并联电抗器动态相阻抗速判法 【技术领域】
本发明属于电力系统领域，特别涉及电力系统超高压及以上电压(750KV及以上)电力主设备继电保护方法。
背景技术
继电保护是电力系统安全运行的重要组成部分。继电保护在运行过程通过实时、安全检测和处理信号，抵御各种干扰，快速、准确判出故障并在未严重损坏情况下切除故障设备，保护系统安全运行。并联电抗器在远距离、超高压及以上电压系统输送电能过程中防止负荷变异在低载时传输末端电压过升造成系统设备危险，以及特殊输电走廊环境下的分布电容和电晕洩电由并联电抗器作适应补偿起关键作用。由于电力系统特征，尤其是谐波含量及操作设备冲击等原因形成并联电抗器运行绕阻过温、微振动严重等予故障条件，为防止设备故障，必须以动态数据变化监测并联电抗器相阻抗。但国内外到目前为止都未见有报道，对故障预测灵敏度、实时性和速度受到很大限制。
【发明内容】
本发明的目的为克服目前技术的欠缺，提出一种可保证并联电抗器运行安全的并联电抗器动态相阻抗速判法。
本发明的技术解决方案：
一种并联电抗器动态相阻抗速判法，其特征在于包括以下步骤：
a.以实时、精确的数据采集平台，采集和计算并联电抗器首端各相或线电压值，按正弦定理实时判出故障相(或线)电压值；
b.在上述数据采集平台基础上采集和计算首端电流值及工频突升量；
c.对实时采到故障相电压和电流值，得到动态突变阻抗值；
d.从上各采集电气量和实时计算得动态突变阻抗值，可判别出各种故障，其判据是：
如果首端电压下降，同相首端电流突升，其动态突变阻抗ΔZ突降，低于稳态阻抗ZW，则判为接地故障；
如果首端电压下降，同相首端、末端电流同步突升，其动态突变阻抗ΔZ突降低于ZW，则判为匝间短路；
如果首端电压未变或升，首端电流突降甚至达0值，则动态阻抗ΔZ突升甚至无穷大，则判为绕组开断故障；
e.利用上述动态相阻抗判出故障，有必要时可增加首端3U0、3I0突升辅判提高可靠性，启动出口动作跳闸。
本发明提出动态相阻抗速判法，并构成继电器及后备主保护，使用高速数据实时采集并处理，将计算机的功能使用在正弦定理快判电压技术上，通过实时信号处理器判出各电气量中工频突变量，同步算出每相动态参数的变异和稳态值之比，可以作为并联电抗器的主保护的后备保护和复判条件，其判定时间较快。
本发明可达到如下性能指标：
1、实时快判并联电抗器首端低电压时间t＜3ms。
2、同步快判该故障相电流时间t＜3ms。
3、判出相阻抗动态升、降时间t＜5ms，同时判出接地、匝间短路、绕阻开断故障。
4、通过辅判启动数字矩阵出口回路，保护动作时间t＜15ms。
本发明能够应用于超高压及以上电压电力主设备的并联电抗器主后备保护及主保护复判条件。
【附图说明】
图1为本发明应用于典型超(特)高压系统的并联电抗器一次系统构成图。
图2为本发明并联电抗器动态相阻抗实施方框图。
图3为三相电压(线电压)实时图，为快判低电压同步判法基础图。
【具体实施方式】
本发明的并联电抗器动态相阻抗速判法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采集和计算并联电抗器首端各相电压值，按实时、正弦定理判出故障相突降电压值ΔU(或线电压)；
(2)同步采集和计算并联电抗器首端电流值及突升量Δi(它可单独采集，也可与其它保护公用)；
(3)根据单相单绕组特性快速算出稳态值和动态突变阻抗值ΔZ，
ΔU↓/Δi↑＝ΔZ↓＜ZW
ΔU↑/Δi↓＝ΔZ↑＞ZW
(4)根据并联电抗器单相单绕组结构，分相实时计算出各相稳态阻抗值ZW，并同步计算异相阻抗差ZA/ZB/ZC(ZA、ZB、ZC分别为A、B、C三相阻抗值)；
(5)通过各相阻抗突变值和异相阻抗差值，判别出故障，其判据是：
如果速判出首端电压下降，该相首端电流突升判出动态阻抗ΔZ下降低于稳态阻抗ZW，判为接地故障；
如果速判出首端电压下降，该相首端、末端电流同步突升，既判出动态阻抗ΔZ下降又低于ZW，判为匝间短路；
如果首端电压未变或突升、首端电流突降甚至达0值，则动态阻抗ΔZ突升高于ZW甚至为无穷大，判为绕组开断故障；
(6)在判出接地故障、匝间短路、绕组开断故障后，增加零序电压3U0、零序电流3I0辅判提高可靠性，启动出口动作跳闸；
(7)在外部故障时，ΔU↓，Δi↓同步，ΔZ基本不变＝ZW，可闭锁出口。
本发明提出了并联电抗器相阻抗速判法的实施例，结合各附图详细说明如下：
本发明所述并联电抗器动态测定相阻抗实施例是用于超(特)高压电力系统中，其系统主结线如图1所示，其典型的线路---电抗器系统的设备包括：输电线路1，线路两侧等效电力系统2、3，其高压母线为4、5，相应的电压互感器6、7，线路两端电压互感器8、9，两端断路器10、11，两侧并联电抗器其首端电流互感器12、13，末端电流互感器14、15，两侧并联电抗器的中性点消谐电感零序电流互感器16、17，其消谐电抗器为18、19，两侧并联电抗器的断路器20、21据系统设置定。
图1中电力系统设备各元器件的作用分别说明如下：
(1)输电线路1是并联电抗器补偿分布电容、控制轻载负荷时输电末端过电压、防止系统设备危险的对应系统。
(2)两侧等效电力系统2、3是输电线路---并联电抗器系统对应两端系统电源及负荷源。
(3)两端高压母线4、5是两侧变电站母线，起电量、负荷汇流调配作用。
(4)两端母线的电压互感器6、7和输电线路两侧电压互感器8、9为本发明的主要测量信号源之一，据系统一次规划和运行方式由这两组电压互感器测定与保护灵敏度和整定方式，用于高压变换，其二次相电压为57V，线电压为100V。
(5)线路两端断路器10、11可与并联电抗器一体化系统时同步闭合、投切系统，如并联电抗器设置专用断路器20、21，则线路断器10、11与并联电抗器断路器20、21独立运行，操作投切。
(6)两侧并联电抗器的首、末端电流互感器分别为12、14及13、15，这也是本发明中主要测量信号源之一，用于电流变换，其二次额定值为5A或1A，并经实时运算出首、末端零序电流3I0的突升值。
(7)两侧并联电抗器三相绕组皆为Y结线，其中性点实测零序电流互感器为16、17，它与两侧并联电抗器绕组末端三相电流互感器14、15计算得零序电流结合比较，也是两侧并联电抗器中性点消谐电抗18、19地电流测量和变换，其二次额定值为5A或1A。
(8)两侧并联电抗器中性点都设置消谐电抗器18、19，消除电力系统谐波(抑制)适量接地。
图2为本发明并联电抗器动态相阻抗速判法的实施框图。图中各电气量采集和实时处理可与并联电抗器整套保护中公用或单独设置，经高精度实时采集得各相关电气量，即可实现相阻抗的动态测判：如首端电压突降、首端电流突升，则判出相阻抗ΔZ↓突降，加3I0、3U0复判为接地故障(含阻抗型接地)。如首端电压突升，该相电流突降趋于0值，ΔZ↑，加3I0、3U0复判防CT断线，判出绕组开断故障。如首端电压突降，首、末端电流同步、同相突升，判出相阻抗ΔZ↓，加3I0、3U0复判出绕组匝间短路。如电压、电流同步下降，相阻抗未变异则为外部故障。
图3为相电压或线电压三相图，可经正弦定理实时快速判出故障相电压突降，和故障前正常量模值同步速判，在1-2ms即可判定。图3中，t1、t2、t3为瞬时三相值判值，实线、虚线和点画线分别为Ua、Ub、Uc或Uab、Ubc、Uca电压波形。
本发明方法构成为并联电抗器的主后备保护及配合主保护复判，因实时复判其动态值对故障过渡电阻、故障过程电流互感器饱和、系统发生振荡等都无影响。