三相不对称输电线路单相自适应重合闸

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/4/22来源:《电力设备》2018年第31期文/韦屹健
[导读]摘要:本文提出了一种判断故障性质的新方法。

        (广西电网有限责任公司河池供电局  广西河池  547000)
        摘要:本文提出了一种判断故障性质的新方法。在不同的情况下,使用相应的阈值。线路差模电压是频率接近电源频率的衰减周期分量,并且随着故障的性质而显着变化。因此,差模电压的大小可用于有效地判断故障特性。
        关键词:三相不对称线路;单相自适应重合闸;瞬时性故障;永久性故障
        1引言
        目前,继电保护的发展也为实现自适应重合闸提供了依据。单相自适应重合闸已进入实用阶段,单相重合闸的故障特性判别方法主要通过恢复电压特性实现。瞬态故障,二次电弧熄灭,断开相恢复电压的幅度较高;在永久性故障时,断开的相恢复电压的幅度较低。因此,可以基于恢复电压的大小来确定故障的性质。通常,电力系统要求传输线执行三相换位以平衡不对称电流。然而,由于中国经济发展的区域不平衡,经济发达地区的负荷分布越来越密集,使得变电站在某些地区站立,许多输电线路根本不能满足规定的转换长度。另外,传输线未被转置的事实将导致线路的三相参数的不对称。当发生相故障并且故障相断路器跳闸时,断开相的相恢复电压将存在差异,这会基于恢复电压影响永久性故障鉴别部件的可靠性。
        2 三相不换位输电线路恢复电压特性
        2.1三相不对称输电线路
        三相不对称传输线的等效参数等效电路如图1所示。图中,ZA,ZB和ZC是各相的自阻抗;MAB,MAC和MBC是互感;CAB,CBC和CAC是相间电容,CA0,CB0和CC0是相对地电容,由于线路的三相不是转置的,因此线路的相间电感和电容不完全相等。
       
        图 1 三相不对称输电线路集中参数等效电路
        2.2 瞬时性故障和永久性故障
        现有的“瞬时故障”和“永久性故障”概念对应于重合的成功,即瞬态故障发生时,巧合成功;在永久性故障的情况下,保护将在巧合之后再次发生。随着自适应重合闸研究的发展,这种说法不够严谨。由于影响重合闸成功的因素很多,因此通过重合是否成功来区分“瞬态故障”和“永久性故障”是不明确的。它不利于自适应重合闸的研究,甚至影响适应性重合闸的实际推广。使用两种典型情况进行说明。首先,在恶劣天气(如雨天),传输线路故障,继电保护动作消除故障,然后重新闭合固定延迟。如果故障点电弧尚未熄灭,则重合将失败。但是,经过很长一段时间(例如30分钟)后,测试电力传输可能会成功。第二,在重合过程中,由于不正确的重合闸定时,引起严重的过电压,导致故障点的绝缘再次破坏,并且重合失败。显然,使用巧合来成功区分故障的性质是不合适的。本文认为“瞬态故障”和“永久性故障”是输电线路的两种状态。当输电线路故障时,继电保护动作使断路器跳闸,故障点的电弧不熄灭(或故障点的电流不为零),输电线路处于永久故障状态;如果故障点电弧随时间熄灭(或者故障点电流为零),则传输线处于瞬态故障状态。在输电线路故障后,保护动作使断路器跳闸,输电线路可能经历两个过程:首先,在断路器跳闸后,输电线路处于永久故障状态一段时间;故障点弧随时间变化。如果它熄灭电流为零,传输线处于瞬态故障状态。其次,在断路器跳闸后,传输线始终处于永久故障状态。在第一种情况下,当传输线处于瞬态故障状态时,应打开重合闸。对于第二种情况,应该阻止重合闸。
        3.三相重合闸的优劣
        三相重合闸逻辑简单,对断路器操作机构的要求低;没有完全覆盖电流和非全相操作的问题。但是,对于系统之间的弱接触线,使用三相重合闸可能会危及系统稳定性和电源可靠性。三相重合闸可能具有大的重合闸过电压。随着中国电力系统的发展,输电网的结构不断加强,系统之间的联系越来越紧密,在稳定稳定的条件下,中国应尽可采用和欧洲和美国一样的三相重合闸法。
        4 故障性质判别方法
        使用三相重合闸的输电线路失效,保护动作,两侧的断路器跳闸,传输线与系统断开。传输线失去“外部激励”并成为“零输入电路”。由线路上的每个能量存储元件存储的电磁能量将继续衰减。当线路上没有并联电抗器时,电磁能量迅速衰减。到目前为止,还没有合适可行的方法来实现故障特性识别。高频信号衰减率用于确定故障特性。此方法受线路长度和天气等因素的影响,不能用于不使用高频信道的线路。
        4.1线路侧电压量的方法
        分别研究各种故障类型的线电压,并通过故障相的自由振荡电压特性确定故障特征。也就是说,对于接地短路,故障相自由振荡电压为0,对于未接地的短路,故障相自由振荡电压是相等的。在线路两侧的三相断路器跳闸后,也可以通过使用差模电压的幅度来确定故障特性,两种方法都依赖于线路侧的变压器。
        4.2并联电抗器电流量的方法
        线模式组件模型用作瞬态故障状态中的参考模型。并联电抗器电流用于判断故障点电流是否为0.当故障点电流不为0时,判断该线路处于永久故障状态。然而,当在永久故障状态中的故障点处存在大的过渡电阻时,故障点处的电流被快速衰减,并且永久故障状态可被区分为瞬态故障状态,从而导致重合故障。同时,提出了相分离电流微分原理的故障特性判别方法。在瞬态故障条件下,可以通过传输线模型建立参数识别方程。可以通过识别参数来识别故障属性。三相线模型用作参考模型,通过识别并联电抗器的电感参数来识别故障特征。由于在建立识别方程时三相之间没有解耦,因此识别方程复杂且计算量大,当在故障点处存在大的过渡电阻时,该方法的灵敏度不足。
        5 判据的影响因素和适用范围
        判据是在三相跳闸后使用线路上的差模电压的大小来判断故障特性。在故障点在瞬态故障中熄灭之后,衰减周期分量的幅度取决于电弧消光时间中的线。能量组件的储能容量和储能分布与以下因素有关:
        5.1故障时刻
        故障时刻是决定储能分布的最关键的元素之一。由于并联电抗器上的电流和线路配电电容器的电压不能突然,线路上的瞬态电流和电压将被非周期性元件衰减,非周期性元件的衰减在整体上线。综合储能相对应。由于线路故障发生时间的随机性,每相上电流和电压的衰减非周期分量的初始幅度是不同的,这直接影响了电弧放电后线路的差模电压的幅度故障点。
        5.2跳闸时刻
        对于超高压输电线路,线路两侧的断路器均为零交叉。仿真结果表明,跳闸时间的差异不会影响线路中储能元件的能量分布,因此跳闸力矩对瞬态故障线路的差模电压影响不大。然而,由于从故障到跳闸阶段的非周期性分量衰减,跳闸时间越长,熄灭时的初始能量存储越小,并且消弧后差模电压的初始幅度越小。断路器在超高压线路中的跳闸时间非常短,一般为2~3个周期,因此,线路两侧的跳闸时间,三相跳闸和不同时间等因素对标准影响不大。
        5.3故障点熄弧时刻
        与跳闸时间一样,故障点的电弧力矩不会对线路中的储能元件的能量分布产生很大影响,但是灭弧时间的长度决定了线路中能量的衰减。因此,灭弧时间越长,熄灭电弧后差模电压的初始幅度越小,电压幅度的幅度越小。
        6 结束语
        根据非替换传输线三相参数的不对称性,单相接地故障后的相恢复电压不同,基于恢复电压的永久故障识别方法的灵敏度不足。本文提出了单相自适应重合及其判断门故障性质的方法。自适应重合闸技术对电力系统具有重要的现实意义。自适应重合闸的本质是在决定是否重合之前正确识别瞬态故障或永久故障。这不仅可以更好地实现三相或瞬态和永久性故障的识别,还可以改善各种电气设备的工作状态,避免断路器的盲目重合,防止电力系统受到短路的影响,再次回路电流,提高其稳定性。
        参考文献:
        [1]梁振锋.输电线路自适应重合闸研究综述[J].电力系统保护与控制,2016(01).
        [2]李博通,李永丽.基于潜供电流计算的输电线路单相永久性故障判断方法[J].天津大学学报,2016(10).