自适应重合闸的机理及仿真计算_郁惟镛

上　海　交　通　大　学　学　报第30卷第9期　JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG U NIVERSITY V ol.30№91996自适应重合闸的机理及仿真计算郁惟镛　房鑫炎　王山虎　胡大良(电力工程系)摘　要　对自适应重合闸的原理进行论述,并在微机保护故障选相的基础上,探讨了自适应重合闸实施中的几个问题,结合超高压输电线进行了仿真计算.仿真结果表明,提出的自适应重合闸可有效降低对系统的冲击,从而提高系统运行的稳定性.关键词　重合闸;自适应技术;仿真计算中图法分类号　T M7710　引　言自动重合闸作为提高电网供电可靠性的重要措施被广泛应用于电力系统.但是也带来了一些问题,如遇到永久性故障,就会造成对系统设备的再一次冲击,严重时可能导致系统稳定破坏.传统的重合闸,大多采用断路器跳闸后经固定延时自动重合方式,而且首合相重合到永久性故障后无法阻止第二相重合,使系统受到不必要的冲击.如果能采用各相分相合闸的方法,当首合相重合到永久性故障,即将其余各相闭锁,就可以减小对系统的冲击.微机保护的出现为这种设想的实现提供了可能.本文在分相合闸的基础上,根据重合闸对发电机的轴系冲击,提出了一种取得最佳重合闸时间的方案.理论分析和仿真的结果都表明,本方案简单可靠、易于实现,又能明显减小对系统的冲击.1　分相合闸的概念分相合闸的基本思想是利用微机保护故障类型判别的功能,根据系统的故障类型,选择无故障的一相首先重合,为瞬时或永久性故障判别提供判据.根据判别结果,决定第二相能否继续重合.若不能重合时,首合相跳开,并闭锁其他各相重合闸;若第二相重合成功,则利用附加判据判别能否合第三相.若无故障时,重合第三相,重合闸完成;当检测到故障时,跳开合的两相.具体合闸顺序见附表.收稿日期:1995-09-28第一作者:男,1940年生,教授.上海,200030.64 上　海　交　通　大　学　学　报 1996年　第9期附表　合闸顺序表故障类型合闸次序单相接地B C两相短路B C两相接地三相短路首合相A A A A或B或C第二相无B或C B或C B或C或A第三相无C或B C或B C或A或B2　瞬时或永久性故障的判别2.1　单相重合闸瞬时或永久性故障判别〔1〕设A相故障,两侧A相断路器跳开,断开相两端的电压由电容耦合电压和互感电压两部分组成,即U y=-U A(b1-b0)/(2b1+b0)(1)U x=(I b+I c)Z m(2)U l=U l(3)式中:U y为电容耦合电压;b0、b1为单位长度线路零序、正序电纳;Z m为线路单位长度互感阻抗;U x为单位长度线路上的互感电压;U l为长度为L公里线路上的互感电压.2.1.1　瞬时性故障　线路发生瞬时性故障时,断开相电压由U y、U l两部分组成,其中U y是对地电压,U l为沿导线方向电压.2.1.2　永久性故障　线路发生永久性故障时,可不考虑电容耦合电压,断开相电压仅由互感电压决定,可见,根据断开相电压的大小,可以区分瞬时、永久性故障.判据为U J≥K rel U l(4)式中:K rel=1.1～1.2;U l为最大负载条件下两相运行感应电压;U J为测量到的断开相电压.满足条件式(4)时,判定为瞬时性故障.2.2　三相重合时瞬时或永久性故障判别系统发生故障,三相断路器跳闸后,可采用分相合闸的方法,在重合第一相后根据各相的感应电压大小,可以判别是否瞬时性故障.2.2.1　判据　该判据负责在第一相重合成功后,判断是否允许重合第二相〔2〕.若满足 U I a < U Ga,或 U I b <U Gb,则判定非带电相中有接地故障; U I c <U Gc,U p1< U I a <U p2,则判定无故障.若满足 U I a-U I b <U ,或 U Ia-U I c <U 和 U Ib-U Ic <U ,则判定A-C相间和B-C相间故障.其中:U I a、U I b、U Ic为A、B、C相实测感应电压;U G为未带电相有接地故障时,相-地电压的计算极限;U p1和U p2为未带电相电压计算值的下限和上限;U 为两未带电相计算电压的差. 2.2.2　附加判据　这一判据用来判定第三相和第二合闸相之间是否有永久性故障,即若 U I b-U Ic <U ,则判定B相和C相故障.3　最佳重合闸时间的确定3.1　最佳重合闸时间的概念传统的自动重合闸是在保证系统稳定和考虑熄弧时间、绝缘介质恢复等因素的基础上,计算出一个重合闸延时时间.该延时一旦确定,不论系统发生何种类型的故障,故障地点如何,都按预定的延时合闸.这种重合闸盲目性很大,有可能使原来由于故障及跳闸引起的发电机轴系扭振加剧.对发电机的疲劳强度、使用寿命等都会产生较大影响.如果能利用现有保护中的高频通道,实现两侧电压的通讯,使重合瞬间断路器开关电压U k 为零,就可以使重合引起的冲击减到最小.3.2　最佳重合闸时间的获得欲使合闸时的冲击减至最小(见图1),须满足U k =0,d U k /d t <0(5)而且要使重合闸成功,必须有t >t 1(6)另外,为了使系统在重合之后保持稳定,有t <t 2(7)式中:t 1是保证故障点电弧熄弧必须满足的最小时间;t 2是系统所要求的最大重合时间.当式(5)～式(7)均满足时,重合闸对系统的冲击最小.3.3　实际应用中需注意的几个问题采用最佳时间重合闸,目的就是使断路器触点合上瞬间,断路器两端电压瞬时值相等,以减小对系统的冲击,因此应考虑:(1)断路器动作时间的分散性.从重合闸装置发出合闸命令到断路器触点接触必须经过断路器动作时间t DL ,这一时间与采用的断路器型号有关,一般为几十毫秒.而工频周期仅20m s,因此这一延时必须加以考虑.由于t DL 具有分散性,实际应用中可采用平均值.(2)出口继电器的动作时间.同理,必须考虑重合装置出口继电器动作延时t c .(3)高频通道延时.对侧电压采样信号通过高频通道传输时,有一个延时,若取线路长度为L (km),则t =L /300(ms).(4)与断路器失灵保护动作时间的配合.线路断路器失灵时,是不允许重合闸的,因此自适应重合闸必须在时间上保证先进行断路器失灵检验,然后重合.在实际运行中,失灵保护的图1　断路器开关电压图2　仿真系统模型时间大约是0.4s .而公式(6)中的t 1一般为0.7～1.0s ,满足配合的要求.4　仿真计算实例分析根据上述原理,本文用EM TPC 仿真程序做了大量的系统仿真计算.65郁惟镛等:自适应重合闸的机理及仿真计算66 上　海　交　通　大　学　学　报 1996年　第9期4.1　仿真系统模型采用双回线路500kV超高压网络(见图2),故障选线路1中心,发电机为600MW机组.4.2　仿真结果分析由于自适应重合闸具有自身调整的功能,它根据系统的具体情况对重合闸时间做相应的调整.针对上述特点,作者采用分相仿真的方法,即先计算某相断路器开关电压,得到重合闸时间后再仿真该相重合时的电流.(1)单相接地故障,根据综合重合闸的要求,单相接地故障时跳单相,进行单相重合.设对侧0.8s合闸,断路器开关电压如图3所示.由此可选择本侧合闸时间0.8618s,再进一步仿真计算合闸时发电机A相电流如图4所示.图3　A相断路器开关电压波形图4　发电机A相合闸电流 (2)BC两相短路故障后三相跳闸,0.8s A相先合,装置用40ms判断其余相状态.B 相对侧0.84s合闸.U kb如图5所示,选择B相重合时间为0.8892s,可仿真计算得到发电机B相电流如图6所示.图5　B C两相短路时B相断路器开关电压图6　B C两相短路时发电机B相合闸电流(3)BC两相接地,步骤同(2),U kb波形如图7所示,发电机B相电流波形如图8所示.(4)非自适应重合闸重合过程的仿真,为进行比较,作者对传统的合闸过程也进行了仿真计算(合闸时间选在0.8s).单相接地A相电流如图9所示.BC两相短路故障合闸时,B相电流如图10所示.BC两相接地重合闸时,B相电流如图11所示.从以上各电流波形可以看出,采用自适应式重合闸后,明显减小了对系统的冲击,系统很快就进入稳态过程,大大减小了变压器穿越电流和发电机轴系冲击. 图9　单相接地时A 相电流 图10　BC 两相短路时B 相合闸电流5　结　论(1)在分相合闸基础上,提出最佳重合时间的概念,在考虑断路器动作时间分散性后,可图11　BC 两相接地短路时B 相合闸电流以保证在各种故障情况下实现最佳重合.(2)仿真计算结果表明,本文提出的最佳重合时间算法正确、有效、实现简单,与传统的定时限重合闸比较,对系统的冲击明显减小,稳定性显著提高.(3)本文所做的仿真计算,都是在理想情况下进行的,忽略了很多实际因素,如电容式电压互感器的延时误差、采样误差、保护的计算误差、断路器动作分散性误差等.(4)本文设计的自适应重合闸是建立在高频通道的基础上的,实际运行中,有可能用某一相线路作为高频通道,若该相线路发生故障,就无法实现两侧电压的通讯,这时只能切换到传统的重合闸上来,这是本设计的缺陷.67郁惟镛等:自适应重合闸的机理及仿真计算68 上　海　交　通　大　学　学　报 1996年　第9期参考文献1　葛耀中.单相重合闸过程中瞬时与永久故障判别方法.西安交通大学学报,1980,(2):23～322　Phad ke A G,Horow itz S H,M cCABE A G.自适应式自动重合闸.北京:国际大电网1990年会议论文集,51～57 3　杨冠城.电力系统自动装置原理.北京:水利电力出版社,1984.56～102Function and Simulation Calculation of Adaptive RecloseYu W eiy ong　Fang X iny an　W ang Shanhu　H u Daliang(Department of Electric Po wer Eng ineer ing)Abstract　T his paper describes the pr inciple of adaptive r eclose and studies so me pro blems in the implemention of the adaptiv e r eclose o n the basis of phase selection of the m icrocomputer relay protector.W e do the simulating calculatio n on the super higher voltag e transm ission line and the result show s that the functio n of adaptiv e reclose presented in the paper can ef-fectively decrease the shock to the system so that the stability o f the system can be in-creased.Key words　reclo se;adaptive technolog y;simulatio n calculation(上接39页)Dynamic Characteristics of a Cracked Beamand Identification of Crack PositionsChen M engcheng T ang Renj i(Department o f Eng ineer ing M echanics)Abstract　In this paper a stiffness matrix of the line-spr ing m odel to sim ulate the effect o f net ligament fo r the uncracked part is first derived o n the basis o f the energ y pr inciple in co n-junction w ith the fracture mechanics method.A finite element model of cracked beam is then established.T he effects of different crack lengths and different crack positions on the dy-nam ic characteristics of cracked cantilever beam are investigated using the model.A co mpari-son betw een the numerical results and the av ailable ex perimental data is m ade.It is sho wn that both are very agr eeable w hen the no n-dim ensio nal crack leng ths ar e less than0.6;on otherw ise,there ar e consider able discr epancies betw een them.Key words　cracked beam;finite elem ent analysis;line-spring model;dynam ic characteris-tics。