一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法与流程
本发明涉及电力系统运行与控制领域，是一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法。
背景技术
电网调度不仅要指挥和协调电网的计划检修工作，还要妥善和及时的处理电网发生的各类事故。线路短时故障后送电时距离保护躲不过多个并联变压器励磁涌流，导致线路故障跳闸后送电不成功，延长了停电时间，降低了供电可靠性。电网调度人员在熟悉电网的整个运行状况的同时，若能将线路跳闸与重合的机理作为事故判断和处理的依据，将会全面、清晰、快速、准确的进行事故处理，将会缩短地区电网短时故障停电时间，提高供电可靠性。
现有的缩短电网短时故障停电时间方法中，一方面是基于110千伏或10千伏以下电压等级的电网，在系统中性点接地方式上与66千伏电网不匹配，另一方面只考虑设备的运行故障率等静态指标，不能兼顾系统运行与电网继电保护配置等多个因素，不能达到系统实际运行要求。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种控制方法科学，操作流程简单，能够有效克服线路距离保护无法躲过变压器励磁涌流的问题，是一种具有较强的鲁棒性，适应性强，实际应用价值高的66千伏电网短时故障停电时间的方法。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法，其特征是，它包括的内容有：
1)多台变压器并列运行励磁涌流模型建立
首先以单台变压器的空载合闸为例来说明励磁涌流产生的原因，单相变压器空载合闸的等效电路中rs、ls为系统的等效电阻和电感，r1、l1为变压器的等效电阻和电感，lm为励磁电感；变压器的额定磁通是变压器运行电压等于额定电压时刻铁芯中产生的磁通，用标幺值表示时，电压和磁通之间的关系为
式中，u为变压器额定电压，φ为变压器磁通，设变压器在时间t＝0时刻空载合闸时，加在变压器上的电压为
u＝umsin(ωt+α)(2)
其微分方程为
φ＝-φmcos(ωt+α)+φ(0)(3)
其中，φ为变压器磁通，-φmcos(ωt+α)为稳态磁通分量，α为合闸初相角，φm＝um/ω，φm额定磁通幅值，um为额定电压幅值，ω为角速度，φ(0)为自由分量，如计及变压器的损耗，φ(0)应该是衰减的非周期分量，若不考虑损耗，φ(0)是直流分量，由于变压器铁芯磁通不能突变，求得
φ(0)＝φmcos(α)+φr(4)
式中，φ(0)为自由分量，φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，其大小和方向与变压器切除时刻的电压，亦即磁通有关；
变压器的饱和磁通为φsat＝1.15～1.4，而变压器的运行电压<额定电压的10％，相应的剩磁通φr<饱和磁通φsat，所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会饱和的，但在变压器合闸时产生的暂态过程中，由于自由分量的作用存在着剩磁通大于饱和磁通，造成变压器铁芯的饱和，若剩磁φr＞0，cosα＞0合闸半个周期磁通达到最大值，即
φ＝2φmcosα+φr(5)
φ为变压器磁通，φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，最严重的情况是电压过零时刻t＝0合闸，磁通的最大值为2φm+φr，远大于饱和磁通，造成变压器的严重饱和；
由于合闸励磁涌流与合闸时的短时磁通密切相关，于是由式(3)得到，合闸角α＝0°时，
φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式会导致变压器中磁通为最大值φ(t)＝2φm+φr，此种情况会导致最大的励磁涌流，磁通里的非周期分量会很大，导致铁芯饱和励磁涌流达到4-8倍额定电流，另外，变压器是否带负荷的影响可忽略，因为励磁涌流只跟铁芯饱和及磁通大小有关，变压器运行电压都在额定值范围内，由单相变压器等效电路根据基尔霍夫定律得，当合闸角α＝90°时，为
φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式的情况是最有利的方式，如果忽略剩磁那么变压器直接建立稳态磁通，没有励磁涌流的产生；
多台并联变压器的励磁涌流随着变压器个数的增加而增加，但多台变压器并联后单个变压器的励磁涌流的变化也是非线性的，其总的励磁涌流是小于多个变压器励磁涌流的代数和；每台变压器自身涌流不仅受到变压器内阻及系统阻抗的作用，同时也受到相邻变压器在系统阻抗上的作用；也就是说变压器群中一次性合闸变压器越多，系统阻抗产生的减弱作用就越强；由此得出随着变压器的增加每个变压器的励磁涌流是逐渐减小的；同一线路上每多并联一台同容量变压器，对单台变压器励磁涌流大小削弱3％，励磁涌流的波形与铁芯的结构型式、铁芯的磁化特性及绕组的连接方式因素有关，对于已经投入运行的变压器，励磁涌流的波形亦已确定；
2)利用保护整定值与时限配合躲过励磁涌流
66千伏电网中线路主要配置距离和过流保护，其中，距离保护属于欠量保护，当保护测量到的阻抗小于整定阻抗值时，保护将启动，保护安装处测量阻抗为
式中，zm为保护安装处测量阻抗
当线路上带有多台变压器送电时，保护安装处的测量电流将受到励磁涌流影响，使之变大，由(8)式可知，测量电流变大，在66千伏线路送电时，变电站母线电压的波动较小，距离保护测量电压取的是变电站母线电压，故可视为不变，则导致距离保护安装处的测量阻抗将变小到整定阻抗值以下，使保护误动作；
过流保护属于过量保护，当
此时，保护将启动。式中，
考虑到66千伏网络运行方式变化较大，过流保护分为i、ii、iii段整定，并带有延时，i、ii、iii段定值逐段减少，跳闸时限逐段增长，且i段时限为0秒速断，即
此时，过流ii段保护返回，此时励磁涌流仍在逐步降低，过流iii段保护整定值
过流iii段保护返回，整个线路送电过程中，过流保护的整定值与时限的配合恰好完全躲过励磁涌流的影响。
本发明的一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法，分析变压器励磁涌流的变化特点与距离保护定值之间的关系，在线路发生短时故障时灵活切换线路的保护使用时限，缩短线路短时故障导致电网的停电时间的目的，克服距离保护躲不过变压器励磁涌流的缺点。并通过地区电网调度在实际工作中调整距离保护与过流保护使用时段，使得变压器励磁涌流躲过保护的整定值区内，缩短了地区电网中线路短时故障的停电时间。经计算分析验证了本方法是一种具有较强的鲁棒性，适应性强，实际应用价值高的66千伏电网短时故障停电时间的方法。
附图说明
图1是单相变压器空载合闸的等效电路图；
图2是变压器的暂态磁通波形图；
图3是66千伏线路接线图。
具体实施方式
本发明的一种缩短66千伏电网短时故障停电时间的方法，包括的内容有：
1)多台变压器并列运行励磁涌流模型建立
首先以单台变压器的空载合闸为例来说明励磁涌流产生的原因，单相变压器空载合闸的等效电路中rs、ls为系统的等效电阻和电感，r1、l1为变压器的等效电阻和电感，lm为励磁电感；变压器的额定磁通是变压器运行电压等于额定电压时刻铁芯中产生的磁通，用标幺值表示时，电压和磁通之间的关系为
式中，u为变压器额定电压，φ为变压器磁通，设变压器在时间t＝0时刻空载合闸时，加在变压器上的电压为
u＝umsin(ωt+α)(2)
其微分方程为
φ＝-φmcos(ωt+α)+φ(0)(3)
其中，φ为变压器磁通，-φmcos(ωt+α)为稳态磁通分量，α为合闸初相角，φm＝um/ω，φm额定磁通幅值，um为额定电压幅值，ω为角速度，φ(0)为自由分量，如计及变压器的损耗，φ(0)应该是衰减的非周期分量，若不考虑损耗，φ(0)是直流分量，由于变压器铁芯磁通不能突变，求得
φ(0)＝φmcos(α)+φr(4)
式中，φ(0)为自由分量，φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，其大小和方向与变压器切除时刻的电压，亦即磁通有关；
变压器的饱和磁通为φsat＝1.15～1.4，而变压器的运行电压<额定电压的10％，相应的剩磁通φr<饱和磁通φsat，所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会饱和的，但在变压器合闸时产生的暂态过程中，由于自由分量的作用存在着剩磁通大于饱和磁通，造成变压器铁芯的饱和，若剩磁φr＞0，cosα＞0合闸半个周期磁通达到最大值，即
φ＝2φmcosα+φr(5)
φ为变压器磁通，φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，α为合闸初相角，最严重的情况是电压过零时刻t＝0合闸，磁通的最大值为2φm+φr，远大于饱和磁通，造成变压器的严重饱和；
由于合闸励磁涌流与合闸时的短时磁通密切相关，于是由式(3)得到，合闸角α＝0°时，
φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式会导致变压器中磁通为最大值φ(t)＝2φm+φr，此种情况会导致最大的励磁涌流，磁通里的非周期分量会很大，导致铁芯饱和励磁涌流达到4-8倍额定电流，另外，变压器是否带负荷的影响可忽略，因为励磁涌流只跟铁芯饱和及磁通大小有关，变压器运行电压都在额定值范围内，由单相变压器等效电路根据基尔霍夫定律得，当合闸角α＝90°时，为
φm额定磁通幅值，φr是变压器铁芯的剩磁，τ为衰减系数，ω为角速度，此种合闸方式的情况是最有利的方式，如果忽略剩磁那么变压器直接建立稳态磁通，没有励磁涌流的产生；
多台并联变压器的励磁涌流随着变压器个数的增加而增加，但多台变压器并联后单个变压器的励磁涌流的变化也是非线性的，其总的励磁涌流是小于多个变压器励磁涌流的代数和；每台变压器自身涌流不仅受到变压器内阻及系统阻抗的作用，同时也受到相邻变压器在系统阻抗上的作用；也就是说变压器群中一次性合闸变压器越多，系统阻抗产生的减弱作用就越强；由此得出随着变压器的增加每个变压器的励磁涌流是逐渐减小的；同一线路上每多并联一台同容量变压器，对单台变压器励磁涌流大小削弱3％，励磁涌流的波形与铁芯的结构型式、铁芯的磁化特性及绕组的连接方式因素有关，对于已经投入运行的变压器，励磁涌流的波形亦已确定；
3)利用保护整定值与时限配合躲过励磁涌流
66千伏电网中线路主要配置距离和过流保护，其中，距离保护属于欠量保护，当保护测量到的阻抗小于整定阻抗值时，保护将启动，保护安装处测量阻抗为
式中，zm为保护安装处测量阻抗，
当线路上带有多台变压器送电时，保护安装处的测量电流将受到励磁涌流影响，使之变大，由(8)式可知，测量电流变大，在66千伏线路送电时，变电站母线电压的波动较小，距离保护测量电压取的是变电站母线电压，故可视为不变，则导致距离保护安装处的测量阻抗将变小到整定阻抗值以下，使保护误动作；
过流保护属于过量保护，当
此时，保护将启动。式中，
考虑到66千伏网络运行方式变化较大，过流保护分为i、ii、iii段整定，并带有延时，i、ii、iii段定值逐段减少，跳闸时限逐段增长，且i段时限为0秒速断，即
此时，过流ii段保护返回，此时励磁涌流仍在逐步降低，过流iii段保护整定值
过流iii段保护返回，整个线路送电过程中，过流保护的整定值与时限的配合恰好完全躲过励磁涌流的影响。
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
具体实例：
图3为某地区电网的一条66kv线路接线图，每个66千伏变电站中至少有一台变压器，各变电站中变压器数目及具体参数如表1所示。
表1变压器参数表
该66千伏线路上共t接13座变电站，部分变电站内装有2台主变，共计20台变压器；由理论计算可知，该线路送电时励磁涌流可能达到4837～9674a；考虑并联变压器之间励磁涌流的削弱作用，送电过程保护电流互感器流过的瞬间电流也会达到2000a以上；该66千伏线路所配置的距离保护与过流保护整定值与时限整定如表2所示。
表2某66kv线路距离与过流保护整定值
地区电网中66千伏线路短时故障概率较大，多数为漂浮物或雷害所致单相接地或短时相间故障(故障时间长于2.5秒，且非永久故障)；线路发生相间故障后线路出口会降低至66kv以下，即上级变电站母线电压互感器测量相电压将低于38kv；此时的测量电压与测量电流的比值，即测量阻抗值很可能低于12.7欧(距离i段定值)，进入到该线路的距离i段保护区内，导致该保护动作，开关跳闸重合闸动作失败。
由表2可知，线路保护的重合闸整定时间为2.5秒，短于线路故障时间；线路发生短时相间故障时，保护动作跳开线路出口开关后，重合闸动作重合于故障点保护会加速跳开线路出口开关，即线路跳闸后重合不良；针对这种情况，为缩短线路短时故障的停电时间，提高用户供电可靠性，电网调度人员在线路跳闸重合不良后，经微机保护定值报告判定为相间故障，且该线路所辖变电站经运行人员检查未见明显故障点后；调度运行人员采取退出该线路距离保护，保留过流保护，对线路进行送电成功。
分析得出，变压器的励磁涌流从开关合闸之时起，0.1s左右达到峰值，随后减少；由表2中，该线路的过流保护的配置可知，线路合闸送电瞬间，变压器的励磁涌流值未达到过流i段定值，故过流i段保护不启动。过流ii段保护定值小于i段定值，其大小可能躲不过该线路的合闸励磁涌流，但跳闸时限为0.5s，而变压器的励磁涌流恰好在0.5后逐步消失接近于0。可知，线路合闸送电时，变压器的励磁涌流未达到过流i段定值，i段保护不启动；其大小达到过流ii、iii段定值，ii、iii段保护启动，由于延时跳闸，励磁电流在0.1s达到峰值后逐步消失，ii、iii段保护返回。
本方法减少了以往线路跳闸后不切换保护强送失败的概率，在地区66千伏电网调度运行及事故处理中已多次应用和实践；实践表明改方法在一定程度上增加了线路短时故障后强送成功的概率，减少了66千伏线路短时故障的停电时间，提高了地区电网的供电可靠性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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