频率偏移对方向元件的影响分析

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1、第36卷第l1期华电技术V01．36No．112014年11月HuadianTechnologyNOV．2014频率偏移对方向元件的影响分析李玉平，王胜，饶剑波，杨东(国电南京自动化股份有限公司，南京210001)摘要：方向元件是继电保护功能元件的重要组成部分，方向元件的记忆电压用于保证三相出口故障时的正确动作。通过分析电力系统频率偏移对基于傅里叶算法的电流、电压幅值和相位的影响，对正序方向元件的动作特性进行了探讨。针对频率偏移情况下电力系统故障时方向元件记忆电压存在的问题，给出了合理的解决方案。关键词：方向元件；记忆电压；频率偏移；三相故障中图分类号：TM935．

2、1文献标志码：B文章编号：1674—1951(2014)11—0017—03具有不确定性。0引言本文以正序电压分量为例进行分析，采用相量傅里叶算法收敛稳定，滤波效果好，是计算机继法计算正序电压，其输出实部、虚部的幅值可表电保护的主要算法之一⋯，但在电力系统出现重大示为故障或运行不正常的情况下，频率将偏离工频，微机=in(。)sin(+保护中基于固有采样频率的傅里叶保护算法计算出的工频电流、电压将出现误差，误差大小与频率偏移j2ft+Tlmsin(∞H。一詈)sin(一的程度有直接的关系。．对于双端电源供电的系统，方向元件是判别故号)+sin(t+‰+詈)障范围的主要

3、元件。常用的方向元件有复压方向元件和正序方向元件，两者都引入非故障相电压，防止sin(+詈=3Um[c0s(一故障时电压死区的影响。对于三相出口故障，当线电压或正序电压低于门槛电压时，均需要采用记忆0]d=‰⋯[+电压进行比相计算，两者本质上是一致的。本文对(。]sin，(1)电力系统频率偏移时系统故障情况下方向元件的动作行为进行深入研究和仿真试验，并对系统频率偏ImU1=2ft+TIsin(+。cos(。￡)d+移时出口故障情况下方向元件采用的记忆电压存在的问题进行定量分析。in(⋯詈)c0s(一1频率偏移对傅里叶算法的影响qT)d+寺fsin(t+‰+詈)单一频

4、率的信号可表示为_厂(t)=sin(n(￡J1t+0)，cos(+詈)d=3Um[sin(一式中：为系统基波角频率的额定值；∞为系统实际角频率；0=w／to。为系统频率的偏移系数；。为0]d：‰sin[+信号的初始相角。(一)+。]sin丁toTl1一，(2)离散形式表示为n)=sin(0n+。)(式』V式中：t为积分时间；T1为电压信号周期；U为电压中：Ⅳ为每周波采样率)。当。=1时，傅里叶算法计信号幅值。算出来的幅值和相位角都是准确的；当电网频率发南j卜两式可得序由的输出幅信生偏移时，由于采样频率不变，则_厂(n)≠l厂(+Ⅳ)，si．n【，订af、)凡)不再是

5、以Ⅳ为周期的函数，傅里叶算法的结果3UU1m——J1(3),IT收稿日期：2014—06—16·18·华电裁术第36卷式中：厂为实际频率i为工频；a／为频率偏差。均有足够的裕度保证正序方向元件的可靠动作。上采用仿真工具，以固定采样频率对46～50Hz述结论的前提是正序电压能够有效反映故障特性，的信号进行傅里叶计算，计算结果显示：信号频率偏即正序电压大于计算门槛。当系统发生出口三相金离工频后，采用傅里叶算法计算得出的信号幅值呈属性故障时，三相电压接近零，此时为避免电压死区周期性波动变化，幅值偏移程度跟频率偏差△厂有直对方向元件的影响，需要借助于记忆电压。接关系。当信号

6、频率在46～54Hz之间变化时，计从20世纪9O年代开始，微机继电保护开始出算幅值最大偏差可达5．21％(见表1)，已超出电力现并且迅猛发展。在微机继电保护装置中，记忆电系统继电保护设备允许的5％定值误差范围“。压的实现采用采样数据区缓存技术，继电保护设备表1频率偏移时正序电压计算幅值最大偏差对信号进行采样后，把采样的电流、电压数据存放于采样数据缓冲区。当出口故障发生时，程序启用方向记忆元件，采用数据回推法，将采样计数器从保护启动时刻回推数个整周波(一般为2—4个周波)，从采样数据缓冲区中读取历史数据，得到故障前的系统电压，计算出正序电压，利用故障前电压信息实2频率

7、偏移对方向元件的影响现正、反向故障的判别。目前，继电保护设备厂家通继电保护中，测量短路故障方向时常用的方向常采用固定的采样频率，采样频率为每周波20～48元件有正向方向元件、90。接线方向元件等。正序方点不等。为减少装置的复杂程度，不对系统频率进向元件可以判别出所有短路故障的方向，在各种短行跟踪。当三相出口故障发生后，方向元件记忆电路故障时均有正序分量的电压和电流。本文以正序压采用固定回推法获取故障前电压。此方法已广泛方向元件为例，分析频率偏移时方向元件的特性。应用于工程实践中，记忆电压方向元件判断的可靠正序方向元件表达式为性也得到了验证。当电力系统频率偏移工频