·信用承诺·联系我们·加入收藏·设为首页·网站地图
当前位置: 硕士论文网 > 硕士研究生 > 探讨电力系统中的理论分析和动模试验,电力系统论文

探讨电力系统中的理论分析和动模试验,电力系统论文

来源:硕士论文网
  

探讨电力系统中的理论分析和动模试验

 

摘要:对超高压输电线路微机保护所用序分量选相原理和防止振荡时误选相所用的不对称故障开放判据进行了较详细的介绍。对于振荡中心和单相接地故障在同一条长输电线路且两者之间有较远距离的情况,从不对称故障开放判据和阻抗排除法两个方面分析了造成误选相的原因。理论分析和动模试验都证实了这种误选相现象的存在,为以后序分量选相原理的改进提供参考。

 

关键词:线路保护 选相 仿真 微机保护 振荡

 

0 引言

高压输电线路发生故障后,准确、迅速地选择出故障相别,是继电保护正确动作的前提。因此,选相元件成为高压系统保护中的重要组成部分,选相元件的准确性也是衡量继电保护装置好坏的重要标志。目前国内数字式高压线路保护主要采用相电流差突变量选相和序分量选相相结合的方法来实现故障选相。在保护启动后第1次选相是采用相电流差突变量选相元件,振荡闭锁期间的选相元件由于突变量提取困难而采用稳态量选相,一般采用序电流的分区结合阻抗比较方法构成。序分量选相元件对相区的划分比较合理,在一般情况下都能进行准确选相,但在动模试验中发现,在下述情况下序分量选相元件会误选相:a.电力系统振荡和单相接地故障同时存在,而且振荡中心和故障点在同一长输电线路上;b.振荡中心与故障点之间有较远的距离;c.两侧电源电势的相角差接近180°。在满足上面这些条件的情况下,有一侧保护装置会将单相接地故障误判为另两相的相间故障。而另一侧的保护装置则由于故障开放元件不满足开放条件而将保护闭锁,随相角差减小而延时开放闭锁装置再进行选相。误选相的那侧保护,其误选的原因是由于不对称故障开放判据和阻抗排除法的配合不能避免该种误选相情况的发生。本文从理论上分析误选相的原因,EMTP仿真结果和在许昌继电器研究所的动模实验都证实了该种误选相情况的存在。

 

1 序分量选相原理和不对称故障开放判据序分量选相中接地故障采用零、负序分量的相对相位关系结合阻抗选相,不接地故障采用阻抗选相。序分量选相是根据不同故障情况下负序及零序电流相对相位来确认的,相区的划分如图1所示。负序及零序电流相对相位和故障类型之间的关系如表1所示。

表1中,(2),(4),(6)为单一故障相别的相区,直接确认为相应的相间故障,在(1),(3),(5)相区包含单相和相间两种故障类型,由于两种故障类型的相别总是不相关的,采用相间阻抗排除法,即如果保护装置测量到的相间阻抗值在整定的相间阻抗范围内,则确认为是相间故障,否则,确认为相应的单相接地故障。采用相间阻抗排除法的原因是相间阻抗元件对于两相故障总能准确动作[1]。阻抗元件在振荡时的不准确动作只是发生在两侧电势相角差δ靠近180°的时刻,此时如果振荡中心落在被保护线路上,距离保护要误动。在区外故障相角差δ接近0°时距离继电器能正确测量,开放了也不会误动,但在δ靠近180°时必须闭锁保护[2]。表2是对故障判别元件的要求。

为了防止保护装置在电力系统振荡时距离元件误动作,同时要保证在振荡时发生不对称故障能及时开放保护,增加了不对称故障判别元件来闭锁保护,它的动作判据为:I2+I0≥mI1(1)式中:I0,I1和I2分别为保护装置测量到的零、正、负序电流的幅值;m为制动系数,约为0.5~0.7[2]。在本文的仿真中均取m=0.65。2 仿真模型参数和仿真结果系统模型如图2所示,其中M,N为线路保护装置安装处。 M端背后的系统参数为:ZM1=j45.149Ω,ZM0=j23.321Ω;N端背后的系统参数为:ZN1=j96.262Ω,ZN0=j47.480Ω;线路为300 km,500 kV的超高压输电线路,采用集中耦合参数,线路参数为:R0=0.159 7Ω/km,ωl0=0.694 5Ω/km,R1=0.027 0Ω/km,ωl1=0.303 2Ω/km;ZL为线路的正序阻抗值,则接地距离保护按照0.65ZL整定,相间距离保护按0.8ZL整定[2],并且令mx=(I2+I0)/I1。利用上面的模型进行仿真,结果如下:a.系统发生振荡,两相角差δ=180°,线路上发生A相接地故障,故障点F距离母线M为10 km。模型中ZL=90.96Ω,接地距离保护整定值为0.65ZL=59.12Ω,相间距离保护整定值为0.8ZL=72.77Ω。用EMTP仿真得到M侧的测量结果如下:ZJA=3.96Ω,ZJBC=71.13Ω,mx=0.73。由此可见, mx>0.65,满足不对称故障开放元件的动作判据,保护开放;同时,M侧保护处测到的BC相间阻抗都在整定范围之内,根据阻抗排除法,测量到的相间阻抗值在其整定范围内。所以M侧保护会将A相接地故障误选为BC两相相间故障。N侧的结果为:ZJA=75.40Ω,ZJBC=20.32Ω,mx=0.24。由于mx<0.65而将N侧保护闭锁,振荡时两电势相角差在不断变化,当相角差从180°减小到一定程度时才会使mx增大到0.65再将保护开放。b.系统发生振荡,在母线M的出口处发生A相接地故障,M侧保护装置测量到的系数mx随着电势相角差δ变化的曲线见图3。

由图3可知,在M侧母线出口处发生单相接地故障,无论两侧相角差多大,M侧保护装置总能瞬时开放。c.系统振荡中心在故障线路上,在相角差接近180°时,线路上很大部分的区域内发生单相接地故障时两侧保护是不会满足不对称故障开放条件的,需等到相角差偏离180°一定角度时才会将振荡闭锁开放。将系统振荡时线路上某点发生单相接地故障的临界角θ定义为相角差从180°逐渐减小到动作判据刚好满足条件时的角度(见图4)。在该临界角范围内满足式(1),保护开放;在临界角外保护将会被闭锁。

输电线路上不同点发生单相接地故障时,保护装置处测量到的mx是不相同的。同样,两侧保护对线路上各处发生的故障,都对应有一个使刚好满足故障开放判据的临界角θ。图5和图6分别为M和N侧保护装置各自在线路上各点发生单相接地故障时的临界角θ的值,其中横坐标为线路上单相接地短路点F离开母线M的距离l,纵坐标为对应的临界角θ。图5、图6中曲线下侧表示对应图4中的相量E。N在临界角θ之内,不对称故障开放元件动作判据能满足开放条件;曲线上侧表示不满足保护开放条件。

d.在图5的基础上寻找M侧保护装置会发生误选相的范围。图7中曲线1即为图5中的曲线。曲线下侧表示满足保护开放判据。 随着电源电势相角差增大,相间测量阻抗将逐渐减小。在线路上不同点发生单相接地故障,相角差从0°增大到使M侧装置相间测量阻抗刚好等于整定值时,可得到图7中曲线2。曲线上侧表示相间阻抗小于整定值。由此可见,位于两曲线交点左上侧的范围内为单相接地误选为相间故障的区域。

 

3 误选相原因分析有了不对称故障开放判据,在振荡时一般情况下不会发生误选相,但仍存在一些问题。如图2所示,振荡中心位于单相接地故障的线路上,若故障点靠近 

  


(工作时间:8:30-23:00)

期刊版面咨询

审稿咨询