区分故障电流和谐波电流的新方法
2008-07-02 11:09:18 来源:
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电力18讯:
天津理工大学 徐晓宁 周雪松 马幼捷
摘要:通过分析电力系统故障运行状态和谐波运行状态间存在的差异,提出了区分短路电流及谐波电流的方法,通过增加控制继电保护动作的开关量信号,有效地改善了电力系统中电流保护的性能,并用电力系统仿真软件PSCAD进行了仿真验证。
关键词:序分量理论;短路故障;谐波;开关量信号;PSCAD
中图分类号:TM726 文献标志码:B 文章编号:1003-0867(2008)04-0014-02
目前,几乎所有的继电保护装置,尤其是量度继电器,其阀值的设置都是基于对各电气量,在系统正常运行和故障运行的两种不同运行状态下,存在的差别进行分析,并没有考虑不正常运行状态的运行特性。而在实际系统中,常使用频率测试仪以实现对故障电流、电压和不正常运行状态时的电流、电压的区分。然而,随着电力电子技术的发展,尤其是可控硅技术的应用,使得系统在运行过程中产生大量的谐波,对电力系统构成了严重的危害,尤其是给继电保护等自动化装置的正常运行造成很大的影响。就继电保护本身而言,它区分故障状态和由谐波引起的不正常运行状态的能力很差。可见,如何快速、有效地区分电力系统故障运行状态和不正常运行状态,尤其是短路故障和谐波状态,以实现继电保护装置正确、可靠地动作变得非常重要。
1 系统在不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)时的主要特征
1.1 不正常运行状态(谐波)时系统的主要特征
在一个平衡的三相系统中,单频率谐波分量只能是完全正序的,或完全零序的,或完全负序的,这一点可以从相电流的傅里叶级数展开式中看出,并且可以得出下述结果:
•基波以及4次、7次、……谐波是正序的;
•2次、5次、8次、……谐波是负序的;
•3倍数次(3次、6次、9次、……)谐波是零序的。
需要指出的是:
•如果存在谐波,那么即使系统是平衡的,也存在零序和负序电流;
•由于平衡的3倍数次谐波电流是零序的,因此不能流入三角形连接电路中或中性点不接地的星形联结电路中。
1.2 故障运行状态(短路)时系统的主要特征
单相短路接地:假设系统在f点发生a相单相短路接地故障时,其故障时转换为a相电流的各序分量的边界条件为:流过f点处各序电流大小相等,方向相同。
两相相间短路:假设系统在f点发生b、c两相相间短路,则其故障时转换为a相电流的各序分量的边界条件为:流过f点处的零序电流为零;负序分量和正序分量大小相等,且方向相反。
两相接地短路:假设系统在f点发生b、c两相接地短路,则其故障时转换为a相电流各序分量的边界条件为:流过f点的各序电流分量的矢量和为零。
三相短路:假设系统在f点发生a、b、c三相接地短路,则其故障时转换为a相电流各序分量的边界条件为:流过f点的负序电流和零序电流为零,而正序电流与f点处的系统电流大小相等方向相同。
2 区分不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的方法
根据上述分析,可以得出系统运行在不同工况时,回路中相序电流的特征,从而得出图1所示一种可以区分系统不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的方法。
图1 区分系统不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的方法
I1为正序电流;I2为负序电流;I0为零序电流;I为系统电流
3 继电保护性能的改善及计算机仿真
由前述可见,通过比较系统中存在的相序电流,即可达到区分各次谐波及各类短路故障的目的。进一步说,可以将继电保护装置中,测量比较环节和逻辑判断环节中的开关量控制信号,由原来的一个(基波电流或基波电压比较信号)增加为两个,即:
•区分系统正常运行状态和故障运行状态(短路)的开关量信号,即以基波电流为整定参考值的阀值信号;
•区分系统不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的开关量信号,即以各序电流间的相互比较为参考的判断信号。
也就是说,继电保护装置在以下两种情况才会动作:
•系统中发生某种短路故障,且当故障电流超过整定的阀值电流时,保护动作;
•系统由于某种原因存在某次谐波,且当该次谐波的谐波含量超过规定值时,保护动作。
以天津市某大型企业的配电系统为例,图2为天津某公司配电系统的等值电路。
天津理工大学 徐晓宁 周雪松 马幼捷
摘要:通过分析电力系统故障运行状态和谐波运行状态间存在的差异,提出了区分短路电流及谐波电流的方法,通过增加控制继电保护动作的开关量信号,有效地改善了电力系统中电流保护的性能,并用电力系统仿真软件PSCAD进行了仿真验证。
关键词:序分量理论;短路故障;谐波;开关量信号;PSCAD
中图分类号:TM726 文献标志码:B 文章编号:1003-0867(2008)04-0014-02
目前,几乎所有的继电保护装置,尤其是量度继电器,其阀值的设置都是基于对各电气量,在系统正常运行和故障运行的两种不同运行状态下,存在的差别进行分析,并没有考虑不正常运行状态的运行特性。而在实际系统中,常使用频率测试仪以实现对故障电流、电压和不正常运行状态时的电流、电压的区分。然而,随着电力电子技术的发展,尤其是可控硅技术的应用,使得系统在运行过程中产生大量的谐波,对电力系统构成了严重的危害,尤其是给继电保护等自动化装置的正常运行造成很大的影响。就继电保护本身而言,它区分故障状态和由谐波引起的不正常运行状态的能力很差。可见,如何快速、有效地区分电力系统故障运行状态和不正常运行状态,尤其是短路故障和谐波状态,以实现继电保护装置正确、可靠地动作变得非常重要。
1 系统在不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)时的主要特征
1.1 不正常运行状态(谐波)时系统的主要特征
在一个平衡的三相系统中,单频率谐波分量只能是完全正序的,或完全零序的,或完全负序的,这一点可以从相电流的傅里叶级数展开式中看出,并且可以得出下述结果:
•基波以及4次、7次、……谐波是正序的;
•2次、5次、8次、……谐波是负序的;
•3倍数次(3次、6次、9次、……)谐波是零序的。
需要指出的是:
•如果存在谐波,那么即使系统是平衡的,也存在零序和负序电流;
•由于平衡的3倍数次谐波电流是零序的,因此不能流入三角形连接电路中或中性点不接地的星形联结电路中。
1.2 故障运行状态(短路)时系统的主要特征
单相短路接地:假设系统在f点发生a相单相短路接地故障时,其故障时转换为a相电流的各序分量的边界条件为:流过f点处各序电流大小相等,方向相同。
两相相间短路:假设系统在f点发生b、c两相相间短路,则其故障时转换为a相电流的各序分量的边界条件为:流过f点处的零序电流为零;负序分量和正序分量大小相等,且方向相反。
两相接地短路:假设系统在f点发生b、c两相接地短路,则其故障时转换为a相电流各序分量的边界条件为:流过f点的各序电流分量的矢量和为零。
三相短路:假设系统在f点发生a、b、c三相接地短路,则其故障时转换为a相电流各序分量的边界条件为:流过f点的负序电流和零序电流为零,而正序电流与f点处的系统电流大小相等方向相同。
2 区分不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的方法
根据上述分析,可以得出系统运行在不同工况时,回路中相序电流的特征,从而得出图1所示一种可以区分系统不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的方法。
I1为正序电流;I2为负序电流;I0为零序电流;I为系统电流
3 继电保护性能的改善及计算机仿真
由前述可见,通过比较系统中存在的相序电流,即可达到区分各次谐波及各类短路故障的目的。进一步说,可以将继电保护装置中,测量比较环节和逻辑判断环节中的开关量控制信号,由原来的一个(基波电流或基波电压比较信号)增加为两个,即:
•区分系统正常运行状态和故障运行状态(短路)的开关量信号,即以基波电流为整定参考值的阀值信号;
•区分系统不正常运行状态(谐波)和故障运行状态(短路)的开关量信号,即以各序电流间的相互比较为参考的判断信号。
也就是说,继电保护装置在以下两种情况才会动作:
•系统中发生某种短路故障,且当故障电流超过整定的阀值电流时,保护动作;
•系统由于某种原因存在某次谐波,且当该次谐波的谐波含量超过规定值时,保护动作。
以天津市某大型企业的配电系统为例,图2为天津某公司配电系统的等值电路。
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