发电机定子接地零序功率方向保护

介绍了利用零序电流与零序电压间的相角差来判断发电机接地故障是发生在区内还是区外的方法.关健词: 定子接地; 零序功率方向; 保护     

零序方向保护中零序电压与零序电流的极性

零序保护对电力系统安全运行关系很大,如何保证零序保护接线正确,使保护不拒动,不误动,本文从两方面(运行前检查、带负荷检查)进行阐述。     

基于故障分量正序电抗的方向元件

提出了基于故障分量正序电抗的方向元件。当线路上发生正向故障时,故障分量正序电抗等于背侧的系统电抗,极性为负,小于线路正序电抗;当线路上发生反向故障时,故障分量正序电抗等于线路和对侧系统的正序电抗之和,大于线路电抗。根据这个特点,可以判断故障方向。该方向元件易于实现,灵敏度高,不需要设置电压门槛,即使感受到的故障分量正序电压的幅值较小,仍可以准确地判别方向。     

一种基于序功率方向的变压器保护方案

传统的变压器保护一直采用的是差动保护，始终存在需要附加励磁涌流判据的问题。而目前区分内部故障和励磁涌流的方法都是基于涌流波形特征提出的，均不可能做到完全正确。文中提出了一种与差动保护原理无关的变压器保护方案：对故障状态下系统正负序网络模型进行分析，由变压器两端电流电压计算出两侧正负序功率，根据序功率方向的不同，能快速、准确地区分变压器的内部故障、外部故障和励磁涌流。对于双端或单端电源网络，当以变压器两侧系统的综合阻抗角为动作灵敏角并且变压器保护区内发生不对称故障时，原边侧和副边侧的正、负序功率均为负值；当变压器保护区外发生不对称故障时，发生区外故障一侧的正、负序功率为正，另一侧的正、负序功率为负。如果负序功率与正序功率相比非常小，可以判断为三相对称故障，此时仅根据正序功率方向进行判断。如果副边侧正、负序功率均为0，则判为变压器空载合闸而引起的励磁涌流。此方法对不对称故障有很高的灵敏度。大量的ATP仿真验证了该方案的正确性。     

基于零序功率方向的中性点不接地系统在线故障定位

提出了基于零序功率方向的在线故障定位方法，判断故障和非故障路径上零序电压和零序电流的相位差，利用全球定位系统（GPS）的秒脉冲为相位获取提供基准，借助通用分组无线业务（GPRS）传送相位信息，实现配电网在线故障定位。物理模型实验证明了该方法的有效性。     

基于相角差的发电机定子接地保护方向元件

分析了发电机发生内外部单相接地故障后,机端和中性点侧3次谐波电压、基波零序电压和零序电流之间相角的变化关系。在此基础上,提出基于相角判别的新型发电机定子接地保护方向元件。该方向元件由2部分组成:对距中性点50%以内的定子绕组故障,利用机端和中性点两侧故障分量3次谐波电压的相角值相等且为负值的特点构成;对50%以上范围的定子绕组故障,由于零序故障电压和电流均相对较大,采用零序电压和零序电流相位的关系来识别故障方向。该方向元件构成原理简单,可以与目前现场应用的各种单相接地保护方案配合使用,具有较强的工程应用前景。     

纵联零序方向保护零序弱馈拒动的改进方案及其仿真

线路发生接地故障时,两侧零序阻抗相差过大将导致两侧零序电流差别过大,虽然两侧的零序方向元件均能正确动作,但是由于一侧零序电流达不到动作定值,从而造成纵联零序方向保护拒动。文中针对这种零序弱馈现象的产生进行了仿真分析,并且提出了针对零序弱馈的纵联零序方向保护的改进方案,进行了验证。实时数字仿真试验结果表明该方案解决了零序弱馈时的纵联零序保护拒动问题,有效改善了纵联接地保护的性能。     

基于同步电压相量的故障定位新方法

提出一种利用同步电压相量进行输电网络故障定位的新方法。该方法首先运用对称分量法和线性叠加原理建立故障后的附加正序网络并且定义了故障点的匹配指标,进而基于该指标运用遍历搜索方法寻找故障点位置。该算法仅利用电压相量进行计算,因而能避免因电流互感器饱和导致的误差影响,且仅需少量的同步相量测量单元配置。基于PSCAD的仿真实验表明该方法能够有效地定位任意电网结构的短路故障,并且不受故障类型、过渡电阻等因素的影响。     

六相输电线路的纵联方向保护方案

在典型的六相输电系统中，半正序、半零序和半负序故障分量不受系统阻抗变化的影响。文中提出了基于上述3种故障序分量的方向保护判据，并且将其综合在一起，构成了一种适用于六相输电线路的纵联方向保护方案。该方案能够根据故障的特性自动选择方向判据，并且能够反映除六相短路以外的所有故障。补充正序突变量判据以后，该方案能够判别六相短路故障。EMTDC仿真结果表明，该纵联方向保护方案不受系统阻抗和故障点过渡电阻的影响，原理简单、可靠，动作速度快。     

平行线路纵联零序方向保护安全性分析

着眼于纵联零序方向保护的安全性，探讨了平行线路区内区外各种接地故障，研究发现，对于两侧均无电气联系的平行线路，纵联零序方向保护一定误动;对于一侧或者两侧有电气联系的线路（包括部分平行），是否误动取决于两者间联系是磁强于电还是电强于磁;对于一侧共母线的系统，此时纵联零序方向保护其实是安全的;对于同杆并架线路，纵联零序方向保护的安全性亦能得到保证。     

同杆线路零序互感对纵联距离保护的影响

由于同杆线路故障时电磁耦合的特殊性,其纵联距离保护误动和拒动的情况时有发生,而其距离测量元件在故障位置判断中起着关键的作用。当发生接地故障时,由于零序互感的影响,接地测量阻抗会产生偏差,导致保护的超范围与欠范围动作。文中结合电网运行实际,基于不同系统运行方式、线路运行方式和同杆架设形式,定性和定量地研究了零序互感对接地测量阻抗的影响,并进一步分析了线路的不同运行方式下测量阻抗的偏差和影响的特征,进而提出了采用配置零序电流补偿系数的方式消除接地距离保护的测量误差的方案。     

特高压输电线路负序方向纵联保护

采用数字式二阶RC低通滤波器和半波差分傅里叶算法，结合相序变换滤取负序分量，可在微机保护中实现负序方向元件，并可在故障初几毫秒内正确动作。用该方法实现的负序方向元件可正确及时地捕捉到由不对称故障发展起来的三相短路故障瞬间的不对称，故可以反映各种不对称故障和由不对称故障发展起来的三相故障。仿真试验验证了用所提出的方法实现的负序方向元件用于特高压输电线路的可行性和优越性。     

基于变压器中性点零序电流的方向元件

零序方向元件测得的零序电压实际为变压器的零序分压。随着电力系统的发展,变压器容量越来越大,其零序阻抗越来越小,导致保护上零序电压很小,不满足灵敏度要求,零序方向元件误动或者拒动。针对这一缺陷,通过分析变压器中性点零序电流和保护零序电流的相位关系,提出一种基于变压器中性点零序电流的方向元件。该元件以变压器中性点零序电流为参考,与保护零序电流进行比相,进而判断故障方向。经仿真验证,该方向元件动作准确、可靠。     

接地故障零序方向元件拒动保护改进方案

对于大电源长线路的输电系统，当线路末端发生接地故障时，虽然零序电流达到定值，零（负）序方向元件由于零（负）序电压可能达不到方向元件的门槛值，造成保护拒动。针对这类问题，提出了2种解决方案：一种是当零（负）序方向元件由于零（负）序电压可能达不到方向元件的门槛时，以正序电压代替零（负）序电压作为零序电流方向判别；另一种是采用无方向零序电流反时限过流保护作为接地故障后备保护，并提出了新的电流互感器断线方案，解决了国内保护装置电流互感器断线与反时限零序后备存在的矛盾。     

故障分量分相补偿式方向元件

提出一种用于超高压和特高压输电线路上的分相方向元件。通过比较故障分量补偿电压和故障前电压的相位，从而判断是否正方向故障。该分相方向元件具有极强的方向性，能反应系统全相、非全相和振荡状态下的各种对称和不对称故障，具有很高的承受过渡电阻的能力。通过各种情况下大量仿真试验证明了此原理的优越性。     

基于补偿电压复合极化量的自适应距离继电器

方向阻抗继电器通常采用单一电压如正序电压作为极化量，其动作特性固定不变，不能自适应过渡电阻的变化。当高压输电线路发生单相经高阻接地故障时，过渡电阻可能导致阻抗继电器的稳态超越。在提高阻抗继电器自适应过渡电阻能力的同时，为避免因过渡电阻引起的不正确动作，利用补偿电压随过渡电阻变化的特性，提出了由补偿电压构成的复合电压作为极化量的阻抗继电器。在电压平面和阻抗平面分析了该继电器的动作特性，并以300 km线路500 kV双端电源系统为模型进行了仿真验证。理论分析和仿真计算表明该继电器具有较强的耐过渡电阻能力。     

LG-11型功率方向继电器90°接线的可行性分析

在电力系统中,反映双电源输电线路相间短路的继电保护,某些地方必须安装LG-11型功率方向继电器。功率方向继电器是根据输入的电流和电压的矢量值判别其是否动作的。功率方向继电器的出口处发生短路,此时母线残压很低,以至功率方向继电器的动作功率小于整定的动作功率,这是功率方向继电器不动作的死区。为了消除这一死区,LG-11型功率方向继电器可采用90°接线。经可行性分析证明:功率方向继电器90°接线在各种相间短路情况下都会可靠动作。