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電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置線路故障跳閘判據(jù)的改進

文檔作者：董希建李德勝李惠軍李雪明文檔來源：國網(wǎng)電力科學研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月03日
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第42卷第11期
2014年6月1日
電力系統(tǒng)保護與控制
Power System Protection and Control
Vb1．42 No．11
Jun．1，2014
電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置線路故障跳閘判據(jù)的改進
董希建，李德勝，李惠軍，李雪明
(國網(wǎng)電力科學研究院，江蘇南京21 0003)
摘要：安全穩(wěn)定控制用故障跳閘判據(jù)已經(jīng)在各級電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制裝置中得到了廣泛應(yīng)用，其動作的準確性依靠繼電保
護裝置的跳閘信號。近年來，隨著繼電保護裝置速動性指標的提升，安全穩(wěn)定控制裝置不能準確識別輸電線路故障類型
事件時有發(fā)生 基于現(xiàn)場發(fā)生的相間故障實例分析，提出安全穩(wěn)定控制用故障跳閘判據(jù)的改進方法。利用RTDS實時數(shù)據(jù)
仿真系統(tǒng)通過FWK一300型安全穩(wěn)定控制裝置對改進后故障跳閘判據(jù)的正確性、可靠性和有效性進行了驗證。實驗結(jié)果表
明：改進后故障跳閘判據(jù)正確、可靠、有效。
關(guān)鍵詞：三道防線；相問故障；安全穩(wěn)定控制；故障跳閘判據(jù)；RTDS
Improvement of line fault trip criterion of power system security and stability control equipment
DONG Xi~ian，LI De-sheng，LI Hui-jun，LI Xue—ming
(State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 210003，China)
Abstract：Line fault trip criterion has been widely used in power system security and stability control equipment．The equipments
have also been widely used in all levels of power grid．Whether the criterion is right or not，it relies on the relay protection device’S
tripping signa1．In recent years，as the relay protection device acts faster and faster,the power system security and stahility control
equipment sometimes Can’t identify the kind of fault correctly．Based on an example of phase—to-phase fault which occurred in site，
we propose an improved method of the fault-trip criterion which can be used in security and stability control system，the use of
FWK-300 Stability Control Device validates the corectness，reliability and effectiveness ofthe new method by RTDS test．Results of
the tests show that the improved method is correct，reliable and efective．
Key words：three—defense lines；phase·to-phase fault；security and stability control；fault-trip criterion；RTDS
中圖分類號： TM77 文獻標識碼：A 文章編號： 1674-3415(2014)11．0073—06
0 引言
電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制體系(被動安全)主要包括
傳統(tǒng)的安全穩(wěn)定三道防線(被動安全三道防線)L1 J。
其中，安全穩(wěn)定控制裝置(簡稱穩(wěn)控裝置)或安全
穩(wěn)定控制系統(tǒng)(簡稱穩(wěn)控系統(tǒng))是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)
定運行的第二道防線【2J，在跨區(qū)跨省電網(wǎng)L3J、地區(qū)
電網(wǎng)【4J和企業(yè)電網(wǎng) J中得到廣泛應(yīng)用。
目前，對于暫態(tài)穩(wěn)定的判別、決策、控制一般
都采用控制策略表方式，即：穩(wěn)控裝置判斷出設(shè)備
跳閘后，通過查找存放在穩(wěn)控裝置內(nèi)的控制策略表
后采取穩(wěn)定控制措施?？梢?，設(shè)備跳閘是決定控制
策略的重要依據(jù)，是保證穩(wěn)定控制措施正確性的前
提條件，必須正確識別故障(跳閘)元件及故障類
型。
穩(wěn)定控制所指設(shè)備跳閘包括：輸電線路故障跳
閘與無故障跳閘，變壓器跳閘，發(fā)電機組跳閘【2】。
我們將設(shè)備故障跳閘和無故障跳閘的判別方法稱為
跳閘判據(jù)，相應(yīng)的，跳閘判據(jù)分為故障跳閘判據(jù)和
無故障跳閘判據(jù)。
關(guān)于無故障跳閘判據(jù)， 已有專題討論【6{]，本文
重點研究目前穩(wěn)控裝置中普遍使用的故障跳閘判據(jù)
及其在現(xiàn)場運行中遇到的問題，并提出相應(yīng)的改進
措施，通過仿真試驗驗證改進方案的正確性，從而
提高判據(jù)的準確性和可靠性。
1 典型故障跳閘判據(jù)
當電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障跳閘，且經(jīng)過分析計算系
統(tǒng)存在暫態(tài)穩(wěn)定問題時，需要穩(wěn)控裝置快速判斷出
故障類型以便及時的采取控制措施來確保電網(wǎng)的穩(wěn)
定運行。
與第一道防線的繼電保護裝置不同，穩(wěn)控裝置
．． 74． 電力系統(tǒng)保護與控制
擔負著方式識別、設(shè)備(多個)運行狀態(tài)監(jiān)測、故
障策略表查找、控制措施實施執(zhí)行等“系統(tǒng)保護”
的任務(wù)。依靠自身采集的電氣量快速、可靠地判斷
設(shè)備故障不是穩(wěn)控裝置的任務(wù)，并且僅僅依靠某個
元件的電氣量也無法快速、準確識別故障。因此，
在判斷單一設(shè)備故障時，以繼電保護的速動性指標
要求穩(wěn)控裝置是不實際、不科學的。但是，我們可
以依托繼電保護裝置的這一優(yōu)勢，將穩(wěn)控裝置判斷
設(shè)備故障建立在繼電保護裝置速動性的基礎(chǔ)之上。
目前，實際工程應(yīng)用中，一般接入元件主保護
的分相跳閘接點，當設(shè)備故障、繼電保護動作后、
穩(wěn)控裝置收到該接點信號，并同時輔以電氣量變化
特征識別設(shè)備故障類型。這種方法對于輸電線路兩
側(cè)配置穩(wěn)控裝置的穩(wěn)控系統(tǒng)是可靠的，也是目前安
全穩(wěn)定控制工程的典型實施方案。
交流輸電線路故障跳閘分為單相瞬時故障、單
相永久故障和相間故障3種。基于上述原理的穩(wěn)定
控制所用交流輸電線路典型故障跳閘判據(jù)為
(1)單相瞬時故障
①突變量啟動；②至少有一相電流增加；③至
少有一相電壓降低；④有一相跳閘信號，并在15 ms
內(nèi)查找不到其它相跳閘信號。同時滿足上述條件判
為單相瞬時故障，其判斷邏輯如圖1所示。
(2)單相永久故障
① 突變量啟動；② 至少有一相電流增加；③ 至
少有一相電壓降低；④有兩相跳閘信號；⑤兩相跳
注：① It： 當前電流有效值； 200 ：啟動前200 ms@流有效值。
② U：當前電壓有效值；U 2∞ 。：啟動前200ms電壓有效值
圖1單相瞬時故障判斷邏輯圖
Fig．1 Logic diagram of single-phase grounding fault
閘信號之間的時間差大于重合閘時間。同時滿足上
述條件判為單相永久故障，其判斷邏輯如圖2所示。
(3)相間故障
①突變量啟動；②至少有兩相電流增加；③至
少有兩相電壓降低；④有兩相跳閘信號；⑤兩相跳
閘信號之間的時間差小于重合閘時間。同時滿足上
述條件判為相間故障，其判斷邏輯如圖3所示。
2 典型故障跳閘判據(jù)的適應(yīng)性
前面所描訴的典型故障判據(jù)已在工程中得到了
廣泛的應(yīng)用，經(jīng)受了實踐檢驗。但在一些特殊情形
下，也暴露出了其存在的問題，可能無法正確區(qū)分
相問故障和單相永久故障。下面以陽城發(fā)輸電系統(tǒng)
安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)為例進行說明。
陽城電廠以專廠、專線、專供的方式向江蘇輸
送電力，是全國第一個跨大區(qū)遠距離超高壓交流發(fā)
輸電工程，開“西電東送”之先河，為提高其電力
注：① ：當前電流有效值：L200 。：啟動前200ms電流有效值。
② U：當前電壓有效值； 200 。：肩動前200 ms電壓有效值。
圖2單相永久故障判斷邏輯圖
Fig．2 Logic diagram of single-phase permanent fault
董希建，等 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置線路故障跳閘判據(jù)的改進
注：① ^：當前電流有效值： ，_2∞ 。；扁動前200ms申流有效值。
② U．：當前電壓有效值： 200 ：啟動前200 ms電壓有效值。
圖3 相間故障判斷邏輯圖
Fig．3 Logic diagram ofphase·to-phase fault
外送能力，在國家電力調(diào)度控制中心的統(tǒng)一組織和
指揮下，建成并投運了陽城發(fā)輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定控
制系統(tǒng)。該穩(wěn)控系統(tǒng)由華北電力設(shè)計院完成初步設(shè)
計及施工設(shè)計、山西電力科學研究院完成相關(guān)二次
回路的調(diào)試與傳動，采用的即是上述的典型故障跳
閘判據(jù)。
2011年9月，陽東II線發(fā)生相間故障，陽城電
廠穩(wěn)控裝置1≠}柜判出陽東II線單相永久故障而2≠}
柜判出陽東II線相間故障，兩套裝置判斷不一致，
故障波形及保護動作行為如圖4所示。
圖4 相間故障時兩套不同原理保護裝置的動作情況
Fig．4 Action situation oftwo diferent protection devices when
phase·—to--phase fault OCCURS
穩(wěn)控裝置l≠}柜的跳閘接點取自電流差動保護
(RCS．931D，保護1)，2≠}柜的跳閘信號取自縱聯(lián)
距離保護(RCS．902C，保護2)， 時刻故障發(fā)生，
時刻(16ms)保護1動作， 時刻(26ms)保
護2動作，保護1比保護2動作早10 ms。保護動
作時刻故障相的電壓和電流變化如表1、表2所示。
表1 保護動作時刻故障相電壓變化特征
Table 1 Voltage’S variation features of the fault phase
when protection acts
表2 保護動作時刻故障相電流變化特征
Table 2 Current’S variation features ofthe fault phase
when protection acts
注：在表1．表2中，“門檻值”用于裝置確認故障相，一般某相電壓
降低20％ 、電流增加100A認為其滿足故障電氣特征。
顯然，在保護1動作時，只有C相滿足故障電
氣特征：而在保護2動作時，A、C相均滿足故障
電氣特征。在使用故障跳閘判據(jù)時，考慮到單相故
． 76． 電力系統(tǒng)保護與控制
障跳三相的情況，裝置在同時收到三相跳閘信號，
但沒有檢測到電氣量故障特征時，而后將持續(xù)檢測
各相的電氣量，檢測到任意相故障特征滿足即判為
單相永久故障。因此，在此次動作事件中，保護動
作時刻滿足故障電氣特征的相別數(shù)不同或者說兩套
保護動作時刻有差異是造成裝置判別不一致的根本
原因。
3 故障跳閘判據(jù)的改進
隨著繼電保護裝置速動性指標的大幅提升(如
線路近處發(fā)生故障時，保護裝置跳閘時間小于l0
ms)，當輸電線路發(fā)生相問故障時，若繼電保護裝
置很快動作于跳閘，穩(wěn)控裝置理論上存在將相間故
障判為單相永久故障的可能性。
因此，有必要對穩(wěn)控裝置用的故障跳閘判據(jù)進
行適應(yīng)性改進。目前，穩(wěn)控裝置一般采用均方根法
計算電氣量以揭示電力系統(tǒng)的故障演化過程， 即：
在1個基波周波(20 ms)內(nèi)對電氣量進行平方并連
續(xù)積分。在圖4中，當保護1動作時(T2)，A相電
壓未降低到突降門檻以下，從故障發(fā)生Tl時刻到
保護1動作跳閘 時刻，共16ms， 由于此時尚未
完成數(shù)據(jù)窗的完整周波積分，導致計算結(jié)果偏大。
基于此，可以在保護動作且僅有1相電氣量滿足故
障特征時，人為設(shè)定時間 等待第2相電氣量滿足
故障特征以區(qū)分故障類型。采用此法，可以準確地
區(qū)分相間故障和單相永久故障，即使發(fā)生轉(zhuǎn)化性故
障，仍然能夠做到準確區(qū)分。對照快速保護的動作
時間指標(10 ms)并考慮一定裕度， 可設(shè)為15 ms。
具體實施方法是：裝置在同時收到三相跳閘信號并
僅檢測到1相電氣量故障特征后，等待時間T，若
在該時間內(nèi)又檢測到至少1相電氣量故障特征，則
判為相間故障，否則判為單相永久故障。
4 RTDS試驗結(jié)果
本文依據(jù)上述思路對典型故障跳閘判據(jù)進行改
進，并在FWK．300型穩(wěn)定控制裝置【9J中實現(xiàn)。并利
用RTDS實時仿真系統(tǒng)對改進后的故障跳閘判據(jù)進
行了驗證，考察了發(fā)生不同類型的故障時，裝置動
作的正確性、可靠性。
為使試驗結(jié)果具有針對性，本文搭建了陽城電
廠送出系統(tǒng)模型，其中，機組、發(fā)變組和線路參數(shù)
由國家電網(wǎng)華東電力調(diào)控分中心提供(江蘇側(cè)由無
窮大系統(tǒng)等價，故障點設(shè)置在陽東三回線上)。RTDS
系統(tǒng)由3個RACK組成、12節(jié)點規(guī)模，陽城電廠
送出系統(tǒng)模型和RTDS試驗接線圖分別如圖5、圖6
所示。
由于當發(fā)生常見的單相瞬時故障、相間故障或
單相永久性故障時，對于判據(jù)的測試和考察屬于常
圖5 陽城電廠送出系統(tǒng)模型
Fig．5 Model ofYangcheng power plant power
transmission and distribution project
圖6 RTDS試驗接線圖
Fig．6 Wiring diagram of RTDS
規(guī)試驗內(nèi)容，并且判據(jù)已經(jīng)成熟可靠，本文不再詳
述其測試過程，而是將研究重點放在新老判據(jù)的對
比性試驗上。即對比當相間故障發(fā)生時、保護快速
動作于跳閘，新老判據(jù)的判別結(jié)果。
當進行對比性試驗時，分別在1、2DCJ(單元
處理機)中下載改進后故障跳閘判據(jù)和典型故障跳
閘判據(jù)的程序，均接入陽東I線的電壓和電流量(界
面及報文顯示2DCJ為陽東II線)。模擬陽東I線
AC相問故障(O ms)，保護裝置快速動作(8 ms)、
兩個DCJ的判斷結(jié)果，穩(wěn)控裝置的動作報文見表3
(控制策略表中未整定定值故無措施)、保護動作情
況如圖7所示。
表3 穩(wěn)控裝置動作報文
Table 3 Action messages ofthe equipment
動作時~lJ／ms 動作報文
538 裝置啟動
陽東I線相間故障(改進后判據(jù))
策略表中無此方式或無策略
561 陽東II線A相單永故障(改進前判據(jù))
561 策略表中無此方式或無策略
事件結(jié)束
董希建，等 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置線路故障跳閘判據(jù)的改進 ．77．
圖7故障發(fā)生時保護動作圖
Fig．7 Action situation of protection device
when fault Occurs
通過分析上述裝置動作報文和時序圖，可以發(fā)
現(xiàn)：輸電線路發(fā)生相間故障、保護裝置正確判斷故
障并快速作用于跳閘后，穩(wěn)控裝置的1DCJ(改進
后判據(jù))能夠正確地識別為相間故障，而2DCJ(典
型跳閘判據(jù))則錯誤地識別為單相永久故障。可見，
故障跳閘判據(jù)的改進(1DCJ)是正確有效的。
5 結(jié)語
結(jié)合現(xiàn)場發(fā)生的相間故障，對穩(wěn)控裝置用線路
故障跳閘判據(jù)進行分析，指出其需要進行適應(yīng)性升
級。在FWK．300裝置上實現(xiàn)，并進行了針對性的
RTDS試驗，試驗結(jié)果表明，改進后的故障跳閘判
據(jù)，借助保護動作信號， 能夠有效、準確地識別相
間故障。理論上，穩(wěn)控裝置判出相問故障會慢幾個
ms，但對暫態(tài)穩(wěn)定的影響微乎其微。判據(jù)升級、試
驗驗證工作于2013年2月完成，并于2013年3月
在陽城發(fā)輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中投入使用，
截止目前，運行穩(wěn)定。試驗及運行結(jié)果表明，判據(jù)
的改進方法可行，并可進行工程推廣應(yīng)用。
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收稿El期：2013-08-26； 修回日期：2013-10—21
作者簡介：
董希建(1982-)，男，通信作者，碩士，工程師，主要
研究方向為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制；E．mail：
dongxijian@sgepri．sgcc．com．cn
李德勝(1980一)，男，學士，工程師，主要研究方向為
電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制。

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