高压线路振荡中的故障选相方法与继电保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，设及一种高压线路振荡中的故障选相方 法，尤其设及一种在高压线路距离保护中在振荡闭锁下的故障选相方法。
【背景技术】
[0002] 当电力系统发生故障或异常工况时，继电保护可W在可能实现的最短时间和最小 区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号通知W消除异常工况根源，从而减轻或 避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
[0003] 距离保护大多采用先选相后测量的方式，好处在于；两相短路接地时，选用相间距 离继电器，避免接地过渡电阻所引起的测量误差和暂态超越；正确选出故障相，有利于选取 合适的极化电压，或者选择最佳原理的距离测量方法；正确选出故障相，有利于精确计算故 障距离；故障选相后只针对故障相进行测量计算，减少不必要的计算量，同时对故障相进行 高密度的计算测量，有利于提高保护可靠性和精度。
[0004] 常用的电压选相方法是；排除=相故障和两相故障，再根据uo〉o进一步确定为接 地故障，就可W根据下列公式（1)确定具体故障相：
[0005]
[0006] 在继电保护中，必须能够正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故 障。振荡闭锁是距离保护需要处理的核屯、问题之一。当系统发生振荡时，电压周期性减小， 电流周期性增大，距离元件测量阻抗也周期性变小，加之电流突变量元件，距离保护在该种 情况下极易误动作。
[0007] 单纯的系统振荡并非故障，多数情况下不需要跳闽系统便能自动停息并进入稳定 运行。振荡闭锁的意思就是在系统发生振荡并无故障的情况下，能可靠将距离保护闭锁，不 使其误动作。
[000引然而，如果振荡的同时又发生了短路故障，则要求距离保护能够正确动作来切除 故障。
[0009] 根据前述（1)式，电压选相元件配合辅助电流判据在无振荡情况下，能够正确选 相。但在系统振荡时，该判据将失效。
[0010] 系统稳定运行情况下选相，可W按照上述式（1)所述的方法进行，但在振荡情况 下该些选相方法往往难W发挥作用，因为=相电压和电流都在发生着周期性的大小变化， 且振荡周期最短仅0.Is,最长则可达到3sW上，振荡过程虽然有规律，但电流电压数据变 化复杂，尤其不容易区分故障相和正常相。
[0011] 实际运行经验表明，故障选相在距离保护中的作用极其重要，距离保护不能正确 动作，很多情况下是由于没能够正确选出故障相所致，正确确定故障相是距离保护正确动 作的重要条件之一，振荡时故障选相也不例外。如何在振荡过程中正确完成故障选相，一直 是困扰距离保护设计者的一个难题。正是由于振荡中故障识别的复杂性，难W保证距离保 护在振荡过程中可靠正确地动作，很多距离保护装置只采取了短时开放一、二段160ms和 第=段延时1. 5sW上的简单处理方法，回避了振荡中故障选相和故障识别的问题。
【发明内容】
[0012] 基于此，有必要针对电力系统在振荡时发生故障的问题，提供一种振荡中故障相 识别的方法。
[0013] 一种高压线路振荡中的故障选相方法，包括：
[0014] 根据预定的时间间隔计算各相电压向量变化率；
[0015] 建立电压向量变化率与故障相之间的对应关系；
[0016] 根据所计算的电压向量变化率，通过所述对应关系，确定故障相。
[0017] 一种继电保护装置，包括：
[001引计算模块，用于接收各相的电压向量，并计算各相电压向量每隔预定时间间隔的 变化率；
[0019] 关系库，用于存储预定的电压向量变化率与故障相之间的对应关系；
[0020] 查找模块，与所述计算模块及关系库相连，用于根据计算模块所计算的各相的电 压向量变化率而在关系库中查找对应的故障相的确定关系；
[0021] 输出模块，与所述查找模块相连，用于将所述查找模块所查找得到的故障相指示 输出。
[0022] 本发明的故障选相方法及继电保护装置利用振荡中的电压变化率来进行故障相 的确定，针对出口短路故障，故障相电压几乎跌落为零，可W很快选出故障相，并且只有很 小的延时出口。
【附图说明】
[0023] 图1为一种电压向量的变化及向量差；
[0024] 图2为本发明一种实施方式的故障选相方法所工作的高压线路中各相的波形图；
[0025] 图3为根据本发明的一种实施方式中，在图2中F点（故障起始点）之后连续10 个周波中各相电压的变化；
[0026] 图4为本发明一种可选的实施方式中，依据各相电压变化率的比较，选择和确定 故障相的条件；
[0027] 图5所示为本发明一种实施方式的振荡中的故障选相方法的流程；
[002引图6为本发明一种实施方式的继电保护装置的结构图。
【具体实施方式】
[0029] 振荡发生时，立相电流电压周期性变化，在振荡中心电压跌落到最低点，电流升 高至最大值，类似发生了 =相对称短路，如果振荡中又发生了故障，振荡与故障共同作用的 波形，极易使距离保护装置误判而发生不正确动作。振荡闭锁的作用，就是在系统振荡无故 障时，可靠地将距离保护闭锁，发生故障时，又能够及时开放保护，切除故障。该就要求距离 保护装置首先要能够正确鉴别出振荡和振荡过程中是否有故障发生，然后能够正确选相。 只有选对相，才能确保在振荡中正确计算并切除故障。
[0030] 高压线路正常运行时，两侧电源保持同步，相位差为0,发生振荡时，两侧电源的相 位差逐渐变化；〇°~180°~0°为一振荡周期，假定1.0s，包含50周波。电压在每个周 波的初相位也会发生变化，变化速度为360° /振荡周期，平均到每个周波的变化量，大致 计算为（360° )/50 = 7.2°，该种变化不一定是匀速的，然而每经过一个周波，S相电压的 初相位一定会有变化，且=相同步变化，每相电压相对一周前的向量差总是存在的。该种电 压向量的变化及向量差表示如图1中所示，其中向量dU表示为电压向量U(t)和U(t-T)之 间的电压向量差，巧表示为向量角。从图1中可W看出，向量差加可W由下式（2)计算得 出：
[0031]
[0032] 并且，该向量差主要随着电压振荡幅值的变化而发生变化，由于=相电压同步振 荡，相位的变化一致，各相电压的变化率差别将主要取决于电压幅值的大小。
[0033] 图2所示为本发明一种实施方式的故障选相方法所工作的高压线路中各相的波 形图。如图2所示，V2、12为本侧的电压、电流，VIA为对侧A相电压，自F点开始，在线路 中段位置发生了B、C两相故障，其中=相电压处于振荡状态，而在振荡中，B、C两相发生了 短路故障。故障发生后，故障相依旧在振荡。可W看出，从波形本身并不能看出存在太大的 变化。
[0034]在故障发生后，故障相电压的幅值首先有较大幅度的跌落，同时，电压的相位也发 生了变化。随着故障状态的稳定，=相电压的相位关系逐渐变得稳定，故障相和正常相仍处 于振荡状态，振荡时=相电压的变化规律没有发生改变，各相电压的变化率差别仍然主要 取决于电压幅值的大小，故障相电压幅值比正常相小，向量差也小，该是显然的。故障状态 稳定后，该一规律被固定下来，故障相的变化率小于正常相的变化率，该一规律应用于振荡 中发生的大多数不对称故障的选相
[0035] 图3所示的为所记录的在图2中F点（故障起始点）之后连续10个周波中各相 电压的变化（At为故障后时间，单位ms)，其中每隔9. 6ms记录一组数据。
[0036] 其中，各相的电压向量可W表示为下式（3);
[0037]
[003引其中Uc和Ux分别为用电现场的阻性负载和感性负载的用电向量；根据式（3)，可W通过下式（4)计算电压变化率：
[0039]
[0040] 取At=T，则与一周前的电压向量相比，各相电压的变化量幅值可W由下式（4) 计算得到：
[0041]
[0042] 从而，基于上式（4)，可W得到每相电压的变化率。
[0043] 由图3中的数据可W看出，在故障起始的近2个周波内，故障相B、C的变化量特征 仍不明显。该是因为故障开始时，计算向量所用的数据窗夹杂着故障前和故障后的数据，致 使计算结果出现较大出入，再者，故障时的暂态过程，再加上=相电压全相振荡的影响，不 同的故障时刻，其电压变化率故障特征出现的时间也会有差别。
[0044] 随着故障的逐步稳定，故障相特征逐步变得清晰，B、C两相的电压变化量相比A相 (正常相）小了很多，并且呈现一种稳定的大小相对关系。基于此，通过将各相电压变化量 的差别设置口槛，在经过预定时间之后，即可识别出故障相。
[0045] 图4所示的为本发明一种可选的实施方式中，依据各相电压变化率的比较，选择 和确定故障相的条件。从图4中可W看出，通过对图3中所示的=相电压变化率的对比，对 于振荡中发生的不对称故障，只通过相互比较大小，即可选出故障相。
[0046] 作为一种示例，在图4中，设置当故障相的电压向量变化率不大于其他相的电压 向量变化率的1/1. 5时，即当某一相或某两相的电压向量变化率大于剩余相的电压向量变 化率的1. 5倍时，即确定该电压向量变化率不大于1/1. 5其他电压向量变化率的相为故障 相。
[0047] 应当理解的是，在其他可选的实施方式中可W设置各相电压向量变化率的比较差 距的幅度