PPT2基于故障分量的繼電保護(hù)原理

1、 第一章 故障分量的概念及方向保護(hù)原理 第二章 自適應(yīng)電流速斷保護(hù) 超高壓輸電線路短路電流中的各種分量超高壓輸電線路短路電流中的各種分量及產(chǎn)生的原因及產(chǎn)生的原因 基本的非周期分量 附加的非周期分量 高頻分量 低頻分量 穩(wěn)態(tài)分量 通過反應(yīng)（檢測）故障后電壓、電流的工頻量來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能傳統(tǒng)繼電保護(hù)的特點(diǎn): 動作性能受負(fù)荷電流的影響 如何解決? 系統(tǒng)發(fā)生故障時，在故障初期可用疊加原理分析故障網(wǎng)絡(luò)。 故障點(diǎn)在正常運(yùn)行情況下的電壓。 故障電動勢 故障附加狀態(tài)-故障電動勢單獨(dú)作用下對應(yīng)的網(wǎng) 絡(luò)狀態(tài)。FUFU 由疊加原理可知，故障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一點(diǎn)m的電壓及電流可表示為： (1-1) (1-2) ， 故障狀態(tài)下m

2、點(diǎn)的實(shí)際電壓和電流（全電壓和全電流） , 正常運(yùn)行狀態(tài)下m點(diǎn)的電壓和電流 , 故障附加狀態(tài)下m點(diǎn)的電壓和電流(稱之為故障分量) 故障分量 故障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源電勢為零，只有故障點(diǎn)電動勢單獨(dú) 作用而產(chǎn)生的電壓和電流。mmzcmguuumummzcmgiiimimzcumzcimgumgi 故障分量包括暫態(tài)故障分量和穩(wěn)態(tài)故障分量； 暫態(tài)故障分量為衰減的直流分量和各次諧波分量； 穩(wěn)態(tài)故障分量為工頻變化量。故障分量的特征： 正常運(yùn)行情況下無故障分量，它們只在故障時出現(xiàn); 故障分量電流與負(fù)荷電流無關(guān); 故障點(diǎn)故障分量電壓最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)處為零; 保護(hù)安裝處故障分量電壓和電流的相位關(guān)系由保護(hù)安裝處到系統(tǒng)中性

3、點(diǎn)之間的阻抗決定，且不受系統(tǒng)電動勢和故障點(diǎn)過渡電阻的影響。 根據(jù)疊加原理，故障分量電壓、電流等于故障后實(shí)測的電壓、電流減去故障前對應(yīng)的電壓、電流。 (1). 模擬量實(shí)現(xiàn)方案模擬量實(shí)現(xiàn)方案 (2). 數(shù)字量實(shí)現(xiàn)方案數(shù)字量實(shí)現(xiàn)方案算法如下： 式中： 采樣序號 每周采樣次數(shù)（通常取12）注：上述方法在故障后的一個周波時間內(nèi)所提取的故障分量是完整的，此后則不能正確反映。 gki ki kNi 2gNki ki kik N 90接線的方向元件三相短路有死區(qū)，靈敏度受過渡電阻影響; 零序功率方向元件只反映接地故障; 負(fù)序功率方向元件只反映不對稱故障; 相電壓補(bǔ)償式只反映不對稱故障1.傳統(tǒng)方向元件及存在的問

4、題 2. 故障分量方向元件及工作原理故障分量方向元件及工作原理:mgmgmUIZ 其中:()mgmgLmUIZZ其中 由以上分析可知，正向F1點(diǎn)故障時， 落后于 約為90；反向F2點(diǎn)故障時 超前于 約為90 。 因此，利用故障分量的方向元件在正反方向故障時具有明確的方向性，能用來實(shí)現(xiàn)方向性保護(hù)。 如何設(shè)計(jì)動作判據(jù)?mgUmgImgUmgI 基于故障分量的方向元件具有以下特點(diǎn)： 不受負(fù)荷狀態(tài)的影響 不受過渡電阻的影響 無電壓死區(qū) 方向性明確 1. 對稱分量的簡單回顧對稱分量的簡單回顧 當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生單相接地短路時，為串聯(lián)型復(fù)合序網(wǎng)： 當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生兩相直接短路時，為并聯(lián)型復(fù)合序網(wǎng)： 當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生兩相接地短

5、路時，為并聯(lián)型復(fù)合序網(wǎng)： 當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生三相短路時， 20ZZZ2ZZ2020ZZZZZ0Z2. 正序復(fù)合序網(wǎng)的分解及正序故障分量的計(jì)算正序復(fù)合序網(wǎng)的分解及正序故障分量的計(jì)算 將正序復(fù)合序網(wǎng)等效，然后應(yīng)用疊加原理進(jìn)行分解，則得到正序故障附加狀態(tài)。正常運(yùn)行條件下F點(diǎn)的電壓，可用下式計(jì)算： 正序故障附加狀態(tài)就是分析計(jì)算正序故障分量電壓和電流的復(fù)合序網(wǎng)11111111nmLmnLFmnLEZZEZZUZZZ正序故障分量的特征： 正序故障分量在任何故障類型下均存在，因此能用來反應(yīng)各種短路 正序故障分量電流的大小與故障類型有關(guān)，三相短路時最大，單相接地短路時最小 正序故障分量在故障點(diǎn)時最大，在系統(tǒng)中性點(diǎn)處為

6、零 利用正序故障分量電壓和電流能獨(dú)立的正確判斷故障方向，無需考慮故障選相問題 （為什么？）正序故障分量的上述特點(diǎn)使它更適合于被繼電保護(hù)所利用 正向故障 反向故障 動作特性基于正序故障分量的故障方向檢測判據(jù)180arg11mgmgIU360arg18011mgmgIUO perating regionforbackw ard faultsO perating regionforforw ard faults22+j1I 單一繼電器能反應(yīng)所有故障類型； 具有很強(qiáng)的抗過渡電阻能力； 無電壓死區(qū)問題； 不受負(fù)荷電流的影響，靈敏度高； 具有較快的動作速度。 問題：在實(shí)際應(yīng)用中如何求正序故障分量？正序故障

7、分量方向元件的特點(diǎn)： 提取各相電壓、電流故障分量的瞬時值； 利用DFT算法計(jì)算各相電壓和電流的工頻故障分量； 利用相、序分量之間的關(guān)系求出正序故障分量。Design and Evaluation of Directional Algorithm for Transmission Line Protection Based on Positive sequence fault components Houlei Gao Peter Crossly IEE proceedings Generation, Transmission and DistributionNov. 2006, Vol. 15

8、3, No.6 自適應(yīng)繼電保護(hù)的提出 傳統(tǒng)保護(hù)的定值或者特性一經(jīng)確定，就不再改變。而且這種定值的確定是以任何情況下都能保證選擇性為指導(dǎo)思想的。這種按最嚴(yán)重條件確定定值的方法其優(yōu)點(diǎn)就是任何情況下不會錯誤切除被保護(hù)線路，但存在以下兩個缺點(diǎn)： （1）按上述方法確定的定值在其他運(yùn)行方式下不是最佳的； （2）在最小運(yùn)行方式下或最不利短路條件下，保護(hù)失效或性能嚴(yán)重變差。 自適應(yīng)繼電保護(hù)定義為：能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式以及故障狀態(tài)的變化而實(shí)時改變保護(hù)性能、特性或定值的保護(hù)。 1、什么是自適應(yīng)繼電保護(hù)？2、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化 電力系統(tǒng)是由多種設(shè)備、輸電線路和各種用戶組成的，其運(yùn)行狀態(tài)處于頻繁的變化之中，如用

9、戶負(fù)荷的變化，設(shè)備的投切，發(fā)電機(jī)出力的變化等。除正常運(yùn)行狀態(tài)變化外，電力系統(tǒng)還可能發(fā)生各種類型的故障，故障可能是瞬時性的，也可能是永久性的，是金屬性的，也可能是經(jīng)過渡電阻短路等。因此要使繼電保護(hù)的變化適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，的確是一項(xiàng)十分困難的任務(wù)。3、實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)必須具備的條件 自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)盡可能適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。因此實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)的一個重要條件是實(shí)時獲取運(yùn)行狀態(tài)的變化和故障過程的變化信息。這些信息可以就地獲得，也可以利用通信網(wǎng)絡(luò)或者其他變電站獲得。就地獲取信息簡單易行，應(yīng)首先考慮。在能顯著改善保護(hù)性能，且通道能滿足要求的前提下，利用通信網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)方獲

10、取信息也是可行的。電網(wǎng)調(diào)度自動化、變電站綜合自動化和微機(jī)智能為獲取更多信息并加以實(shí)時處理提供了條件。4、傳統(tǒng)保護(hù)的自適應(yīng)性 過電流保護(hù)中的反時限特性，差動保護(hù)中的制動特性，距離保護(hù)中的防止振蕩誤動作等。 2-2-1 傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)存在的問題 max1minksEIflZZ l最大運(yùn)行方式下，線路發(fā)生三相短路時的短路電流曲線 min2max32ksEIflZZ l最小運(yùn)行方式下，線路發(fā)生二相短路時的短路電流曲線 minmaxssZZZE其中：最大運(yùn)行方式對應(yīng)的系統(tǒng)阻抗最小運(yùn)行方式對應(yīng)的系統(tǒng)阻抗線路單位長度阻抗相電勢minm n,1.21.3zdkksEIkkZZ l電流保護(hù) 段整定值:maxm

11、inmn15sZll問題：當(dāng)很大時，的最小范圍可能小于的，甚至沒有了保護(hù)區(qū)，其根本原因就是定值過高。實(shí)際上，短路電流的大小與系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路類型及故障點(diǎn)在線路位置有關(guān)，相應(yīng)短路電流表達(dá)式為： 此時，電流段的保護(hù)范圍總是小于最大運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍 。minmaxsZZZ1sdddZkkk其中：當(dāng)前運(yùn)行方式下的系統(tǒng)阻抗，短路類型系數(shù)，三相短路時 ，3兩相短路時 2 3dkdsk EIflkZZ l當(dāng)前運(yùn)行方式下發(fā)生型短路時的短路電流曲線maxl 為克服傳統(tǒng)速斷保護(hù)的缺點(diǎn)，自適應(yīng)電流速斷保護(hù)的定值應(yīng)隨系統(tǒng)運(yùn)行方式和短路類型的實(shí)際情況而改變，其整定值可表示為： mndzdksk EIkZZ lmn

12、1.21.3kdskk EZZ l其中：可靠系數(shù)，可取當(dāng)前運(yùn)行方式下，在線路末端發(fā)生短路時，流過保護(hù)安裝處的短路電流自適應(yīng)電流速斷保護(hù)的特點(diǎn)：（1）當(dāng)前運(yùn)行方式下和故障類型下，在保證選擇性的條件下具有最大保護(hù)范圍，在任何情況下都不會沒有保護(hù)區(qū)。（2）自適應(yīng)保護(hù)定值不是固定不變的，是隨運(yùn)行方式和故障類型而改變的。自適應(yīng)電流速斷保護(hù)應(yīng)具備的條件:（1）實(shí)時測定故障類型可用相電流差工頻變化量元件實(shí)現(xiàn)（2）實(shí)施測定系統(tǒng)阻抗可用故障分量電壓與電流實(shí)現(xiàn)2-2-3.舉例 如下圖所示系統(tǒng)，所標(biāo)參數(shù)均為標(biāo)幺值，設(shè) ，分別代表傳統(tǒng)速斷和自適應(yīng)速斷的保護(hù)范圍，則不同故障類型下的保護(hù)范圍如下表所示。l ll0.375SZ 線路長度三相短路兩相短路50KM 00.419 00.419100KM0.1080.626 00.626系統(tǒng)阻抗l0.375SZ l lD=100Km時傳統(tǒng)速斷定值：D=100Km，Zs=0.375，三相短路時自適應(yīng)速斷定值：D=100Km，Zs =0.375, 兩相短路時自適應(yīng)速斷定值： 11.252.470.187100 0.0032zdI11.251.800.3750.32zd