專利名稱：一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領域，特別涉及一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法。
背景技術：
高壓輸電線路電流差動保護已廣泛應用于電力系統(tǒng)中。為消除輸電線路電容電流對差動保護的負面影響，一般是采用補償電抗器或采用相量補償方法，諸多文獻對電容電流的補償方法及電流差動保護原理做了研究。但是，補償電抗器的投切狀態(tài)由電力系統(tǒng)運行方式確定，電流差動保護裝置在系統(tǒng)運行過程中難以確切的得知電抗器的運行狀態(tài)，致使輸電線路的電容電流補償方法帶有一定的盲目性，影響保護裝置的可靠動作。而且，上述高壓輸電線路電流差動保護方法或原理一般都需要知道線路電容參數(shù)和補償電抗器參數(shù)，這樣就增加了線路保護設計的復雜性。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，它不是力圖在輸電線路保護中消除電容電流的影響，而且能夠簡化輸電線路縱聯(lián)保護設計，提高保護裝置可靠性。
本發(fā)明的原理是通過計算本側三相的故障分量電壓相量
、電流相量
，和同時刻的對側的三相的故障分量電壓相量
、電流相量
，然后計算出故障分量綜合阻抗Zcd，根據(jù)故障分量綜合阻抗模值與定值的大小關系來區(qū)分線路段內是否有故障存在，從而控制保護裝置的動作。三相故障分量的計算即采用故障后數(shù)據(jù)減去故障前數(shù)據(jù)的方法，將得到故障分量數(shù)據(jù)，使用全周傅立葉算法，計算出故障分量相量。故障分量綜合阻抗Zcd的計算是根據(jù)本側和對側三相故障分量電壓相量和電流相量，得到故障分量綜合阻抗Zcd，，其中 本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的，一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，在其保護高壓傳輸線路段的兩側設置有第一、第二保護裝置，兩保護裝置之間具有通信信道，其特征在于， 首先，第一保護裝置采樣本側三相電壓和電流值，計算本側三相故障分量電壓相量
和電流相量
，并通過通信信道，獲取第二保護裝置提供的對側相同時刻的三相電壓和電流值，計算對側三相故障分量電壓相量
和電流相量
； 其次，根據(jù)本側和對側三相故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量綜合阻抗Zcd，其中； 最后，進行判定，如果|Zcd|＜Zset、，Zset為阻抗定值，且，Iset為電流定值，則確定該線路段內發(fā)生了故障，第一保護裝置動作。
同理，第二保護裝置類似的執(zhí)行上述步驟，然后產(chǎn)生動作。
所述Zset為阻抗定值，整定原則為Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc為2倍的全線等效容抗，所述Iset為電流定值，整定原則為Iset一般可取(0.2-0.5)In，In是線路本側電流互感器二次額定值。
所述Iset為電流定值，優(yōu)選Iset取0.2In，In是線路本側電流互感器二次額定值。
本發(fā)明中故障分量綜合阻抗Zcd為線路段兩側的故障分量電壓相量和與故障分量電流相量和的比值。通過計算故障分量綜合阻抗，根據(jù)故障分量綜合阻抗模值的大小關系來區(qū)分線路段內是否有故障。本發(fā)明的優(yōu)點在于，該方法不需要對電容電流進行補償，可以用于帶或不帶電抗器補償?shù)木€路，同時在原理上也不受過渡電阻的影響。
下面結合
和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是本側、對側線路保護裝置連接圖。
圖2是mn段線路內部故障時的短路附加狀態(tài)圖。
圖3是mn段線路外部故障時的短路附加狀態(tài)圖。
圖4是本發(fā)明的邏輯判斷框圖，圖中“&”代表“與”，“+”代表“或”，只有在滿足邏輯框圖所示邏輯條件時判斷為線路故障，發(fā)出跳閘指令。
圖5是仿真模型系統(tǒng)圖。
具體實施例方式 參照圖1，為了保護高壓傳輸線路段mn，在其m側和n側分別設置有線路保護裝置m、n。線路的保護裝置具有數(shù)據(jù)處理功能和通信功能，能夠采樣本側的三相電壓和電流，控制本側的執(zhí)行機構。線路的保護裝置m、n通過光纖通信。以線路保護裝置m為例，高壓傳輸線路段m側即為本側，高壓傳輸線路段n側即為對側，線路保護裝置m采樣本側的三相電壓和電流，同時通過光纖信道獲取同時刻對側的三相電壓和電流，然后進行數(shù)據(jù)處理來控制本側的執(zhí)行機構。線路保護裝置n保護原理與控制同線路保護裝置m。
圖2為mn段線路內部故障時短路附加狀態(tài)圖，即為雙側電源供電模型在線路上F點發(fā)生故障時的故障附加狀態(tài)圖，線路采用∏型等值電路模型。圖中，Zm、Zn為線路兩側電源阻抗，Z1m、Z1n分別為故障點兩端的線路阻抗，ZC為兩倍的線路等值容抗，
為F點的故障分量電勢，
為流過故障支路的電流，RF為過渡電阻，
和
分別為線路m、n處的故障分量電壓和電流，故障分量綜合阻抗為式中， 當mn段線路內發(fā)生故障時，相對于故障分量差動電流，線路等效電容中流過的電流是很小的，因此，下面分析中，忽略了電容的影響。定義故障點兩側的阻抗分別為Z1＝Zm+Z1m，Z2＝Zn+Z1n，則 可以得出，故障分量綜合阻抗 在高壓系統(tǒng)中，電源阻抗和線路阻抗的阻抗角都接近90°，設Z1、Z2、ZmZn的阻抗角近似相等，且因Zm＜Z1、Zn＜Z2，如將上式中的Zm取值為Z1，Zn取值為Z2，可以得到Zcd的上限，即 Zcd＜2Z1Z2/(Z1+Z2)，Zcd＜2×(Z1//Z2)，Zcd＜min{2Z1，2Z2} 即當線路上發(fā)生保護區(qū)內部(mn段線路內)故障時，相對應故障分量綜合阻抗的Zcd反映了電源阻抗及線路阻抗，其模值較小，而且它與過渡電阻的大小無關。圖3為發(fā)生mn段線路外部故障時的短路附加狀態(tài)圖，圖中
分別為流過線路兩端等效電容的故障分量電流。
故障分量差動電流為 故障分量綜合阻抗為 即保護區(qū)外部(mn段線路外部)故障時，Zcd和Zc相等，相對于系統(tǒng)電源阻抗和線路阻抗，它是一個較大的數(shù)值。
從上面的分析可知，當線路上發(fā)生保護區(qū)外部故障時，|Zcd|在理論上等于|Zc|。發(fā)生保護區(qū)內部故障時，相對應的|Zcd|反映系統(tǒng)電源阻抗及線路阻抗，遠小于|Zc|。因此，根據(jù)|Zcd|的大小可以來區(qū)分線路保護區(qū)內部、外部故障，而且在原理上不受過渡電阻的影響，不需要對電容電流進行補償，可以用于帶或不帶電抗器補償?shù)木€路。
另外，對于弱饋及單端供電線路，仍然可以應用本原理。弱饋線路的特點是弱饋側系統(tǒng)阻抗較大，而單端供電線路的受電側的阻抗較大，二者有類似之處。根據(jù)前面的分析，當線路上發(fā)生故障時，故障相的故障分量綜合阻抗的最大數(shù)值是min{2Z1，2Z2}，它是一部分線路阻抗與線路兩端電源阻抗中較小的阻抗的和，遠小于線路容抗。可見，本發(fā)明可以順利應用于弱饋線路和單端供電線路。
綜上所述，本發(fā)明判據(jù)為
Zset為阻抗定值，Iset，為電流定值。根據(jù)前面的理論分析，當被保護線路段上沒有故障時，對應的故障分量綜合阻抗為線路的等效電容阻抗，數(shù)值較大；而當線路上發(fā)生故障時，對應的故障分量綜合阻抗與系統(tǒng)阻抗和線路阻抗處于同一個數(shù)量級，相對于線路容抗，它的數(shù)值較小。當將Zset的整定范圍取為(0.5-0.6)×|Zc|時，當被保護線路上沒有故障時，該判據(jù)不會誤動，當被保護線路上有故障時，該判據(jù)可以可靠動作。因此，本發(fā)明中的阻抗定值Zset的整定原則可以確定為Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|。
是故障分量差動電流，在系統(tǒng)正常運行時，
理論上為零，Iset為電流定值。一般Iset可取(0.2-0.5)In，優(yōu)選取0.2In已有足夠的安全性，In是線路電流互感器二次額定值。
參照圖4，如果
說明線路上A相存在故障；如果
說明線路上B相存在故障；如果
說明線路上C相存在故障。
如附圖4(a)所示，如果
說明線路上A相存在故障，即“ZCDA動作”有輸出；如果
說明線路上B相存在故障，則“ZCDB動作”有輸出；如果
說明線路上C相存在故障，則“ZCDC動作”有輸出；其中Zcda、Zcdb和Zcdc分別為A相、B相和C相故障分量綜合阻抗，
和
分別為A相、B相和C相故障分量差動電流。Zset為阻抗定值，整定原則為Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc為2倍的全線等效容抗，Iset為電流定值，一般可取(0.2-0.5)In，已經(jīng)足夠滿足裝置的可靠性要求。
如附圖4(b)所示，如果“ZCDA動作”有輸出，同時“ZCDB動作”和“ZCDC動作”沒有輸出，說明線路上僅A相存在故障，保護裝置去跳開A相；如果“ZCDB動作”有輸出，同時“ZCDA動作”和“ZCDC動作”沒有輸出，說明線路上僅B相存在故障，保護裝置去跳開B相；如果“ZCDC動作”有輸出，同時“ZCDA動作”和“ZCDB動作”沒有輸出，說明線路上僅C相存在故障，保護裝置去跳開C相。
如附圖4(c)所示，如果“ZCDA動作”有輸出，同時“ZCDB動作”有輸出；或者“ZCDB動作”與“ZCDC動作”同時有輸出；或者“ZCDC動作”與“ZCDA動作”同時有輸出；說明線路上兩相或三相同時存在故障，保護裝置去跳開三相。
下面給出了本發(fā)明電磁暫態(tài)仿真程序(EMTP)的結果。如附圖5所示，系統(tǒng)電壓等級為500kV，線路采用分布參數(shù)模型。正序參數(shù)r1＝0.01958Ω/km，l1＝0.8192mH/km，c1＝0.0135uF/km；零序參數(shù)r0＝0.1828Ω/km，l0＝2.74mH/km，c0＝0.0092uF/km。線路長度為400km，m、n側正序和零序系統(tǒng)阻抗分別為Zm1＝4.3578+j49.8097，Zm0＝1.1+j16.6，Zn1＝2.1788+j24.9048，Zn0＝0.436+j8.02，阻抗的單位為歐姆。
仿真中，分別在K1、K2、K3、K4四個點模擬各種金屬性故障和帶過渡電阻接地故障，K1靠近線路m端出口內側，K2位于線路中點，K3靠近線路n端出口內側，K4位于線路n端出口外側，計算時采用傅立葉濾波算法。表1列出了在K1、K2、K3、K4四個點發(fā)生不同類型金屬性故障時的三相綜合阻抗計算結果，其中|Zcda|、|Zcdb|、|Zcdc|分別代表A、B、C三相的綜合阻抗的模值。表2列出了線路在B相發(fā)生經(jīng)不同過渡電阻接地故障時的仿真結果，其中RF表示接地過渡電阻的數(shù)值，分別取100Ω、300Ω、400Ω和500Ω，Icdb為故障時B相的全量差動電流，
和
分別為m側和n側的B相電流相量。當
小于12.5A，
小于500V時，說明在該相線路上沒有故障，而且數(shù)值太小，計算綜合阻抗沒有意義，設置為無效標‘□’。
表1 從表1可見，對于內部故障時的健全相和外部故障時的各相，|Zcd|的數(shù)值在1000Ω左右。對于線路上發(fā)生內部故障時的故障相，|Zcd|一般為數(shù)十歐姆，二者有明顯的差別。
表2 從表2可以看出，對于故障相B相，在同一點上發(fā)生經(jīng)不同的過渡電阻故障時，|Zcd|的數(shù)值基本沒有變化，可見，|Zcd|不受過渡電阻的影響。
為了與傳統(tǒng)電流差動保護的性能作比較，表2中還列出了故障相B相的全量差動電流。系統(tǒng)正常運行時的電容電流約為500A，為了避免誤動，傳統(tǒng)電流差動保護的電流門檻一般要按照躲開2倍的電容電流進行整定，對于本模型，應整定為1000A。但是從表2可知，當接地電阻為300Ω時，故障相的全量差動電流已經(jīng)小于1000A，傳統(tǒng)的電流差動保護已經(jīng)不能可靠動作。而基于本發(fā)明的縱聯(lián)保護原理，動作量|Zcd|不受接地電阻的影響，且定值中的Iset可以取得比較小，例如取值為250A時，已經(jīng)足以保證可靠性。從表2可知，當接地電阻為500Ω時，全量差動電流為500A，而保護區(qū)內部故障時，故障分量差動電流和全量差動電流近似相等，基于本發(fā)明的縱聯(lián)保護仍可以可靠動作。對比可知，本發(fā)明的抗過渡電阻能力較強。
權利要求
1.一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，在其保護高壓傳輸線路段的兩側設置有第一、第二保護裝置，兩保護裝置之間具有通信信道，其特征在于，
首先，第一保護裝置采樣本側三相電壓和電流值，計算本側三相故障分量電壓相量
和電流相量
，并通過通信信道，獲取第二保護裝置提供的對側相同時刻的三相電壓和電流值，計算對側三相故障分量電壓相量
和電流相量
；
其次，根據(jù)本側和對側三相故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量綜合阻抗Zcd，其中
最后，進行判定，如果|Zcd|＜Zset，Zset為阻抗定值，且Iset為電流定值，則確定該線路段內發(fā)生了故障，第一保護裝置動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，其特征在于，所述Zset為阻抗定值，整定原則為Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc為2倍的全線等效容抗，所述Iset為電流定值，整定原則為Iset取(0.2-0.5)In，In是線路本側電流互感器二次額定值。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，其特征在于，所述Iset為電流定值，Iset，取0.2In，In是線路本側電流互感器二次額定值。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領域，公開了一種電力系統(tǒng)高壓輸電線路縱聯(lián)保護判定方法，包括在其保護高壓傳輸線路段的兩側設置有第一、第二保護裝置，兩保護裝置之間具有通信信道，通過計算本側三相的故障分量電壓相量△Um、電流相量△Im，和同時刻的對側的三相的故障分量電壓相量△Un、電流相量△In，然后計算出故障分量綜合阻抗Zcd，(見圖中公式)，根據(jù)故障分量綜合阻抗模值與定值的大小關系來區(qū)分線路段內是否有故障存在，從而控制保護裝置的動作。
文檔編號H02H7/26GK101227084SQ200810017248
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權日2008年1月8日
發(fā)明者索南加樂, 凱 劉, 康小寧 申請人:西安交通大學