李歐

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 52300)

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基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)呢?fù)序方向保護(hù)改進(jìn)算法

李歐

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 52300)

電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行和非全相運(yùn)行方式下再發(fā)生故障的工況，會(huì)對(duì)負(fù)序方向保護(hù)的正確動(dòng)作造成影響。當(dāng)電壓互感器安裝于母線側(cè)，非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序方向元件會(huì)誤動(dòng)；而非全相運(yùn)行方式下再發(fā)生正向故障時(shí)，負(fù)序方向元件能正確識(shí)別。針對(duì)該問(wèn)題，提出了一種修正的負(fù)序方向保護(hù)新方案：加入負(fù)荷電流補(bǔ)償來(lái)抵消非全相運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中存在的負(fù)序電流，使得非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序方向保護(hù)能有效不動(dòng)作，而非全相運(yùn)行再發(fā)生故障時(shí)，負(fù)序方向保護(hù)能有效識(shí)別。PSCAD與MATLAB的仿真結(jié)果表明，新的保護(hù)方案在輸電線路非全相運(yùn)行各種工況下具有很好的實(shí)用性。

非全相；再發(fā)生故障；負(fù)序方向保護(hù)；補(bǔ)償電流

負(fù)序方向保護(hù)作為方向縱聯(lián)保護(hù)的重要元件，在全相運(yùn)行時(shí)，對(duì)各種不對(duì)稱短路有良好判別短路方向的能力，不受系統(tǒng)振蕩、平行線零序互感、過(guò)渡電阻影響，同時(shí)能對(duì)抗分布電容的影響[1-6]。但在非全相運(yùn)行條件下其動(dòng)作行為比較復(fù)雜，工程應(yīng)用中，系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)，必須將負(fù)序方向保護(hù)退出運(yùn)行[7]。

輸電線路非全相運(yùn)行主要是指：一相斷線或者導(dǎo)線斷線；某一線路單相接地后，故障相開(kāi)關(guān)跳閘；開(kāi)關(guān)合閘過(guò)程中三相觸頭不同時(shí)接通；分相檢修線路或開(kāi)關(guān)設(shè)備；裝有串補(bǔ)電容器的線路上，電容器一相或兩相擊穿；三相參數(shù)不平衡等[8]。在非全相運(yùn)行方式下，線路存在負(fù)序分量，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)“非全相運(yùn)行再發(fā)生故障”的工況，負(fù)序方向保護(hù)很可能誤動(dòng)或拒動(dòng)。當(dāng)電壓互感器(voltagetransformer，VT)安裝在母線側(cè)，線路是一側(cè)斷線還是兩側(cè)斷線，負(fù)序方向元件的動(dòng)作特性沒(méi)有差異。在線路非全相運(yùn)行方式下，若將負(fù)序方向保護(hù)退出運(yùn)行，再發(fā)生故障時(shí)，負(fù)序方向保護(hù)完全失去識(shí)別故障的能力[9-11]。

針對(duì)負(fù)序方向元件在非全相運(yùn)行期間可能誤動(dòng)的問(wèn)題，本文引入了負(fù)荷電流補(bǔ)償，在非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序方向元件不退出運(yùn)行的前提下，提出了基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)呢?fù)序方向保護(hù)方案。

1　非全相運(yùn)行分析

1.1動(dòng)作判據(jù)及保護(hù)要求

負(fù)序方向保護(hù)正向動(dòng)作判據(jù)：

(1)

非全相運(yùn)行方式下的輸電線路負(fù)序方向元件需要滿足以下4個(gè)動(dòng)作要求：

a)線路一相一側(cè)斷線情況下，保證負(fù)序方向保護(hù)不誤動(dòng)。

b)線路一相兩側(cè)斷線情況下，保證負(fù)序方向保護(hù)不誤動(dòng)。

c)線路一相一側(cè)斷線后再發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障情況下，保證負(fù)序方向保護(hù)能靈敏動(dòng)作；非全相運(yùn)行再發(fā)生區(qū)外故障，保護(hù)能可靠閉鎖。

d)線路一相兩側(cè)斷線后再發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障情況下，保證負(fù)序方向保護(hù)能靈敏動(dòng)作；非全相運(yùn)行再發(fā)生區(qū)外故障，保護(hù)能可靠閉鎖。

1.2雙側(cè)電源系統(tǒng)一相斷線

圖1為本文采用的雙電流系統(tǒng)。

P、Q—送端、受端系統(tǒng)出口；M、N—保護(hù)安裝處；F1、F2—故障點(diǎn)。圖1　雙側(cè)電源系統(tǒng)

當(dāng)線路一相斷線(包括一側(cè)和兩側(cè))時(shí)，不考慮分布電容影響，此時(shí)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

ZM2、ZN2—M、N點(diǎn)背后系統(tǒng)的負(fù)序阻抗；M2—故障點(diǎn)的負(fù)序電壓源；N2—M、N點(diǎn)由母線VT獲取的負(fù)序電壓；ZL2—M、N點(diǎn)間線路負(fù)序阻抗。圖2　線路一相斷線的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖

負(fù)序方向元件測(cè)得的負(fù)序電壓、電流如下：

(2)

兩端的負(fù)序方向元件均判別為正向故障，負(fù)序方向保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。

進(jìn)一步分析，圖1所示系統(tǒng)L1相斷線時(shí)，復(fù)合序網(wǎng)如圖3所示。

aL—系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流；0—流過(guò)M點(diǎn)的正序、負(fù)序、零序電流；ZM1、ZN1—M、N點(diǎn)背后系統(tǒng)的正序阻抗；ZM0、ZN0—M、N點(diǎn)背后系統(tǒng)的零序阻抗。圖3　L1相斷線附加狀態(tài)復(fù)合序網(wǎng)圖

負(fù)序電流

(3)

式中，Z1∑=Z2∑=ZM1+ZN1，Z0∑=ZM0+ZN0。

2　基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)呢?fù)序方向保護(hù)

2.1動(dòng)作判據(jù)修正

針對(duì)非全相運(yùn)行、VT安裝在母線側(cè)的情況，提出一種新的保護(hù)方案，保護(hù)動(dòng)作判據(jù)如下：

(4)

對(duì)于一個(gè)實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)，若有

(5)

則非全相運(yùn)行時(shí)，

(6)

2.2非全相運(yùn)行再發(fā)生故障

3　仿真驗(yàn)證

將圖1中500 kV系統(tǒng)在PSCAD中建立模型進(jìn)行仿真。下文仿真均基于該模型，被保護(hù)線路MN全長(zhǎng)300 km，線路PM和NQ長(zhǎng)度均為20 km，系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1，Q側(cè)電源相位落后P側(cè)30°，P側(cè)和Q側(cè)電勢(shì)取額定電壓。送端系統(tǒng)正序阻抗ZP1=j19 Ω，受端系統(tǒng)正序阻抗ZQ1=j41 Ω，送端系統(tǒng)零序阻抗ZP0=j25 Ω，受端系統(tǒng)零序阻抗ZQ0=j45 Ω。

表1500 kV超高壓輸電線路主要參數(shù)

線路序別電阻/(Ω·km-1)電抗/(Ω·km-1)容抗/(MΩ·km-1)正序0.018390.263000.5001314零序0.141700.602700.8005217

當(dāng)補(bǔ)償系數(shù)k取0～1之間不同值，一側(cè)斷線與兩側(cè)斷線時(shí)，基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)男拚Ｗo(hù)方案的保護(hù)元件動(dòng)作特性如圖4所示，圖5為兩側(cè)斷線并發(fā)生不同故障時(shí)保護(hù)元件動(dòng)作特性曲線。其中，區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)取MN中點(diǎn)，區(qū)外故障取距保護(hù)安裝處5 km處。

(a)一相一側(cè)斷線

(b)一相兩側(cè)斷線圖4　非全相運(yùn)行期間，一相一側(cè)斷線與一相兩側(cè)斷線時(shí)保護(hù)元件動(dòng)作特性

(a)F1點(diǎn)L2相(健全相)發(fā)生單相接地故障

(b)F2點(diǎn)L2、L3相(健全相)發(fā)生相間故障圖5　非全相運(yùn)行期間，兩側(cè)斷線發(fā)生再故障時(shí)保護(hù)元件動(dòng)作特性

從圖4可以看出，非全相運(yùn)行期間，無(wú)論是一相一側(cè)斷線還是一相兩側(cè)斷線，當(dāng)補(bǔ)償系數(shù)k取值為0.43～1時(shí)，基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)呢?fù)序方向保護(hù)會(huì)將非全相運(yùn)行判別為反向故障，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

當(dāng)VT安裝在母線側(cè)時(shí)，一相一側(cè)斷線和兩側(cè)斷線就電氣特性而言，本質(zhì)上并沒(méi)有差異，本文不另作分析。

由圖5可知，當(dāng)補(bǔ)償系數(shù)k取值為0.43～1時(shí)，不影響負(fù)序方向元件正確判斷再故障的方向。可見(jiàn)，保護(hù)具有很好的可靠性與靈敏性。

4　結(jié)論

a)輸電線路非全相運(yùn)行時(shí)，若VT裝于母線側(cè)，負(fù)序方向保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。為了確保保護(hù)動(dòng)作的選擇性，實(shí)際中采用在非全相運(yùn)行時(shí)退出負(fù)序方向保護(hù)。但當(dāng)非全相運(yùn)行方式下再發(fā)生故障時(shí)，將不能正確識(shí)別故障方向。

b)非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序方向元件動(dòng)作電流由負(fù)荷電流產(chǎn)生。因此，本文提出基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)男路桨福谟?jì)算過(guò)程中抵消非全相運(yùn)行時(shí)存在的負(fù)序電流，并過(guò)補(bǔ)償使其反向，非全相運(yùn)行時(shí)保護(hù)能實(shí)現(xiàn)可靠閉鎖，同時(shí)不影響再發(fā)生故障時(shí)正確判別故障方向。

c)通過(guò)模擬仿真，驗(yàn)證了本文提出的基于負(fù)荷電流補(bǔ)償?shù)呢?fù)序方向保護(hù)方案可以適用于輸電線路非全相運(yùn)行時(shí)的各種工況，即非全相運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)，非全相運(yùn)行再發(fā)生故障時(shí)，能正確識(shí)別故障方向。

d)本文所述算法僅針對(duì)VT裝設(shè)于母線側(cè)時(shí)負(fù)序方向保護(hù)的改進(jìn)，VT裝設(shè)于線路側(cè)時(shí)負(fù)序方向保護(hù)的處理方案將在以后的工作中討論，另外本文沒(méi)有考慮非全相振蕩、經(jīng)過(guò)渡電阻故障等復(fù)雜情況。

[1] 劉萬(wàn)順，黃少鋒，徐玉琴. 電力系統(tǒng)故障分析[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心. 國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3] 薛士敏，賀家李，李永麗. 特高壓輸電線路負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(18)：50-53.

XUE Shimin，HE Jiali，LI Yongli. Pilot Protection of Ultra-high Voltage Transmission Lines with Negative Sequence Directional Component[J]. Automation of Electric Power Systems，2007，31(18)：50-53.

[4] 湯楓，袁越，王賓，等. 特高壓交流輸電線路負(fù)序方向保護(hù)動(dòng)作特性仿真分析[J]. 繼電器，2007，35(增刊1)：30-35.

TANG Feng，YUAN Yue，WANG Bin，et al. Analysis of Negative Sequence Protection Operation Characteristics for UHV AC Transmission Line[J]. Relay，2007，35(S1)：30-35.

[5] 趙曼勇. 線路非全相運(yùn)行時(shí)保護(hù)問(wèn)題探討[J]. 繼電器，2003，31(7)：81-83.

ZHAO Manyong. Discussion on Some Protection Problem About Line Operating with Phase Failure[J]. Relay，2003，31(7)：81-83.

[6] 徐振宇，杜兆強(qiáng)，孟巖，等. 零、負(fù)序方向元件的特殊問(wèn)題研究[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28(5)：21-25.

XU Zhenyu，DU Zhaoqiang，MENG Yan，et al. Special Problems in Zero/negative Sequence Directional Element[J]. Electric Power Automation Equipment，2008，28(5)：21-25.

[7] 賀家李，李永麗，李斌，等. 特高壓輸電線路繼電保護(hù)配置方案：(二)保護(hù)配置方案[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26(24)：1-6.

HE Jiali，LI Yongli，LI Bin，et al. Relay Protection for UHV Transmission Lines：Part Two Disposition of Relay Protection[J]. Automation of Electric Power Systems，2002，26(24)：1-6.

[8] 李天姣. 非全相及其再故障對(duì)距離保護(hù)的影響[D]. 北京：華北電力大學(xué)，2012.

[9] 徐柯，苗世洪，劉沛. 方向高頻保護(hù)負(fù)序功率方向元件的非全相運(yùn)行性能分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(21)：45-48.

XU Ke，MIAO Shihong，LIU Pei. Analysis for the Perfor-mance of Power Line Carrier Protection Based on Negative Sequence Power Direction in the Condition of Incomplete Phase Operation[J]. Automation of Electric Power Systems，2003，27(21)：45-48.

[10] 王賓，董新洲，薄志謙，等. 非全相運(yùn)行輸電線路負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，33(12)：61-66.

WANG Bin，DONG Xinzhou，BO Zhiqian，et al. A Novel Algorithm for Negative Sequence Pilot Protection Applicable to Open-phase Transmission Lines[J]. Automation of Electric Power Systems，2007，33(12)：61-66.

[11] 陳曦，傅錦發(fā)，樊征臻，等. 線路非全相運(yùn)行及再故障零序方向保護(hù)的動(dòng)作特征分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(6)：82-86.

CHEN Xi，F(xiàn)U Jinfa，F(xiàn)AN Zhengzhen，et al. Action Features Analysis on Zero-sequence Directional Protection of Line Open Phase Running and Sound Phase Grounding[J]. Power System Protection and Control，2013，41(6)：82-86.

(編輯彭艷)

ImprovedAlgorithmforNegativeSequenceDirectionalProtectionBasedonLoadCurrentCompensation

LIOu

(DongguanPowerSupplyBureauofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Dongguan,Guangdong523000,China)

Workingconditionsofopen-phaseoperationandopen-phasefaultoperationofthepowersystemmaycauseimpactoncorrectactionofnegativesequencedirectionalprotection.Whenvoltagetransformer(VT)isinstalledatthebussideandthepowersystemisunderopen-phaseoperationcondition,mal-operationofnegativesequencedirectionalelementswillbecaused.Whileitisabletocorrectlyidentifynegativesequencedirectionalelementsduringopen-phasefaultoperation.Inallusiontotheseproblems,anewkindofmodifiedschemefornegativesequencedirectionalprotectionispresentedwhichistoaddloadcurrentcompensationtooffsetnegativesequencecurrentinthesystemundertheconditionofopen-phaseoperationandensureeffectiveno-actionofnegativesequencedirectionalprotection.Meanwhile,undertheconditionofopen-phasefaultoperation,itisabletoeffectivelyidentifynegativesequenceprotection.SimulationresultsofPSCADandMATLABindicatethatthenewprotectionschemehasgoodpracticabilityundervariousworkingconditionsofopen-phaseoperationofpowertransmissionlines.

open-phase;open-phasefault;negativesequencedirectionalprotection;compensationcurrent

2016-02-25

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.020

TM773

A

1007-290X(2016)07-0101-04

李歐(1989)，女，四川內(nèi)江人。助理工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。