專利名稱：防止阻抗繼電器因“同相問題”誤動作的閉鎖方法
技術領域：
本發明屬于電力系統繼電保護技術領域，具體地涉及距離保護的阻抗繼電器的一
種閉鎖判據。
背景技術：
保護安裝在受電側，當故障點的高過渡電阻達到某一臨界值時，在電壓平面上從 故障點至受端電源沿線任一點的電壓均同相位，此時補償電壓末端端點即為同相點，如附 圖1中的I點所示。當過渡電阻增大，高于此臨界值時，將導致區內故障時補償電壓超前 故障點電壓而區外故障時補償電壓落后故障點電壓，引起受端系統的阻抗繼電器區外故障 時誤動作而區內故障時拒動。這就是所謂的"同相問題"，引起"同相問題"的區域為"同相 區"。 為解決"同相問題"對阻抗繼電器的影響，通常采用固定下偏角(如12° )的電抗 線以防止同相區的超越問題，但該電抗線對過渡電阻不具有自適應能力，同時犧牲了受端 阻抗繼電器的耐過渡電阻能力。
發明內容
針對現有技術存在上述問題，本發明提出了阻抗繼電器"同相問題"的一種閉鎖判 據，即在電壓平面上以故障前補償電壓的端點為圓心，以大于該端點到同相點的最大距離 為半徑的作一個圓，該圓可將"同相區"完全包含在內，從而形成阻抗繼電器在"同相區"的 一種閉鎖判據。 所述閉鎖判據是指，在電壓平面上以故障前補償電壓的端點為圓心，以大于該端 點到同相點的最大距離為半徑作一個圓，該圓將"同相區"完全包含在內，從而形成阻抗繼 電器在"同相區"的一種閉鎖判據；該判據包括以所述圓周為動作邊界的兩種形式的動作方 程，即比相式和比幅式動作方程 比相式90、^g \ " ) <270° (1) 或比幅式I^'-^I〉^IC^1 (2) 其中，kin定義為"同相區半徑系數"，[>，為補償電壓，C^為故障前補償電壓。 按故障端口實際綜合阻抗Zn計算所述圓的半徑YI為 YI = 0Y*sina/sin(argZ￡L) = U' |o|*sin a/sin(argZ ￡ L)，其中，a為受端 系統電勢與故障前補償電壓之間的相角差，同相區半徑系數為，kin> sina/sin(argZj (3) 由于保護無法獲知系統電勢的相角，a的計算是困難的，而功角S可由振蕩中心 電壓和負荷電流近似獲得，因此a可由功角S代替。同時因功角S大于a角，更有利于 提高繼電器的安全性。對上式作近似處理，由功角S代替a角，argZn按線路阻抗角考 慮在65° 90°之間。考慮由此引起的計算誤差，"同相區半徑系數"kin按l.l 1.3倍的可靠系數選取，即 kin = (1. 1 1. 3) sin S (4) 本發明閉鎖判據的動作特性可隨雙端系統功角的大小自適應調整。但是該閉鎖判 據不能獨立使用，須和其他阻抗繼電器配合使用。無論區內外故障，當故障后補償電壓的末 端落入"同相區"內時，閉鎖阻抗繼電器的動作。 阻抗繼電器應盡可能提高耐過渡電阻能力，但并不意味著解決所有高阻接地故 障，在過渡電阻高于一定程度時，犧牲阻抗繼電器一定的耐過渡電阻能力是完全可以接受 的。為防止自適應阻抗繼電器在"同相區"的不正確動作，完全可以考慮犧牲繼電器一定的 耐過渡電阻能力，增加上述同相區的閉鎖判據，使得繼電器在區內外經高于臨界值過渡電 阻故障時均不動作。
圖1為阻抗繼電器"同相區"閉鎖判據在電壓平面上的動作特性示意圖，其中圖1A 所示為雙端系統故障等效網絡圖，圖IB所示為電壓平面上"同相區"閉鎖判據的動作特性 示意圖； 圖2為阻抗繼電器"同相區"閉鎖判據在阻抗平面上的動作特性示意圖。
具體實施例方式
下面根據說明書附圖對本發明的技術方案作進一步詳細表述。
圖1A所示為雙端系統故障等效網絡圖，圖中A、 A分別為送端和受端系統電 源，F為故障點，Y為線路整定阻抗點，t^為故障點過渡電阻上的電壓。[)'為補償電壓，按 & = C>-hZy計算，式中ZY為整定阻抗，[)和/分別為保護安裝處的電壓、電流，對相間距離 繼電器& = [^， /"柳;對接地距離繼電器^> +&Z*/。，KZ為零序補償系數，
&w、 4^和&一 ^分別為保護安裝處故障相間或故障相電壓、電流。圖1B所示為電壓平 面上"同相區"閉鎖判據的動作特性示意圖，圖中帶下標|0|的量表示故障前的量。"同相 區"閉鎖判據的動作邊界為圓Q，圓內為閉鎖區，當補償電壓落入圓內時閉鎖阻抗繼電器的 動作，即圓Q外為補償電壓的動作區。 在圖1B中，YI是整定點Y到進入同相區的補償電壓端點的最大距離。因此，以Y 為圓心，以大于YI為半徑的圓Q可將同相區完全包含在內。取圓Q的半徑YP = kinU' w， 以圓Q為動作邊界的同相區的閉鎖判據為
比相式
90、 V —(1 —。；〈27(T (1) (I+A:,")U 或比幅式
ICJ'-^I"J&I (2) 式中kin定義為"同相區半徑系數"，^，為補償電壓，^為故障前補償電壓。 式(1)或式(2)即為本發明提出的"同相區"閉鎖判據。如圖1B所示，該判據動
作時，表示測量阻抗落入由較高過渡電阻引起的"同相區"，因此該判據動作時，不允許阻抗繼電器動作。 在圖1B所示的電壓平面上閉鎖判據的動作特性圖中，Z I0Y = a ， S為兩側系統
功角之差。按故障端口實際綜合阻抗Zn計算YI為YI = 0Y*sina/sin(argZ￡I) = U' |o|*sin a/sin (argZ ￡ L)，貝U :kin > sina/sin(argZ￡L) (3) 由于保護無法獲知系統電勢的相角，a的計算是困難的，而功角S可由振蕩中心 電壓和負荷電流近似獲得，因此a可由功角S代替。同時因功角S大于a角，更有利于 提高繼電器的安全性。對上式作近似處理，由功角S代替a角，argZn按線路阻抗角考 慮在65° 90°之間。考慮由此引起的計算誤差，"同相區半徑系數"kin按l.l 1.3倍 的可靠系數選取，即 kin = (1. 1 1. 3) sin S (4) 由上式可見"同相區半徑系數"kin隨系統功角的變化而變化，功角大則大，對應特 性圓的動作區大；功角小則小，對應特性圓的動作區小，因此，同相區閉鎖判據的動作特性 可隨系統功角的大小自適應調整。 假定保護安裝處測量的電壓電流分別為t/和/ ，保護安裝處背后的系統阻抗為Zs。 在空載條件下的正向故障時，^-^ + hA;將補償電壓^，和^代入式(1)和式(2)可
得
90。 <Ag-^<270°
(5)
式中
z為測:
:阻抗，Z^//
A,- — 1
(6)
(7) 式(5)表示的阻抗繼電器"同相區"閉鎖判據在阻抗平面上的動作特性如圖2所 示，圓內為動作區。因1^< l，由式(7)可知|Z' Y| > IZYl，閉鎖判據能夠保證保護范圍 和足夠的耐過渡電阻能力。 式(2)為比幅式動作方程，可由采樣值積分算法實現，具體算法如下 故障前的補償電壓t^模值由積分求得。即
W/2 t/" =
"柳一 ^V柳
*|0| — &-l)|0|. 式中N為基波每周內的采樣點數；積分常數pi/(V^V)。為簡化計算，將式(2)的 右式視為門檻，取P = l，則判據1的左式在故障后第t時刻的積分值可按下式求取
]—A"〗 | -《ZA(。| — F
，l肌
5
式中&和k分別表示整定的正序電阻和電感，Ts為采樣間隔；下標|0|表示故 障前采樣點，無此下標表示當前采樣點；k表示第k個采樣點，k-l表示第k-l個采樣點；kc 即判據中的圓心系數。對相間距離繼電器="*.w =、w ;對接地距離繼電器"it ， G =".P ，".w 、 lp和i。k分別表示當前相間、單相和零序電流的采樣值。
權利要求
一種防止距離保護阻抗繼電器因“同相問題”誤動作的閉鎖方法，其特征為在所述阻抗繼電器的電壓平面上以故障前補償電壓的端點為圓心，以大于該端點到同相點的最大距離為半徑作一個圓，該圓將“同相區”完全包含在內，從而形成所述阻抗繼電器在“同相區”的一種閉鎖判據；該判據具有以所述圓周為動作邊界的兩種形式的動作方程，即比相式和比幅式動作方程比相式或比幅式 <mrow><mo>|</mo><msup> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><msubsup> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mrow><mo>|</mo><mn>0</mn><mo>|</mo> </mrow> <mo>′</mo></msubsup><mo>|</mo><mo>></mo><msub> <mi>k</mi> <mi>in</mi></msub><mo>|</mo><msubsup> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mrow><mo>|</mo><mn>0</mn><mo>|</mo> </mrow> <mo>′</mo></msubsup><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，kin定義為“同相區半徑系數”，為補償電壓，為故障前補償電壓。F2009102438861C00011.tif,F2009102438861C00013.tif,F2009102438861C00014.tif
2. 根據權利要求1所述的閉鎖方法，其特征在于，優選按故障端口實際綜合阻抗Z ￡ ^計算所述圓的半徑YI :YI=U' w化inci/sin(argZn)，其中，a為受端系統電勢與故障前補償電壓之間的 相角差，同相區半徑系數優選為，kin > sin a /sin (argZ ￡ J 。
3. 根據權利要求2所述的閉鎖方法，其特征在于，使用線路兩側系統功角功角S代替 a ，argZn進一步選取在65。 90°之間，所述"同相區半徑系數"1^按1. 1 1. 3倍的 可靠系數選取，即kin = (1. 1 1. 3) sin S 。
4. 根據權利要求1所述的閉鎖方法，其特征在于，所述閉鎖判據在電壓平面上的動作 特性能夠將"同相區"完全包含在動作圓內。
5. 根據權利要求1所述的閉鎖方法，其特征在于，所述閉鎖判據的動作特性可隨線路 兩側系統功角的大小自適應調整。
6. 根據權利要求1所述的閉鎖方法，其特征在于，所述閉鎖判據不能獨立使用，須和其 他阻抗繼電器配合使用。
7. 根據權利要求l所述的閉鎖方法，其特征在于，無論區內外故障，當故障后補償電壓 的末端落入"同相區"內時，閉鎖阻抗繼電器的動作。
8. 根據權利要求1所述的閉鎖方法，所述比幅式動作方程可由采樣值積分算法實現。
全文摘要
本發明涉及電力系統繼電保護領域中防止區外故障時因“同相問題”導致阻抗繼電器誤動作的方法，提出了阻抗繼電器“同相問題”的一種閉鎖判據，即在電壓平面上以故障前補償電壓的端點為圓心，以大于該端點到同相點的最大距離為半徑的作一個圓，該圓可將“同相區”完全包含在內，從而形成阻抗繼電器在電壓平面上“同相區”的一種閉鎖判據，其動作方程由比相式或比幅式構成。比相式，比幅式，式中kin定義為“同相區半徑系數”，為補償電壓，為故障前補償電壓。在高壓線路保護中，采用該判據，能有效防止阻抗繼電器在區外經較高過渡電阻故障時的不正確動作。
文檔編號H02H7/26GK101741069SQ20091024388
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者劉千寬, 柳煥章, 秦應力, 黃少鋒 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;華北電力大學