一種新的基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯

李鵬程

(國網天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

一種新的基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯

李鵬程

(國網天津市電力公司城西供電公司，天津 300113)

系統振蕩閉鎖過程中需要在發生故障時能快速開放保護。詳細分析了不同故障形式下保護安裝處各序電流分量的幅值特征，然后基于各自幅值特點賦予不同的權重系數，構成新的振蕩閉鎖再開放邏輯。新的邏輯對于一切不對稱故障都適用，仿真實驗證明了新的開放邏輯的正確性。

序分量；權重；振蕩閉鎖；距離保護

0 引 言

系統振蕩屬于不正常的運行狀態，但不是故障狀態，一般可以通過自動裝置的調節拉入同步[1]。距離保護作為高壓線路的主保護之一[2]，極易受系統振蕩的影響：系統振蕩容易誘發距離保護誤動。為了防止保護誤動現象，工程當中一般采用振蕩閉鎖邏輯：即系統振蕩時，將距離保護退出運行。

但在系統振蕩閉鎖中，如再次發生故障，需要再次開放距離保護，及時清除故障。文獻[5]通過改進啟動繼電器，實時計算短時開放時間，提出了對稱開放和不對稱開放的新判據；文獻[6]利用保護安裝處的電壓和距離元件保護范圍末端電壓之間的夾角實現振蕩閉鎖和開放目的；文獻[7]提出了一種基于保護安裝處三序電流比值的方法識別振蕩中不對稱故障；文獻[8]利用兩相電流包絡線之差的突變量作為判據識別振蕩中各種不同故障；文獻[9]提出了利用廣域信息的距離保護振蕩閉鎖再開放方案，但僅適用于距離后備保護。

通過詳細分析不同故障形式下保護安裝處的序電流幅值的變化特征，提出了一種基于序分量權重的振蕩閉鎖再開放邏輯：負序電流的權重系數大于正序電流權重系數，而零序電流的權重系數最小。新的振蕩閉鎖再開放邏輯適用于任何的不對稱故障，大量的仿真實驗結果驗證了新的開放邏輯的正確性。

1 不同故障形式下序電流特性分析

圖1給出了典型的雙端電源系統示意圖，其中ZL表示線路阻抗，F表示線路故障點。

圖1 雙側電源電路圖

當系統兩側傳輸的功率周期性發生大范圍變化時，稱為系統振蕩[11]。系統振蕩時可能造成距離保護誤動[10]，因此需要采用振蕩閉鎖邏輯來防止保護誤動。但如果在閉鎖過程中再次發生故障，需要閉鎖環節在短時間內迅速、可靠地再次開放保護。因此尋求系統振蕩中再故障時電流的暫態特性尤為關鍵。考慮到系統振蕩不同于線路發生故障，不會產生零序和負序分量，因此可以通過研究序分量特征來識別振蕩中再故障。

1.1 單相接地故障序電流特性分析

圖2給出了發生單相接地故障時序網圖，其中正、負、零三序網絡通過串聯相連接。I1、I2、I0表示故障支路的三序電流；E表示從故障點看進去戴維南等值電動勢，其幅值約等于故障點未故障時的電壓。

圖2 單相接地故障序網圖

由圖2可知

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得

(3)

1.2 兩相接地故障序電流特性分析

圖3給出了發生兩相接地故障時序網圖，其中正、負、零三序通過并聯相連接。

圖3 兩相接地短路序網圖

由圖3可知

(4)

對于M側保護安裝處的三序電流，顯然存在

(5)

將式(5)代入式(4)可得

(6)

由數學知識可得

(7)

1.3 相間故障序電流特性分析

圖4給出了發生相間故障時序網圖，其中只存在正、負序網絡，不存在零序網絡。

圖4 相間故障序網圖

由圖4可知

(8)

則M側保護安裝處存在

(9)

雖然相同短路時不存在零序電流，但顯然式(10)仍然成立。

(10)

2 基于序電流權重的振蕩閉鎖再開放邏輯研究

通過式(3)、式(7)和式(10)可以看出，當線路發生故障時，保護安裝處的三序電流大致存在如下關系：

(11)

考慮到式(7)存在CM1/CM0系數，同時式(10)僅等號成立，為了在3種故障形式下都滿足某一特定的關系式，可以將式(11)改寫為

(12)

式中，m1、m2、m0分別稱為三序電流的權重系數。其具體取值按照如下規則：

1)考慮到相間故障并無零序電流，為了在相間故障時式(12)同樣成立，所以可以降低零序電流的權重，即m0可以取較小數值；

2)為了保護振蕩再故障時能可靠地開放保護，m2取值應大于m1。

考慮到上述要求，可以將振蕩閉鎖再開放邏輯定為

(13)

如果滿足式(13)，則表明系統發生了故障，需要快速開放保護；如果是對稱性故障，則此時沒有負序和零序電流，此時該邏輯失效，但可以采用文獻[8-9]提出的功率變化率或者Ucosφ的開放方法。

3 仿真分析

基于PSCAD/EMTDC搭建了如圖1所示的仿真模型，其中線路正、負序參數為z1=z2=0.035+j0.05(Ω/km)，零序參數為z0=0.036+j0.132(Ω/km)。故障時刻為0.5 s，故障持續時間為0.05 s。

3.1 單相接地故障仿真驗證

圖5給出了系統振蕩時發生A相接地故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖5(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除A相接地故障，防止故障的繼續擴大。

圖5 單相接地故障仿真驗證

3.2 兩相接地故障仿真驗證

圖6給出了系統振蕩時發生AB相接地故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖6(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除AB相接地故障。

3.3 相間故障仿真驗證

圖7給出了系統振蕩時發生BC相間故障時M側保護安裝處三序電流幅值變化曲線。通過圖7(a)可以看出，零序電流為0；通過圖7(b)可以看出，此時0.8I2+0.2I0>0.5I1，滿足振蕩閉鎖再開放條件，保護會再次開放，及時清除相間故障。

圖6 兩相接地故障仿真驗證

圖7 相間故障仿真驗證

通過上面的分析可以看出，對任何的不對稱故障，都滿足保護再次開放條件，因此新的開放邏輯具有較強的適用性。

4 結 論

振蕩閉鎖過程中如再次發生故障，需要及時開放保護并清除故障。詳細分析了各種不對稱故障形式下保護安裝處三序電流的幅值特性，并賦予了不同的權重系數：負序系統大于正序系數，零序系統最小。新的開放邏輯能使用各種不對稱故障，具有較好的工程應用價值。

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The power swing block should be re-operated when fault occurs.The characteristics of sequence currents under different fault types are analyzed in detail.Then，different weights are added to the sequence current amplitudes.The novel logic can be applied to any unbalanced fault，and simulation results prove it to be correct.

sequence components；weight；swing bolck；distance protection

TM774

A

1003-6954(2017)03-0078-04

2017-01-08)

李鵬程(1988)，工程師，主要從事配電維修工作。