专利名称：防止阻抗继电器因“同相问题”误动作的闭锁方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体地涉及距离保护的阻抗继电器的一
种闭锁判据。
背景技术：
保护安装在受电侧，当故障点的高过渡电阻达到某一临界值时，在电压平面上从 故障点至受端电源沿线任一点的电压均同相位，此时补偿电压末端端点即为同相点，如附 图1中的I点所示。当过渡电阻增大，高于此临界值时，将导致区内故障时补偿电压超前 故障点电压而区外故障时补偿电压落后故障点电压，引起受端系统的阻抗继电器区外故障 时误动作而区内故障时拒动。这就是所谓的"同相问题"，引起"同相问题"的区域为"同相 区"。 为解决"同相问题"对阻抗继电器的影响，通常采用固定下偏角(如12° )的电抗 线以防止同相区的超越问题，但该电抗线对过渡电阻不具有自适应能力，同时牺牲了受端 阻抗继电器的耐过渡电阻能力。
发明内容
针对现有技术存在上述问题，本发明提出了阻抗继电器"同相问题"的一种闭锁判 据，即在电压平面上以故障前补偿电压的端点为圆心，以大于该端点到同相点的最大距离 为半径的作一个圆，该圆可将"同相区"完全包含在内，从而形成阻抗继电器在"同相区"的 一种闭锁判据。 所述闭锁判据是指，在电压平面上以故障前补偿电压的端点为圆心，以大于该端 点到同相点的最大距离为半径作一个圆，该圆将"同相区"完全包含在内，从而形成阻抗继 电器在"同相区"的一种闭锁判据；该判据包括以所述圆周为动作边界的两种形式的动作方 程，即比相式和比幅式动作方程 比相式90、^g \ " ) <270° (1) 或比幅式I^'-^I〉^IC^1 (2) 其中，kin定义为"同相区半径系数"，[>，为补偿电压，C^为故障前补偿电压。 按故障端口实际综合阻抗Zn计算所述圆的半径YI为 YI = 0Y*sina/sin(argZ￡L) = U' |o|*sin a/sin(argZ ￡ L)，其中，a为受端 系统电势与故障前补偿电压之间的相角差，同相区半径系数为，kin> sina/sin(argZj (3) 由于保护无法获知系统电势的相角，a的计算是困难的，而功角S可由振荡中心 电压和负荷电流近似获得，因此a可由功角S代替。同时因功角S大于a角，更有利于 提高继电器的安全性。对上式作近似处理，由功角S代替a角，argZn按线路阻抗角考 虑在65° 90°之间。考虑由此引起的计算误差，"同相区半径系数"kin按l.l 1.3倍的可靠系数选取，即 kin = (1. 1 1. 3) sin S (4) 本发明闭锁判据的动作特性可随双端系统功角的大小自适应调整。但是该闭锁判 据不能独立使用，须和其他阻抗继电器配合使用。无论区内外故障，当故障后补偿电压的末 端落入"同相区"内时，闭锁阻抗继电器的动作。 阻抗继电器应尽可能提高耐过渡电阻能力，但并不意味着解决所有高阻接地故 障，在过渡电阻高于一定程度时，牺牲阻抗继电器一定的耐过渡电阻能力是完全可以接受 的。为防止自适应阻抗继电器在"同相区"的不正确动作，完全可以考虑牺牲继电器一定的 耐过渡电阻能力，增加上述同相区的闭锁判据，使得继电器在区内外经高于临界值过渡电 阻故障时均不动作。
图1为阻抗继电器"同相区"闭锁判据在电压平面上的动作特性示意图，其中图1A 所示为双端系统故障等效网络图，图IB所示为电压平面上"同相区"闭锁判据的动作特性 示意图； 图2为阻抗继电器"同相区"闭锁判据在阻抗平面上的动作特性示意图。
具体实施例方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细表述。
图1A所示为双端系统故障等效网络图，图中A、 A分别为送端和受端系统电 源，F为故障点，Y为线路整定阻抗点，t^为故障点过渡电阻上的电压。[)'为补偿电压，按 & = C>-hZy计算，式中ZY为整定阻抗，[)和/分别为保护安装处的电压、电流，对相间距离 继电器& = [^， /"柳;对接地距离继电器^> +&Z*/。，KZ为零序补偿系数，
&w、 4^和&一 ^分别为保护安装处故障相间或故障相电压、电流。图1B所示为电压平 面上"同相区"闭锁判据的动作特性示意图，图中带下标|0|的量表示故障前的量。"同相 区"闭锁判据的动作边界为圆Q，圆内为闭锁区，当补偿电压落入圆内时闭锁阻抗继电器的 动作，即圆Q外为补偿电压的动作区。 在图1B中，YI是整定点Y到进入同相区的补偿电压端点的最大距离。因此，以Y 为圆心，以大于YI为半径的圆Q可将同相区完全包含在内。取圆Q的半径YP = kinU' w， 以圆Q为动作边界的同相区的闭锁判据为
比相式
90、 V —(1 —。；〈27(T (1) (I+A:,")U 或比幅式
ICJ'-^I"J&I (2) 式中kin定义为"同相区半径系数"，^，为补偿电压，^为故障前补偿电压。 式(1)或式(2)即为本发明提出的"同相区"闭锁判据。如图1B所示，该判据动
作时，表示测量阻抗落入由较高过渡电阻引起的"同相区"，因此该判据动作时，不允许阻抗继电器动作。 在图1B所示的电压平面上闭锁判据的动作特性图中，Z I0Y = a ， S为两侧系统
功角之差。按故障端口实际综合阻抗Zn计算YI为YI = 0Y*sina/sin(argZ￡I) = U' |o|*sin a/sin (argZ ￡ L)，贝U :kin > sina/sin(argZ￡L) (3) 由于保护无法获知系统电势的相角，a的计算是困难的，而功角S可由振荡中心 电压和负荷电流近似获得，因此a可由功角S代替。同时因功角S大于a角，更有利于 提高继电器的安全性。对上式作近似处理，由功角S代替a角，argZn按线路阻抗角考 虑在65° 90°之间。考虑由此引起的计算误差，"同相区半径系数"kin按l.l 1.3倍 的可靠系数选取，即 kin = (1. 1 1. 3) sin S (4) 由上式可见"同相区半径系数"kin随系统功角的变化而变化，功角大则大，对应特 性圆的动作区大；功角小则小，对应特性圆的动作区小，因此，同相区闭锁判据的动作特性 可随系统功角的大小自适应调整。 假定保护安装处测量的电压电流分别为t/和/ ，保护安装处背后的系统阻抗为Zs。 在空载条件下的正向故障时，^-^ + hA;将补偿电压^，和^代入式(1)和式(2)可
得
90。 <Ag-^<270°
(5)
式中
z为测:
:阻抗，Z^//
A,- — 1
(6)
(7) 式(5)表示的阻抗继电器"同相区"闭锁判据在阻抗平面上的动作特性如图2所 示，圆内为动作区。因1^< l，由式(7)可知|Z' Y| > IZYl，闭锁判据能够保证保护范围 和足够的耐过渡电阻能力。 式(2)为比幅式动作方程，可由采样值积分算法实现，具体算法如下 故障前的补偿电压t^模值由积分求得。即
W/2 t/" =
"柳一 ^V柳
*|0| — &-l)|0|. 式中N为基波每周内的采样点数；积分常数pi/(V^V)。为简化计算，将式(2)的 右式视为门槛，取P = l，则判据1的左式在故障后第t时刻的积分值可按下式求取
]—A"〗 | -《ZA(。| — F
，l肌
5
式中&和k分别表示整定的正序电阻和电感，Ts为采样间隔；下标|0|表示故 障前采样点，无此下标表示当前采样点；k表示第k个采样点，k-l表示第k-l个采样点；kc 即判据中的圆心系数。对相间距离继电器="*.w =、w ;对接地距离继电器"it ， G =".P ，".w 、 lp和i。k分别表示当前相间、单相和零序电流的采样值。
权利要求
一种防止距离保护阻抗继电器因“同相问题”误动作的闭锁方法，其特征为在所述阻抗继电器的电压平面上以故障前补偿电压的端点为圆心，以大于该端点到同相点的最大距离为半径作一个圆，该圆将“同相区”完全包含在内，从而形成所述阻抗继电器在“同相区”的一种闭锁判据；该判据具有以所述圆周为动作边界的两种形式的动作方程，即比相式和比幅式动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定义为“同相区半径系数”，为补偿电压，为故障前补偿电压。F2009102438861C00011.tif,F2009102438861C00013.tif,F2009102438861C00014.tif
2. 根据权利要求1所述的闭锁方法，其特征在于，优选按故障端口实际综合阻抗Z ￡ ^计算所述圆的半径YI :YI=U' w化inci/sin(argZn)，其中，a为受端系统电势与故障前补偿电压之间的 相角差，同相区半径系数优选为，kin > sin a /sin (argZ ￡ J 。
3. 根据权利要求2所述的闭锁方法，其特征在于，使用线路两侧系统功角功角S代替 a ，argZn进一步选取在65。 90°之间，所述"同相区半径系数"1^按1. 1 1. 3倍的 可靠系数选取，即kin = (1. 1 1. 3) sin S 。
4. 根据权利要求1所述的闭锁方法，其特征在于，所述闭锁判据在电压平面上的动作 特性能够将"同相区"完全包含在动作圆内。
5. 根据权利要求1所述的闭锁方法，其特征在于，所述闭锁判据的动作特性可随线路 两侧系统功角的大小自适应调整。
6. 根据权利要求1所述的闭锁方法，其特征在于，所述闭锁判据不能独立使用，须和其 他阻抗继电器配合使用。
7. 根据权利要求l所述的闭锁方法，其特征在于，无论区内外故障，当故障后补偿电压 的末端落入"同相区"内时，闭锁阻抗继电器的动作。
8. 根据权利要求1所述的闭锁方法，所述比幅式动作方程可由采样值积分算法实现。
全文摘要
本发明涉及电力系统继电保护领域中防止区外故障时因“同相问题”导致阻抗继电器误动作的方法，提出了阻抗继电器“同相问题”的一种闭锁判据，即在电压平面上以故障前补偿电压的端点为圆心，以大于该端点到同相点的最大距离为半径的作一个圆，该圆可将“同相区”完全包含在内，从而形成阻抗继电器在电压平面上“同相区”的一种闭锁判据，其动作方程由比相式或比幅式构成。比相式，比幅式，式中kin定义为“同相区半径系数”，为补偿电压，为故障前补偿电压。在高压线路保护中，采用该判据，能有效防止阻抗继电器在区外经较高过渡电阻故障时的不正确动作。
文档编号H02H7/26GK101741069SQ20091024388
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者刘千宽, 柳焕章, 秦应力, 黄少锋 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;华北电力大学