专利名称：一种短路故障自适应判别的方法
技术领域：
本发明属于电力自动化控制技术领域，涉及电力系统频率电压紧急控制装置中短路故障自适应判别的方法，该方法能够更灵敏地判断电力系统中发生的短路故障，避免因短路故障引起频率电压紧急控制装置的误动作，并能更好地适用于各个电压等级电网的各种类型短路故障。
背景技术：
电力系统是分布地域广、包含元件多、结构复杂和动态响应快的大系统，系统中某处某个元件发生扰动就可能迅速波及到全系统。近年来全球出现多次大范围停电事故，对国民经济和社会生活影响极大。因此，保持电力系统安全稳定运行的问题已受到各有关方面的高度重视。装设频率电压紧急控制装置是提高电力系统安全稳定性、防范电网稳定事故、防止发生大面积停电事故的有效措施之一。随着电力系统规模的日益扩大，其地位越显重要。电力系统在运行时必须保持整个系统内有功功率与无功功率的平衡，若在运行时发生了一些异常情况导致有功功率或无功功率出现不平衡，并导致电力系统的频率或电压异常波动且超过允许范围，必须采取及时有效的控制措施，避免事故进一步扩大。当电力系统出现无功不足导致局部地区电压下降时，切除部分电力负荷是恢复无功平衡的有效措施；但电力系统发生短路故障也可能导致局部地区电压下降，此时频率电压紧急控制装置应当立即闭锁出口，不再动作，等短路故障切除后再根据系统无功平衡情况采取相应控制措施。频率电压紧急控制装置必须能正确区分电力系统电压降低的真正原因。传统的低压减负荷装置无法快速区别由于系统无功不足导致的低电压和短路故障造成的低电压，只能通过增加低压减负荷的动作延时以躲过短路故障，若该延时设置较短，可能躲不过短路故障，若该延时设置较长，则还没有等到低压减负荷装置动作，电网的电压已经崩溃。电力系统发生短路故障且保护动作切除故障元件后，频率电压紧急控制装置安装处的电压迅速回升，如果恢复不到正常的数值，但大于故障切除后电压恢复门槛值，则频率电压紧急控制装置立即解除闭锁，允许装置快速切除相应数量的负荷，使电压恢复。对弱联系末端电网，故障后电压恢复的电压值可能比较低，导致常规判据可能无法解除闭锁。
发明内容
本发明的目的是为解决频率电压紧急控制装置中短路故障快速判别问题，以及弱联系电网中短路故障切除后电压恢复值可能比较低的问题，提出一种基于相电压及其变化率原理的短路故障自适应判别方法；尤其是电力系统频率电压紧急控制装置中短路故障自适应判别的新方法，该方法能够更灵敏地判断电力系统中发生的短路故障，避免因短路故障引起频率电压紧急控制装置的误动作，并能更好地适用于各个电压等级电网的各种类型短路故障。本发明的技术解决方案是
电力系统短路故障自适应判别的方法，采用相电压及其变化率判断短路故障；该判据由三个条件组成
条件一三相电压中任一相电压突然降低；
条件二 相电压降低的变化率大于变化率门槛值(一般整定为10(Tl30%Un/S)； 条件三任一相电压低于判短路故障电压门槛值(一般整定为70 80%Un)。判断短路故障切除后解除闭锁的方法，该判据由四个条件组成
条件一装置已经判断出系统发生短路故障且持续时间未超过“躲过故障切除时间”； 条件二 三相电压中任一相电压突然升高；
条件三相电压升高的变化率大于变化率门槛值(一般整定为10(Tl30%Un/S)； 条件四三相电压均高于判短路故障恢复电压门槛值(一般整定为60 80%Un)。其中，Un表是系统额定电压。分别设置了判短路故障的“短路故障电压门槛值”与判故障切除的“短路故障恢复电压门槛值”两个门槛定值，两者相互独立，以适应各种不同类型的电网，包括弱联系电网的各种短路故障。电力系统发生短路故障与短路故障切除后电压恢复过程中电压变化示意图如图1 所示，故障发生的一瞬间，电压快速跌落到“短路故障电压门槛值”(上面一根虚线)以下，短路故障持续一段时间(一般是几十毫秒到广2秒，这取决于继电保护的动作时间加上开关的跳闸时间总和)后，短路故障被切除，电压快速恢复，一般情况下，能恢复到“故障恢复电压门槛值”(下面一根虚线)以上。图1中，Du/dtl表示故障瞬间电压下降时的变化率，Du/dtl表示故障切除瞬间电压恢复时的变化率。“躲过故障切除时间”为一时间定值，一般按照大于后备保动作最长时间的原则整定，举例若后备保护最长时间为4秒，则Tfc可以设为4. 5 5秒。本发明的有益效果电力系统发生的故障绝大多数都是非对称故障，故障时三相电压的突变量并不相等，由于本发明采用相电压与相电压变化率判断短路故障，所以本发明判断短路故障具有更高的灵敏度。此外本发明采用相电压与相电压变化率判断短路故障切除后解除闭锁，较传统方法具有更高的灵敏度。
图1电力系统短路故障闭锁与故障切除后解除闭锁示意图； 图2基于相电压变化率的短路故障判别逻辑框图3基于相电压变化率的短路故障切除后解除闭锁判别逻辑框图。
具体实施例方式以南京南瑞继保电气有限公司生产的PCS-994系列频率电压紧急控制装置为例， 正常运行时，该装置一直监视接入装置的各段母线的每相电压及其变化率，装置会根据每段母线的电压情况选择其中一段母线电压作为判断电压，若该段母线电压发生以下任一情况则判为系统发生短路故障，闭锁低压减载功能，如图2所示，详细实现方法说明如下。
情况1 :A相电压判断系统发生短路故障的判据 A 相电压降低
J Atl电压变化率-cbMt >变化率门槛值(式1)
[Atl电压 短路故障电压门槛值情况2 =B相电压判断系统发生短路故障的判据 B相电压降低
J B相电压变化率-du/dt >变化率门槛值(式2)
\ B相电压S短路故障电压门槛值情况3 :C相电压判断系统发生短路故障的判据 C相电压降低
J C相电压变化率-<Wdt >变化率门槛值(式3)
[C相电压S短路故障电压门槛值
如图3所示，短路闭锁后在“躲过故障切除时间”内同时满足以下条件则解除闭锁 (1 ) 三相电压均高于短路故障恢复电压门槛值 (2 ) 任一相电压上升且变化率>变化率门槛值， 其中第(2)点实现方法如下 相电压降低
rt 或或
A相电压变化率du/dt >变化率门槛值(式4)
_压降低
_电压变化率du/dt >变化率门槛值(式W
C相电压降低
C相电压变化率du/dt >变化率门槛值[^ )
式1 6中，电压变化率门槛值一般整定为10(Tl30%Un/S，短路故障电压门槛值一般整定为70 80Un/s，短路故障恢复电压门槛值一般整定为60 80Un/s，其中Un表示系统额定电压。
权利要求
1.一种短路故障自适应判别的方法，其特征是采用相电压及其变化率判断短路故障，由以下三个条件同时满足组成判据条件一三相电压中任一相电压突然降低；条件二 相电压降低的变化率大于或等于变化率门槛值；条件三任一相电压低于判短路故障电压门槛值。
2.如权利要求1所述的一种短路故障自适应判别的方法，其特征是判断短路故障切除后解除闭锁判据由四个条件同时满足组成条件一装置已经判断出系统发生短路故障且持续时间未超过“躲过故障切除时间”； 条件二 三相电压中任一相电压突然升高； 条件三相电压升高的变化率大于变化率门槛值； 条件四三相电压均高于判短路故障恢复电压门槛值。
3.如权利要求1或2所述的一种短路故障自适应判别的方法，其特征是所述的“短路故障电压门槛值”与“短路故障恢复电压门槛值”为相互独立的两个门槛值，适用于弱联系电网的各种短路故障。
全文摘要
一种短路故障自适应判别的方法，采用相电压及其变化率判断短路故障，由以下三个条件同时满足组成判据条件一三相电压中任一相电压突然降低；条件二相电压降低的变化率大于或等于变化率门槛值；条件三任一相电压低于判短路故障电压门槛值。电力系统在运行时必须保持整个系统内有功功率与无功功率的平衡，若在运行时发生了一些异常情况导致有功功率或无功功率出现不平衡，并导致电力系统的频率或电压异常波动且超过允许范围，必须采取及时有效的控制措施，避免事故进一步扩大。本发明能够更灵敏地判断电力系统中发生的短路故障，避免因短路故障引起频率电压紧急控制装置的误动作，并能更好地适用于各个电压等级电网的各种类型短路故障。
文档编号G01R31/02GK102385021SQ20111029889
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者任祖怡, 何强, 刘伟, 夏尚学, 徐柯, 白杨 申请人:南京南瑞继保工程技术有限公司, 南京南瑞继保电气有限公司