專利名稱：特高壓輸電線路的負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸電線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種特高壓輸電線路保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
提高線路的電壓等級(jí)是提高輸送能力減少網(wǎng)損提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的的重要手段。特高壓輸電線即電壓在1000kV以上的輸電線，一般距離很長(zhǎng)，分布電容大，與高壓輸電線不同，特高壓輸電線繼電保護(hù)的任務(wù)首先是保證不產(chǎn)生不能允許的過電壓，并能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。為限制過電壓，任何故障下兩端切除時(shí)間不大于40-50ms(準(zhǔn)確數(shù)字要通過過電壓計(jì)算)。
俄羅斯的750kV線路和1150kV線路上采用的兩套主保護(hù)一是負(fù)序方向高頻保護(hù)，另一是距離高頻和零序方向高頻保護(hù)。而在單相重合閘周期中則切換為相差高頻保護(hù)以反應(yīng)非全相狀態(tài)下的故障。美國(guó)765千伏線路繼電保護(hù)的配置與此相似。上述有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的保護(hù)都是模擬式的，如何用微機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)序方向元件使其能夠用于特高壓輸電線則需要進(jìn)一步的研究。
負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)具有悠久的歷史和豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。特高壓輸電線路長(zhǎng)，分布電容大，但方向元件的動(dòng)作范圍大、是半個(gè)平面，經(jīng)過大量的分析認(rèn)為，一般情況下不會(huì)影響保護(hù)的正確動(dòng)作負(fù)序方向元件的主要缺點(diǎn)是被認(rèn)為“不能反應(yīng)三相短路”。俄羅斯在模擬式保護(hù)上實(shí)現(xiàn)的負(fù)序方向保護(hù)，幾十年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種判斷三相短路方向的組合繼電器在三相短路時(shí)從未拒動(dòng)過。但是，由于數(shù)字濾序比較慢，有文獻(xiàn)對(duì)這種方法是否適用于微機(jī)保護(hù)提出了質(zhì)疑。在蘇斌，董新洲等所撰寫的論文”短窗算法和快速工頻方向元件的研究”(出處天津電力技術(shù)-2001(2).-9-16)以及李斌，李永麗，賀家李所撰寫的論文”一種提取基波分量的高精度快速濾波算法”(出處電力系統(tǒng)自動(dòng)化-2006.30(10).-39-43)中提出改進(jìn)的狹窄帶通濾波器，并給出保證延時(shí)為零的初始值賦予方法，但在要求故障后幾個(gè)毫秒動(dòng)作的快速保護(hù)中，無(wú)法用文獻(xiàn)中方法給出準(zhǔn)確的初始值，故濾波器的延時(shí)情況還有待分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種延時(shí)很短，對(duì)高頻信號(hào)具有足夠?yàn)V除能力的特高壓快速微機(jī)保護(hù)的負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法，從而使快速負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)在特高壓輸電線路上的應(yīng)用成為可能。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種特高壓輸電線路的負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法，包括下列步驟
(1)負(fù)序方向元件實(shí)時(shí)采集發(fā)生故障的輸電線路的電壓值和電流值；(2)通過二階RC數(shù)字濾波器對(duì)采集到的電壓值、電流值濾波；(3)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)利用半波差分付氏算法求出電壓矢量和電流矢量(U&，I&)；(4)通過相模變換求出負(fù)序電壓、電流(U2&，I2&)；(5)求出動(dòng)作角 (6)如果動(dòng)作角 在0°和180°之間，則判斷為輸電線正方向故障，負(fù)序方向元件動(dòng)作；否則，判斷輸電線為反方向故障，負(fù)序方向元件不動(dòng)作。
本發(fā)明選用暫態(tài)性能明顯優(yōu)于狹窄帶通濾波器的二階RC低通濾波器，結(jié)合半波差分付氏算法，能夠在保證濾波器快速響應(yīng)的同時(shí)，還具有一定濾除高頻分量和衰減直流分量的能力。利用此種濾波方法實(shí)現(xiàn)的負(fù)序方向保護(hù)反方向故障時(shí)可靠不動(dòng)；內(nèi)部各種不對(duì)稱故障和轉(zhuǎn)換性故障，都能可靠動(dòng)作，可在三相短路最初瞬間幾毫秒的不對(duì)稱期間正確濾出負(fù)序分量，因而可以捕捉到三相短路瞬間不對(duì)稱短路，一般在故障后2-3ms內(nèi)即可判定故障方向(各種故障均可保證在故障后5ms內(nèi)判定出方向)，延時(shí)很短。


圖1 為本發(fā)明的保護(hù)方法進(jìn)行故障判定和繼電保護(hù)的流程示意圖。
圖2 1000kv特高壓輸電線路系統(tǒng)示意圖。
圖3 N側(cè)反方向兩相故障負(fù)序方向元件動(dòng)作特性。
圖4 內(nèi)部?jī)上嘟?jīng)400Ω過渡電阻接地故障兩側(cè)負(fù)序方向元件動(dòng)作特性。
圖5 內(nèi)部由不稱發(fā)展起來的三相故障兩側(cè)負(fù)序方向元件動(dòng)作特性。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
負(fù)序分量存在于不對(duì)稱故障的全過程，因此，負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)能可靠地反應(yīng)不對(duì)稱故障的全過程；不反應(yīng)線路的負(fù)載電流；不受振蕩的影響；不受平行線零序互感的影響；因只比較負(fù)序電壓、電流的相位，故理論上不受過渡電阻的影響；可反應(yīng)由不對(duì)稱發(fā)展起來的三相故障。負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)的核心元件是負(fù)序方向元件。本發(fā)明中，負(fù)序正向方向元件采用的動(dòng)作判據(jù)為 負(fù)序反向方向元件的動(dòng)作判據(jù)為
繼電保護(hù)中常用的狹窄帶通濾波器與二階RC低通濾波器均為無(wú)限響應(yīng)數(shù)字濾波器，這種濾波器的響應(yīng)時(shí)間不僅與當(dāng)前及前段時(shí)間內(nèi)的輸入有關(guān)，還與以前的輸出有關(guān)，濾波過程是一種遞推計(jì)算過程，所以時(shí)延的計(jì)算要根據(jù)具體情況來確定。高速繼電保護(hù)裝置要求保護(hù)在幾毫秒內(nèi)快速動(dòng)作，故濾波器的時(shí)延要盡量短，濾波器的響應(yīng)時(shí)間是選擇濾波器的一個(gè)重要指標(biāo)。二階RC低通濾波器和狹窄帶通濾波器都是遞歸的，暫態(tài)時(shí)延不確定，時(shí)延與濾波器本身特性有關(guān)同時(shí)也受初始值的影響，本實(shí)施例中均賦初始值為采樣值。從圖3濾波器的響應(yīng)時(shí)間，可見二階RC低通濾波器的響應(yīng)時(shí)間快于狹窄帶通濾波器。在分析中發(fā)現(xiàn)二階RC低通濾波器暫態(tài)性能明顯優(yōu)于狹窄帶通濾波器，二階RC低通濾波器更適合用于快速保護(hù)。
選擇二階RC低通濾波器結(jié)合半波差分付氏算法，有一定濾除高頻分量和衰減直流分量的能力。用此方法實(shí)現(xiàn)的負(fù)序方向保護(hù)反方向故障時(shí)可靠不動(dòng)；內(nèi)部各種不對(duì)稱故障和轉(zhuǎn)換性故障，都能可靠動(dòng)作，可在三相短路最初瞬間幾毫秒的不對(duì)稱期間正確濾出負(fù)序分量，因而可以捕捉到三相短路瞬間不對(duì)稱短路，一般在故障后2-3ms內(nèi)即可判定故障方向(各種故障均可保證在故障后5ms內(nèi)判定出方向)。對(duì)于如空投于三相接地線未切除的穩(wěn)定三相短路，可用手合信號(hào)啟動(dòng)一單元阻抗元件加以切除。應(yīng)該指出超高壓和特高壓線路的相間距離都在15米以上，完全同時(shí)的三相短路是不大可能的。將這種出現(xiàn)幾率極少的故障交給快速后備距離去處理以簡(jiǎn)化主保護(hù)應(yīng)該認(rèn)為是正確的。
參見圖1，特高壓輸電線發(fā)生故障時(shí)，負(fù)序方向元件采用如下的負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法，(1)負(fù)序方向元件實(shí)時(shí)采集發(fā)生故障的輸電線路的電壓值和電流值；(2)通過二階RC數(shù)字濾波器對(duì)采集到的電壓值、電流值濾波；(3)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)利用半波差分付氏算法求出電壓矢量和電流矢量(U&，I&)；(4)通過相模變換求出負(fù)序電壓、電流(U2&，I2&)；(5)求出動(dòng)作角 (6)如果動(dòng)作角 在0°和180°之間，則判斷為輸電線正方向故障，負(fù)序方向元件動(dòng)作；否則，判斷輸電線為反方向故障，負(fù)序方向元件不動(dòng)作。
系統(tǒng)模型如圖2所示，電壓等級(jí)為1000kV，被保護(hù)線路全長(zhǎng)500km。正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)系統(tǒng)夾角65度，傳輸電流4330A。K1為區(qū)內(nèi)故障，K2為區(qū)外故障。輸電線的電路參數(shù)如下
r1＝0.00805Ω/km L1＝0.82525e-3H/km C1＝14.03699e-9F/kmr0＝0.20489Ω/km L0＝2.37599e-3H/km C0＝9.03439e-9F/km為吸收容性無(wú)功功率、防止過電壓應(yīng)裝設(shè)容量很大的并聯(lián)電抗或可調(diào)無(wú)功補(bǔ)償裝置并聯(lián)電抗器的運(yùn)行方式應(yīng)考慮故障切除時(shí)的過電壓。并聯(lián)電抗器參數(shù)L＝2.89019H，補(bǔ)償度為50％。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，每周采樣40點(diǎn)，采用數(shù)字式二階RC低通濾波器對(duì)采樣數(shù)據(jù)先進(jìn)行濾波，然后再通過半波差分付氏算法求電壓電流矢量，雖然在故障開始付氏算法存在跨窗問題，利用了部分故障前數(shù)據(jù)，但這并不影響保護(hù)的正確動(dòng)作。
故障類型考慮了正、反方向各種故障不對(duì)稱和發(fā)展性三相故障，三相短路瞬間的不對(duì)稱狀態(tài)為5ms；設(shè)置的故障點(diǎn)有反方向出口、正方向出口和線路末端。對(duì)以上各種情況下保護(hù)均可在5ms以內(nèi)快速動(dòng)，然后經(jīng)2ms的延時(shí)保護(hù)出口。
圖3為K2點(diǎn)外部?jī)上嘟拥毓收媳Ｗo(hù)的動(dòng)作特性，由判據(jù)公式(2)可見N側(cè)保護(hù)判為反方向故障，反方向元件可靠動(dòng)作并發(fā)出閉鎖信號(hào)閉鎖M側(cè)保護(hù)，保護(hù)可靠不動(dòng)作；圖4為內(nèi)部?jī)上嘟?jīng)400Ω過渡電阻接地故障，由圖可見故障發(fā)生后，在故障后2.5ms(如圖中豎線所示)時(shí)刻以后兩端保護(hù)動(dòng)作角均落在0°-180°的內(nèi)部故障動(dòng)作區(qū)間，保護(hù)判為區(qū)內(nèi)故障；圖5為在K1點(diǎn)由不稱發(fā)展起來的三相故障即BC兩相接地故障后5ms轉(zhuǎn)為三相故障，在2.5ms時(shí)刻以后，兩端保護(hù)動(dòng)作角均落在0°-180°的內(nèi)部故障動(dòng)作區(qū)間，經(jīng)2ms延時(shí)，在4.5ms出口。
權(quán)利要求
1.一種特高壓輸電線路的負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)方法，用于特高壓輸電線路發(fā)生故障時(shí)，包括下列步驟(1)負(fù)序方向元件實(shí)時(shí)采集輸電線路的電壓值和電流值；(2)通過二階RC數(shù)字濾波器對(duì)采集到的電壓值、電流值濾波；(3)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)利用半波差分付氏算法求出電壓矢量和電流矢量 (4)通過相模變換求出負(fù)序電壓、電流 (5)求出動(dòng)作角 (6)如果動(dòng)作角 在0°和180°之間，則判斷為輸電線正方向故障，負(fù)序方向元件動(dòng)作；否則，判斷輸電線為反方向故障，負(fù)序方向元件不動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特高壓輸電線路保護(hù)方法。本發(fā)明采用二階RC低通濾波器和半波差分付氏算法，并結(jié)合相模變換濾取負(fù)序電壓、電流分量。然后通過公式(見式1)，即可求得負(fù)序方向元件的動(dòng)作角。該方法具有足夠得濾除高頻分量和衰減直流分量的能力，采用該方法實(shí)現(xiàn)的負(fù)序方向元件可及時(shí)正確地捕捉到由不對(duì)稱發(fā)展起來的三相短路瞬間的不對(duì)稱，故可以反應(yīng)各種不對(duì)稱故障和由不對(duì)稱發(fā)展起來的三相故障，可在故障初瞬間幾毫秒內(nèi)正確動(dòng)作。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101051738SQ20071005672
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者賀家李, 薛士敏 申請(qǐng)人:天津大學(xué)