引入電流故障分量的非接地短路故障選相方法

三峽大學電氣與新能源學院 王 豐 方 雯

1.引言

故障選相是綜合重合閘裝置[1]不可缺少的一部分，對提高電力系統的供電可靠性和系統穩定性起著至關重要的作用。傳統的故障選相方法主要基于工頻電氣量，存在速度慢，易受系統運行方式、線路分布電容和過渡電阻等的影響。因而國內外學者將目光轉向性能更好的基于暫態量[2]的方法的研究。本文對采用行波原理的故障選相方法進行分析，發現在某些故障合閘角下，三相短路被誤判為兩相短路。針對上述情況，進行仿真分析，引入電流故障分量，提出改進的非接地短路故障的選相方法，并驗證其有效性。

2.模量分析

本文采用式（1）所示的相模變換矩陣[3]進行解耦，

設故障時刻4個模量的絕對值分別為M0、M1、M2和M3，根據邊界條件，可以得出：當M0=0時，M1、M2和M3中的一個模量的值為另外兩個線模量的兩倍，可判斷為兩相短路故障，否則，為三相短路故障。

3.仿真驗證

在Matlab/simulink建立電力系統仿真模型，在半個工頻周期內，改變故障合閘角，每間隔30°對AB兩相短路以及ABC三相短路故障分別進行仿真。并對數據進行處理，為增加可靠性，取故障時刻開始后5點相應模量的平均值作為故障時刻的各模量值，數據如表1所列。

表1中，考慮誤差影響，對于AB兩相短路，除150°外，能正確選相。在ABC三相短路故障中，帶下劃線的數據會誤判為AB、BC和AC兩相短路故障中的一種，其他故障合閘角下，能給出正確結果。

現以AB兩相短路（故障合閘角為150°）和ABC三相短路（故障合閘角為60°）為例，繪制誤判情況的模電流波形如圖1和圖2所示，并對誤判結果進行分析。

表1 不同故障合閘角下非接地短路故障的選相數據

圖1 AB兩相短路（故障合閘角為150°）處理后的模電流

由圖1可以看出在求和以及差分處理后，故障時刻的模電流仍能使M1=2M2=2M3成立，能正確選相。但在圖2所示ABC三相短路的模電流中也能使M1=2M2=2M3成立，因而會出現將ABC三相短路故障誤判為AB兩相短路。

圖2 ABC三相短路（故障合閘角為60°）的電流1、2、3模量

根據AB兩相短路的邊界條件可知，C相的電流故障分量為零，而三相短路故障不存在這種情況。因此，引入電流故障分量的補充判據，即：

以AC兩相短路（故障合閘角為30°）和ABC三相短路（故障合閘角為120°）為例，仿真驗證補充判據的有效性，結果如表2所示，考慮誤差因素，仿真結果正確。

表2 引入電流故障分量的選相數據

4.總結

本文在分析基于行波故障選相的基礎上，通過仿真發現其存在的不足，并將故障電流分量引入，以區分兩相短路和三相短路。仿真結果顯示該方法具有一定的可行性，但在本文中噪聲干擾等問題還尚未考慮，還需進一步研究。

[1]張鳳琴.220～500千伏綜合重合閘的選相元件分析[J].繼電器,1987,(04):26-34.

[2]羅四倍,段建東,張保會.基于暫態量的EHV/UHV輸電線路超高速保護研究現狀與展望[J].電網技術,2006,30(22):32-41.

[3]宋國兵,李森,康小寧,周德生,楊忠禮,索南加樂.一種新相模變換矩陣[J],電力系統自動化,2007,31(14):57-60.