引入電流故障分量的非接地短路故障選相方法

三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院 王 豐 方 雯

1.引言

故障選相是綜合重合閘裝置[1]不可缺少的一部分，對(duì)提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的故障選相方法主要基于工頻電氣量，存在速度慢，易受系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路分布電容和過渡電阻等的影響。因而國內(nèi)外學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向性能更好的基于暫態(tài)量[2]的方法的研究。本文對(duì)采用行波原理的故障選相方法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在某些故障合閘角下，三相短路被誤判為兩相短路。針對(duì)上述情況，進(jìn)行仿真分析，引入電流故障分量，提出改進(jìn)的非接地短路故障的選相方法，并驗(yàn)證其有效性。

2.模量分析

本文采用式（1）所示的相模變換矩陣[3]進(jìn)行解耦，

設(shè)故障時(shí)刻4個(gè)模量的絕對(duì)值分別為M0、M1、M2和M3，根據(jù)邊界條件，可以得出：當(dāng)M0=0時(shí)，M1、M2和M3中的一個(gè)模量的值為另外兩個(gè)線模量的兩倍，可判斷為兩相短路故障，否則，為三相短路故障。

3.仿真驗(yàn)證

在Matlab/simulink建立電力系統(tǒng)仿真模型，在半個(gè)工頻周期內(nèi)，改變故障合閘角，每間隔30°對(duì)AB兩相短路以及ABC三相短路故障分別進(jìn)行仿真。并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為增加可靠性，取故障時(shí)刻開始后5點(diǎn)相應(yīng)模量的平均值作為故障時(shí)刻的各模量值，數(shù)據(jù)如表1所列。

表1中，考慮誤差影響，對(duì)于AB兩相短路，除150°外，能正確選相。在ABC三相短路故障中，帶下劃線的數(shù)據(jù)會(huì)誤判為AB、BC和AC兩相短路故障中的一種，其他故障合閘角下，能給出正確結(jié)果。

現(xiàn)以AB兩相短路（故障合閘角為150°）和ABC三相短路（故障合閘角為60°）為例，繪制誤判情況的模電流波形如圖1和圖2所示，并對(duì)誤判結(jié)果進(jìn)行分析。

表1 不同故障合閘角下非接地短路故障的選相數(shù)據(jù)

圖1 AB兩相短路（故障合閘角為150°）處理后的模電流

由圖1可以看出在求和以及差分處理后，故障時(shí)刻的模電流仍能使M1=2M2=2M3成立，能正確選相。但在圖2所示ABC三相短路的模電流中也能使M1=2M2=2M3成立，因而會(huì)出現(xiàn)將ABC三相短路故障誤判為AB兩相短路。

圖2 ABC三相短路（故障合閘角為60°）的電流1、2、3模量

根據(jù)AB兩相短路的邊界條件可知，C相的電流故障分量為零，而三相短路故障不存在這種情況。因此，引入電流故障分量的補(bǔ)充判據(jù)，即：

以AC兩相短路（故障合閘角為30°）和ABC三相短路（故障合閘角為120°）為例，仿真驗(yàn)證補(bǔ)充判據(jù)的有效性，結(jié)果如表2所示，考慮誤差因素，仿真結(jié)果正確。

表2 引入電流故障分量的選相數(shù)據(jù)

4.總結(jié)

本文在分析基于行波故障選相的基礎(chǔ)上，通過仿真發(fā)現(xiàn)其存在的不足，并將故障電流分量引入，以區(qū)分兩相短路和三相短路。仿真結(jié)果顯示該方法具有一定的可行性，但在本文中噪聲干擾等問題還尚未考慮，還需進(jìn)一步研究。

[1]張鳳琴.220～500千伏綜合重合閘的選相元件分析[J].繼電器,1987,(04):26-34.

[2]羅四倍,段建東,張保會(huì).基于暫態(tài)量的EHV/UHV輸電線路超高速保護(hù)研究現(xiàn)狀與展望[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(22):32-41.

[3]宋國兵,李森,康小寧,周德生,楊忠禮,索南加樂.一種新相模變換矩陣[J],電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2007,31(14):57-60.