2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  一種新型接地距離保護(hù)的研究</p><p>  一種新型接地距離保護(hù)的研究 </p><p>  1卞孝琴 2陳璐璐 </p><p>  1南京供電公司 2南京理工大學(xué) </p><p>  摘要:在超高壓、特高壓系統(tǒng)中,系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí),一般不是金屬性接地短路故障,而存在著過(guò)渡電阻。過(guò)渡電阻的存在會(huì)對(duì)距離保護(hù)造

2、成嚴(yán)重的影響,研究接地距離保護(hù)對(duì)過(guò)渡電阻的承受能力,對(duì)提高距離保護(hù)的性能有著現(xiàn)實(shí)意義。某一新型的接地阻抗繼電器是以故障相的正序電壓與故障相電壓之差為極化電壓,然而其承受過(guò)渡電阻的能力有待提高。本文對(duì)其進(jìn)行了修正,采用移相來(lái)提高它的承受過(guò)渡電阻的能力;增加一個(gè)零序電抗器來(lái)提高其防超越的能力。分析了修正后的繼電器的動(dòng)作方向性,不存在電壓死區(qū)的問(wèn)題,并且具有靈敏度高等特點(diǎn)。采用MATLAB對(duì)500kV系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析,對(duì)送電側(cè)、受電側(cè)、移相

3、前后差等各種不同情況下進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)計(jì)算,仿真數(shù)據(jù)結(jié)果表明,修正后的繼電器具有良好的動(dòng)作特性。 </p><p>  關(guān)鍵詞:接地阻抗繼電器,過(guò)渡電阻,穩(wěn)態(tài)超越,Matlab </p><p>  中圖分類(lèi)號(hào):TF806文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A </p><p><b>  0 引言 </b></p><p>  在超高壓、特高壓

4、系統(tǒng)中,系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí),一般會(huì)存在著過(guò)渡電阻。這些過(guò)渡電阻一般都是純電阻,它是由電弧電阻,桿塔接地電阻和對(duì)樹(shù)枝放電時(shí)的樹(shù)枝電阻組成的。在實(shí)際電力系統(tǒng)中,過(guò)渡電阻還受當(dāng)時(shí)故障方式、地質(zhì)條件和天氣情況等因素的影響,可能達(dá)到很高的數(shù)值。過(guò)渡電阻會(huì)給距離保護(hù)方案造成很大的影響[1]。 </p><p>  因此研究如何消除過(guò)渡電阻在接地距離保護(hù)中的影響,對(duì)提高距離保護(hù)的性能有著現(xiàn)實(shí)意義,一直也是繼電保護(hù)工作者研究

5、的熱點(diǎn)。 </p><p>  國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在突變量阻抗接地繼電器、四邊形特性繼電器、復(fù)合特性接地方向阻抗繼電器、零序電流極化接地距離繼電器、零序(正序、負(fù)序)電壓極化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)距離繼電器。 </p><p>  除了以上克服過(guò)渡電阻影響的常規(guī)方法外,文獻(xiàn)[2]提出了一種多相補(bǔ)償接地距離繼電器,它是按比較三相補(bǔ)償電壓和零序電流相位原理構(gòu)成的,該繼電器能夠承受較大的過(guò)渡電阻,在JJ-5

6、00型距離保護(hù)裝置中就采用了這一繼電器作為接地故障的測(cè)量元件。但繼電器處于送電側(cè)時(shí),同時(shí)兩端電源的相角差增大時(shí),該繼電器可能會(huì)發(fā)生拒動(dòng)[3]。文獻(xiàn)[4]提出了使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)距離保護(hù),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然具有強(qiáng)大的模式識(shí)別能力,對(duì)任何復(fù)雜的狀態(tài)或過(guò)程都具有較好自適應(yīng)、很強(qiáng)的容錯(cuò)性和優(yōu)良的非線(xiàn)性處理能力,但是應(yīng)用該方法必須通過(guò)大量樣本的訓(xùn)練,而電力系統(tǒng)有不同的故障類(lèi)型,樣本訓(xùn)練有一定的困難。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)距離繼電器也只停留在理論研究階段

7、。 </p><p>  1 以為極化電壓的接地距離保護(hù)的基本原理 </p><p><b>  圖 1 雙端系統(tǒng) </b></p><p>  一個(gè)雙端系統(tǒng)如圖1所示,若繼電器采用阻抗繼電器的A相工作電壓與A相電流(A相零序電流)比相實(shí)現(xiàn)時(shí),也就是零序電抗繼電器的動(dòng)作方程可以寫(xiě)為 </p><p><b> 

8、?。?.1) </b></p><p>  保護(hù)安裝處M側(cè)母線(xiàn)上A相各序電壓為 </p><p>  式中、、分別為M側(cè)正序、負(fù)序、零序電流的分配系數(shù),、、,一般情況下,有,而、。 </p><p>  保護(hù)安裝處的A相電壓為 </p><p><b>  于是 </b></p><p&g

9、t;<b> ?。?.2) </b></p><p>  其中,由此,可以采用作為極化電壓。 </p><p>  以作為極化電壓新型的接地距離保護(hù)的動(dòng)作方程為[5] </p><p><b> ?。?.3) </b></p><p>  隨變化而變化,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示(以送電側(cè)為例),圖中的陰

10、影部分為動(dòng)作區(qū)域,動(dòng)作邊界隨著過(guò)渡電阻變化而變化的,當(dāng)過(guò)渡電阻較小時(shí),極化電壓為圖2所示的,阻抗繼電器的工作電壓是在動(dòng)作區(qū)域內(nèi)的(即落在的陰影處),但是隨著過(guò)渡電阻的逐漸增大,極化電壓隨著圓弧向上,當(dāng)極化電壓落在圖中處,阻抗繼電器的工作電壓可能會(huì)超出動(dòng)作區(qū)域(落在的陰影外),因此該阻抗繼電器在一定程度上可以承受過(guò)渡電阻的影響,但是不能完全消除。 </p><p>  圖2 與工作電壓隨過(guò)渡電阻變化的關(guān)系圖 <

11、;/p><p>  2對(duì)以為極化量的接地方向距離保護(hù)方案的修正 </p><p>  2.1 采用移相提高承受過(guò)渡電阻的能力 </p><p>  由式(1.2)看出,可以用代替的前提是假設(shè)兩者的相角差為90°,但是,實(shí)際上和的相位不完全相差90°,因此以為極化量的繼電器還是會(huì)受到過(guò)渡電阻的影響,為了提高繼電器對(duì)過(guò)渡電阻的承受能力,可以對(duì)極化電壓進(jìn)行

12、適當(dāng)?shù)囊葡啵购偷南辔幌嗖顒偤脼?0°。 </p><p>  移相角θ越大,對(duì)保護(hù)范圍末端的高阻接地故障反應(yīng)越靈敏,但是當(dāng)移相角θ過(guò)大時(shí),可能會(huì)使該繼電器的動(dòng)作方向不明確,所以可以取移相角,因此,移相后的新型的接地距離保護(hù)的動(dòng)作方程為 </p><p><b>  (2.1) </b></p><p>  可以將上式改寫(xiě)如下式 &l

13、t;/p><p><b> ?。?.2) </b></p><p>  當(dāng)線(xiàn)路正方向發(fā)生單相接地短路時(shí),繼電器的動(dòng)作方程可以化成: </p><p><b> ?。?.3) </b></p><p>  動(dòng)作特性如圖3所示,圓外為動(dòng)作區(qū)。 </p><p>  圖3 移相后的正方

14、向接地時(shí)的動(dòng)作特性 </p><p>  當(dāng)處于動(dòng)作方程右側(cè)邊界時(shí),做出如圖3中所示,因、,所以超前的角度等于。因此,C點(diǎn)(端點(diǎn))軌跡是以為弦內(nèi)含的角?。ù笥诎雸A)。當(dāng)處于動(dòng)作方程左側(cè)邊界時(shí),做出如圖3中所示,超前的角度等于,故C1點(diǎn)(端點(diǎn))軌跡是以為弦內(nèi)含的角?。ㄐ∮诎雸A)。 </p><p>  設(shè)直線(xiàn)是該動(dòng)作特性圓的直徑,,所以,因此;同時(shí)有 </p><p>

15、;  可見(jiàn),移相θ后,動(dòng)作特性與原來(lái)相比,動(dòng)作特性圓向R軸的正方向移動(dòng),因此隨著θ的增大,動(dòng)作特性包含第一象限的區(qū)域增大,可增大區(qū)內(nèi)單相接地時(shí)允許的過(guò)渡電阻,這在較短線(xiàn)路的接地距離保護(hù)中是需要的。 </p><p>  由圖3可以知道,以為極化電壓的接地距離保護(hù)方案的動(dòng)作區(qū)域是在一個(gè)圓的圓外,因此,該繼電器的耐過(guò)渡電阻的能力就非常大,它幾乎覆蓋了整個(gè)電阻區(qū)域,但是實(shí)際情況下,正方向短路時(shí)由于,因此圖3()可以化簡(jiǎn)

16、成圖4,陰影部分為動(dòng)作區(qū)域。反方向短路時(shí),簡(jiǎn)化后動(dòng)作特性如圖5所示。 </p><p>  圖4 正方向動(dòng)作特性圖5 反方向動(dòng)作特性 </p><p>  對(duì)比圖4和圖5可以看到原點(diǎn)(0,0)在正方向接地故障時(shí)的動(dòng)作區(qū)內(nèi),而不在反方向接地故障時(shí)的動(dòng)作區(qū)內(nèi),因此,以為極化電壓進(jìn)行移相后(超前方向移相),繼電器有明確的方向性,即正向出口單相接地時(shí)可靠動(dòng)作、反向出口單相接地時(shí)不誤動(dòng)。 同時(shí),在保

17、護(hù)安裝處的出口發(fā)生單相接地短路時(shí),保護(hù)安裝處的電壓很小,但是正序電壓會(huì)比較大,這樣極化電壓就不會(huì)很小,那么保護(hù)安裝處的出口就不會(huì)存在電壓死區(qū)的問(wèn)題。 </p><p>  2.2采用附加零序電抗器提高防超越能力 </p><p>  在兩端電源的情況下,過(guò)渡電阻Rg的存在有時(shí)不僅僅能夠使保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗Zm變大,還可以使保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗Zm變小。如果因過(guò)渡電阻Rg的存在使保護(hù)安裝處

18、的測(cè)量阻抗Zm較小,從而使區(qū)外短路故障被判為區(qū)內(nèi)短路故障而造成的保護(hù)誤動(dòng)作的現(xiàn)象稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)超越。當(dāng)加上一個(gè)零序電流繼電器以后,當(dāng)接地距離繼電器發(fā)生正方向接地故障時(shí),其動(dòng)作特性如圖6所示的陰影部分,從圖中可以看出超越部分已經(jīng)被零序電流繼電器排除出去了。 </p><p>  圖6 防止超越的動(dòng)作特性 </p><p>  當(dāng)這種新型繼電器加上零序電流繼電器后,動(dòng)作特性如圖7所示,因此,該新型的

19、接地距離保護(hù)方案具有一定的防止超越誤動(dòng)的能力。 </p><p>  圖7 防止超越的動(dòng)作特性 </p><p>  但是因?yàn)樵摾^電器的動(dòng)作區(qū)域在圓形外,這就使得它的動(dòng)作區(qū)域很大,動(dòng)作區(qū)域的增大,可以很有效的防止過(guò)渡電阻的影響,但是同時(shí)又帶來(lái)了負(fù)面影響,那就是有助增電源及外汲電流的情況下發(fā)生區(qū)外短路故障極有可能是的測(cè)量阻抗落入動(dòng)作區(qū)域,造成繼電器的誤動(dòng)作。再加上一個(gè)零序電抗器,如圖8(a)

20、所示,在圖中可以明顯看出,新型的接地距離保護(hù)方案的優(yōu)勢(shì)消除了,即它所承受的過(guò)渡電阻的能力下降了;如果加大零序電抗的整定阻抗Zset,如圖8(b)所示,可以看成將原本的零序電抗器向右平移一點(diǎn)點(diǎn),這樣就能夠在很強(qiáng)的耐受過(guò)渡電阻能力的前提下,比較有效的防止超越。所增加的零序電抗器的動(dòng)作方程為 </p><p><b> ?。?.4) </b></p><p>  其中,通常

21、整定阻抗為線(xiàn)路全長(zhǎng)的90%。 </p><p><b> ?。╝)(b) </b></p><p>  圖8 送電側(cè)正方向時(shí)的防止超越的動(dòng)作特性 </p><p>  在繼電器處于送電側(cè)時(shí),保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗的變化的大致軌跡如圖8(b)中的粗線(xiàn)所示,從圖中可以看出,測(cè)量阻抗可能會(huì)到達(dá)防止超越的部分,如果進(jìn)入到超越的部分,零序電抗器可以發(fā)揮作用

22、,防止超越誤動(dòng)。 </p><p>  以上討論的是繼電器處于送電側(cè)的情況,如果繼電器處于受電側(cè),那么情況將有所改變,因?yàn)楫?dāng)繼電器處于受電側(cè)時(shí),零序電抗器的動(dòng)作特性曲線(xiàn)將會(huì)發(fā)生些微的變化,如圖9所示,圖中的粗線(xiàn)表示的是測(cè)量阻抗的大致軌跡。從圖中可以看出測(cè)量阻抗一定會(huì)進(jìn)入超越區(qū)域,因此,加上的零序電抗器能夠很好的防止超越誤動(dòng),但是同時(shí)由于繼電器處于受電側(cè),會(huì)使該新型的接地距離保護(hù)方案的耐受過(guò)渡電阻的能力比處于送電側(cè)

23、時(shí)的有所下降。 </p><p>  圖9 受電側(cè)正方向時(shí)的防止超越的動(dòng)作特性 </p><p><b>  3 仿真分析 </b></p><p>  3.1 仿真模型的建立 </p><p>  MATLAB仿真模型如圖10所示,保護(hù)安裝在M、N處。整定區(qū)為線(xiàn)路的85%。 </p><p> 

24、 在500kV高壓系統(tǒng)中,總長(zhǎng)300km,發(fā)電機(jī)的參數(shù)為;線(xiàn)路的正序分布參數(shù)為,,;線(xiàn)路的負(fù)序分布參數(shù)為,,;線(xiàn)路的零序分布參數(shù)為,,。過(guò)渡電阻達(dá)到300Ω。 </p><p><b>  圖10 仿真模型 </b></p><p>  仿真時(shí),故障點(diǎn)選取可以通過(guò)改變斷路器兩端線(xiàn)路的長(zhǎng)度來(lái)改變。實(shí)驗(yàn)中,分別選取故障點(diǎn)在在保護(hù)反方向出口、正方向出口、保護(hù)范圍內(nèi)線(xiàn)路的20

25、%、40%處、近保護(hù)范圍末端60%、80%處、保護(hù)范圍外部線(xiàn)路末端300km處7個(gè)點(diǎn),過(guò)渡電阻從0到300Ω,步長(zhǎng)為20Ω。 </p><p>  3.2 承受過(guò)渡電阻能力仿真分析 </p><p>  將以正序電壓為極化量和以為極化量的繼電器分別用MATLAB仿真,仿真時(shí)兩端的電勢(shì)的相位差為60°,將仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到的結(jié)果如圖11(a)、(b)所示,從圖中可以看出,以

26、為極化量的繼電器的承受過(guò)渡電阻能力明顯比以正序電壓為極化量的繼電器的能力強(qiáng)。但是隨著短路點(diǎn)離測(cè)量點(diǎn)越遠(yuǎn),繼電器的承受過(guò)渡電阻的能力還是有待提高。以為極化量的繼電器處在送電側(cè)的承受過(guò)渡電阻的能力是高于處于受電側(cè)的。 </p><p>  送電側(cè) (b)受電側(cè) </p><p>  圖11 兩種極化量電壓的繼電器承受過(guò)渡電阻的比較 </p><p>  3.3 采用移相

27、后承受過(guò)渡電阻能力的仿真分析 </p><p>  將移相前和移相后分別用MATLAB仿真,將仿真得到的數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果如圖12(a)、(b)所示,從圖中可以看出,送電側(cè)和受電側(cè)移相后承受過(guò)渡電阻的能力均增強(qiáng),送電側(cè)短路點(diǎn)距離測(cè)量點(diǎn)越遠(yuǎn),效果越明顯;受電側(cè)短路點(diǎn)距離測(cè)量點(diǎn)越近,效果越明顯。同時(shí)移相后在反方向出口處,繼電器同樣不動(dòng)作,這就表明移相后在不影響繼電器的動(dòng)作方向性的基礎(chǔ)上,繼電器耐受過(guò)渡電阻的能力增強(qiáng),

28、修正后的動(dòng)作方程是可行的。 </p><p> ?。╝) 送電側(cè)(b) 受電側(cè) </p><p>  圖12 移相前后的繼電器承受過(guò)渡電阻的比較 </p><p>  對(duì)比圖12(a)和(b)可以知道以為極化量的繼電器移相后在送電側(cè)與受電側(cè)的承受過(guò)渡電阻的能力是有區(qū)別的,明顯的,繼電器在送電側(cè)的承受過(guò)渡電阻的能力略強(qiáng),這是因?yàn)樵谑茈妭?cè)與送電側(cè),相量的改變軌跡與繼電器

29、的工作電壓的改變軌跡不盡相同,因此,會(huì)存在著一定的差別。 </p><p>  3.4 附加零序電抗器的仿真分析 </p><p>  將附加的零序電抗器移相前和移相后分別用MATLAB仿真,結(jié)果表明,零序電抗器的承受過(guò)渡電阻的能力較強(qiáng),但是在反方向時(shí),繼電器的有時(shí)動(dòng)作,有時(shí)不動(dòng)作,這就說(shuō)明繼電器的方向性不明確,為提高新型的接地距離保護(hù)方案的超越能力,新增加的零序電抗器的動(dòng)作方程與以為極化

30、量的動(dòng)作方程所得的結(jié)果必須同時(shí)滿(mǎn)足,因此將兩者所得的結(jié)果進(jìn)行綜合分析,所得的結(jié)果如圖13所示。在圖中,兩者綜合的曲線(xiàn)只比以為極化量的曲線(xiàn)略微降低,因此增加一個(gè)零序電抗器,距離保護(hù)的耐過(guò)渡電阻能力并沒(méi)有多少減弱,但是卻能夠有效的防止超越。 </p><p>  送電側(cè) (b)受電側(cè) </p><p>  圖13 附加零序電抗器后的承受過(guò)渡電阻能力分析 </p><p>

31、;<b>  4 結(jié)論 </b></p><p>  本文研究的是在超高壓、特高壓系統(tǒng)中,系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí),如何提高抗過(guò)渡電阻的能力,對(duì)以為極化量的繼電器進(jìn)行修正,采用移相和附加一個(gè)零序電抗器來(lái)提高它的承受過(guò)渡電阻的能力和防超越的能力。通過(guò)仿真分析證明了修正后的以為極化量的繼電器的在500kV系統(tǒng)適用性。 </p><p><b>  參考文獻(xiàn) <

32、;/b></p><p>  [1]張保會(huì),尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].中國(guó)電力出版社,2005. </p><p>  [2]盧青松.自適應(yīng)輸電線(xiàn)路距離保護(hù)研究[D].四川大學(xué)碩士論文,2001. </p><p>  [3]楊蘭,張艷平,楊庭芳,徐理英.高壓電網(wǎng)自適應(yīng)接地距離保護(hù)研究[J].高電壓技術(shù),2008,34(1): 134-137. <

33、/p><p>  [4]肖強(qiáng),李曉明.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在距離保護(hù)中應(yīng)用的研究[J].華北電力技術(shù),2004,12:5-7. </p><p>  [5]劉卓輝.自適應(yīng)接地距離繼電器的研究[D],天津大學(xué),2005. </p><p>  [6]楊蘭,張艷平,楊庭芳,徐理英.高壓電網(wǎng)自適應(yīng)接地距離保護(hù)研究[J].高電壓技術(shù),2008,34(1): 134-137. </

34、p><p>  [7]索南加樂(lè),孟祥來(lái),陳勇等.基于故障類(lèi)型的零序方向元件[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(1): 25-30. </p><p>  [8]王賓等.特高壓交流長(zhǎng)線(xiàn)路零序電抗繼電器動(dòng)作特性分析及改進(jìn)[J],電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008,23(12):60-63. </p><p>  [9]黃少鋒,劉千寬,柳煥章,李永斌.基于補(bǔ)償電壓復(fù)合極化量的自適應(yīng)

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