科技名词定义
中文名称:
电流速断保护
英文名称:
instantaneous current protection,current quick-breaking protection
定义:
以保护装置的动作电流大于保护区域外短路时的最大短路电流而获得选择性的一种电流保护。
所属学科:
电力(一级学科) ;继电保护与自动化(二级学科)
电流速断保护按被保护设备的短路电流整定,当短路电流超过整定值时,侧保护装置动作,断路器跳闸,电流速断保护一般没有时限,不能保护线路全长(为避免失去选择性),即存在保护的死区.为克服此缺陷,常采用略带时限的电流速断保护以保护线路全长.时限速断的保护范围不仅包括线路全长,而深入到相邻线路的无时限保护的一部分,其动作时限比相邻线路的无时限保护大一个级差.
特点
接线简单,动作可靠,切除故障快,但不能保护线路全长,保护范围受到系统运行方式变化的影响较大。
三段式电流保护中,电流速断保护和限时电流速断保护是线路的主保护,过电流保护是近后备保护。电流速断保护作为主保护的优点是简单可靠,动作迅速,因而得到广泛的应用,但是它不能保护线路的全长,并且保护范围直接受到系统运行方式变化的影响。由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长,因此加入限时电流速断保护,用来切断本线路上速断保护范围以外的故障,同时也作为速断的后备。过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置,它在正常运行的时候不应该启动,而在电网发生故障时,则能反应于电流的增大而动作,在一般情况下,它不仅能够保护本线路的全长,而且也能保护相邻线路的全长,以起到后备保护的作用。
对第二段保护的要求是:能保护线路的全长,还应有尽可能短的动作时限,这是构成时限电流速段保护的基础,要保护线路的全长,保护区必然会延伸至下一线路的一部分,而其灵敏度校验是以本线路的末端作为校验点,根据规程,此灵敏系数不得低于1.25。
配合原理图和计算公式就比较容易理解了。
这是继电保护里面的,一般是一个变压器后面到下一个变压器之间为一段,电流保护就是对电流的变化做出保护反应。三段保护就是对三段之后的电流变化做出反应。也就是说,现在在主线上由于变压器将主线分为了A,B,C,D四段。那么对A段的电流保护要考虑其本身出问题的时候带来的影响,这个称为一段保护,要考虑B段对A的影响,那么就要考虑二段保护,要考虑C对A的影响,就要考虑三段保护。
一般整定的时候都是乘以一个整定系数。具体的要看了。一般取1.25
当保护线路上发生短路故障时,其主要特征为电流增加和电压降低。电流保护主要包括:无限时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。电流速断、限时电流速断、过电流保护都是反映电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定,限时电流速断是按照躲开下一级相邻元件电流速断保护的动作电流整定,而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。但由于电流速断不能保护线路全长,限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护,因此,为保证迅速而有选择地切除故障,常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起,构成三段式电流保护。具体应用时,可以只采用速断加过电流保护,或限时电流速断加过电流保护,也可以三者同时采用。
电流速断部分由继电器1-3组成、限时电流速断部分由继电器4-6组成和过电流保护由继电器7-9组成。由于三段的启动电流和动作时间整定得均不相同,因此,必须分别使用三个电流继电器和两个时间继电器,而信号继电器3、6、9分别用以发出I、II、III段动作的信号。
使用I段、II段或III段组成的阶段式电流保护,起最主要的优点就是简单、可靠,并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。因此,在电网中特别是在35kV及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应用。
电流速断保护
电流速断保护按被保护设备的短路电流整定,当短路电流超过整定值时,则保护装置动作,断路器跳闸,电流速断保护一般没有时限,不能保护线路全长(为避免失去选择性),即存在保护的死区.为克服此缺陷,常采用略带时限的电流速断保护以保护线路全长.时限速断的保护范围不仅包括线路全长,而深入到相邻线路的无时限保护的一部分,其动作时限比相邻线路的无时限保护大一个级差.
电流速断保护的特点
接线简单,动作可靠,切除故障快,但不能保护线路全长,保护范围受到系统运行方式变化的影响较大。速断保护是一种短路保护,为了使速断保护动作具有选择性,一般电力系统中速断保护其实都带有一定的时限,这就是限时速断,离负荷越近的开关保护时限设置得越短,末端的开关时限可以设置为零,这就成速断保护,这样就能保证在短路故障发生时近故障点的开关先跳闸,避免越级跳闸。定时限过流保护的目的是保护回路不过载,与限时速断保护的区别在于整定的电流相对较小,而时限相对较长。这三种保护因为用途的不同,不能说各有什么优缺点,并且往往限时速断和定时限过流保护是结合使用的。
什么是电流速断保护
对高压来讲,过流保护一般是对线路或设备进行过负荷及短路保护,而电流速断一般用于短路保护。过流保护设定值往往较小(一般只需躲过正常工作引起的电流),动作带有一定延时; 而电流速断保护一般设定值较大,多为瞬时动作。 三段式过流保护包括:
1、瞬时电流速断保护(简称电流速断保护或电流Ⅰ段)
2、限时电流速断保护(电流Ⅱ段)
3、过电流保护(电流Ⅲ段)
这三段保护构成一套完整的保护。
它们的不同是保护范围不同:
1、瞬时电流速断保护:保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%
2、限时电流速断保护:保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15%
3、过电流保护:保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长 电流速断保护和其它保护的区别
电网中电气设备发生故障时,短路电流很大,根据继电器的基本动作原理可知,如果预先通过计算,将此短路电流整定为继电器的动作电流,就可对故障设备进行保护。过电流保护和电流速断保护正是根据这个原理而实现的。为了保证动作的选择性,根据短路电流的特点(故障点越靠近电源,则短路电流越大),过电流保护是带有动作时限的,而电流 速断保护则不带动作时限,即当短路发生时,它立即动作而切断故障,故它没有时限特性,常用来和过流保护配合使用。
速断保护不能保护线路全长,只能有选择性地保护线路一部分,余下部分为速断保护的死区。为避免上述情况,速断保护也可做成略带时限,称为时限电流速断保护。它和无时限电流速断配合,以消除电流速断保护的动作死区。
中性点直接接地电网的自适应零序电流速断保护_袁兆强
第33卷第9期2007年 9月
高 电 压 技 术
HighVoltageEngineeringVol.33No.9Sep. 2007
#95#
中性点直接接地电网的自适应零序电流速断保护
袁兆强,刘 辉
(三峡大学电气信息学院,宜昌443002)
摘 要:为了尽可能减小线路零序电流速断保护的保护范围受系统运行方式变化等因素的影响,提出了一种自适应零序电流速断保护的实现方法。该方法假设输电线路两侧的保护之间具有通信通道,系统发生短路时线路两侧的保护能够实时计算出系统等值阻抗并经通信通道实时传送给对侧的保护,两侧的保护装置可根据短路类型实时调整零序电流速断保护的动作整定值。通过计算不同接地短路类型时零序电流速断保护灵敏度的公式,表明零序电流速断保护的保护范围不仅受系统运行方式变化的影响,还受接地短路类型的影响。仿真计算结果表明,文章提出的自适应式零序电流速断保护的实现方法可有效减小系统运行方式变化及短路类型不同对保护范围的影响,使保护的性能大大提高。
关键词:零序电流;速断保护;自适应继电保护;微机保护;零序保护;继电保护中图分类号:TM773文献标志码:A文章编号:1003-6520(2007)09-0095-05
AdaptiveInstantaneousZeroSequenceCurrentProtectionintheNeutral
DirectlyGroundedPowerSystems
YUANZhao-qiang,LIUhui
(DepartmentofElectricEngineeringandInformationTechnology,
ThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)
Abstract:Inordertoreduceinfluencesofvarietiesofoperationconditionsofpowersystemsanddifferencesof
groundedfaulttypeontheprotectingrangeoftheinstantaneouszerosequencecurrentprotectionsoftransmissionlines,afeasiblemethodforrealizingtheadaptiveinstantaneouszerosequencecurrentprotectionswasputforward.Themethodsupposesthattheprotectiondevicesofendsofatransmissionlinecouldcalculaterea-ltimeequivalent
impedancesofapowersystemofthebackoftheplaceofdeviceinstallationwhenfaultoccurs,andthedevicescouldsendthecalculationresultseachotherbycommunicationchannelveryrapidly.Inthisway,theprotectiondevicecoulddistinguishthetypeofgroundedfault,anditadjuststhesettingoftheinstantaneouszerosequencecurrentprotectionbasedontheoperationconditionsofpowersystemandthetypeofgroundedfaultinrea-ltime.Adouble
endssourcepowersystemforsimulationexamplewasadoptedtocalculateindividuallyprotectingrangeofdifferentgroundedfaulttypesonmaximumoperationconditionsandminimumoperationconditionsofpowersystem,andtheadaptiveinstantaneouszerosequencecurrentprotectionswerecomparedwiththetraditionalinstantaneouszerose-quencecurrentprotections.Thesimulationresultsindicatethattheprotectingrangeofthedeviceisseasonedwithchangesofoperationconditionandofgroundedfaulttype,andtheproposedmethodwillremarkablylimittheaffec-tioncausedbyvarietiesofoperationconditionsofpowersystemanddifferencesofgroundedfaulttype.Itcankeeptheperformanceofprotectionoptimal.
Keywords:zerosequencecurrent;instantaneouszerosequencecurrentprotection;adaptiveprotectionrelay;micro-computer-basedprotections;zerosequenceprotections;protectionrelay
0 引 言
我国\110kV电压等级电网(即大电流接地系统)由于绝缘子污秽[1,2]、雨雪天气及雷击[3,4]等原因,发生接地短路故障的机率远高于相间短路[5,6],因此广泛采用零序电流保护作为接地短路的保护,零序电流速断保护一般作为零序电流I段,可快速切除被保护线路接地短路故障。传统零序电
基金资助项目:湖北省自然科学基金(2006ABA202)。
ProjectSupportedbyNaturalScienceFoundationofHubei.
[7,8]
流速断保护的动作整定值是事先离线计算出来的,并在保护装置投入运行之前通过人机对话接口(键盘和显示器)输入给装置,运行过程中保护的动作整定值不能改变[9]。由于现代电网的结构越来越复杂,运行方式也经常变化,特别是中性点运行方式的改变、输电线路的投入和退出等对零序电流速断保护的保护范围(也称为灵敏度)影响很大。自适应继电保护[10-12]的出现为解决上述问题提供了一条可行的路径。自适应保护可以根据电网结构和运行状态的变化以及故障的类型实时地、自动地改变保护的特性,从而更准确、更有效、更及时地切除故障。
#96#Sep.2007High Voltage EngineeringVol.33No.9
1 自适应零序电流速断保护的基本原理1.1 基本假设
以图1所示电网中输电线路MN的零序电流
保护为例进行讨论。
4)计算保护1处的零序电流3IM,0。接地支路的零序电流计算如下:
如果是单相接地短路,则:
3Ik,0=3UN[0]/(Z1E+Z2E+Z0E),如果是两相接地短路,则:
,1)3I(k1,0=3UN[0]/(Z1E+2Z0E),(1)
(8)(9)
因此,保护1处的零序电流3IM,0为:
3IM,0=3Ik,0ZS2,0/Z0,(10)
式中,x=1或1,1,分别为单相和两相接地短路。
自适应零序电流速断保护的整定值为:
3Ic1,0,set=3IM,0Kck,
k为可靠系数,可取1其中,Kc12~113。
(x)
图1 中性点直接接地电网示意图Fig.1 Powergridwithneutraldirectlygrounded
设ZS1,1、ZS1,2、ZS1,0分别为系统S1的正、负和零序阻抗;ZS2,1、ZS2,2、ZS2,0分别为系统S2的正、负和零序阻抗;ZMN,1、ZMN,2、ZMN,0分别为线路MN的正、负和零序阻抗。
自适应零序电流速断保护的基本原理是,在电网发生短路故障时,保护装置根据实时检测到的接地故障短路类型和系统阻抗参数,在线计算零序电
流速断保护的动作整定值,然后将实时测量到的零序电流与动作整定值比较,以判断动作与否。因此,作以下几点假设:
1)电网发生短路故障时,保护1能实时计算其背后电网的等值阻抗ZS1,1、ZS1,2、ZS1,0,同样,保护2也能够实时计算出其背后电网的等值阻抗ZS2,1、ZS2,2、ZS2,0;还假设系统的正、负序阻抗相等。
2)线路MN的参数ZMN,1、ZMN,2、ZMN,0作为已知量已事先输入到保护1和保护2中;
3)保护1与保护2之间存在着高速数据通信通道,它们可以高速互传数据。
1.2 在线整定步骤
自适应零序电流速断保护实时整定过程如下:
1)故障前计算末端N母线的电压UN[0],即:
UN[0]=|UM[0]-ZMN,1Iload|,
或者由对侧保护2经通信通道传递。
2)故障后实时计算保护背后系统的等值正、负和零序阻抗,并经通信通道从线路对侧保护装置获得对侧系统的等值正、负和零序阻抗。
3)计算末端N母线单相接地短路时,电网的正、负、零序综合阻抗参数:
Z1E=ZS2,1(ZS1,1+ZMN,1)/Z1,Z2E=ZS2,2(ZS1,2+ZMN,2)/Z2,Z0E=ZS2,0(ZS1,0+ZMN,0)/Z0,
式中:
Z1=ZS1,1+ZMN,1+ZS2,1,Z2=ZS1,2+ZMN,2+ZS2,2,00(5)(6)((2)(3)(4)(1)
(11)
2 保护背后等值系统的阻抗参数计算
设电力系统发生接地短路故障时,保护安装处测量到的三相故障分量电压为Uag、Ubg和Ucg,三相
故障分量电流为Iag、Ibg、Icg。由此,可以容易地得到正、负和零序故障分量电压U1g、U2g、3U0g和电流I1g、I2g、3I0g。
这样,保护背后等值系统的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗计算如下:
ZSx,y=Uyg/Iyg,
0,分别表示正序、负序和零序。3 自适应零序电流速断保护的灵敏度
以下讨论图2(a)电网中MN线路M侧保护1的自适应零序电流速断保护的灵敏度(保护范围)。
假设在离保护1安装点A(A<>
设ax、bx、cx(x=1、2或0)与阻抗参数关系为:ax=-ZMN,x/Zx,(13)bx=(ZMN,x/Zx)(ZMN,x+ZS2,x-ZS1,x),(14)
cx=(ZS1,x/Zx)(ZMN,x+ZS2,x)。
(15)
为了简化起见,以下分析中均忽略阻抗中的电阻。经推导得出,发生接地短路时,零序电流速断保护的保护范围可用下式一般地表示,即:
(y)A=(-B(y)-2
(12)
式中,x=1,2,分别表示系统S1和系统S2;y=1,2,
-4C)/2,
(y)
(16)
(y)
式中,y表示短路类型,y=1表示单相接地短路,y=1,1表示两相接地短路。式中的B
式所示:
B
(y)
和C如下
=
(b(y)+MN,0#k[0]),aZ0A
(17)
C(y)=
(c(y)-MN,0S2,0k[0]),(18)0A
2007年9月高 电 压 技 术第33卷第9期#97#
式中,Uk[0]表示故障前短路点K点的电压;A为零序电流速断保护的动作值,即A=3Ic1,0,set
。路MN的正、负阻抗ZMN,1=ZMN,2=408,零序阻抗
ZMN,0=1208。两端电源的正、负及零序阻抗见表1。
表1 两侧系统的正、负及零序阻抗参数表Tab.1 Positive,negativeandzerosequence
impedancesofthesystemS1andS2
系统
最小
正(负)序阻抗/8零序阻抗/8
1020
S1
最大2040
最小3040
S2
最大6080
系统S1和S2的正(负)序阻抗和零序阻抗取值有16种不同的组合,如表2所示。表2中将16种方案分成4组,每组4种方案。每组中系统S1和S2的零序阻抗取值固定不变,只是正(负)序阻抗的取值发生变化。
传统的零序电流速断保护对接地短路动作电流的整定计算原则是躲过线路末端接地短路时流过保护安装处的最大零序电流,因此,必须对表2所示的16种方案逐一计算,找出线路MN末端接地短路时流过保护1安装处的最大零序电流,计算结果如表3所示。计算短路电流时,短路点故障前的电压近似取线路的平均标称电压。
表2 仿真计算方案表
Tab.2 Schemeofsimulationcalculations
图2 K点接地短路时电网及各序网络示意图Fig.2 Powergridandsequencesnetwork
atKpointgroundingfault
分组
方案编号1
第一组
2345
第二组
6789
第三组
10111213
第四组
141516
系统S1
正(负)序阻抗
最小最小最大最大最小最小最大最大最小最小最大最大最小最小最大最大
零序阻抗最小最小最小最小最大最大最大最大最小最小最小最小最大最大最大最大
系统S2
正(负)序阻抗
最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小最大
零序阻抗最小最小最小最小最大最大最大最大最大最大最大最大最小最小最小最小
当y=1时,a(1)、b(1)、c(1)分别为:
a(1)=a1+a2+a0,b(1)=b1+b2+b0,c
(1)
(19)(20)(21)(22)(23)(24)
分别为
=c1+c2+c0。
(1,1)
当y=1,1时,a
a
、b
(1,1)
、c
(1,1)
(1,1)
=a1+2a0,
b(1,1)=b1+2b0,c(1,1)=c1+2c0。
可见,零序电流速断保护的灵敏度受系统运行方式和接地短路类型影响,影响程度与系统和线路的正、负、零序阻抗参数大小紧密相关。
由式(16)还可以看出,零序电流速断保护的保护范围(即灵敏度)的计算比较复杂,直接用解析式来比较传统零序电流速断保护和自适应零序电流速断保护的保护范围的大小比较麻烦。因此,下面用算例进行比较。4 算例分析
, 由表3计算结果看,保护1安装处的最大零序电流发生在对应方案9的运行方式下线路MN末
端单相接地短路时。这样,保护1传统的零序电流速断保护的动作电流整定如下:
,0,kI0,x818.A(
#98#Sep.2007High Voltage EngineeringVol.33No.9
表3 母线N接地短路时流过保护安装处的零序电流Tab.3 Zerosequencecurrentsofthroughrelay1
whengroundedattheendoflineMN
方案编号12345678
保护1处的零序电流单相接地645.15516.44622.44485.82731.0615.33711.4586.0
两相接地546.67494.44538.36480.0529.43495.67524.2485.84
方案编号910111213141516
保护1处的零序电流单相接地818.44686.0796.0652.53605.52460.0553.3433.0
两相接地599.84560.2593.7548.72492.1436.33474.3423.8
第三组第二组第一组分组
方案
表4 零序电流速断的保护范围比较
Tab.4 Comparisonoftheprotectionzonesoftraditional
A
andadaptiveinstantaneouszero-sequence
over-currentprotections
传统的保护范围A
编号单相接地短路两相接地短路12345678910111213
第
四组
141516
7281.367.359676163.254.681.171.7776664.255.155.648.7
53515148.439.838.537.435.654.85352.850.339.637.23634.3
%
自适应保护的保护范围A单相接地短路两相接地短路
88.4591.488.291.178.184.57883.781.185.579.884.787.691.0687.491
84.287.184.487.178.5817880.581838082.682.786.282.786.1
按照式(25)动作值整定的传统的零序电流速断保护,其保护范围见表4。由此可见传统的零序电流速断保护存在以下不足:
1)即便零序网络不改变,仅仅正序网络参数变化,传统零序电流速断保护的保护范围也会大幅变化。比如对应整定值的方案9所在的第三组,最大保护范围为线路的8111%,最小保护范围仅为5013%,变化幅度达30%。
2)电网运行方式变化较大时,传统零序电流速断保护的保护范围将大幅变化。比如表4中最大保护范围为线路的8113%,最小保护范围仅为3413%,变化幅度达47%。
3)传统零序电流速断保护的保护范围不仅受系统运行方式变化影响大,而且还受接地短路类型变化的影响。如方案2中两相接地短路比单相接地短路的保护范围减少了3013%,仅为线路的51%;其它运行方式时,两相接地短路时比单相接地短路的保护范围减少为百分之十几至二十几不等。电网发生接地短路故障时,自适应零序电流速断保护会根据实时检测到的系统参数和短路类型自动在线计算动作电流的整定值。它具有以下优点:1)其保护范围比传统零序电流速断保护大幅提高。例如,方案16中,传统的零序电流速断保护在单相接地短路时保护范围仅为线路的4817%,而自适应零序电流速断保护的保护范围却高达91%,提高了4213%;传统零序电流速断保护两相接地时保护范围仅为线路的3413%,而自适应零序电流速断保护的保护范围却达到8611%,提高了5118%。
2)自适应零序电流速断保护的保护范围受电网运行方式变化的影响不大。在本算例中,自适应零序电流速断保护的保护范围最大为9114%,最小为78%,最大波动为线路的1314%,远小于传统零序 3)自适应零序电流速断保护的保护范围受接地
短路类型变化的影响不大。在本算例中,在同一方案内,单相接地短路时的保护范围与两相接地短路时的保护范围相差不到5%。5 讨 论
5.1 关于通信通道
自适应零序电流速断保护在线整定计算时,需要对侧系统的零序等效阻抗等数据信息,所以需要高速数据通信通道。这样,与传统零序电流速断保护相比,增加了保护装置及保护系统的复杂性。但是,考虑到中性点直接接地电网中输电线路(110kV及以上电压等级)的保护配置,一般应配置有能够全线速动的主保护,如果该主保护的通信通道采用了高速光纤以太网
[13]
,则自适应零序电流速断保
护就可以利用该通道。5.2 关于保护的配置
\110kV电压等级输电线路除了配置有全线速动的主保护外,一般还配置有三段式距离保护、三段(或四段)式零序方向保护等,作为主保护的多重配置,以及作为本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。本文讨论的自适应零序电流速断保护可以作为其中三段式零序方向保护的第I段。如果零序电流保护的第II段和第III段要实现在线整定计算,就需要更多相邻线路的保护以及电网的其它[14-16]
2007年9月6 结 论
高 电 压 技 术第33卷第9期#99#
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袁兆强 1957),男,副教授,主要从事电
力系统继电保护和综合自动化方面教学和研究工作。电话:(0717)6394540;E-mail:yzq@ctgu.edu.cn;yzqylys@sina.com
刘 辉 1982),女,硕士生,主要从事电
袁兆强
力系统继电保护方面的研究。
收稿日期 2006-05-24 编辑 卫李静
本文提出的自适应零序电流速断保护方法能够根据电网故障前的实际运行方式和故障类型,自动
地在线计算零序电流速断保护的动作值。文章还推导出了单相接地短路和两相接地短路时自适应零序电流速断保护的保护范围(灵敏度)计算公式。最后,通过实例分析指出,自适应零序电流速断保护与传统零序电流速断保护相比,具有保护范围较大且比较稳定、灵敏度受系统运行方式变化和接地短路类型变化的影响不大等诸多优点。
参
考
文
献
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限时电流速断保护
限时电流速断保护 限时电流速断保护(又称电流?段保护),目的是保护本线路全长,?段保护的保护必然会伸入下线(相邻线路)。
1(限时电流速断保护的原理接线
如下图所示:由电流继电器KA、时间继电器KT和信号继电器KS所组成。
2. 限时电流速断保护整定
原则是与下线?段保护配合
(1)动作时限配合:
(2)保护区配合:
?段保护区不伸出下线?段保护区。
电流?段保护整定公式如下:
式中Krel为可靠系数,考虑到短路电流中的非周期分量已衰减,取1.1,1.2。
3. 灵敏度校验
保护反应故障能力以灵敏度系数 Ksen表示:
灵敏度合格 ,当灵敏系数不能满足要求时:
4(小结
?限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长。
?依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性。
?与第?段共同构成被保护线路的主保护,兼作第?段的近后备保护。
自适应零序电流速断保护中实时计算系统参数算法仿真与研究_刘辉
2006年11月25日第23卷第6期
TelecomPowerTechnologies
通信电源技术
Nov.25,2006,Vol.23No.6
文章编号:1009-3664(2006)06-0022-03研制开发
自适应零序电流速断保护中实时计算系统参数算法仿真与研究
刘 辉,袁兆强
(三峡大学电气信息学院,湖北宜昌443002)
摘要:针对传统零序电流速断保护[1]的灵敏度受系统运行方式变化和接地短路类型影响的局限性,提出了实时检测系统参数来实现自适应式零序电流速断保护。文中以计算系统等值零序内阻抗为例,并通过仿真研究证实了方法的有效性和可行性。
关键词:零序电流速断保护;自适应保护;仿真中图分类号:TM493
文献标识码:A
SimulationandStudyontheAlgorithmofRea-lTimeCalculationonSystem
ParametersforAdaptiveZero-SequenceCurrentFast-TrippingProtections
LIUHui,YUANZhao-qiang
(Dept.ofElectricEngineeringandInformationTechnology,ThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)Abstract:Aimedatthelimitationofthesensitivityofthefast-trippingzero-sequencecurrentprotectionsaffectedbyvarietiesofsystemoperationconditionsandbydifferencesofgroundedfaulttypes,thispaperpresentsafeasibledesignofrea-ltimecalculationonsystemparameterstorealizetheadaptivefast-trippingzero-sequencecurrentprotections.Thepro-posedapproachusesinrea-ltimecalculatingsysteminternalequivalentzero-sequenceimpedancetoverifyeffectivenessandfeasibilitywithsimulationstudies.
Keywords:fast-trippingzero-sequencecurrentprotections;adaptiveprotectionrelay;simulation
1 自适应零序电流速断保护原理
如图1(a)所示的电网中,当被保护线路K处发生
故障时,其零序等值网络[2]如图1(b)。其中,保护安装处(即m处)的故障时零序电压和零序电流分别记为Uo和Io,参考方向如图1(b)所示。此时,保护安装处到系统等值电源之间的零序阻抗为Zso=-Uo/Io
。
o
-u0=R0i0+L0dt
式中,R0和L0分别为保护安装处到系统等值电源之间的零序电阻和电感。采用算子DI0=
在t(1),t(2)有等式:dt
-u0(1)=R0i0(1)+L0DI0(1)-u0(2)=R0i0(2)+L0DI0(2)
写成线形方程:
i0(1) DI0(1)
i0(2) DI0(2)
R0L0
u0(1)u0(2)
=-
计算中,可采用采样值差分法求出导数,然后求解R0和L0。
对微分方程在一段时间里进行积分,也就是采用积分法解微分方程。这相当于对采样信号先经过低通
图1 故障网络及零序网络图
滤波器后,再进行求解,所以,积分法有一定的抑制高频分量的能力。
2 系统等值零序内阻抗的解微分方程算法
设保护安装处故障时测量电压瞬时值和测量电流瞬时值分别u0和i0,保护安装处到系统等值电源之间的零序阻抗为Zso可以用一个电阻R0和电感L0串联电路来近似。当线路中K点发生短路故障时,保护安装处电压的微分方程为[3]:
收稿日期:2006-07-02作者简介:刘 辉(1982-),女,汉族,江苏淮安人,硕士研究生,主要从事电力系统继电保护方面的研究。#3 实例仿真与分析
本文在Matlab环境下建立一个简单电力系统模型,可以用来完成电力系统的运行及各种短路故障仿真。在线路首端获取线路的三相电压、电流、零序电压、零序电流,然后通过编程完成保护算法,最终实现自适应零序电流速断保护[4]中系统参数实时检测。仿真中参数设置如图2所示双侧电源电网中,已知线路阻抗ZMN#1=0.4+j0.29318(8/km),C1=0.01274LF;ZMN#0=1.2+j1.2957(8/km),C0=0.00775LF。两端电源
2006年11月25日第23卷第6期
通信电源技术
刘 辉等:自适应零序电流速断保护中实时计算系统参数算法仿真与研究TelecomPowerTechnologiesNov.25,2006,Vol.23No.6
ZS1#1=10+j55.64088,ZS1#0=20+j37.11488;ZS2#1=10+j55.64088,ZS2#0=20+j37.11488。MN为一条220kV,200km的模拟输电线路,系统正常运行0.02s后发生接地短路,短路持续时间0.02s,信号采样频率为1500Hz(每周期采样30点);分别对单相接地短路和两相接地短路进行仿真。
此时,经过大量的仿真计算比较,结果如表1所示。
表1 单相接地短路时仿真计算结果表
计算结果RmXm
计算值/820.023737.2938
实际值/8
2037.1148
相对误差/%0.11850.4823
图4给出了系统发生两相(BC相)接地短路时保护安装处的三相电压、电流、零序电压、零序电流的波形
。
图2 算例电网示意图
因为篇幅有限,这里只能给出部分仿真结果,图3给出了系统发生单相(A相)接地短路时保护安装处的三相电压、电流、零序电压、
零序电流的仿真波形。
图4 两相接地短路时波形
图3 单相接地短路时波形
#23#
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TelecomPowerTechnologies
通信电源技术
Nov.25,2006,Vol.23No.6
此时,经过大量的仿真计算比较,结果如表2所示。
表2 两相接地短路时仿真计算结果表
计算结果RmXm
计算值/820.016437.3284
实际值/8
2037.1148
相对误差/%0.08200.5755
有实时性好、精度高、方法简单等优点,而且完全能满足自适应零序电流速断保护动态整定的要求,具有较强的应用前景。参考文献:
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由表1和表2仿真计算结果可见,本文提出的实时计算系统等值零序内阻抗的算法精度高,能够满足自适应零序电流速断保护动态整定保护定值的需要。
4 结 论
本文通过分析自适应零序电流速断保护原理,给出实时计算系统等值零序内阻抗算法并进行了计算机仿真研究。理论分析和仿真结果表明,该方法不仅具(上接第9页)
硬开关仿真模型仅仅去掉软开关元件Ls、Cs、Cr、D1、D2和D3,其余参数设置与软开关仿真参数一致。图3(d)、(e)给出了硬开关条件下开关管S相对应的开通波形和关断波形。
影响原先的PWM控制策略。加入软开关环节后的电
路仍然具有普通Boost升压电路的输入输出电压变比关系。这是一种结构简单、附加元件少而且性能良好的软开关结构,在工业上具有很好的应用前景。参考文献:
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学出版社,2003.
5 结 论
仿真波形与实际理论分析应该得到的效果相符合,很好地验证了本软开关环节具有的良好性能:软开关环节的加入使得开关管开通时的电流上升和关断时的电压上升都得到了延缓,有利于减少开关电源产生的电磁干扰;而开关过渡过程时电压波形和电流波形交叠区的明显减小则有效地降低了开关损耗。此外,这种软开关环节依靠谐振原理来实现软开关功能,因此它的加入不(上接第15页
)
相坐标系下的谐波电流在p、q轴下对应为直流分量上叠加的高频分量,从低通滤波器可以分离出谐波电流及无功电流。DSP芯片的使用,使得该方法能够实时的检测出谐波电流和无功电流并作为补偿电流的指令值。参考文献:
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图5 实验波形
从图5可以看出,实验较好的求出了电流的基波分量,分析出了谐波分量,实验结果与仿真结果非常接近。
实验结果表明,用瞬时无功理论,将三相坐标系下的电流变换到p、q坐标系下,三相电流的综合效应在p、q坐标系下变得很清晰,p、q轴分别对应有功电流、无功电流。三
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