最大无功突变判断故障线路及冲击负荷的影响

1、最大无功突变判断故障线路及冲击负荷的影响第32卷第5期1999年l0月武汉水平电力大学JWuhanUniv.ofHydr.&Elec.EngVo1.325Oct.1999文章编号:1006155X【l99910s一030034最大无功突变判断故障线路及冲击负荷的影响罗军涛,陈九刘蔚we7tt罗军涛,陈九平,刘蔚;(武汉水利电力大学电气信息学院,湖北武汉430072)摘要:提出一种利用最大无功突变量判断短路故障线路的方法.大型电力系统中.紧急控制所需采集的信息量多,对控制速度要求高,因此能够准确迅速地判定敬障位置非常重要具有多条出线的电网节点仅取用就地信息,通过以最大无功突变量为主判据,

2、最大故障突变电流为辅助判据来判断短路故障线路,且不需要远端信息,独立性强经PSASP仿真结果表明,本方法简单可靠,判断迅速,准确有效.关键词:紧急控制;无功突变土j中击负荷i柱,中国分类号:TM72l2文献标识码:A对于输电线路,继电保护中多采用电气突变量来判断.简单的保护取用线路出口单端电气量,如果通讯通道良好,则可取用被保护线路(元件)两端或多端(T形接线)电气量,如差动保护.区域性紧急控制系统多装设在电网的枢纽节点上,而枢纽节点一般出线较多,且多有长距离输电线路.故障时紧急控制系统所传送的信息多,通讯资源宝贵.在众多出线中要快速准确地选定故障线路,就显得十分重要,本文针对区域性紧急控制特

3、点,提出了基于单端电气量的以无功突变为判据的故障选线方法,并对此方法在某大型电力系统500kV主网上进行了仿真计算,同时还分析了冲击负荷对此判据的影响作用,结果表明本文所提方法迅速有效1无功突变判别故障线路如图1所示,某电网中节点盯上连接了3条线路:via,MB,MC,以图中箭头方向为正.当线路A上发生短路故障时(见图2),计算时采用如下简化假设J,不对称故障计人附加阻抗.(1)短路过程中各发电机之间不发生摇摆,并认为所有发电机的电势都同相位.(2)所用元件均用纯电抗表示(加上所有发电机电势同相位的条件,可避免复数运算).(3)金属性短路.短路计算等值电路见图3.图中,l为节点口等值电源电势和

4、电抗;Ec,如为节点C等值电源电势和电抗;为节点1到短路点线路电抗;如,X为线路MB,MC电抗;为附加电抗.令收稿日期:19990402作者简介:罗军涛(1974一).男,硕士研究牛,主要从事稳定性控制等的研究圉1圉2x=x+xx8=x8+X1c=xc+x2B+XX+Xc第5期罗军涛等:最大无功突变判断故障线路及冲击负荷的影响则图3化简为图4图4计算得:厶:EIcV+EcXB,EBxC+tEBEc1X=一一,.:一些则Q=0QB:uoIBQC=uoQ,Q8,Qc为故障时在M节点处线路MA,MB,MC上的无功;Uo为节点处电压.一般有Q>0,Q8<0,QC<0,则Q>QB

5、,Q>Qc因为正常运行时,电网输送的无功潮流不大,而在短路时因线路和变压器均为感性,线路MA,MB,MC上主要是无功潮流.对于超高压电网一般有lQllllQ8llllQclll,为正常运行时3条线路上的无功.今Q=Q一QQ口=Q8一Q口Q=QCQc故当线路MA上发生短路故障时,有如下判据:>,>(1)电网正常运行时,Qc之间大小难定,故以,Qc作为判别量.在实际运用时考虑下面两点:(1)对于MA线M侧出口端发生三相短路,困U0太小难判别,Qc之间大小,则附之以厶,作为辅助判断依据.(2)对于MA,MB,MC线路外下一段线路故障时,则配合MA,MB,MC线路上主保护信号,避免误

6、判.对于有电源支撑的节点见图5.其短路计算等值电路如图6所示,判断依据为图s因为无功量是基于电压和电流为正弦量时的电气量,求取无功时需要对电压和电流进行一个完整周期(基波)的采样,加上滤波环节的时延,总共需要几十毫秒的时间.电力系统正常运行时线路上测得的功率因数较高,短路故障时的功率因数由线,_,_J6图>>>进改的据判,32武汉水利电力大学路的电抗电阻值之比决定,对高压输电线测得的功率因数较低,这也是短路故障前后无功突变的原因.功率因数角可由电压,电流瞬时值过零点相角差求得.其所需采样数据少,算法简单快速.在实际实现时采用下面的改进方法:(1)功率因数角突变作为短路故障启动

7、元件.(2)故障电流或测量阻抗作为选线依据.参考各线路的正方向,计算结果为正即为短路故障线路.(3)如果是出VI短路,则从循环寄存区中调取故障前一个工频周期的电压量来同故障后的电流量比相,以判别是正方向还是反方向出VI短路J3算例在华中电网某典型严重运行方式下,对500kV主网线路进行计算,每条线路中间分别发生单相短路接地,两相短路,两相短路接地,三相短路,计算得相应节点各500kv出线的无功突变量,现将葛洲坝节点处的仿真计算结果列出见表1.表1葛洲坝s呻kV节点出线上各线路出口无功突变情况无功突变(以100Mv?A为基准)节点名故障线路名线路名单相接地短路故障两相短路故障两相接地短路故障三相

8、短路故障葛洲坝葛双葛风葛凤葛双葛宋葛岗890.880.681.82I6.781.61一】283.4I19.39189一】483.9326772723.335.57根据短路故障计算结果,对华中网500kV主网统计出单以最大无功突变量作为判断依据的准确率和以最大无功突变为主判据,最大电流突变为辅判据的准确率(见表2).表2短路故障线路判别准确率由计算仿真结果可见,以无功突变最大来判断故障线路对于单相短路接地,两相短路,两相短路接地的故障判别正确;对三相短路,困个别线路长度太短出现误判.这主要是三相短路时故障点离测量点太近,坝I点电压降得过低的缘故,但此时故障电流却很大(电流突变亦很大),可借此来怍

9、为辅助判断依据.加上辅助判据,对上面所述4种故障类型进行判断,结果正确.对于输电网,单相短路等较轻故障发生概率大,而它们的故障电流却不太大,反映在无功突变上较灵敏,因此以最大无功突变量为主判据,以最大电流突变量为辅助判据是一种简单适用的方法.结合两种判据就可准确判别短路故障线路4冲击负荷的影响当电网中存在大量冲击负荷时,对线路上无功瑚m勰00双宋岗凤葛葛葛葛第5期罗军涛等:最大无功突变判断故障线路及冲击负荷的影响流向有影响.现以较多使用的电弧炉所产生的冲击负荷对最大无功突变量判据的干扰作用进行分析.电弧炉供电等值电路如图7所示l4J.图中,为主电路的总电抗;R为主电路的总电阻(以电弧电阻为主,

10、阻值变化较大);P+为主电路的复功率.图7电弧炉负荷的功率因数较低,而且变化较大.在电极短路时cosfk010.2,为短路时回路总阻抗角,这时昕需无功最大,Q=Q.在额定运行条件下时c0sN一0.70.85,N为对应的阻抗角,此时所需无功最小,Q=Q一.电弧炉运行时在上述两状态之间变化,无功突变最大为ZXQ:Q一Q(sin2k_sin2当以母线额定电压和基准短路容量sb为基值,电抗以百分值表示,上式变为AQ一=一sinzs以30t电弧炉为例Sb=100MV?A.xo:367AQ=I(1)一(1_0_85)x100=19.7MV?A由于多台电弧炉的闪变在同一时刻发生的概率较小,多台电弧炉的台成闪

11、变有经验算式:Q=耋式中,为台数,AQ为单台参数值.对于相同容量多台电弧炉等值为单台的效应系数为如表3所示.表3电弧炉等值效应系数对于200MV.aR的无功冲击负荷塑一10019.7=101598=917需917台的30t电弧炉,显然实际电网上不会有如此之大的无功冲击负荷.华中网通过凤凰山变电站两台500kV降压变压器,玉贤变电站一台500kV降压变压器向武汉地区供电.现分别在两变电站低压侧加上200MVAR的无功冲击负荷,计算各500kV出线上无功突变结果见表4.表4冲击负荷造成的无功突变值一o-一.一.挖一o-ts由仿真计算可知,冲击负荷造成的500kV线路上无功突变量相对于线路短路故障造

12、成的无功突变量很小,且同为正值或负值,它对最大无功突变量的判据没有什么影响考虑到供电部门为使用户的冲击负荷不至于使输电线电压波动过大而采取的措施,用户侧的无功补偿装置,自备电厂的支撑,上述无功冲击将更小.因此,不会造成误判.5结论本文提出了一种针对电网多出线节点来选定短路故障线路的方法,数字仿真计算结果证明该方法正确我们还可以得到如下结论:(1)本判据只取用就地信息,不依赖通讯手段,易于实现.(2)由最大无功突变量作为选择短路故障线路的主判据,最大电流突变量作为辅助判据,简单可靠,工程上运用方便.(3)采用改进判据,只需检测电压,电流过零时的相角差,计算迅速(4)此方法抗干扰力强,电网冲击负荷

13、对该判据没有影响.参考文献1CheaaYunping,G0曜QiAnactwatefaultlocatimahtnmsmissionlineusinglocalandrernolelalsJPro-武汉水利电力大学1999ceedingofIPEC,1997,2版社.1988.:2何仰赞等.电力系统分析M.武汉:华中理工大学出4孙树勤,林海雪干扰性负荷的供电M北京:水利版社,1985.电力出版社,19963杨奇逊微型机继电保护基础M:.北京:水利电力出Ascertainingfaultlineusingmaxinlunljumpofreaetlvepowerandeffectofshocklo

14、adLUOJuntao,CHENYunping,LIUWei(CollegeofElectricEngineeringmadIofotmalJonScience,WuhanUnivofUrdr.&Flee.EngWuhan430072China)Abstract:AnewmethodisappliedtoascoaainthefaultlinebyusingmaxinmmjtmapofreactiveDov,er.Inlarge-scalellowe/-system,s,emergencycontrolneedslotsofinformation,theoperationofcontrollingmustbefast,itisveryimportanttoascoaainthefaultlocationimudlatebandaccuratelyAtthemultilinebusofpowersystem,s,wecanaseeaillthefaultlineliyusingmaximumjumpofreactivepowerasdominautjudgmentandmLLr1jumpoffaultelalrent