电网安全稳定控制系统跳闸判据研究

梁文武，赵永生

( 国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

电力系统需要进行稳定控制的大扰动主要是线路或系统元件的跳闸。线路或系统元件被切除的原因很多，如线路继电保护、远方跳闸保护、失灵保护动作和断路器偷跳，线路可能单侧跳闸(本侧或对侧)，也可能两侧同时跳闸〔1-2〕，因此如何可靠地判断系统元件或线路的跳闸是进行电网安全稳定控制的关键问题之一。

电网安全稳定控制装置对设备跳闸的误判(拒判)可能造成安全稳定控制策略误动(拒动)的严重后果，因此对设备跳闸判据的可靠性要求较高。在目前的电网安全稳定控制装置中广泛应用的判据为:仅采用电气量的无故障跳闸判据。该判据原理简单，现场实现容易。但是该无故障跳闸判据在现场应用中也发生过多起误判和拒判的情况，主要是由于软件编程错误、定值整定不合理、潮流转移后线路轻载、故障后电流互感器的二次残流等原因引起。

当系统发生设备跳闸等大扰动后，其潮流将转移至电网中其他支路，引起全网潮流的重新分配，此时如果系统中某条支路潮流恰好出现轻载，其电气量变化过程与发生断路器偷跳等故障时电气量变化过程相似，传统安全稳定控制装置会将该线路判为无故障跳闸，进而有可能引起安全稳定控制策略误动。

本文结合传统的无故障跳闸判据与电网潮流转移的特点，提出了一种能够避免因潮流转移引起无故障跳闸误判的新型综合跳闸判据。

1 传统无故障跳闸判据

目前电网安全稳定控制装置中基于单侧电气量进行判断的典型无故障跳闸判据如图1 所示，其动作条件:

①突变量启动元件启动;

②启动前200 ms 线路功率P-0.2s大于投运功率定值Ps1;

③跳闸后线路功率Pt小于事故后功率定值Ps2;

④至少两相电流I 小于投运电流定值Is1;

⑤相邻20 ms (1 个周波时间间隔)电流变化量ΔI 满足门槛(UN为额定电压，| ΔI|dt为浮动门槛，α，β 为系数)。

当上述5 个条件均满足后开始计时，如果在延时ts1内条件①—④继续满足则判断设备无故障跳闸，其中条件④能够防止TV 断线引起的误判，条件⑤能够区别设备跳闸和系统振荡等电气量变化相对缓慢的过程〔3〕。

图1 一种典型无故障跳闸判据

2 潮流转移的识别

如果电网在基态下发生单一支路开断，潮流转移分布系数如下式所示为〔4〕:

式中 k 和m 表示被切除支路两端节点的编号;i和j 表示正常支路两端节点的编号;xkm与xij分别表示支路km 与支路ij 的电抗值，Xik，Xim，Xjk，Xjm，Xkk，Xmm，Xkm表示基态下网络节点电抗矩阵中的元素。

假设系统中支路i 开断后支路k 发生过载，根据式(2)可以估算出故障后支路k 的潮流:

分布系数法的精度较高，利用潮流转移分布系数能够迅速估算由支路开断引起的其他支路潮流的变化量，多重支路开断的分布系数可以直接由单支路开断的分布系数推导，并不会增加太多的计算量。

如果系统中没有发生其他故障，各支路潮流的变化仅仅由于支路i 开断引起，那么各支路的实际测量潮流与上式所估算的潮流比较接近，而如果某支路同时发生了故障，则会在此基础上叠加故障潮流分量，因此可以通过比较支路实测潮流与估算潮流的误差建立转移潮流的识别判据，误差比较可以采用绝对误差与相对误差等形式，根据实际情况选择。

3 新型综合跳闸判据

新型综合跳闸判据由主站——区域中心站——子站构成的分层区域集中形式的广域保护结构为例，其系统结构如图2 所示。

图2 分层区域集中式广域保护结构

新型综合跳闸判据逻辑如图3 所示，图3 中虚线框外部分由广域保护子站实现，虚线框内部分由广域保护主站实现，潮流转移后轻载线路的无故障跳闸闭锁逻辑由主站完成并发送给子站，图3 中ε表示支路实测潮流与估算潮流之间的绝对误差门槛值。

图3 综合跳闸判据

电力系统保护装置能比较准确地反映设备短路等故障，但不能反映断路器偷跳等保护动作之外引起的跳闸。

故障跳闸判据直接利用广域保护的故障定位信息(如果是传统的安全稳定控制装置则引入保护装置的动作信号)并结合电气量进行判断，具有速度快的特点;无故障跳闸判据在传统判据的基础上引入潮流转移闭锁逻辑，能够避免将潮流转移后恰好出现轻载的线路误判为跳闸，提高判据的可靠性。因此仅基于电气量判断的无故障跳闸判据不能取消，新型综合跳闸判据由故障跳闸判据和无故障跳闸判据2 部分共同构成。

故障跳闸判据在装置启动并接收到设备保护动作信号后，只要检测到故障设备的电流小于投运电流Is1，则立即判定该设备发生故障跳闸并向主站发出该设备被切除消息，该判据在检测到电气量迅速减小后不必增加额外的延时来躲潮流转移和系统振荡等现象，相比无故障跳闸判据加快了跳闸判别速度，有利于潮流转移的识别和对其他设备无故障跳闸判据的闭锁。

由于潮流转移现象造成的线路潮流方向的改变使得线路潮流存在过零点的时间非常短，一般延时10～20 ms 即能够躲过零点而不发生误判，因此可以在装置启动后40 ms 内不作无故障跳闸判断，即可靠躲过潮流转移造成的短时潮流过0，而判据的判断时间到达t1后将不再进行无故障跳闸判断。

如果系统中某条支路在潮流转移发生后恰好出现轻载(其潮流小于事故后功率定值Ps2)，其电气量变化过程与线路发生无故障跳闸基本相同，因此传统无故障跳闸判据会发生误判，这时应当闭锁无故障跳闸判据，闭锁原理为:当广域保护主站接收到设备i 被切除信息，立即根据式(2)估算潮流转移后其余支路潮流，如果发现支路k 实测潮流小于事故后功率定值Ps2，且实测潮流与估算潮流满足转移潮流识别条件，则立即向相关子站发送闭锁线路k 的无故障跳闸判据命令，但无故障跳闸判据闭锁的实现需要注意2 种情况:

1)线路i 发生故障跳闸(保护动作)，潮流转移后线路k 的潮流接近0，由于线路i 的故障跳闸判据判断速度非常快，且线路k 的无故障跳闸判据有躲潮流转移时间40 ms 和条件确认延时ts1，可以利用这个时间差来估算潮流转移对支路k 的影响并立即闭锁线路k 的无故障跳闸判据。

2)线路i 发生无故障跳闸(保护未动作)，潮流转移后线路k 的潮流接近0，从线路i 判断出无故障跳闸时间到线路k 误判为无故障跳闸的时间差几乎只等于潮流转移过程的瞬间，这种情况可能来不及进行潮流转移的判断与实现无故障跳闸判据闭锁，可以采取方案为:当主站接收到第1 条线路发生无故障跳闸后，在一段时间内稍增加其他线路无故障跳闸确认延时ts1，以便主站有充分的时间识别潮流转移并闭锁线路k 的无故障跳闸判据。

4 小结

针对传统无故障跳闸判据在现场应用中遇到的问题，结合潮流转移的特点，以分层区域集中形式的广域保护结构为例，提出了一种能够防止因潮流转移引起传统无故障跳闸判据误动的新型综合跳闸判据，其转移潮流的识别功能由位于调度中心的广域保护主站实现，而设备跳闸的判断由广域保护子站完成。提出的新型综合判据解决了潮流转移后轻载支路误判的问题，提高了设备跳闸判据的可靠性和设备发生故障后判据的快速性。

〔1〕DL/T723—2000 电力系统安全稳定控制技术导则〔S〕. 北京:中国电力出版社，2001.

〔2〕DL755—2001 电力系统安全稳定导则〔S〕. 北京:中国电力出版社，2001.

〔3〕蔡敏，孙光辉，吴小辰，等. 稳定控制所用交流设备跳闸判据的分析及应用〔J〕. 电力系统自动化. 2007，31 (8):46-51.

〔4〕吴际舜. 电力系统静态安全分析〔M〕. 上海:上海交通大学出版社，1984.