关键字 |
| 串联补偿，功率摆动，故障阻抗计算和距离继电器。 |
介绍 |
| 随着现代输电系统负荷越来越重，对许多电网传输线进行串联补偿的好处变得更加明显。显然，增加固定串联补偿长期以来一直是优化超大容量输电走廊性能的首选解决方案。在长传输线(通常超过200公里)中串联安装电容电抗可以减少角偏差和压降，从而降低损耗，增加线路的负载能力和稳定性。串联补偿提高了电力走廊的暂态(角)稳定性，提高了电网的电压稳定性。它还改善了沿电力走廊的电压分布，并优化了并联电路之间的功率共享。不幸的是，串联电容器会破坏许多用于长距离输电线路的保护方案的有效性。电容与线路电抗串联的引入为阻抗距离继电器的有效应用增加了一定的复杂性。然而，串联补偿会增加故障电流级别，也可能引起发电机次同步谐振。 |
| 电力系统在稳定运行时，维持着发电与负荷之间的平衡。系统扰动，如由故障引起的线路切换、发电机断开连接和开关大负荷会引起发电机转子角度的振荡，并可能导致严重的功率流波动。因此，距离继电器看到的表观阻抗可能落在其工作区域内。这可能会被误解为故障，继电器会不必要地跳闸。 |
与串联补偿有关的继电器问题 |
| 电容与线路电抗串联的引入为阻抗距离继电器的有效应用增加了一定的复杂性。继电器将试图观察电压与电流的比率，以确定到故障的距离，以确定故障是否在其保护区内。当然，当知道电容器总是故障电路的一部分时，可以纠正继电器的设置。然而，人们并不总是知道这一点。通过取消线路的一些串联电感，串联电容器可以使远程正向故障看起来好像它们在继电器的一区，当电容器切换到传输线电路和继电器设置规则是基于故障回路中没有电容(即它们可以导致继电器“超伸”)。在这种情况下，闭合故障可能由于电压反转(电压反转)[2]而表现为反向故障。显然，必须采用某种方案来保护这些线路。一种方法是减慢继电器的运行速度，以便使用中的电容器保护系统(MOV和/或火花间隙和/或断路器)将有时间操作并将电容器(或短路其端子)从服务中移除。这样传统的阻抗继电器就能正常工作。 |
图1所示。MOV保护 |
| 如图所示，一个MOV保护，一个触发气隙保护和一个旁路断路器横跨电容器。电容和触发气隙之间的阻尼电路限制了通过气隙的电流。MOV、气隙和断路器构成总电容过电压保护。由于线路短路，电容器上的电压可能会积聚到极高的值，特别是在谐振系统条件[1]下。在这种情况下，MOV将把电压限制在某个预定的安全水平，通常是2 pu，其中1 pu是电容上的电压，额定电流流过它。在MOV的情况下，当外部故障清除，电容器上的过电压消失时，MOV停止导电，电容器重新投入使用。MOV和气隙，当导电时，改变距离测量继电器“看到”的阻抗。在安大略水电系统中，双回线路的每个回路中有一个相对较大的补偿量为65%，研究补偿、MOV存储器极化和电位源位置对距离继电器元件性能的影响被认为是可取的。与直接过伸/允许过伸保护方案相关的性能方面也令人感兴趣。 |
权力波动的原因 |
| 在正常运行中，电力系统在发电和负荷之间保持着动态和微妙的平衡。扰动，如负荷的突然变化、电力系统故障或发电机的跳闸，都可能破坏平衡并引起发电机转子角度的振荡。振荡是由于发电机的大惯性和相对缓慢的控制输入机械功率。在电力振荡过程中，电网中的电压和电流会在幅度和相位角上出现一定的振荡，这可能会导致距离保护、继电器[9]发生不必要的操作。此外，保护继电器的操作可能会加剧系统的稳定性，并可能导致级联停电，如2003年8月14日发生的那样。 |
功率摆动过程中的阻抗轨迹 |
| 该算法基于这样一个事实，即通过分析功率摆动在一定时间窗口内的阻抗轨迹行为可以最好地检测功率摆动。由于功率摆动阻抗一般沿椭圆轨迹运动，可以进一步分析功率摆动是稳定还是不稳定(OOS)。即使在阻抗轨迹进入功率摆动检测区域之前，也可以检测到功率摆动。一旦阻抗轨迹移动到功率摆动检测区域，如果功率摆动阻断(PSB)元件启用[9]，距离保护功能可以被阻断。 |
四边形中继算法 |
| 在比较器和微处理器发展之前，大多数继电器是基于平衡梁结构或感应杯单元，只产生连续的特征，如圆或直线。由于四边形特性不连续，机电继电器器件无法产生四边形特性。有了这种特性，起下钻区域可以紧密排列，以包围所需的起下钻区域[6]。检测与限制相关的显著阻力的能力是重要的。能够紧密地包围所需的行程区域，从而实现更安全的应用。对于总故障电流角度与继电器测量电流角度不同的电阻性接地故障，具有普通电抗到达线的四边形元件会引入到达误差问题。这将是本地和远程源电压矢量相对于彼此相移的情况，由于故障前的功率流。这种相位差可以通过使用相电流对电抗到达线进行极化来克服。多边形阻抗特性在相位和接地故障的故障阻抗覆盖方面具有很高的灵活性。 |
区域保护 |
| 在所有输电线路中，将有三个保护区域，用于保护线路部分并为远程部分提供备份。这些区域和典型设置如图1所示，其中显示了几个位置[14]的区域。1区设置为80 - 90%的线路阻抗GH瞬时运行，以确保1区保护不会因电流和电压互感器的错误、为设置目的提供的线路阻抗数据的不准确以及继电器设置和测量的错误而产生风险。区域2调整了100%的线路GH，加上大约50%的相邻线路HJ，通过定时器T2操作。3区是偏置区保护，100%的传输线GH以及120%的相邻二线由3区在正向保护，通过定时器T3 (T3>T2)工作。Zone3保护提供反向延伸，通常为被保护线路段的20%。这为母线故障提供了延时本地备份保护，并接近其他保护[4]未清除的三相故障。 |
图2。中继函数算法 |
功能及算法 |
| 距离继电器一般需要14个输入信号，即各三个电压电流信号的谐波幅值和相位，零序幅值和相电流来获得相量。在这项工作中，所有14个信号都是同时采集6个信号，即三相对地电压和三相电流[10]的样本。继电器点所见地阻抗计算为 |
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| K=补偿度，是在保护线路内的所有故障位置保持不变的传输线的零序阻抗与正序阻抗的比值。z0 =从继电器位置到保护区域末端的零序阻抗。Z1 =从继电器位置到保护区域末端的正序阻抗。继电器点的相位阻抗计算为 |
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| 其中Va1、Va2、Ia1、Ia2为正序电压和负序电流，Va、Vb、Ia、Ib为各相在继电器点所见的相电压和电流zpg、zppp。四边形继电器被归类为“阻抗区单元”，它检查由R和X设定值描述的点是否位于阻抗平面的指定区域内。如果ZPG和ZPP定义的点在指定区域内，四边形继电器产生一个输出' 1 '，否则输出将是' 0 '。四边形中继功能在PSCAD/EMTDC中的实现如图2算法所示。 |
仿真结果 |
| 利用PSCAD软件，建立了典型400kV输电系统的仿真模型。考虑了三种总线，使动力摆动效果更好。当功率摆幅发生时，系统中的电压和电流会在大范围内周期性波动，因此距离继电器所看到的阻抗也会周期性变化。 |
仿真模型 |
| 为了演示距离继电器在串联补偿传输线中的应用，考虑图3所示的系统。该系统包含三条总线，四条传输线。传输线1、2采用MOV保护串联电容器进行补偿。包括MOV在内的每个系列电容器的保护方案如图3所示。研究中考虑了断路器B1的距离继电器(四边形继电器)R。负载在bus2处添加;这导致线路1出现功率振荡，并被继电器r观察到。在此情况下，线路1电流波形分别如图4所示。 |
 图3。模拟图 |
装具。功率摆动时的1线电流 |
| 图4显示了功率摆动期间的电流波形。在附加负载之前，电流波形似乎是恒定的。当负载增加时，发生功率摆幅，电流大小增大。 |
图5。故障时线路1电流 |
| 图5显示了正常电流波形，当增加额外负载时，功率波动发生在某个点。电流的大小在功率摆动后增加。当线路发生故障时，电流波形在一定时间内发生畸变，然后电流的大小似乎是恒定的。 |
图6。摆动时Line1实功率流 |
| 图6显示了线路1中的实际功率流。当在总线2上增加负载时，在功率摆动过程中，实功率流发生振荡。经过一段时间后，振荡衰减，并得到一个新的稳态。 |
图7。功率摆动时的四边形继电器特性 |
| 图7显示了四边形继电器特性。在功率摆幅期间，视阻抗不进入脱扣区。 |
图8。故障时四边形继电器特性 |
| 图8给出了故障期间的四边形继电器特性。根据这一特性，在故障期间，视阻抗进入跳闸区。因此，在功率摆动状态下，四边形继电器不产生脱扣命令，但在故障期间，继电器产生脱扣命令。 |
| 图9和10显示了在功率摆动和故障期间MOV的电压降。 |
图9。在功率摆动时MOV电压下降 |
图10。故障时MOV电压下降 |
| 从上述波形可以看出，在功率摆动状态下，波形变化不大，但在故障时段，波形变化峰值较大。这将导致固定电容器的保护问题。 |
图11。旅行的信号 |
| 图11显示了跳闸命令。由此看来，在功率摆动时不产生跳闸脉冲，但在故障时产生跳闸脉冲 |
结论 |
| 本文介绍了四边形继电器在功率摆幅、串联补偿线路故障等多种情况下的性能。对双线电路进行了测试，并在PSCAD中进行了分析。结果表明，当串联补偿线路发生功率摆幅时，四边形继电器不跳闸，在故障状态下仍能正常工作。 |
参考文献 |
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- Y. Abdelaziz, A. M. Ibrahim, M. M. Mansour和H. E. Talaat，“保护串联补偿输电线路的现代方法”，选。电力系统。Res, vol. 75, pp. 85-98, 2005。
- 克雷格·穆勒，工程工程师“电力系统计算机辅助设计用户指南”，马尼托巴HVDC研究中心，2005年9月
- D.L. Goldsworthy，“move保护串联电容器的线性化模型”，IEEE电力系统汇刊，卷PWRS-2，第4期，1987年11月，第953-958页
- HarikrishnaM，“四边形继电器在各种故障下对超高压传输线保护的性能”，2010美国节能经济委员会
- H. J. Alture, J. B. Mooney和G. E. Alexander，“串联补偿线路保护的进展”，2008。在线)。可选:www.selinc.com/20081022, TP6340-01
- J. Berdy，“串联电容器的电路保护”，《电力设备与系统学报》，Vol 81, Pt 111, Feb 1963, pp929-935。
- Paresh Kumar Nayak, Ashok Kumar Pradhan, IEEE高级成员，PrabodhBajpai, IEEE成员，“电力摆动期间串联补偿线路的故障检测技术”IEEE Trans。德尔。，vol. 28, no. 2, April 2013.
- Y.G. Paithankar, S.R. Bhide，“电力系统保护基础”。
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图3。模拟图
