專利名稱：一種正序電流差動保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及特高壓輸電線5^正序電流差動保 護(hù)方法。
背景技術(shù)：
輸電線路是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸送電等的基本設(shè)備，在電力系統(tǒng)中占有 非常重要的地位。如果輸電線路發(fā)生故障時，若不能及時切除或誤切除， 則對主系統(tǒng)影響很大，容易造成電網(wǎng)解列，以及變壓器越級跳閘等重大事 故。
特高壓輸電線路擔(dān)負(fù)輸送大量電能的重要任務(wù)，是電力系統(tǒng)的重要樞 紐。由于特高壓輸電線路造價極為昂貴， 一旦因故障延時清除而遭到損壞， 檢修難度大、時間長，對國民經(jīng)濟(jì)造成的直接和間接損失將十分巨大。因 此，對特高壓輸電線路保護(hù)裝置的選棒性、快速性、可靠性、靈敏性提出 了更高的要求。
基于基爾霍夫定律的電流差動保護(hù)，對于輸電線路來講，是一種理想 的保護(hù)原理。隨著微機保護(hù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，電流差動保護(hù)得到廣泛的 應(yīng)用。
目前，中國電網(wǎng)的電壓等級正從500kV向1000kV發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電 保護(hù)原理是建立在工頻故障分量勤出之上，利用集中參數(shù)建立模型實現(xiàn)的， 而實際上特高壓長距離輸電線路的分布參數(shù)(相對于集中參數(shù)而言)在故 障過程中，所產(chǎn)生的電容電流會對電流差動保護(hù)產(chǎn)生不可忽略的影響。電 壓等級越高、線路越長，這種影響越大。特高壓輸電線路為了提高傳輸?shù)?自然功率，減小線路表面的電場強度和電暈損耗，需要減少特高壓輸電線 路的波阻抗，即減小特高壓輸電線路的電感而增大電容，因此，使得特高 壓長線^各的分布電容電流4艮大。理論研究表明，對于600km, 1000kV特高壓輸電線路而言，其電容電流達(dá)到線路自然功率的76.35°/。，如此大的電容 電流，必然對特高壓繼電保護(hù)的動作特性產(chǎn)生^[艮大的影響。理論分析可知， 目前分相電流差動保護(hù)的各種方案包括電容電流補償?shù)仍谔馗邏洪L線路中 都將受線路分布電容的影響，無法滿足要求。
因此，如何針對目前特高壓、長輸電線路急需解決分布電容電流對差 動保護(hù)判據(jù)的影響，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種正序電流差動保護(hù)方法，用于較好的解決分布電容電 流對正序差動保護(hù)的影響。
本發(fā)明纟是供一種正序電流差動^f呆護(hù)方法，包括 預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參考點；
按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓； 利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點； 在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；
判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。
優(yōu)選地，所述線^各均包括三相線路，所述線^4M于如下步驟
預(yù)先在所述線路內(nèi)選擇一個參考點；
按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓；
利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點；
在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；
判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。 優(yōu)選地，所述在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷的步驟具體為 在參考點采用電流^,4,按差動判斷公式進(jìn)行正序差動保護(hù)判斷。 優(yōu)選地，設(shè)所述線路兩端分別以m,"表示； 所述差動判斷^^式為
6/,私 o<(^
當(dāng)4〉A(chǔ)成立時，判斷存在故障；當(dāng)°<4<^ , Jl^,私成立時，判斷對 應(yīng)的所述線5^內(nèi)存在故障；當(dāng)4>^、，且^34成立時，判斷對應(yīng)的所述線
路內(nèi)存在故障；
式中^表示差動量；
4—4^+4^ I, Aw為參考點w端正序電流，L為參考點n端正序電流， A為正序電流差動保護(hù)動作的定值；
A為制動量；
4d-4dl, &， ^為制動系數(shù)。
優(yōu)選地，所述正序電流差動保護(hù)動作的定值設(shè)定為0.05-0.2倍的傳輸 線的二次額定電流值。
優(yōu)選地，所述制動系數(shù)A, ^設(shè)置為0.5-0.8。
優(yōu)選地，所述按濾序算法計算出所述線路兩端點的正序電流和正序 電壓的步驟具體為
利用所述線^^端點處安裝的電流互感器和電壓互感器測得電流和電壓 的瞬時值；
通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式，再利用濾序算法濾出兩端的 正序電-充和正序電壓。
優(yōu)選地，所述濾序算法，以w端為例，按照如下公式
Jml 卞e 、6 T e 、c ^=《,。+,?！?+^24。^
計算獲得；
式中^!/'u為m端所計算的正序電壓、電流的相量； L， L, 4分別為附側(cè)a、 b、 c三相電流的相量形式； 夂。，《，t.分別為附側(cè)a、 b、 c三相電壓的相量形式。
7優(yōu)選地，所述利用長線方程將兩端的正序電流折算至參考點的步驟
具體為
利用以下公式將所述線路兩端電流折算到參考點，以m端為例，
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中夂,，乙分別為w端所計算的正序電壓、電流的相量；
《ml,分別為參考點附側(cè)的正序電壓、正序電流；
y為線路的正序傳播常數(shù)，^ = V" + + X);
Zc為線3各的正序波阻抗，za = V"+X)《&".《);
/為附端至參考點A的距離；
c/z ( ), W ()分別為雙曲余弦和正弦函數(shù)，
^為線路單位長度電阻；
A為線路單位長度感抗；
&為導(dǎo)線對地的單位長度的電導(dǎo)；
c,為線路單位長度電容；
所述線路另 一個端點n端點做上述同樣處理。
優(yōu)選地，若有并聯(lián)電抗器，所述正序電流再減去并聯(lián)電抗器的正序
電流，兩端各減去一半并耳關(guān)電^i器的正序電流。
優(yōu)選地，所述線路中有串聯(lián)補償電容，或者有并聯(lián)電抗器，所述參
考點選在串聯(lián)補償電容或并聯(lián)電抗器處；
所述線路中沒有串聯(lián)補償電容，且沒有并聯(lián)電抗器，所述參考點選 在所述線路內(nèi)的任意位置。
本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參 考點；按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓；利用長 線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點；在參考點做正序電流 差動保護(hù)判斷；從而可以有效地解決分布電容電流對差動保護(hù)的影響。通 過正序電流差動保護(hù)判斷，可以判斷出故障是否發(fā)生在所述線路內(nèi)，當(dāng)判斷出發(fā)生在所述線^^內(nèi)時，可以控制所述線^各兩側(cè)開關(guān)跳閘。


圖1是本發(fā)明所述正序電流差動保護(hù)方法第一實施例流程圖； 圖2是本發(fā)明所述輸電線路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種正序電流差動保護(hù)方法，用于較好的解決分布電容電 流對正序差動保護(hù)的影響。
傳統(tǒng)的正序電流差動保護(hù)判據(jù)算法是采用線路兩端保護(hù)安裝處計算的 零序電流直接計算。
在IOOOKV特高壓長線路上，分布電容電流很大，極大的影響了電流 差動保護(hù)在外部故障時的安全性和內(nèi)部故障時的可靠性。以集中參數(shù)為依 據(jù)，在光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置安裝處對分布電容電流按集中參數(shù)補償?shù)闹?動判據(jù)的方法，不能從根本上解決分布電容電流影響的問題。而隨著線路 長度的增加，為了補償線路分布電容電流，在線路中有可能增加并聯(lián)電抗 器，這種情況對傳統(tǒng)的以端電流為基礎(chǔ)的差動保護(hù)影響更加嚴(yán)重。
對于IOOOKV特高壓長線路，由于線路分布電容電流的影響已經(jīng)不能 忽略，因此，傳統(tǒng)的以集中參數(shù)為依據(jù)，在光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置安裝處 做差動判據(jù)的算法從靈敏度考慮已經(jīng)不能滿足要求，而以集中參數(shù)為依據(jù)， 在線路兩端基于穩(wěn)態(tài)電容電流補償?shù)乃惴ㄔ谀承┣闆r下會不可避免在某些 故障情況下會延長光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置的動作時間。
參見圖1和圖2,圖1是本發(fā)明所述正序電流差動保護(hù)方法第一實施 例流程圖，圖2是本發(fā)明所述輸電線路結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明第 一實施例所述正序電流差動保護(hù)方法，包括以下步驟
SIOO、預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參考點。
如圖2所示為設(shè)有參考點k的特高壓輸電線路mn，筒稱線路mn。圖 2中為在線路中間有并聯(lián)電抗器丄的線路，則參考點選擇為并聯(lián)電抗器的安 裝點(以符號k表示)。若無并聯(lián)電抗器，則參考點可選擇任意點k,對于差動保護(hù)，兩端所選參考點應(yīng)為一個點，即兩端光纖縱if關(guān)差動保護(hù)裝置安 裝處至參考點的距離之和為線路長度。
S200、按濾序算法計算出所述線路兩端點的正序電流和正序電壓。
光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置可以對互感器的電壓電流波形采樣得到電壓電 流瞬時值。
通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式； 通過濾序算法濾出兩側(cè)正序電流和正序電壓；
S300、利用長線方程將所述線路兩端點的正序電流折算至參考點。
通過長線方程將光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置安裝處計算出的正序電流和正 序電壓按相量形式折算到參考點k;參考點兩側(cè)正序電流為^人"
以下論述中的符號使用如下電流互感器(簡稱TA,以下同)和電壓 互感器(簡稱TV,以下同)。
光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置可以利用光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置安裝處的TA 和TV測得兩端點的電流和電壓的瞬時值。
通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式，再利用濾序算法濾出兩端的 正序電流和正序電壓；以m端為例，濾序算法/>式如下
式中《'i，厶為w端所計算的正序電壓、電流的相量； 厶。，4,乙.分別為m側(cè)a、 b、 c三相電流的相量形式； ^L, f^， tL分別為m側(cè)a、 b、 c三相電壓的相量形式。 利用以下公式即長線方程(2),將兩端電流折算到參考點(以m端為 例)，n端按下式做相同處理。
匿C罪)《(2)
—ml —式中^,，乙分別為附端所計算的正序電壓、電流的相量；^w,分別為參考點m側(cè)的正序電壓、正序電流；
r為線路的正序傳播常數(shù)，^ = V" + (g, +加C);
Zc為線^各的正序波阻抗，A廣V"+^AV(g,+加q);
/為附端至參考點A的距離；
c/ ( )， W ()分別為雙曲余弦和正弦函數(shù)，
c為線路單位長度電阻；
A為線路單位長度感抗；
&為導(dǎo)線對地的單位長度的電導(dǎo)；
c,為線路單位長度電容；
所述線路另一個端點n端點做上述同樣處理。
由于長線方程(2)本身已經(jīng)考慮了分布參數(shù)，因此，不需再專門對分 布電容電流進(jìn)行補償，由于正序電流可以反映所有的不對稱故障，因此， 正序差動可作為現(xiàn)有差動的有力補充。
關(guān)于k點的選取的考慮，長線方程(2)電流差動保護(hù)可以適用于任意 長度的特高壓輸電線路，如果輸電線路中間有串聯(lián)補償電容，或者有并聯(lián) 電抗器，此時長線方程(2)在串聯(lián)補償電容或并聯(lián)電抗器安裝處不成立， 需將參考點*選在串聯(lián)^卜償電容或并聯(lián)電抗器處。
對于其他情況下，k點的選取不受任何限制，選定k點后，分別對于 m端至k點，n端至k點利用長線方程計算正序電流，就可以很容易的實 現(xiàn)正序差動保護(hù)算法，此算法對于微機保護(hù)的采樣間隔，光纖通道的傳輸 時間都沒有很苛刻的要求，現(xiàn)有微機保護(hù)都很容易做到。
S400、在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；判斷是否為所述線路內(nèi) 故障？若是執(zhí)行步驟S500,否則確定故障發(fā)生在所述線路外。
在參考點k可以采用電流乙人d姿多種傳統(tǒng)差動公式進(jìn)行正序差動保 護(hù)判斷，判斷故障是否發(fā)生線路保護(hù)范圍即圖2中的mn線路內(nèi)。
例如正序電流差動保護(hù)判斷^^式(3 ):偶 (3)
當(dāng)^〉A(chǔ)成立時，判斷存在故障；當(dāng)(H《，且k,私成立時，判斷對 應(yīng)的所述線路內(nèi)存在故障；當(dāng)4>^-《，，且4^4成立時，判斷對應(yīng)的所述線 路內(nèi)存在故障；
式中^表示差動量；
4 — +乙，1, 4 為參考點w側(cè)正序電流，A i為參考點n側(cè)正序電流， A為正序電流差動保護(hù)動作的定值；
^為正序電流差動保護(hù)動作的定值通常設(shè)定為(0.05-0.2)倍的傳輸線 的二次額定電流值。
A為制動量；
A — 4^-4j， &，乜為制動系凄t。
為制動系數(shù)A, ^通常設(shè)置為0.5-0.8。
S500、確定故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路的兩側(cè)開關(guān)跳閘。
本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法，首先將兩端電壓(以m端 為例)、電流^(下標(biāo)^^",6,c^要濾序算法濾出兩側(cè)的正序電流L和正 序電壓夂'，n端為八'和《'，再由長線方程(2)將兩端正序電流折算到參 考點k ( m側(cè)為乙，n側(cè)為乙)，/人而可以有效地解決分布電容電流對差動 保護(hù)的影響。本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法可以通過正序電流 差動保護(hù)判斷，可以判斷出故障是否發(fā)生在所述線路內(nèi)，當(dāng)判斷出發(fā)生在 所述線路內(nèi)時，可以控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。
本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法，由于采用了分布參數(shù)計算， 因此，不受線路上分布電容的影響。因此，對于各種類型的對稱及非對稱 性故障，尤其是高阻接地故障，具有很好的應(yīng)用價值。
本發(fā)明可以首先按濾序算法計算出兩側(cè)的正序電流和正序電壓，再利 用長線方程將兩端正序電流折算至參考點k，如圖2所示，在參考點k做
12正序電流差動保護(hù)計算。
若故障發(fā)生在保護(hù)范圍外即mn線路外或無故障，則由于從m端至k 和從n端至k滿足長線方程，根據(jù)基爾霍夫電流定律可知，在正常運行時， 線路上應(yīng)無正序差動電流，因此在k點正序差動量為零。
正常情況下，光纖縱聯(lián)差動保護(hù)裝置不會誤動，區(qū)內(nèi)故障時，若故障 發(fā)生在n端至k點之間，從m端至k點滿足長線方程，但從n端至k點由 于故障點的存在，不滿足長線方程，但由理論分析可知，此時由兩端光纖 縱聯(lián)差動保護(hù)裝置安裝處按長線方程折算到參考點k點的正序電流的動作 量和制動量滿足差動保護(hù)的動作判據(jù)。
本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法，所述線路可以均包括三相 線路，執(zhí)行如下步驟
SlOl、預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參考點；
S201 、按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓； S301、利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點； S401、在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；判斷是否為所述線路內(nèi) 故障，若是執(zhí)行步驟S501,否則確定故障發(fā)生在所述線路外。 正序電流差動保護(hù)判斷公式(4)如下
'風(fēng) 0<^<34 (4)
式(4)中公式符號意義同前面所述，增加符號^， ^表示"Ac，即三 相分別^f故差動計算。
S501 、判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路的兩側(cè)開關(guān)跳閘。
本發(fā)明實施例所述正序電流差動保護(hù)方法由于采用了分布參數(shù)計算， 因此，不受線路上分布電容的影響，因此，對于各種類型的對稱及非對稱 性故障，尤其是高阻接地故障，具有4艮好的應(yīng)用價值。
以上所述僅是本發(fā)明所述正序電流差動保護(hù)方法的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前 提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于，所述方法包括預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參考點；按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓；利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點；在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述線路均包括三相線路，所述線路執(zhí)行如下步驟 預(yù)先在所述線路內(nèi)選擇一個參考點；按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓； 利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點； 在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于，所述 在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷的步驟具體為在參考點采用電流L,, 4,按差動判斷公式進(jìn)行正序差動保護(hù)判斷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于，設(shè)所 述線路兩端分別以m, w表示；所述差動判斷公式為<formula>formula see original document page 2</formula>當(dāng)^〉A(chǔ)成立時，判斷存在故障；當(dāng)°<^^4 , J[^,私成立時，判斷對應(yīng) 的所述線路內(nèi)存在故障；當(dāng)4>^4-4 ，且^34成立時，判斷對應(yīng)的所述線路 內(nèi)存在故障；式中4表示差動量；^ =14 i +I ， 4 i為參考點附端正序電;克，為參考點n端正序電， A為正序電流差動保護(hù)動作的定值； A為制動量；厶=1 Ami _ A l I ， ^ ， *2為制動系凄史。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述正序電流差動保護(hù)動作的定值設(shè)定為0.05-0.2倍的傳輸線的二次額定電流Y直。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述制動系數(shù)A， ^設(shè)置為0.5-0.8。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述按濾序算法計算出所述線路兩端點的正序電流和正序電壓的步驟具體為利用所述線路端點處安裝的電流互感器和電壓互感器測得電流和電壓 的瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式，再利用濾序算法濾出兩端的正 序電流和正序電壓。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述濾序算法，以附端為例，按照如下/>式<formula>formula see original document page 3</formula>計算獲得；式中《!，4i為m端所計算的正序電壓、電流的相量； 4。， L， 4分別為w側(cè)a、 b、 c三相電流的相量形式； &mA， ^L分別為w側(cè)a、 b、 c三相電壓的相量形式。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于，所述利用長線方程將兩端的正序電流折算至參考點的步驟具體為 利用以下公式將所述線路兩端電流折算到參考點，以m端為例，—&—Ami _C/2(X) 一;1 —式中^^，乙分別為w端所計算的正序電壓、電流的相量；,分別為參考點w側(cè)的正序電壓、正序電流； r為線路的正序傳播常數(shù)，h = V(。 + X" (g, +加C'); 4為線路的正序波阻抗，ZC /為m端至參考點A的距離；W ( )， A ()分別為雙曲余弦和正弦函凄t,^為線路單位長度電阻；^為線路單位長度感抗；g!為導(dǎo)線對地的單位長度的電導(dǎo)；C,為線路單位長度電容；所述線路另一個端點n端點做上述同樣處理。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 若有并聯(lián)電抗器，所述正序電流再減去并聯(lián)電抗器的正序電流，兩端各減去一半并聯(lián)電抗器的正序電流。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正序電流差動保護(hù)方法，其特征在于， 所述線路中有串聯(lián)補償電容，或者有并聯(lián)電抗器，所述參考點選在串聯(lián)補償電容或并聯(lián)電抗器處；所述線路中沒有串聯(lián)補償電容，且沒有并聯(lián)電抗器，所述參考點選在 所述線路內(nèi)的任意位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正序電流差動保護(hù)方法，所述方法包括預(yù)先在線路內(nèi)選擇一個參考點；按濾序算法計算出所述線路兩端的正序電流和正序電壓；利用長線方程將所述線路兩端的正序電流折算至參考點；在參考點做正序電流差動保護(hù)判斷；判斷故障發(fā)生在所述線路內(nèi)時，控制所述線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。本發(fā)明提供一種正序電流差動保護(hù)方法，用于較好的解決分布電容電流對正序電流差動保護(hù)的影響。
文檔編號H02H7/26GK101667726SQ20091016825
公開日2010年3月10日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者劉洪濤, 徐振宇, 杜兆強, 秦應(yīng)力, 黃少鋒 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;國家電網(wǎng)公司