相同时刻采样值启动元件判据.docVIP

三相同时刻采样值启动元件 柳焕章 李晓华 （华中电力集团公司 华中科技大学电力系） 摘要：电力系统的发展对保护的速度提出了更高的要求，加速启动元件的动作速度有利于提高保护装置的动作速度。通过对现有微机保护装置启动元件的分析，提出了基于三相同时刻的采样值的启动新算法。EMTP仿真和动模试验表明：这种算法具有不受系统频率偏差和共模干扰的影响和能灵敏的反映各种故障类型的优点。 关键字：微机保护 启动元件 采样值 问题的提出 随着电力系统的快速发展，输电线路的电压等级和输送容量逐步提高，由输电线路故障所造成的损失也越来越大。快速切除输电线路故障是保证电力系统暂态稳定的投资少、收效大的措施。加速启动元件的动作速度，将有利于提高整组保护装置的动作速度。 启动元件要求对所有各种类型的故障都应能快速、灵敏地反映。微机保护主要是采用电流突变量来反应故障，它存在缓慢发展性故障灵敏度不足的缺点。通常采用故障后的稳态电量（如：）作为辅助启动元件。 如果在故障时启动元件不能动作，则将导致保护拒动，从而引起上一级保护越级跳闸，不但延长了切除故障时间影响系统稳定，而且扩大停电范围。随着信息技术的发展和硬件水平的提高，新技术应用于继电保护提出快速保护和暂态保护。这对启动元件的灵敏度和速度也提出了更高的要求。以此有必要对保护的启动元件进行进一步分析，使其与保护判据密切配合，更好地保证电力系统的安全稳定运行。 本文针对现有启动元件的不足，提出利用三相电流采样值进行启动判别。EMTP仿真和动模试验结果表明：这种启动方案具有启动灵敏度高、不受频率偏差的影响的优点。 现有启动元件的分析 继电保护装置中一般都设有启动元件。启动元件主要用作在正常时闭锁保护，即使测量元件误动也可保证保护不误跳闸；在故障时启动整套保护，解除出口闭锁。这要求启动元件对所有各种类型的故障都应能快速、灵敏地反映。 对于微机型继电保护装置，一般是在启动元件启动后才转入故障处理程序的。启动元件的动作表示故障的开始，只有启动元件动作，保护才能出口；保护延时也是由启动元件启动后开始计时的；保护判据也可以在启动元件启动后才开始测量，这样保护判据可以完全不受故障前系统运行工况影响。 微机保护装置一般采用相电流突变量构成启动元件： 式中：Ｎ为工频每周采样点数；为三相电流采样值。 系统发生故障时，电流的幅值与相位发生改变，反映了相电流突变量，即相电流的故障分量。为了防止因干扰信号引起启动元件误动作，相电流差突变量启动元件是在连续多点满足相电流差值大于整定值时才启动。 相电流突变量启动元件的灵敏度与故障类型、合闸角、过渡电阻大小以及等值两侧电源的相角差有关。对于电源电压过零时发生的故障以及在振荡过程中又发生的短路故障，保护的启动时间还会加长。对于经高过渡电阻单相接地故障，启动元件灵敏度不足。通常采用稳态量故障特征电量如来作为辅助启动元件。轻微故障时他们在故障发生后需要经过较长的时间才能启动，不能满足超高压系统快速性的要求。 基于三相采样值启动方案的原理分析 正常运行时，三相电流是对称的。设任意时刻的三相电流采样值为： 其中为相电流峰值。 这样对于任意时刻，均有： ，三相对称无零序。 对称的三相电流同时刻的三相采样值，等同于一相电流的三个采样值，其采样间隔为电角度。当然可以用三点采样值算法[1]计算其有效值，由三点采样值计算公式知： 即： （3） 虽然（3）式基于三点采样值算法推得，实际上将（2）式带入（3）式的左边，同样可以得到： 由于，三相电流具有轮换对称性，可以推得： （4） 即任意时刻三相采样值，其中一相采样值的平方减去另两相采样值之积所得的差为一常数。这个结论只假设了三相是对称的，与频率无关。 也可以将（4）式改写为 （5） 正常运行时，（5）式理论上是相电流有效值平方成正比的常数，可以认为只有恒定分量，无交变分量。在实际系统中，线路的换位不完全等不对称因素，使得三相电流不是绝对对称，实际三相电流可以表示为： 式中：分别为电流峰值，角频率和初相角；下标1、2和0分别为正序、负序和零序。 将（6）式代入（5）式，有： （7） 由于正常运行时，系统中负荷电流三相不完全对称，三相电流存在负序、零序分量。但此电流负序分量较小，其角频率由电源角频率决定，与正序电流角频率大小相同，方向相反。式（7）为较大的恒定分量上叠加两倍频变化的较小交变分量。在故障的暂态过程中正序电流幅值不再恒定，并且出现了较大的负和零序电流，使得（5）式产生较大的交变分量。 在实际使用中，为了减小负荷电流对启动灵敏度的影响，电流启动元件选用有效地滤除恒定分量，提取交变分量的判据。因此我们采用类似于相电流突变量计算方法，这样启动元件具体判式为： （8） 其中： 比起（4）式，