适应故障限流器的突变量距离保护整定方法技术

本发明专利技术涉及一种适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，包括如下步骤：步骤1：基于电力系统双端供电模型金属性接地故障前、后继电保护安装处测量的相电压和相电流计算电压和电流突变量及故障前继电保护整定末端的负荷电压；步骤2：在电力系统双端供电模型中确定金属性接地故障辅助点F*，所述F*能使电力系统双端供电模型中送电端电源到F*之间的电路模型与电力系统双端供电模型金属性接地故障前保持一致，此时，计算出F*的工作电压、制动电压，可以形成适应故障限流器的继电保护新判据。本发明专利技术能解决突变量距离保护与故障限流器之间的继电保护配合问题。

【技术实现步骤摘要】
适应故障限流器的突变量距离保护整定方法
本专利技术涉及继电保护
，具体涉及一种适应故障限流器的突变量距离保护整定方法。
技术介绍
近年来，随着高压、特高压电网的发展和电力系统规模的扩大，短路电流超标现象越来越严重，给电力系统的安全、稳定运行带来很大的挑战。各种故障限流器应运而生，这其中超导限流器集检测、启动、限流功能于一身，具备响应速度快、不启动时损耗低等优点而受到世界各国的广泛关注。现有的突变量距离保护，利用故障前1～3个周波的记忆数据，与故障时刻实时测量的电气量来计算工频突变量，在此基础上进行突变量距离保护的整定。突变量保护的基本原理是叠加定理，然而，故障限流器的启动，使得故障前后的线路参数改变，利用记忆数据计算的突变量并不准确，给基于突变量的继电保护整定方案(包括突变量距离保护)带来了颠覆性难题。现有的突变量距离保护整定方案并不适应安装故障限流器的电力系统。如图1～3所示，图1为典型的电力系统双端供电模型，图2为故障前电力系统等效电路图，图3为限流器启动后的电力系统等效电路图，故障前(金属性接地故障，包括三相金属性接地故障与单相接地故障)，保护安装位置测量的负荷电流为保护安装位置测量的负荷电压为电阻型超导限流器启动，等效负荷电流分量为(不可测量，无法推算)，等效负荷电压分量为(不可测量，无法推算)；其中，分别为送电端系统和受电端系统的电压，Zs1，Zs2分别为送电端系统和受电端系统的内阻抗，ZL为保护线路LAB的阻抗。Rfcl为超导限流器的限流阻抗，分别为故障前互感器安装处测量的负荷电流和电压相量，故障前可测量记录。分别为限流设备启动后，实际的负荷电流、电压分量，两者均不可测量。基于故障前记忆数据的工频突变量其中ikm，ukm分别为继电保护安装处互感器安实时测量的电流、电压瞬时值。i|0|、u|0|分别为故障前继电保护安装处互感器测量的负荷电流、电压瞬时值。△i*，△u*分别为计算的电流、电压的突变量瞬时值。由此可知，故障前、后由于超导限流器的启动，工频突变量中不仅包含故障分量的影响，还包括由于限流电阻的投入对负荷分量造成的影响。总而言之，限流器的启动使得电路模型改变，使得故障前、后采集的电压、电流数据并不对应于同一个电路，传统的工频突变量原理失去叠加条件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，该方法能解决突变量距离保护与故障限流器之间的继电保护配合问题。为解决上述技术问题，本专利技术所设计的适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，包括如下步骤：步骤1：基于电力系统双端供电模型金属性接地故障前、后继电保护安装处互感器测量的相电压和相电流计算电压和电流突变量△u*、△i*及故障前继电保护整定末端的负荷电压Uset|0|；步骤2：在所述电力系统双端供电模型中确定金属性接地故障辅助点F*，所述金属性接地故障辅助点F*能使电力系统双端供电模型中送电端电源到金属性接地故障辅助点F*之间的电路模型与电力系统双端供电模型金属性接地故障前保持一致，使得金属性接地故障前、后互感器安装位置处测量的相电压、电流计算的突变量电压电流，进而推导的金属性接地故障辅助点F*的工作电压，满足电路叠加定理(Superpositiontheorem)，此时，计算出金属性接地故障辅助点F*的制动电压，即可形成新的故障限流器的突变量距离保护整定判据。目前，针对故障限流器与继电保护的配合问题的研究，主要集中在电流保护、常规距离保护、方向保护等保护方案。目前，故障限流器与突变量继电保护的配合问题的研究尚处于空窗期。仅有的一篇关于故障限流器对突变量距离保护的改进方案的研究，最终选择了一种自适应电流速断保护，失去了突变量距离保护的初衷。本专利技术基于电路模型的等效转换，借助辅助故障点F*，通过补偿制动电压，完全弥补了限流器的影响，完整保留了突变量距离保护的动作特性。本专利技术提出的适应故障限流器的突变量距离保护整定方案，具备无损的带过渡电阻能力，并且带过渡电阻能力完全不受故障限流阻抗的影响；另一方面，故障位置越近、故障电流越大，速动性越高，突变量距离保护同时兼具速动性和反时限电流保护的优点。与其它电流速断保护、常规距离保护相比，本专利技术具备更高的带过渡电阻能力，且带过渡电阻能力能屏蔽故障限流阻抗的影响。本专利技术的平均速动性也高于电流速断保护和常规距离保护。是一种更适应高速动性、高过渡电阻能力的电力系统继电保护方案。本专利技术提出的突变量距离保护整定方案，同样适用于安装有限流阻抗可知、响应速度快的限流设备的电力系统。并且，本专利技术提出的基于等效电路模型转换的矫正电压、电流突变量的思想方法，同样适用于其它基于突变原理的保护方案和定位方案。附图说明图1为典型的电力系统双端供电模型；图2为
技术介绍
中故障前电力系统等效电路图；图3为
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中限流器启动后的电力系统等效电路图；图4为
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中限流器启动后故障分量等效电路图；图5为
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中正向故障限流器启动后电位图；图6为
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中反向故障限流器启动后电位图；图7为本专利技术中正向故障时限流器启动后的电路模型转换图；图8为本专利技术中反向故障时限流器启动后的电路模型转换图；图9为本专利技术中制动电压与实际电压突变量；图10为本专利技术中区外故障时工作电压模值与制动电压模值仿真图；图11为区内故障时，工作电压模值与制动电压模值仿真图。其中，图1中，ikm，ukm分别为继电保护安装处，实时测量的电流、电压瞬时值。图2中，i|0|、u|0|分别为故障前记录的负荷电流、电压瞬时值，两者均可测量，uF|0|为故障前故障点的电压，它不可测量，不可推算。图3中，iL、uL为超导限流器启动后，等效的负荷分量，它不可测量，uFR|0|为超导限流器系统启动后，故障点的等效电压分量，它不可测，不可推算。图4中，Δi，Δu为未矫正的，基于故障前记忆数据的故障分量瞬时值，事实上，图4和图2的电路模型不一致，导致直接计算的突变量必然出现极大的偏差。图5中，无限流器时，基于故障前、后测量的电压、电流计算的制动电压与工作电压分别为ΔUF和ΔUop，ΔUop*为限流器启动后，原始算法下的工作电压，这种算法导致继电保护动作范围缩短；图中Zset为整定阻抗，一般取线路80％的阻抗，Zk为首端电源出线端A到故障位置的线路阻抗，简称故障阻抗。图6中，无限流器时，基于故障前后测量的电压、电流计算的制动电压与工作电压分别为ΔUF和ΔUop，ΔUop*为限流器启动后，原始算法下的工作电压，导致继电保护对区外故障灵敏性降低，其中ZR为受端电源到首端电源背面出口总阻抗，Zk为首端电源出线端A到故障位置的线路阻抗，简称故障阻抗。图7和图8中，F为实际故障位置，F*为辅助故障位置，和为继电保护安装位置测量的电压和电流，uF*为辅助位置的故障电压。图9中，利用辅助点电路模型等效转换计算的补偿的制动电压Uref与实际电压突变量ΔUF稳态值几乎相同，证明了基于电路模型等效转换方案的可行性。图10中，补偿后的制动电压Uref与动作电压Uop，Uop-100％：线路100％位置发生故障，即整定范围外的故障，继电保护不动作。同理Uop-80％为线路80％位置发生故障，动作电压大于制动电压，继电保护动作。图11中，补偿后的制动电压Uref与工作电压Uop，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：基于电力系统双端供电模型金属性接地故障前、后继电保护安装处互感器测量的相电压和相电流计算电压和电流突变量Δu*、Δi*及故障前继电保护整定末端的负荷电压Uset|0|；步骤2：在所述电力系统双端供电模型中确定金属性接地故障辅助点F*，所述金属性接地故障辅助点F*能使电力系统双端供电模型中送电端电源到金属性接地故障辅助点F*之间的电路模型与电力系统双端供电模型金属性接地故障前保持一致，使得金属性接地故障前、后互感器安装位置处测量的相电压、电流计算的突变量电压电流，进而推导的金属性接地故障辅助点F*的工作电压，满足电路叠加定理，此时，计算出金属性接地故障辅助点F*的制动电压，即可形成新的故障限流器的突变量距离保护整定判据。

【技术特征摘要】
1.一种适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：基于电力系统双端供电模型金属性接地故障前、后继电保护安装处互感器测量的相电压和相电流计算电压和电流突变量Δu*、Δi*及故障前继电保护整定末端的负荷电压Uset|0|；步骤2：在所述电力系统双端供电模型中确定金属性接地故障辅助点F*，所述金属性接地故障辅助点F*能使电力系统双端供电模型中送电端电源到金属性接地故障辅助点F*之间的电路模型与电力系统双端供电模型金属性接地故障前保持一致，使得金属性接地故障前、后互感器安装位置处测量的相电压、电流计算的突变量电压电流，进而推导的金属性接地故障辅助点F*的工作电压，满足电路叠加定理，此时，计算出金属性接地故障辅助点F*的制动电压，即可形成新的故障限流器的突变量距离保护整定判据。2.根据权利要求1所述的适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，其特征在于：所述步骤1中：其中，ikm、ukm分别为继电保护安装处，故障后实时测量的电流、电压瞬时值，i|0|、u|0|分别为故障前继电保护安装处测量的负荷电流、电压瞬时值，Δu*、Δi*为根据ikm、ukm、i|0|、u|0|计算的电压和电流突变量，分别为电压和电流突变量的相量值，为故障前继电保护整定末端的负荷电压相量，Zset为线路首端到整定末端的线路阻抗。3.根据权利要求1所述的适应故障限流器的突变量距离保护整定方法，其特征在于：所述步骤2中：当电力系统双端供电模型正方向金属性接地故障时，金属性接地故障前后送端电源到金属性接地故障辅助点F*之间的电路模型一致，由此得到：其中，为金属性接地故障辅助点F*的工频电压突变量模值，为电流突变量的相量值，Zs1为送电端系统的内阻抗，Zk为线路首端到故障位置的阻抗，Zset为线路首端到整定末端的线路阻抗，为突变量距离保护阻抗继电器的工作电压模值，为电压突变量的相量值；正方向区内故障时，满足的条件；正向区外故障时，满足条件；金属性接地故障时，金属性接地故障辅助点F*制动电压的具体计算方式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，钟泰军，康慨，张永炜，邓少平，
申请(专利权)人：湖北省电力勘测设计院，
类型：发明
国别省市：湖北,42