一種電力系統繼電保護的故障方向判定方法
2023-05-06 10:23:36 1
專利名稱：一種電力系統繼電保護的故障方向判定方法
技術領域：
本發明涉及電力系統繼電保護領域的故障方向判定方法。具體的說，是一種 當電力系統交流輸電線路發生接地故障時，用於判斷故障方向的方法。
(二) 背景技術：
為保證選擇性，線路保護中都配置有方向元件，零序方向元件是使用最廣泛 的一種，用於系統中發生接地故障時，故障方向的判別。目前的零序方向元件， 一般是通過檢測零序電壓和零序電流之間的角度，如果這個角度在一定範圍內， 則判斷為正向或者反向。這種方法的缺陷在於，對於某些系統中的某些接地故障， 零序電壓可能很小，靈敏度不能滿足要求，導致方向判別錯誤。特別是在線路上 發生高阻接地的情況下，零序電壓可能很小，有時甚至不能和幹擾相區分。另外， 由於系統的不平衡，有的線路在正常運行中，線路上就存在零序電壓，在故障時， 保護感受到的零序電壓是故障產生的零序電壓和不平衡零序電壓的疊加，用疊加 後的電壓來判斷方向，有時會得出錯誤的結果。
(三)
發明內容
本發明的目的在於提供了一種電力系統繼電保護的故障方向判定方法，用於 系統中發生接地故障時，故障方向的判別。所要解決的技術問題是根據故障分
量零序電抗與定值的大小關係來區分故障方向；即使感受到的故障分量零序電壓
的幅值較小，仍可以準確地判別故障方向。
本發明的技術方案如下
一種電力系統繼電保護的故障方向判定方法，其特徵在於在被保護線路段 任一側設置保護裝置，首先，保護裝置採集本側三相電壓和電流值，計算本側零序故障分量電壓相 量A《、零序故障分量電流相量A/。；
其次，根據零序故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量零序電抗X。， I。
為零序故障分量電壓相量和零序故障分量電流相量之間的比值的虛部，
最後，進行判定，如果X。〈^x^。， X,。為線路零序電抗，i^為正向故障電 抗可靠係數，且lA/。卜4,, L為電流定值，則確定為正向故障；如果Z。〉^xJ^。， i^為反向故障電抗可靠係數，且IA/J〉4,，則確定為反向故障。
戶萬述i^的整定原貝廿為0.1 Si:F 20.4;戶萬述^/;的整定原貝U為0.6^^^20.9; 所述4,的整定原則為4,=0.1In-0.5In， 1。是線路本側電流互感器二次額定值。
^優選0.4; &優選0.6; /,e,優選0.2In。
故障分量的計算採用故障後數據減去故障前數據的方法，將得到的故障分量 數據，使用全周傅立葉算法，計算出故障分量相量。通過計算本側零序故障分量
電壓相量A《和零序故障分量電流相量A/。，然後計算出故障分量零序阻抗，，
A/0
取其虛部，得到故障分量零序電抗，X。=Im(A《/A/。)，根據故障分量零序電抗與 定值的大小關係來區分故障方向。
當線路上發生正向接地故障時，故障分量零序電抗等於背側的系統電抗，極 性為負，因為極性的關係，它總是小於線路零序電抗。當線路上發生反向接地故 障時，故障分量零序電抗等於線路和對側系統的零序電抗之和，大於線路電抗。
根據這個特點，可以判斷接地故障的方向。
本發明中故障分量零序電抗X。為零序故障分量電壓相量與零序故障分量電流
相量之間的比值的虛部。通過計算故障分量零序電抗，根據故障分量零序電抗與 定值的比較結果，來判斷故障方向。該方向元件的優點在於，該方向元件不受統正常運行時存在的不平衡電壓的影響，靈敏度高，不需要設置電壓門檻，即使 感受到的故障分量零序電壓的幅值較小，仍可以準確地判別方向。
(四)
圖l是保護裝置連接圖，以m側的保護為例。 圖2是發生正向接地故障時的零序故障分量等效網絡。 圖3是發生反向接地故障時的零序故障分量等效網絡。 圖4是正向和反向區域描述圖。
(五) 具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。
參照圖1，在m側有保護裝置。線路的保護裝置具有數據處理功能，能夠採 樣本側的三相電壓和電流，控制本側的執行機構。保護裝置採樣本側的三相電壓 和電流，計算出故障分量零序電抗，然後進行方向判別。
圖2、圖3分別為發生正向、反向接地故障時的零序故障分量網絡圖，雙側電 源供電的線路在F點發生了接地故障。圖中，z, ，、 ^分別為線路兩側零序電源阻 抗，Z,。為零序線路阻抗，A&。為F點的零序故障分量電勢，A/,。為流過故障支 路的零序電流，i^。為故障點處的零序電阻，A《、A/。分別為母線附處的零序故障 分量電壓和電流。m處故障分量零序阻抗為
故障分量零序電抗為故障分量零序阻抗的虛部
Z0=Im(Z0) (l)
當發生正向接地故障時，如圖2所示，對於裝在母線w處的保護裝置，可知: A《A/。xZ訓
所以，母線《處的故障分量零序阻抗為
Z0=A《/A/0=-ZOT, (2)當發生反向接地故障時，如圖3所示，可知
AKx(Zi0+ZOT)
所以，
Z0=A《/A/0=Zi0+ZOT (3) 結合式(2)和式(3)可知，當發生正向接地故障時， m側的故障分量零序電抗為
A = - A", (4)
其中，1。和X,",分別為故障分量零序電抗和m側系統的零序電抗。 當發生反向接地故障時，
I=XiO+I.m (5)
其中，A。和《 分別為線路和n側系統的零序電抗。
由式(4)、 (5)可知，當發生正向接地故障時，故障分量零序電抗的極性為負， 因為極性的關係，它總是會小於線路零序電抗，即^。^。。因此，可以根據故障分量零序電抗來判斷接地故障的方向。
基於故障分量零序電抗的方向元件即據此提出，判據為
f o < ^ x ZM
- (6) A/0 |>乙，
Z0 >x Xi0
(7)
當故障分量零序電抗和線路零序電抗之間的關係滿足式(6)時，為正向故障；
滿足式(7)時，為反向故障。式(6)和式(7)中的^、 ^分別為正向和反向判據的電抗 可靠係數，^是電流定值。^和^應取不同的數值，且^小於&，以使正向區域 和反向區域完全分開，保證可靠性。 一般地，^可以設定為0.4， y^可以設定為0.6， 如此，正向範圍和反向範圍沒有交迭區，而且正向區域和反向區域都有較大裕度。4,可以設置為0.2/ ， / 為CT二次側的額定電流，足以保證方向判別的 可靠性。
圖4為由正向門檻i^xX,。和反向門檻&xX,。確定的正向區域和反向區域， 《F<&。從圖中可以看出，正向區域和反向區域之間，沒有交迭區。發生正向接 地故障時，故障分量零序電抗小於零，位於橫軸以下；發生反向接地故障時，故 障分量零序電抗大於線路零序電抗。當、取為0.4， ^取為0.6時，正向區域和反 向區域都有較大裕度，有利於可靠的判斷方向。線路電抗^。越大，此方向元件的 可靠性越高。
故障分量零序電抗方向元件有以下性能
(1) 不受負荷影響，不受過渡電阻影響，靈敏度高，不受正常運行時的不平 衡電壓的影響。
基於故障分量零序電抗的方向元件，採用故障分量，不受負荷影響，不受正常 運行時的不平衡電壓的影響。
結合式(4)和式(5)可知，故障分量零序電抗僅與系統和線路的零序電抗有關，與
過渡電阻無關，可知該方向元件不受過渡電阻的影響。
從式(6)和式(7)可知，該元件的靈敏度受限於電流定值4,，因系統正常運行時，
並無故障分量，而目前的微機保護測量精度高，所以4,可以取較低的數值，設置為 0.2/ 時，己足以滿足判別方向的可靠性。由此可知，該方向元件的靈敏度高。
(2) 不需要設定電壓門檻，當保護感受到的故障分量零序電壓較低，甚至接 近於零時，仍可以準確的判別方向。
當發生反向接地故障時，只要電流條件滿足要求，|A/。|>4,，裝置感受到的故 障分量零序電壓和電流總是滿足式(3)所描述的關係，故障分量零序電抗等於線路和 對側系統的零序電抗之和，大於線路的零序電抗，式(7)滿足，而式(6)不滿足，基於 故障分量零序電抗的方向元件可以準確的判別出故障方向。當發生正向接地故障時，如果裝置背後是大電源，或故障點遠離保護安裝處， 保護感受到的故障分量零序電壓會較小。基於故障分量零序電抗的方向元件，電流 條件需滿足要求，|A/。|>4,，裝置感受到的故障分量零序電壓和電流滿足式(2)所描
述的關係，故障分量零序電抗等於負的背後系統零序電抗，其小於線路的零序電抗。 當故障分量電壓較小，甚至接近於零時，計算的故障分量零序電抗也會很小，式(6) 滿足，而式(7)不滿足，基於故障分量零序電抗的方向元件可以準確的判別出故障方 向。
容易得出，線路越長，線路零序阻抗越大，基於故障分量零序電抗的可靠性越
高。當線路很短時，考慮極端情況，假設線路零序電抗接近於零，則式(6) 、 (7)中
的電抗門檻^x^。和^xX,。接近於零，保護不能區分正向和反向的電抗門檻，則 不能準確的判別方向。 一般地，當^z。MQ (二次值)時，因微機保護的測量精度 高，該方向元件己經具有較高的可靠性。而實際系統中的線路零序電抗一般滿足 A。 >1Q的關係，基於故障分量零序電抗的方向元件可以滿足實際電力系統的要求。
(3)實現簡單。
傳統的反映電壓和電流之間相角的方向元件，需要對靈敏角進行設定。而基於 故障分量零序電抗的方向元件，使用電抗分量來判別方向，僅需比較故障分量零序 電抗和相應門檻之間的大小，而非判斷角度區域，不需要考慮靈敏角，實現簡單。
權利要求
1、一種電力系統繼電保護的故障方向判定方法，其特徵在於在被保護線路段任一側設置保護裝置，首先，保護裝置採集本側三相電壓和電流值，計算本側零序故障分量電壓相量 top= "59" left = "23"/>零序故障分量電流相量 top= "59" left = "86"/>其次，根據零序故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量零序電抗X0，X0為零序故障分量電壓相量和零序故障分量電流相量之間的比值的虛部，<![CDATA[ X 0=Im ( U 0 I 0 ); ]]>最後，進行判定，如果X0＜kF×XL0，XL0為線路零序電抗，KF為正向故障電抗可靠係數，且<![CDATA[ | I 0|> I set, ]]> top= "116" left = "51"/>Iset為電流定值，則確定為正向故障；如果X0＞kR×XL0，KR為反向故障電抗可靠係數，且<![CDATA[ | I 0|> I set, ]]> top= "127" left = "86"/>則確定為反向故障。
2、 根據權利要求l所述的電力系統繼電保護的故障方向判定方法，其特徵在 於戶萬述/^的整定原貝lJ為O.l^^f. S0.4;戶萬述^^的整定原貝U為0.6 2〖s S 0.9 ; 所述^的整定原則為4,=0.1In-0.5In， In是線路本側電流互感器二次額定值。
3、 根據權利要求l所述的電力系統繼電保護的故障方向判定方法，其特徵在 於^=0.4; ^=0.6; /,e,=0.2In。
全文摘要
本發明涉及電力系統繼電保護領域，公開了一種故障方向判定方法，用於系統中發生接地故障時，故障方向的判別。包括在被保護線路段某側設置有保護裝置，通過計算本側零序故障分量電壓相量ΔU0和零序故障分量電流相量ΔI0，然後計算出故障分量零序阻抗ΔU0/ΔI0，取其虛部，即為故障分量零序電抗，X0＝Im(ΔU0/ΔI0)，根據故障分量零序電抗與定值的大小關係來區分接地故障的方向。
文檔編號G01R27/02GK101539606SQ20091002062
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月8日 優先權日2009年4月8日
發明者猛 關, 凱 劉, 嶽增輝, 權憲軍, 李小濱 申請人:煙臺東方電子信息產業股份有限公司