能夠反映在輸電線路中的故障點與距離保護安裝處之間的距離，並能夠根據距離的遠近確定開啟保護的動作時間。距離保護的核心元件為阻抗繼電器，阻抗繼電器用於測量短路阻抗，當短路阻抗小於整定阻抗時，阻抗繼電器開啟保護。阻抗繼電器包括幅值比較式阻抗繼電器和相位比較式阻抗繼電器，其中，相位比較式阻抗繼電器的動作條件為90°≤Arg(U1/U2)≤270°，其中，U2為補償電壓、是反映短路阻抗與整定阻抗比較結果的工作電壓，U1為極化電壓、是判斷U2相位變化的參考電壓。
在一般電力系統中，正序電壓由於具備故障前與故障後相位保持不變的特性，因此常用作判斷U2相位變化的參考電壓，即將正序電壓作為極化電壓。距離保護根據U2相位變化確定是否開啟保護，其中，當距離保護的保護區正方向上發生故障時，故障如果位於保護區內則稱為區內故障，此時阻抗繼電器應立即動作；當距離保護的保護區反方向上發生故障時，則將故障直接判為區外故障，此時阻抗繼電器不應動作。正序電壓相位基於三相電壓相位計算而成，通過對三相電壓進行矢量分解、平移，得到正序電壓及其對應相位。
但是，當電力系統為Y/△(Y側為電源側、△側為負荷側)變壓器單端電源系統且電網系統處於非全相運行狀態時，如果電源側其它相發生再故障，則電源側非全相電壓幅值與健全相電壓幅值幾乎相等，但是相位差別較大，使得基於電源側三相電壓相位計算而成的正序電壓相位發生偏移，使得正序電壓相位在故障前與故障後存在較大的相位差，導致距離保護在區外故障時可能發生誤動，而在區內故障時可能發生拒動，此時正序電壓不再適合作為極化電壓。
技術實現要素：
為克服相關技術中存在的問題，本發明提供一種正序極化電壓的計算方法及裝置。
根據本發明實施例的第一方面，提供一種正序極化電壓的計算方法，包括：
通過檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓幅值，判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側是否發生單相非全相再故障；
當所述Y/△變壓器單端電源系統電源側發生單相非全相再故障時，則判斷第一相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，所述第一相電流為所述Y/△變壓器單端電源系統電源側三相電壓中、電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；
如果所述第一相電流的幅值大於電流設定門檻值，則將所述第一相電流對應的相電壓作為正序極化電壓。
優選地，通過檢測所述Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量與零序電壓分量，判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側是否發生單相非全相再故障包括：
當Y/△變壓器單端電源系統電源側發生故障時，則判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側是否存在零序電流分量；
如果所述Y/△變壓器單端電源系統電源側存在所述零序電流分量，則判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側是否不存在零序電壓分量；
如果所述Y/△變壓器單端電源系統電源側不存在所述零序電壓分量，則判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側三相電壓中，是否存在兩相電壓的幅值大於電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於所述電壓設定門檻值；
如果所述Y/△變壓器單端電源系統的電源側三相電壓中，存在兩相電壓的幅值大於所述電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於所述電壓設定門檻值，則所述Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障。
優選地，所述方法還包括：
如果所述第一相電流的幅值小於電流設定門檻值，則所述第一相電流對應的所述相電壓為非全相。
優選地，所述方法還包括：
判斷第二相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，所述第二相電流為所述Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓中，電壓幅值小於所述電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；
如果所述第二相電流的幅值大於電流設定門檻值，則所述第二相電流對應的所述相電壓為故障相。
優選地，所述電壓設定門檻值為三相電壓額定電壓的80％。
根據本發明實施例的第二方面，還提供一種正序極化電壓的計算裝置，所述裝置包括:
單相非全相再故障判斷模塊：用於檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓幅值，判斷所述Y/△變壓器單端電源系統電源側是否發生單相非全相再故障；
健全相判斷模塊：用於當所述Y/△變壓器單端電源系統電源側發生單相非全相再故障時，則判斷第一相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，所述第一相電流為所述Y/△變壓器單端電源系統電源側三相電壓中、電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；
正序極化電壓輸出模塊：用於當所述第一相電流的幅值大於電流設定門檻值時，則將所述第一相電流對應的相電壓輸出為正序極化電壓。
優選地，所述裝置還包括：
非全相判斷模塊：用於當所述第一相電流的幅值小於電流設定門檻值時，則將所述第一相電流對應的所述相電壓判斷為非全相。
優選地，所述裝置還包括：
故障相判斷模塊：用於判斷第二相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，所述第二相電流為所述Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓中，電壓幅值小於所述電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；
如果所述第二相電流的幅值大於電流設定門檻值，則所述第二相電流對應的所述相電壓判斷為故障相。
本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：本發明實施例提供的正序極化電壓的計算方法，通過檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓，判斷Y/△變壓器單端電源系統電源側發生故障時，故障類型是否為單相非全相再故障；當故障類型為單相非全相再故障時，通過判斷第一相電流的幅值大於電流設定門檻值，其中，第一相電流為Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓中，電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流，得到第一相電流對應的相電壓為健全相；將健全相的電壓作為正序極化電壓。本發明實施例在Y/△變壓器單端電源系統處於非全相運行工況、Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生非全相再故障時，通過檢測三相電壓的電壓幅值並與電壓設定幅值相比較、檢測三相電壓的電流幅值並與電流設定幅值相比較選取健全相，利用健全相電壓在故障前與故障後相位不變的特性，將健全相電壓作為正序極化電壓，有效解決了Y/△變壓器單端電源系統發生非全相再故障時、區外故障誤動而區內故障拒動的問題。
應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本發明。
附圖說明
此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種Y/△變壓器單端電源系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的一種正序極化電壓計算方法的流程示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種判斷單相非全相故障方法的流程示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種正序極化電壓計算裝置的結構示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種故障相和非全相的判別示意圖；
圖6為本發明實施例提供的另一種故障相和非全相的判別示意圖；
圖7為本發明實施例提供的第三種故障相和非全相的判別示意圖；
圖5-7中，符號表示為：
U0-零序電壓，I0-零序電流，Un-額定電壓，In-額定電流，Ua-A相電壓，Ub-B相電壓，Uc-C相電壓，Ia-A相電流，Ib-B相電流，Ic-C相電流，k1-零序電壓設定門檻係數，k2-第一故障電壓設定門檻係數，k3-零序電流設定門檻係數，k4-第二故障電壓設定門檻係數，k5-第一故障電流設定門檻係數，k6-第二故障電流設定門檻係數。
具體實施方式
這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
參見圖1，為本發明實施例提供的Y/△變壓器單端電源系統的結構示意圖。Y/△變壓器單端電源系統中Y側為電源側，△側為負荷側，當Y/△變壓器處於單相非全相運行狀態時，如果發生其他相單相接地故障，電源側發生故障時，如果此時系統正處於非全相運行狀態，則正序電壓相位在故障前後發橫偏移，不適合用作距離保護的正序極化電壓。
參見圖2，為根據一示例性實施例示出的一種正序極化電壓計算方法的流程示意圖，具體包括如下步驟：
S110：通過檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓幅值，判斷Y/△變壓器單端電源系統電源側是否發生單相非全相再故障。
由於Y/△變壓器單端電源系統的△側為三角形結構，三相電壓向量和始終為0，在電源側存在非全相且其它相發生再故障時，非全相電壓幅值與健全相電壓幅值幾乎相等，但是相位差別較大，因此為了確保正序極化電壓故障前後的正序電壓相位一致，本發明通過判斷電源側發生單相非全相再故障，從而選取健全相電壓作為正序極化電壓，有效解決了現有正序極化電壓計算時由於利用三相電壓相位導致正序極化電壓故障前後的正序電壓相位不一致的問題。參見圖3，為本發明實施例提供的一種判斷單相非全相故障方法的流程示意圖，Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障的具體判斷過程包括：
S1101：當Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生故障時，判斷Y/△變壓器單端電源系統的電源側是否存在零序電流分量。
具體的，當Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生不對稱接地故障時，電源側存在零序電流分量；當電源側發生不接地故障或三相故障時，電源側不存在零序電流分量。因此，通過檢測電源側是否存在零序電流分量，可以判斷電源側發生的故障類型。
S1102：如果Y/△變壓器單端電源系統的電源側存在零序電流分量，則判斷Y/△變壓器單端電源系統的電源側是否不存在零序電壓分量。
具體的，根據Y/△變壓器單端電源系統的電源側存在零序電流分量，判斷電源側發生不對稱接地故障。
進一步的，如果Y/△變壓器單端電源系統的運行工況為全相運行，當電源側發生不對稱接地故障時，電源側則存在零序電壓分量；如果Y/△變壓器單端電源系統的運行工況為非全相運行，當電源側發生不對稱接地故障時，電源側則不存在零序電壓分量。因此，當電源側存在零序電流分量時，通過檢測電源側是否存在零序電壓分量，可以判斷Y/△變壓器單端電源系統的運行工況是否為非全相運行。
S1103：如果Y/△變壓器單端電源系統的電源側不存在零序電壓分量，則判斷Y/△變壓器單端電源系統的電源側三相電壓中是否存在兩相電壓的幅值大於電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於所述電壓設定門檻值。
具體的，根據Y/△變壓器單端電源系統的電源側不存在零序電壓分量，判斷Y/△變壓器單端電源系統的運行工況為非全相運行。
進一步的，當Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障時，由於Y/△變壓器△側為三角形結構，決定了該狀態下電源側三相電壓向量和為0。因此，通過檢測電源側三相電壓中是否存在兩相電壓的幅值大於電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於電壓設定門檻值，可以判斷電源側是否發生單相非全相再故障。
本實施例中，電壓設定門檻值為三相電壓額定電壓的80％，當然，電壓設定門檻值可以根據Y/△變壓器單端電源系統的電壓等級、應用場景等具體設置，都應屬於本發明的保護範圍。
S1104：如果Y/△變壓器單端電源系統的電源側三相電壓中存在兩相電壓的幅值大於電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於電壓設定門檻值，則Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障。
具體的，將檢測到的Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓幅值分別與電壓設定門檻值作比較，如果存在兩相電壓的幅值大於電壓設定門檻值、另一相電壓的幅值低於電壓設定門檻值，並且，根據步驟S1102得到電源側存在零序電流分量、步驟S1103得到電源側不存在零序電壓分量，因此，判斷Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障。
S120：如果Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障，則判斷第一相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，第一相電流為Y/△變壓器單端電源系統的電源側三相電壓中，電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流。
具體的，根據步驟S1104判斷Y/△變壓器單端電源系統的電源側發生單相非全相再故障，則基於三相電壓計算的正序電壓相位不適合用作距離保護的正序極化電壓相位，而健全相電壓相位在故障前後保持不變，因此健全相電壓相位適合用作距離保護的正序極化電壓相位。
根據健全相的電壓幅值高於設定門檻值、電流幅值因負荷電流以及故障點引起的零序電流而高於設定門檻值的特點，利用步驟S1104得到三相電壓中電壓幅值大於電壓設定門檻值的兩相電流，通過檢測兩相電流對應的兩組第一相電流，判斷兩組第一相電流中是否存在其中一組第一相電流的幅值大於電流設定門檻值。
本實施例中，電流設定門檻值根據Y/△變壓器單端電源系統的電壓等級、應用場景等具體設置，本發明不再做具體限定。
S130：如果第一相電流的幅值大於電流設定門檻值，則將第一相電流對應的相電壓作為正序極化電壓。
具體的，根據步驟S120判斷得到兩組第一相電流中存在其中一組第一相電流的幅值大於電流設定門檻值，並且，根據步驟S1104得到兩組第一相電流對應的相電壓均大於電壓設定門檻值，因此，第一相電流的幅值大於電流設定門檻值的相為健全相，將健全相電壓作為正序極化電壓。由於健全相電壓相位在故障前後保持不變，因此，將健全相電壓作為正序極化電壓，阻抗繼電器不會在區外故障時發生誤動、在區內故障時發生拒動，達到繼電保護的目的。
進一步的，如果第一相電流的幅值小於電流設定門檻值，則第一相電流對應的相電壓為非全相。判斷第二相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，第二相電流為Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓中，電壓幅值小於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；如果第二相電流的幅值大於電流設定門檻值，則第二相電流對應的相電壓為故障相。根據三相電壓中非全相和故障相的判別結果，可對系統運行狀態、故障類型及故障特點做進一步分析。
結合上述正序極化電壓計算方法，本發明實施例還提供了一種正序極化電壓計算裝置，參見圖4，為本發明實施例提供的一種應用於Y/△變壓器單端電源系統的正序極化電壓計算裝置，該正序極化電壓計算裝置包括：
單相非全相再故障判斷模塊:用於檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓幅值，判斷Y/△變壓器單端電源系統電源側是否發生單相非全相再故障。
具體的，在Y/△變壓器單端電源系統電源側，檢測A、B、C三相電壓的零序電壓分量、零序電流分量和A、B、C三相電壓的幅值，如果系統存在零序電流分量、不存在零序電壓分量且A、B、C三相電壓的幅值中存在兩相電壓幅值大於電壓設定幅值、另一相電壓幅值小於電壓設定幅值，則判斷系統處於單相非全相運行狀態，且在系統電源側發生了單相非全相再故障。
健全相判斷模塊：用於當Y/△變壓器單端電源系統電源側發生單相非全相再故障時，則判斷第一相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，第一相電流為Y/△變壓器單端電源系統電源側三相電壓中、電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流。
具體的，當通過單相非全相再故障判斷模塊判斷Y/△變壓器單端電源系統電源側發生單相非全相再故障時，檢測A、B、C三相電壓對應的相電流，其中，將三相電壓中、電壓幅值大於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流定義為第一相電流，判斷第一相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，如果第一相電流的幅值大於電流設定門檻值，則判斷該相為健全相。
正序極化電壓輸出模塊：用於當第一相電流的幅值大於電流設定門檻值時，則將第一相電流對應的相電壓輸出為正序極化電壓。
具體的，通過健全相判斷模塊得到健全相，即第一相電流的幅值大於電流設定門檻值對應的相電壓，將該相電壓作為正序極化電壓，將該相相位作為正序極化電壓相位。
在本發明又一實施例中，所述裝置還包括：
非全相判斷模塊：用於當第一相電流的幅值小於電流設定門檻值時，則將第一相電流對應的相電壓判斷為非全相。
故障相判斷模塊：用於判斷第二相電流的幅值是否大於電流設定門檻值，其中，第二相電流為Y/△變壓器單端電源系統的三相電壓中，電壓幅值小於電壓設定門檻值的相電壓對應的相電流；
如果第二相電流的幅值大於電流設定門檻值，則第二相電流對應的相電壓判斷為故障相。
圖5是根據本發明一示例性實施例示出的一種故障相和非全相的判別示意圖。根據零序電壓與零序電流的定義，當U0＜k1×Un+I0×Z0時，則判定系統不存在零序電壓；當3I0＞k3×In時，則判定系統存在零序電流。當Ub＞k2×Un，即B相電壓幅值大於第一電壓設定門檻值，則判定B相為非故障相；當Uc＞k2×Un時，即C相電壓幅值大於第一電壓設定門檻值，則判定C相為非故障相；當Ua＜k4×Un，即A相電壓幅值小於第二電壓設定門檻值，則A相可能為故障相。根據系統電源側存在零序電流、不存在零序電壓、三相電壓中存在兩相電壓幅值大於電壓設定門檻值且另一相電壓幅值小於電壓設定門檻值判定系統發生單相非全相再故障。
進一步的，當A相電壓幅值小於第二電壓設定門檻值時，如果Ia＞k6×In，即A相電流大於第二故障電流設定門檻值，則判定A相為故障相，即系統發生單相非全相再故障的故障相為A相；當B相電壓幅值大於第一電壓設定門檻值時，如果Ib＜k5×In，即B相電流小於第一故障電流設定門檻值，則判定B相為非全相；當C相電壓幅值大於第一電壓設定門檻值時，如果Ic＜k5×In，即C相電流小於第一故障電流設定門檻值，則判定C相為非全相。
當A相為故障相、B相為非全相時，則C相為健全相，將C相電壓作為正序極化電壓，將C相電壓相位作為正序極化電壓相位；當A相為故障相、C相為非全相時，則B相為健全相，將B相電壓作為正序極化電壓，將B相電壓相位作為正序極化電壓相位。
圖6、圖7分別為B相為故障相、C相為故障相時，系統發生單相非全相故障、故障相和非全相的判別示意圖，其判別內容與上述實施例類似，在此不再贅述。
由上述實施例可見，本發明提供的正序極化電壓的計算方法，通過檢測Y/△變壓器單端電源系統電源側的零序電流分量、零序電壓分量和三相電壓，判斷系統是否發生單相非全相再故障，當系統發生單相非全相再故障時，通過檢測A、B、C三相電壓與A、B、C三相電流，判斷健全相、故障相與非全相，並選取健全相電壓作為正序極化電壓，選取健全相電壓相位作為正序極化電壓相位，由於健全相電壓在故障前、故障後相位保持不，因此將健全相電壓作為正序極化電壓有效避免了正序極化電壓相位偏移引起的距離保護裝置在區外故障時可能發生誤動、區內故障時可能發生拒動的情況，提高了距離保護裝置保護動作開啟的精確性。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡發明的公開後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。
應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。