一种用于振荡中发生不对称故障的继电器及继电保护方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种用于振荡中发生不对称故障的继电器及继电保护方法。

背景技术

电力系统或发电厂之间出现功率在大范围内的周期性变化时，即为电力系统振荡。振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角可能在0°～360°范围内变化，从而使线路两侧电压、电流的大小及方向出现周期性的变化，因此阻抗也会出现周期性的变化，可能导致距离保护在振荡中出现误动。

在振荡中发生区内故障，要求距离保护正确动作。因此需要距离保护有振荡过程中再故障的判别逻辑，在确认发生故障后，投入故障相别的阻抗元件，满足动作条件后出口动作。

姆欧继电器是目前比较常用的阻抗继电器，可用于各种故障的距离保护元件。典型姆欧继电器的一个主要特点是采用正序电压作为极化量。

但在试验中发现，系统振荡过程中发生不对称故障时，在某些系统情况下，使用正序极化电压的姆欧继电器，在计算正序极化电压时，因非故障相电压受两侧系统电压的影响，正序电压会随着两侧系统电压的变化而变化，因此，当改变保护安装处背后系统阻抗和两侧电源之间的等值阻抗关系时，可能会出现区内故障时姆欧继电器拒动、区外故障时姆欧继电器误动的情况。

各种距离保护元件，都会根据现场运行经验以及试验情况，不断改进完善，以适应各种复杂的运行条件。姆欧继电器同样需要不断改进，实现在振荡过程中发生故障时能够正确动作，以满足现场要求。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种用于振荡中发生不对称故障的继电器及继电保护方法，采用系统电压作为极化量的阻抗继电器，可以消除系统振荡的影响，在系统发生不对称故障时能够正确动作。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种用于振荡中发生不对称故障的继电器，在电力系统振荡过程中发生不对称故障时，采用系统电压作为极化量的阻抗继电器，作为距离保护元件。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，单相接地故障时，采用的阻抗继电器动作方程为：

其中，

优选地，两相短路故障时，采用的阻抗继电器动作方程为：

其中，

优选地，所述

优选地，所述

本发明还公开了一种用于振荡中发生不对称故障的继电保护方法，包括以下步骤：

步骤1：判别保护是否启动，保护启动后，进入步骤2；

步骤2：判别阻抗继电器是否已经过振荡开放，若已经过振荡开放，进入步骤3，否则返回步骤1；

步骤3：判别是否为单相接地故障，若是单相接地故障，进入步骤4，否则进入步骤7；

步骤4：确定单相阻抗继电器的动作方程，即单相接地故障时，采用的阻抗继电器动作方程；

步骤5：判别故障相的阻抗继电器是否满足动作条件，若满足动作条件，进入步骤6，否则返回步骤1；

步骤6：判别单相阻抗继电器满足动作条件的确认时间是否达到要求，若达到动作时间确认要求，接地距离保护动作，若未达到动作时间确认要求，返回步骤1；

步骤7：判别是否为两相短路故障，若是两相短路故障，进入步骤8，否则返回步骤1；

步骤8：确定相间阻抗继电器的动作方程，即两相短路故障时，采用的阻抗继电器动作方程；

步骤9：判别故障相的相间阻抗继电器是否满足动作条件，若满足动作条件，进入步骤10，否则返回步骤1；

步骤10：判别相间阻抗继电器满足动作条件的确认时间是否达到要求，若达到动作时间确认要求，相间距离保护动作，若未达到动作时间确认要求，返回步骤1。

优选地，步骤2中，在电流突变量启动元件启动150ms之后，或静稳失稳启动元件启动、零序电流辅助启动元件启动后，距离保护元件，即阻抗继电器进入振荡开放判别，判断振荡中是否发生故障；

若零序电流或负序电流达到了一定的阀值，则判断振荡中发生不对称故障，进入步骤3。

优选地，所述两相短路故障包括两相短路接地故障、两相短路不接地故障；

通过如下方法判别两相短路接地故障、两相短路不接地故障和单相接地故障，并进行故障相别选相；

若有零序电流和负序电流，则为单相接地故障或两相短路接地故障，对于单相接地故障或两相短路接地故障，进一步根据零序电流和负序电流的角度关系，再加相间故障排除法进行选相；

若无零序电流且有负序电流，则为两相短路不接地故障，对于两相短路不接地故障，进一步根据AB、BC、CA三个相间阻抗排除法进行选相。

优选地，步骤5具体为：按单相阻抗继电器的动作方程，判别故障相的阻抗继电器是否在动作区内，若为A相故障，判断A相阻抗继电器是否在动作区内；若为B相故障，判断B相阻抗继电器是否在动作区内；若为C相故障，判断C相阻抗继电器是否在动作区内；

对于A相故障、B相故障或C相故障，若故障相别的阻抗继电器在动作区内，进入步骤6，否则返回步骤1。

优选地，步骤9具体为：按相间阻抗继电器的动作方程，判别故障相的阻抗继电器是否在动作区内，若为AB相故障，判别AB相阻抗继电器是否在动作区内；若为BC相故障，判别BC相阻抗继电器是否在动作区内；若为CA相故障，判别CA相阻抗继电器是否在动作区内；

对于AB相故障、BC相故障或CA相故障，若故障相别的阻抗继电器在动作区内，进入步骤10，否则返回步骤1。

本申请所达到的有益效果：

本发明采用系统电压作为极化量的阻抗继电器，可以消除系统振荡的影响，在系统振荡过程中发生不对称故障时，距离保护能够正确动作。

附图说明

图1为双电源系统发生线路M侧区内故障示意图；

图2为双电源系统发生线路M侧正向区外故障示意图；

图3为双电源系统发生线路M侧反向故障示意图；

图4为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，M侧正方向区内发生不对称故障时拒动示意图；

图5为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，M侧正方向区外发生不对称故障时误动示意图；

图6为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，M侧反方向发生不对称故障时误动示意图；

图7为用于振荡中发生不对称故障的阻抗继电器的正方向故障动作特性示意图；

图8为用于振荡中发生不对称故障的阻抗继电器的反方向故障动作特性示意图；

图9为用于振荡中发生不对称故障的继电保护方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

本发明在电力系统振荡过程中发生不对称故障时，采用系统电压作为极化量的阻抗继电器，作为距离保护元件。

采用正序电压作为极化量的姆欧继电器，在电力系统振荡中发生区内不对称故障时可能拒动、发生区外不对称故障时可能误动。

采用系统电压作为极化量的阻抗继电器的方法，不受保护安装处的非故障相电压影响，在电力系统振荡中发生区内不对称故障时能够正确动作，发生区外不对称故障时可靠不动作。

图1为双电源系统发生线路M侧区内故障示意图，图中在线路正向区内A处发生不对称故障。阻抗继电器安装在M侧。M侧系统等值电动势为E

图2为双电源系统发生线路M侧正向区外故障示意图，图中在线路M侧正向区外C处发生不对称故障。阻抗继电器安装在M侧。

图3为双电源系统发生线路M侧反向故障示意图，图中在线路反向B处发生不对称故障。阻抗继电器安装在M侧。保护安装处到对侧系统的等值阻抗为Z

图4为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，区内发生不对称故障时拒动示意图。

典型单相姆欧继电器动作方程：

其中，

典型相间姆欧继电器动作方程：

其中，

以A相故障为例，

保护安装处的

图4中，线路两侧等值电势之间阻抗为1，保护背后系统等值阻抗为0.6，金属性短路故障阻抗为0.1，两侧等值电势角度差在142°～218°范围内，区内故障，M侧姆欧继电器会拒动。

图5为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，M侧正方向区外发生不对称故障时误动示意图。图5中，线路两侧等值电势之间阻抗为1，保护背后系统等值阻抗为0.6，金属性短路故障阻抗为0.3，两侧等值电势角度差在44°～316°范围内，M侧姆欧继电器会误动。

图6为正序电压极化姆欧继电器在振荡过程中，M侧反方向发生不对称故障时误动示意图。图6中，线路两侧等值电势之间阻抗为1，保护背后系统阻抗为0.2，金属性短路故障阻抗为0.1，两侧等值电势角度差在109°～251°范围内，M侧距离保护会误动。

图7为用于振荡中发生不对称故障的阻抗继电器的正方向故障动作特性示意图。

单相接地故障时，采用的阻抗继电器动作方程为：

其中，

以线路正向发生单相故障为例：

因此，

为方便保护软件计算，所述

两相短路故障时，采用的阻抗继电器动作方程为：

其中，

所述两相短路，包括两相短路不接地、两相短路接地。两相短路不接地故障有负序无零序电流，两相短路接地故障有零序和负序电流。

同理，根据相间阻抗继电器动作方程：

将阻抗继电器转换为X-R阻抗平面的形式，见图7，可以看出其动作边界是一个阻抗圆，其中，Z

图8为用于振荡中发生不对称故障的阻抗继电器的反方向故障动作特性示意图。

以线路反向发生单相故障为例：

同理，根据相间阻抗继电器动作方程：

将阻抗继电器转换为X-R阻抗平面的形式，见图8，可以看出其动作边界是一个阻抗圆，其中，Z

图9为一种用于振荡中发生不对称故障的继电保护方法流程图，如图9所示，本发明的一种用于振荡中发生不对称故障的继电器保护方法，包括以下步骤：

步骤1：判别保护是否启动，保护启动后，进入步骤2；

步骤2：通过振荡闭锁开放元件判别阻抗继电器是否已经过振荡开放，若已经过振荡开放，进入步骤3，否则返回步骤1；

在电流突变量启动元件启动150ms之后，或静稳失稳启动元件启动、零序电流辅助启动元件启动后，距离保护元件进入振荡开放判别，判断振荡中是否发生故障。

若零序电流或负序电流达到了一定的阀值，则判断振荡中发生不对称故障，进入步骤3。

步骤3：通过选相元件，判别是否为单相接地故障，若是单相接地故障，进入步骤4，否则进入步骤7；

具体实施时，通过如下方法判别两相短路接地故障、两相短路不接地故障和单相接地故障，并进行故障相别选相；

若有零序电流和负序电流，则为单相接地故障或两相短路接地故障，对于单相接地故障或两相短路接地故障，进一步根据零序电流和负序电流的角度关系，再加相间故障排除法进行选相；

若无零序电流且有负序电流，则为两相短路不接地故障，对于两相短路不接地故障，进一步根据AB、BC、CA三个相间阻抗排除法进行选相。

步骤4：确定单相阻抗继电器的动作方程，即单相接地故障时，采用的阻抗继电器动作方程；

步骤5：判别故障相的阻抗继电器是否满足动作条件，若满足动作条件，进入步骤6，否则返回步骤1，具体为：

根据单相阻抗继电器的动作方程，判别故障相的阻抗继电器是否在动作区内，若为A相故障，计算A相阻抗继电器是否在动作区内；若为B相故障，计算B相阻抗继电器是否在动作区内；若为C相故障，计算C相阻抗继电器是否在动作区内；

对于A相故障、B相故障或C相故障，若故障相别的阻抗继电器在动作区内，进入步骤6，否则返回步骤1。

步骤6：判别单相阻抗继电器满足动作条件的确认时间是否达到要求，若达到动作时间确认要求，接地距离保护动作，若未达到动作时间确认要求，返回步骤1，具体为：若接地距离保护的阻抗继电器在动作区内，确认时间到后，动作出口，即输出根据步骤4计算得到的动作；若未达到动作时间确认要求，返回步骤1，重新判别。

步骤7：通过选相元件，判别是否为两相短路故障，若是两相短路故障，进入步骤8，否则返回步骤1；

步骤8：确定相间阻抗继电器的动作方程，即两相短路故障时，采用的阻抗继电器动作方程；

步骤9：判别故障相的相间阻抗继电器是否满足动作条件，若满足动作条件，进入步骤10，否则返回步骤1，具体为：

判别故障相的阻抗继电器是否在动作区内，若为AB相故障，计算AB相阻抗继电器是否在动作区内；若为BC相故障，计算BC相阻抗继电器是否在动作区内；若为CA相故障，计算CA相阻抗继电器是否在动作区内；

对于AB相故障、BC相故障或CA相故障，若故障相别的阻抗继电器在动作区内，进入步骤10，否则返回步骤1。

步骤10：判别相间阻抗继电器满足动作条件的确认时间是否达到要求，若达到动作时间确认要求，相间距离保护动作，若未达到动作时间确认要求，返回步骤1，具体为：若相间距离保护的阻抗继电器在动作区内，确认时间到后，动作出口，即输出根据步骤8计算得到的动作；若未达到动作时间确认要求，返回步骤1，重新判别。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。