CN101336503A - 用于电力传输线路的自适应距离保护继电器及方法 - Google Patents

Abstract

公开了在确定三相电力传输线路上到电阻性故障的距离(d)的过程中，用于补偿远程线路端部馈入效应的方法和自适应距离保护继电器。假定故障电流(I_F)流经故障电阻(R_F)。首先通过已知算法，根据相电压(V_ph1，V_ph2，V_ph3)和相电流(I_ph1，I_ph2，I_ph3)计算出故障回路阻抗(Z_relay)。然后根据该故障回路阻抗(Z_relay)、传输线路对正向电流序的阻抗(Z_1L)和复数故障电流分布因数(k_F)的相角(γ)来确定故障回路阻抗的变动(ΔZ)，其中所述故障电流分布因数(k_F)为故障回路电流(I_relay)与故障电流(I_F)的比值。最后，通过从故障回路阻抗(Zrelay)中减去阻抗变动(ΔZ)，并将所得结果除以所述传输线路对于正向电流序的阻抗(Z_1L)，以计算到故障的距离(d)。

Description

用于电力传输线路的自适应距离保护继电器及方法

技术领域

【1】本发明涉及用于电力传输线路的自适应距离保护的设备和方法，更具体地，涉及在电阻性故障下具有改进的操作的距离保护继电器，适于减小远程线路端部馈入效应引起的继电器的欠范围和过范围。

背景技术

【2】电力传输线路将电力从发电源输送至用户。电力传输线路通常为高压线，并且在分配给诸如家庭、工厂、商业建筑等的单个电力用户之前，所述电压通常在供电所被变为较低的电压。在很多供电所，安装有保护继电器。

【3】线路中故障的探测包括对关键系统参数的测量，并且当故障发生时，可迅速大概估计出故障的位置和故障的某些特性，使得发生故障的线路可以尽快与电力网隔离。当通常由于外部原因导致传输线路使电流流动偏离其沿着传输线路的正常的路径时，就发生故障。

【4】故障的主要类型和起因是由设计缺陷、制造缺陷、不正确的安装和绝缘材料老化导致的绝缘故障；由雷电冲击、开关冲击和动态过压导致的电气故障；由风、雪、冰、污染物、树木和动物导致的机械故障；以及由过流和过压情况导致的热故障。

【5】随着时间的推移，电力系统的架构更加复杂，尺寸更大且电压更高，使得与之相关的保护系统的架构也变得非常复杂。基于这一点，如果这种保护系统不能对发生在相关联的电力系统某些部分的故障显示出其适当的保护能力，所导致的事故波及范围和强度将非常巨大。

【6】如果承担基本责任的保护继电器不能准确探测到发生在电力系统任一部分的故障，根据保护协调原则，供电中断区域将会更大。因此，所有用于传输线路的备用保护继电器以及绝大部分主保护继电器为定向距离继电器，在发生电阻性接地故障时，通常其探测性能退化。此外，由于传输系统的架构变得更加复杂，高负载电流所流经的传输区域的平均长度被缩短，由此，由于电抗效应导致距离继电器执行误操作或不操作，所述电抗效应为故障电阻和负载电流的相互耦合效应。

【7】传输线路可包括三相线路；但是，传输线路还可以包含单相或其他数目的相。

【8】定位电力传输线路上故障的问题已经在各种现有技术中披露。

【9】在A.Wiszniewski的“Accurate fault impedance locatingalgorithm(精确故障阻抗定位算法)”(IEE Proceedings，Part C，Vol.130，No.6，1983，pp.311-315)中，介绍了一种用于在电力传输线路上定位故障的算法，该算法用于检查-维修目的，而非保护性继电目的。对所有的故障类型，在故障定位器安装点使用‘纯线路电流’来估计总故障电流，即流经故障路径电阻的电流。这种‘纯线路电流’或者换句话说，“增加的线路电流’，是由故障后的线路电流与负载电流之间的差额确定的。此外，根据故障的类型，该测量的‘增加的线路电流‘还对特定相加以考虑。

【10】在M.M.Saha的“Method and device for locating a faultpointon a three-phase power transmission line(在三相电力传输线路上定位故障点的方法和设备)”(US 4559491，1985年12月17日)中，介绍了一种用于在电力传输线路上定位故障的算法，该算法用于检查-维修目的，而非保护继电目的。使用二次方程计算到故障的距离，该二次方程适于离线故障定位目的，而对于在线应用以保护性继电是相当困难的。

【11】在Zhang等人的“An adaptive approach in digital distanceprotection(数字距离保护中的自适应方法)”(IEEE Transactions onPower Delivery，Vol.6，No.1，1991年1月，135-142页)中，披露了一种传输线路的距离保护的自适应方法。该方法仅能处理单相接地故障，而本发明可处理所有故障类型。对于所考虑的单相接地故障，使用零序电流来估计总的故障电流。作者建议使用预设值用于距离保护的操作特性的自适应改变。该预设值对应于在简化情况下确定的继电器额定范围(nominal reach)端部的故障。然而，如果远端和本地的零序贡献异相，在动态响应中将产生错误。

【12】在D.Novosel，Yi Hu和M.M.Saha的“Adaptive Distanceprotection system(自适应距离保护系统)”(美国专利US5956220，1991年9月21日)中，介绍了一种自适应距离保护系统。该自适应系统为正确补偿相互耦合效应而设计。因此，其处理平行传输线路在单相接地故障下的特定问题，并且对健全平行线路不同操作模式加以考虑，其中所述操作模式为正在操作中或已被关闭并接地。平行传输线路的这些特定问题同本发明没有关系。

【13】在L.Yang的“Adaptive Quadrilateral CharacteristicDistance Relay(自适应四边特性的距离继电器)”(US5796258，1998年8月18日)中，介绍了一种自适应的四边特性的距离继电器。对于单相接地故障，使用负序电流确定该四边特性的倾斜度，而对于相间故障，使用来自继电点的各自相的纯线路电流，即理解为故障电流和负载电流之间差额的增加的电流，来确定该四边特性的倾斜度。到故障的距离和网络的阻抗参数没有出现在方程中。这意味着该方法是简化的，并没有考虑到对远端馈入效应进行精确补偿。

【14】在Yong Jin Ahn的“Distance Relay for protection oftransmission line having minimized reactance effect(用于保护具有最小化电抗效应的传输线路的距离继电器)”(US6661630，2003年12月9日)中，介绍了一种用于保护具有最小化电抗效应的传输线路的距离继电器。其考虑到了单线路和平行线路两种情况。并对单相接地故障和相间故障加以考虑。对单相接地故障，使用零序电流估计总的故障电流，且对于相间故障，使用来自继电点的相应相的纯线路电流来估计总的故障电流。增加的电流理解为故障电流和负载电流之间的差额。这意味着总的故障电流的估计过程与本发明完全不同。其中，还使用了故障电流分布因数。使用迭代计算对远程端部馈入效应进行补偿，并在故障电流分布因数的角度等于零的假设下确定起始点。值得注意的是，为了保护的在线应用而进行的迭代计算相当困难，且在某些情况下，无法获得迭代计算的收敛。

【15】在J.Izykowski，E.Rosolowski，M.M.Saha的“Locatingfaults in parallel transmission lines under availability ofcomplete measurements at one end(在一端可进行全面测量的情况下定位平行传输线路中的故障)”(IEE Generation，Transmission andDistribution，Vol.151，No.2，2004年3月，第268-273页)中，介绍了一种在一端可进行全面测量情况下为应用于平行传输线路而设计的故障定位算法。全面测量被理解为来自故障线路和平行健全线路的三相电压和三相电流。同本发明类似，总的故障电流的估计消除了零序量。由于在一端可进行全面测量，最终的故障定位算法的形式非常简单。由于本发明中考虑的是进行相当标准的测量，因此本发明并不涉及参考文献中所考虑的可进行的测量。

【16】在J.Izykowski，E.Rosolowski，M.M.Saha的“Adaptivedigital distance algorithm for parallel transmissionlines(用于平行传输线路的自适应数字距离算法)”(2003 IEEE PowerTech，Bolonia，2003年6月23-26日，CD Rom，IEEE Catalogue Number03EX719C，ISBN 0-7803-7968-3，paper 343，pp.6)中，对来自上述参考文献的方法进行了进一步的研究。特别地，由于到故障的距离为非常简单的一阶方程，因此对其在自适应距离保护中的应用加以了考虑。如上所述，在平行传输线路一端可进行的全面测量与本发明假设的情况不同。

发明内容

【17】本发明的目的是解决现有技术和已知方法所涉及的问题，并且建立一种改进的、简单和可靠的方法和设备，用于三相电力传输线路的自适应距离保护。

【18】本发明的另一目的是通过减少由远程线路端部馈入效应导致的继电器的欠范围和过范围，从而改善在电阻性故障下的操作。

【19】本发明的目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求8的自适应距离保护继电器、以及根据权利要求9的计算机程序而实现。

【20】当三相传输线路上发生电阻性故障，故障电流I _F流经所述故障电阻R_F的情况下，通过距离保护继电器执行所述方法。如本领域所公知的，所述方法由计算故障回路阻抗Z _relay的步骤开始，所述Z _relay由在传输线路AB的一端A测得的故障回路电压V _relay除以故障回路电流I _relay而得到，所述距离保护继电器布置在该端A。所述故障回路电压V _relay由故障中所涉及相的相应的相电压V _ph1、V _ph2和V _ph3组成，所述故障回路电流I _relay由故障中所涉及相的相应的相电流I _ph1、I _ph2和I _ph3组成。

【21】根据本发明的方法包括使用所述故障回路阻抗Z _relay、用于正向电流序的传输线路阻抗Z _1L和复数故障电流分布因数k _F的相角γ确定故障回路阻抗变动ΔZ的步骤，所根据公式为：

$\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{Z}=\frac{R_{\mathrm{relay}}{X}_{1L}-R_{1L}{X}_{\mathrm{relay}}}{R_{1L}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}}(1-j\·\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)),$

其中Z _relay＝R_relay+jX_relay，Z _1L＝R_1L+jX_1L，且故障电流分布因数k _F为故障回路电流I _relay与故障电流I _F的比。

【22】根据本发明的方法的下一步骤为通过从故障回路阻抗Z _relay中减去所述的阻抗变动ΔZ，然后将该结果除以用于正向电流序的传输线路阻抗Z _1L，来确定到故障的距离d。

【23】在电阻性故障情况下，仅根据从继电器侧A测量的相电压和相电流确定的故障回路阻抗Z _relay并不是到故障d的距离的直接测量。在这种情况下，不得不考虑流经故障电阻R_F的故障电流I _F，其中不能由继电器侧A单独确定所述故障电流。由于来自线路的远程端部B的相电流从远程端部B馈入故障，因此其也必须加以考虑。这种效应被称作远程线路端部馈入效应(infeed effect)。如果在这种电阻性故障情况下忽略故障电流I _F的影响，则会确定错误的到故障的距离d，其可能导致距离保护继电器的欠范围或过范围。

【24】根据本发明，故障回路阻抗Z _relay通过在复数平面上沿阻抗变动ΔZ进行变动而实现自适应，通过将故障电流分布因数k _F的相角γ纳入考虑，所述阻抗变动ΔZ代表了故障电流I_F的影响。因此，根据本发明的方法和自适应距离保护继电器对远程线路端部馈入效应进行补偿，并增加了所确定的到故障的距离d的准确度。

【25】为了计算所述相角γ，提出了三个不同的可能性。

【26】在最简单的情况下，假设故障电流分布因数k _F的相角γ为零，即假设仅有故障回路阻抗Z _relay的电阻变动需要计算：

$\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{Z}(\mathrm{\γ}=0)=(R_{\mathrm{relay}}-\frac{X_{\mathrm{relay}}}{X_{1L}}{R}_{1L}).$

【27】在线路侧A的距离保护继电器也能接收来自远程侧B的同步电流的测量的情况下，相角γ可由故障回路电流I _relay和故障电流I _F计算得到，其中故障电流I _F取决于：

●【28】在相接地故障、相间故障或三相平衡故障情况下，使用传输线路两端的增加的正序电流成分ΔI _A1和ΔI _B1，或

●【29】在相间接地故障情况下，使用传输线路两端的增加的正序电流成分ΔI _A1和ΔI _B1，以及负序电流成分I _A2和I _B2。

【30】在仅使用来自继电器侧A的电流测量的情况下，相角γ被计算了三次，每次由故障回路电流I _relay、故障电流I _F和三个不同的预定线路距离d_i中的一个计算得到，其中故障电流I _F取决于

●【31】在相接地故障或相间故障情况下，使用传输线路的阻抗参数、传输线路继电器端A的故障回路电流I _relay和负序电流成分I _A2，或者

●【32】在三相故障或相间接地故障情况下，还另外使用传输线路的继电器端A的增加的正序电流成分ΔI _A1，

【33】并且其中所得到的三个相角γ_i被用于确定三个阻抗变动ΔZ _i 和三个相应的可能的到故障的距离d_pi，其中三个可能的到故障的距离d_pi中最接近到故障的参考距离d_ref的一个被选为到故障的距离d，所述到故障的参考距离d_ref通过故障回路阻抗Z _relay和传输线路对于正向电流序的阻抗Z _1L的商来计算。

【34】本发明提供了一种新的用于单电力传输线路和平行电力传输线路的数字距离算法。在平行线路情况下，可以应用第三种解决方案，其要求提供从平行线路一端进行的标准测量。改进了一种最初起源于目标为检查-维修目的的故障定位的方法以用于此处，用来确保距离继电器对与电阻性故障相关的“电抗效应”的自适应性。将一种改进的对故障路径电阻R_F上压降的估计引入该算法。结果，避免了零序电流的确定，并利用了增加的正序成分和负序成分。由此，所提供的方法不同于已知算法。根据本发明的方法已经由使用已知的ATP-EMTP软件模拟获得的故障数据测试。

【35】根据本发明，使用为序量(sequence quantities)而形成公式的通用故障模型来估计总的故障电流。使用这种基于序量的方法，以便避免零序线路阻抗参数的不确定性的不利影响，其额外导致了对单线路和平行线路的总故障电流的估计相同，对大多数故障，即单相接地故障和相间故障，使用增加的正序电流。

【36】同Yong Jin Ahn的现有技术相比较，通过由两端同步测量电流或替代地通过使用诸如MHO特性的阻抗特性的三个特定阻抗变动来确定总的故障电流，使得其中使用的迭代计算在本发明中得以避免。

附图说明

【37】为了更好的理解本发明，参考下面的附图，其中：

图1示出了两端传输线路AB，

图2示出了传输线路AB的距离保护的MHO阻抗特性的自适应性变动。

具体实施方式

远程端部馈入对距离继电器操作的影响

【38】下面的解释说明涉及布置在图1中所示的传输线路中相应的位置A处的继电器A。

【39】根据标准的典型距离保护，故障回路阻抗Z _relay取决于故障回路电压V _relay和故障回路电流I _relay，根据电流故障类型，都分别包括由继电器A对相电压或相电流的测量(参见表1)：

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{relay}}=\frac{{\underset{\‾}{V}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}=R_{\mathrm{relay}}+j{X}_{\mathrm{relay}}---\left(1\right)$

表1.不同故障类型的继电信号组成

【40】如果存在固性故障，即不包括故障电阻的故障，因此取R_F≈0，则根据公式(1)确定的故障回路阻抗Z _relay为到故障的距离d的直接测量，其中d优选以p.u.给出：

Z _relay＝d·Z _1L    如果：R_F≈0                    (2)，

其中：

Z _1L＝R_1L+jX_1L为图1中线路AB对于正序的阻抗。

【41】在电阻性故障情况下，即故障包括具有不可忽略的值的故障电阻，因此取R_F≠0，根据公式(1)确定的故障回路阻抗Z _relay不再是到故障的距离d的直接测量。公式(2)在此处不可用。替代的所述故障回路为下述公式：

V _relay-d·Z _1L I _relay-R_F I _F＝0                        (3)

其中：

I _F为总的故障电流，也称作故障路径电流，其由电流I _A和I _B得到，所述电流I _A由继电点A流动，所述电流I _B从远程端部B馈入故障，如图1所示。

【42】将公式(3)两边都除以继电电流I _relay，得到下述阻抗公式：

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{relay}}-d\·{\underset{\‾}{Z}}_{1L}-R_F\frac{{\underset{\‾}{I}}_F}{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}=0---\left(4\right),$

或下面的可选形式：

Z _relay-d·Z _1L-ΔZ＝0                                  (5)

其中：

ΔZ为由电阻性故障导致的远程端部馈入效应所引致的阻抗变动。

【43】引入故障电流分布因数k _F，其为下列比值：

${\underset{\‾}{k}}_F=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{I}}_F}---\left(6\right),$

公式(4)可写为：

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{relay}}-d\·{\underset{\‾}{Z}}_{1L}-\frac{R_F}{{\underset{\‾}{k}}_F}=0---\left(7\right).$

【44】将故障电流分布因数k _F的极坐标形式代入公式(7)，得到：

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{relay}}-d\·{\underset{\‾}{Z}}_{1L}-\frac{R_F}{k_F\·e^{\mathrm{j\γ}}}=0---\left(8\right),$

其中：

k_F为故障电流分布因数的绝对值，k_F＝|k _F|，且γ为故障电流分布因数的角度，γ＝angle(k _F)。

【45】公式(8)的可替换形式如下：

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{relay}}-d\·{\underset{\‾}{Z}}_{1L}-\left(\frac{R_F}{k_F}\right)\·(\cos \left(\mathrm{\γ}\right)-j\sin \left(\mathrm{\γ}\right))=0---\left(9\right).$

【46】考虑到项为实数，这是因为故障电阻R_F和故障电流分布因数的绝对值k_F都是实数，公式(9)可以分解为实数部分和虚数部分：

$R_{\mathrm{relay}}-d\·R_{1L}-\left(\frac{R_F}{k_F}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)=0---\left(10\right),$

$X_{\mathrm{relay}}-d\·X_{1L}+\left(\frac{R_F}{k_F}\right)\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)=0---\left(11\right).$

【47】然后，用sin(γ)乘以公式(10)，用cos(γ)乘以公式(11)。将结果相加，从而消去

因此，到故障的距离d可以根据下面简单的公式确定：

$d=\frac{R_{\mathrm{relay}}\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{\mathrm{relay}}\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}{R_{1L}\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}---\left(12\right).$

【48】所得到的公式(12)用于确定对远程端部馈入效应的补偿，当故障靠近第一保护区域的边界时，该效应可导致距离继电器的欠范围和/或过范围，并且还可以减慢距离继电器的跳闸。为了克服传统距离继电器的这些特点，建议对远程端部馈入效应进行补偿。

远程端部馈入效应的补偿方法

【49】在所提出的自适应距离保护中，引入了对远程端部馈入效应的自适应。结合距离继电器的MHO阻抗特性进一步介绍了该创新性的想法，其中像这种MHO阻抗特性通常是已知的，并且由R/X图中的圆表示，其圆周穿过原始的圆，如图2所示。然而，该方法还可用于距离继电器的阻抗特性的其他形状。

【50】在所提出的自适应距离继电器中，根据公式(1)来计算故障回路阻抗Z _relay的传统方式被保留。创新性在于所确定的故障回路阻抗Z _relay同阻抗特性MHO_adapt相比较，参见图2，其是通过将原始特性MHO移动特定的变动阻抗而得到，根据公式(5)，可以表示为：

ΔZ＝ΔR+jΔX＝Z _relay-dZ _1L                            (13)。

【51】公式(13)还可以改写为下述形式：

ΔZ＝ΔR+jΔX＝(R_relay-dR_1L)+j(X_relay-dX_1L)           (14)。

【52】将公式(12)代入公式(14)，得到电阻特性的变动：

$\mathrm{\ΔR}=R_{\mathrm{relay}}-d{R}_{1L}=R_{\mathrm{relay}}-\frac{R_{\mathrm{relay}}\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{\mathrm{relay}}\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}{R_{1L}\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}{R}_{1L}=\frac{R_{\mathrm{relay}}{X}_{1L}-R_{1L}{X}_{\mathrm{relay}}}{R_{1L}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}}---\left(15\right)$

以及电抗特性的变动：

$\mathrm{\ΔX}=X_{\mathrm{relay}}-d{X}_{1L}=X_{\mathrm{relay}}-\frac{R_{\mathrm{relay}}\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{\mathrm{relay}}\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}{R_{1L}\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}\cos \left(\mathrm{\γ}\right)}{X}_{1L}$

$\mathrm{\ΔX}=\frac{-(R_{\mathrm{relay}}{X}_{1L}-R_{1L}{X}_{\mathrm{relay}})}{R_{1L}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)---\left(16\right).$

【53】考虑公式(15)和(16)，为了获得自适应特性的MHO_adapt所需的原始阻抗特性MHO的阻抗变动等于：

$\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{Z}=\frac{R_{\mathrm{relay}}{X}_{1L}-R_{1L}{X}_{\mathrm{relay}}}{R_{1L}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}}(1-j\·\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right))---\left(17\right).$

【54】这意味着所需阻抗变动(17)取决于：

-线路的对于正序的电阻R_1L和电抗X_1L，

-由继电器测得的故障回路电阻R_relay和故障回路电抗X_relay，

-故障电流分布因数k _F的角γ。

【55】由于tg(γ)的值取决于公式(6)，在公式(6)中包含有总的故障电流I _F，且仅使用本地测量无法对总的故障电流I _F进行测量，因此tg(γ)的值是未知的。

【56】补偿远程馈入效应的最简单方法是通过假设故障电流分布因数k _F的角γ为零进行，从而使得tg(γ)＝0。在此情况下，所需的阻抗特性的变动等于：

$\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{Z}(\mathrm{\γ}=0)=(R_{\mathrm{relay}}-\frac{X_{\mathrm{relay}}}{X_{1L}}{R}_{1L})+j\·0---\left(18\right).$

【57】这意味着，如果可以假设简化tg(γ)＝0，即如果故障电流分布因数k _F的角γ接近于零，则为了补偿远程馈入效应，距离继电器的阻抗特性MHO仅需针对由公式(18)确定的电阻进行变动。

【58】一般而言，即没有假设简化tg(γ)＝0，为了将tg(γ)的值代入公式(17)，不得不确定tg(γ)的值：

$\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)=\frac{\mathrm{imag}\left({\underset{\‾}{k}}_F\right)}{\mathrm{real}\left({\underset{\‾}{k}}_F\right)}---\left(19\right)$

其中： ${\underset{\‾}{k}}_F=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{I}}_F}$ 且γ＝angle(k _F)。

【59】总的故障电流I _F包括从线路两侧流向故障点F的电流(见图1)：

I _F＝I _A+I _B                                      (20)。

【60】当在线路两侧提供同步测量和在线路端部之间提供高速通信，用于将远程电流传输至距离继电器的情况下，根据公式(20)的总故障电流可简单的确定，并且随后通过公式(19)计算tg(γ)。这允许确定所需的阻抗特性的阻抗变动(17)，用于补偿远程端部馈入效应。

【61】公式(20)指出，总的故障电流I _F可通过使用在传输线路两端同步测量的电流来确定。这种测量可由差动继电器执行以用于使用。由于现代保护终端中，差动继电器和距离继电器一起用于电力传输线路，这些测量，即在所述传输线路两端同步测量的电流，也可容易用于执行自适应距离保护。这是本发明的主题。然而，这里提出的解决方案不是公式(20)的直接应用。

【62】当考虑到应用电流的同步双端测量以确定总的故障电流I _F时，值得注意的是在忽略传输线路的旁路电容的情况下，公式(20)是正确的。在线路长度超过某些阈值的情况下，该阈值可以是例如150km，在根据公式(20)确定总的故障电流时，忽略旁路电容可导致无法接受的错误。因此，在确定总的故障电流I _F，即流过故障路径电阻R_F的电流时，为了最小化旁路电容的影响，建议要明确确定该电流。在将来自两端的三相电流分解为它们的对称成分，并且在随后使用有利的成分之后，总的故障电流I _F得以确定，而不是直接使用公式(20)，在其中将来自两端的故障相的电流相加。有利是指可以最小化旁路电容影响的成分。

确定总的故障电流I _F的基础

【63】建议使用下述公式形式的通用故障模型，来确定总的故障电流I _F：

I _F＝a _F1 I _F1+a _F2 I _F2+a _F0 I _F0                        (21)

其中：

I _F1、I _F2、I _F0为总的故障电流的对称成分，且其中第二个下标含义分别为：1-正序、2-负序、0-零序；

a _F1、a _F2、a _F0为分摊系数，依赖于根据表1、2和3的故障类型。

【64】通过将来自线路终端的电流的各自的序的成分相加来确定总的故障电流I _F的特定序的成分。在下述公式的右手侧，第一个下标表示终端A或B，而第二个下标表示序的成分，1为正序的成分、2为负序的成分、0为零序的成分：

I _F1＝I _A1+I _B1                                   (22)，

I _F2＝I _A2+I _B2                                   (23)，

I _F0＝I _A0+I _B0                                   (24)。

【65】可选择地，可使用叠加增加的正序电流ΔI _A1和ΔI _B1来确定总的故障电流I _F的正序成分I _F1，其中术语增加的表示从故障后的值中减去故障前的值：

I _F1＝ΔI _A1+ΔI _B1                               (25)。

【66】为了根据公式(21)来确定总的故障电流I _F，根据公式(22)已知使用来自线路终端的正序电流I _A1和I _B1，会受到故障前负载流量的影响。因此，在使用正序电流I _A1和I _B1的情况下，故障位置准确性恶化，如果涉及高故障阻抗则更加显著。相反地，根据公式(23)至(25)，使用负序成分和零序成分和叠加的正序成分有利于保证确定总的故障电流I _F的高准确性。作为结果，给出了用于所测量电流的特定序的成分使用的下述优先级：

●【67】对相接地故障和相间故障：

叠加正序成分ΔI _A1和ΔI _B1使用表2，

●【68】对相间接地故障：

叠加正序成分ΔI _A1和ΔI _B1和负序成分I _A2和I _B2使用表3，

●【69】对三相对称故障：

叠加正序成分ΔI _A1和ΔI _B1使用表4。

相接地故障和相间故障的总故障电流I _F的确定

【70】通过考虑本节所考虑的故障的边界条件，可以确定公式(21)的分配系数a _F1、a _F2、a _F0，所述故障为相接地故障和相间故障。然而，其具有一定的自由度。在许多可能性中，负序和零序的分摊系数选择为a _F2＝a _F0＝0，参见表2。这保证了只有叠加的正序成分ΔI _A1和ΔI _B1被用于确定总的故障电流I _F：

I _F＝a _F1 I _F1                                   (26)

其中：a _F1根据表2进行设置，I _F1根据公式(25)确定。

表2.相接地故障和相间故障-推荐的分摊系数集。

相间接地故障的总的故障电流I _F的确定

【71】在ph1-ph2-g故障情况下，其中ph1和ph2每个表示相a、b或c中的一个，在所考虑的相间故障回路中流动的总的故障电流I _F等于故障相ph1和ph2的故障点F处的相故障电流I _{F_ph1}和I _{F_ph2}的差：

I _F＝I _{F_ph1}-I _{F_ph2}                                (27)

【72】将公式(27)分解为对称成分，并考虑用于特定序的成分的使用所推荐的优先级，即，使用叠加的正序成分和负序成分，得到：

I _F＝a _F1 I _F1+a _F2 I _F2+a _F0 I _F0                         (28)，

其中，所述分摊系数为：

a _F1如表3，a _F2如表2，a _F0＝0，并且其中I _F1由公式(25)限定，I _F2由公式(23)限定。

表3.相间接地故障-推荐的分摊系数集。

故障	a F1	a F2	a F0
				a-b-g	1-a 2	1-a	0
b-c-g	a 2-a	a-a 2	0
				c-a-g	a-1	a 2-1	0

对三相平衡故障的总的故障电流I _F的确定

【73】在三相平衡故障的情况下，对各自的相间故障回路，通常为‘a-b’回路，加以考虑。因此，零序的分摊系数a _F0等于零，a _F0＝0。对于负序，得到非零的分摊系数a _F2，如表4所示。然而，由于缺少可应用于三相平衡故障的负序成分，该系数的值并不重要，即可以假设为等于零。因此，最终，三相平衡故障的总的故障电流I _F等于：

I _F＝a _F1 I _F1+a _F2 I _F2+a _F0 I _F0                     (29)，

其中，所得到的系数为：

a _F1＝1-a ²，  a _F2＝0，  和  a _F0＝0

并且其中

I _F1由公式(25)所限定。

表4.三相平衡故障-推荐的分摊系数集。

【74】下面示出了根据公式(19)确定tg(γ)值的一种替代方式。

【75】确定tg(γ)值的一种替代方式依赖于对故障电流分布因数k _F加以考虑，并由该因数虚部和实部的比值来计算tg(γ)：

$\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)=\frac{\mathrm{imag}\left({\underset{\‾}{k}}_F(d\right)}{\mathrm{real}\left({\underset{\‾}{k}}_F\left(d\right)\right)}---\left(30\right).$

【76】所述故障电流分布因数k _F可表达为如下：

${\underset{\‾}{k}}_F\left(d\right)=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{a}}_{F1}{\underset{\‾}{I}}_{F1}+{\underset{\‾}{a}}_{F2}{\underset{\‾}{I}}_{F2}}=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{a}}_{F1}\frac{{\underset{\‾}{M}}_1}{{\underset{\‾}{K}}_{1}d+{\underset{\‾}{L}}_1}\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{I}}_{A1}+{\underset{\‾}{a}}_{F2}\frac{{\underset{\‾}{M}}_1}{{\underset{\‾}{K}}_{1}d+{\underset{\‾}{L}}_1}{\underset{\‾}{I}}_{A2}}---\left(31\right)$

其中：

ΔI _A1、I _A2为在继电器点A处电流的增加的正序和负序成分，

M ₁＝Z _1SA+Z _1SB+Z _1L，包括在各自继电器处的本地电源阻抗Z _1SA和Z _1SB，

K ₁＝-Z _1L，

L ₁＝Z _1SB+Z _1L且

a _F1、a _F2为分摊系数，根据表5，所述分摊系数取决于故障类型。

表5.根据公式(31)的分摊系数

【77】在公式(31)中，通过避免零序量，导出单线路情况的故障电流分布因数k _F。其还考虑到传输网络的正序阻抗和负序阻抗相同。

【78】根据公式(31)，所述故障电流分布因数k _F可进一步写为下述形式：

${\underset{\‾}{k}}_F\left(d\right)=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{h}}_1\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{I}}_{A1}+{\underset{\‾}{h}}_2{\underset{\‾}{I}}_{A2}}\underset{\‾}{q}\left(d\right)---\left(32\right),$

其中：

h ₁＝a _F1 M ₁＝a _F1(Z _1SA+Z _1SB+Z _1L)，

h ₂＝a _F2 M ₁＝a _F2(Z _1SA+Z _1SB+Z _1L)且

q(d)＝K ₁d+L ₁＝-Z _1Ld+Z _1SB+Z _1L

【79】为了根据公式(17)并考虑公式(30)和(32)来计算所需的自适应变动ΔZ，需要知道网络的阻抗参数。为了此目的，继电器A测量本地电源阻抗Z _1SA，而远程电源阻抗Z _1SB的信息从继电器的存储器取出，在每个线路故障后，通过经通信信道发送实际测量的远程电源阻抗值Z _1SB而更新该信息。系数q(d)依赖于到故障的距离d，其实际上是未知的，并且因此距离保护的第一区域的相应于起始值d_i＝0，中间值d_i＝0.425p.u.和结束值d_i＝0.85p.u.的所述距离的三个特定值被替换。然后，确认它们中的哪一个最接近真实值。因此，故障电流分布因数可以表示为：

${\underset{\‾}{k}}_F\left(d_i\right)=\frac{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{relay}}}{{\underset{\‾}{h}}_1\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{I}}_{A1}+{\underset{\‾}{h}}_2{\underset{\‾}{I}}_{A2}}\underset{\‾}{q}\left(d_i\right)---\left(33\right),$

其中：

d_i＝0或

d_i＝0.425p.u.或

d_i＝0.85p.u.。

【80】因此，存在三种特定的阻抗特性变动ΔZ _i，对其进行了考虑，并且最后，经过某种检查，使用其中的一种。

使用所提出的方法保证了距离继电器的阻抗特性对实际故障情况的自适应，并且因此改进了继电器操作。

Claims (9)

1.一种方法，所述方法用于在确定三相电力传输线路上到电阻性故障的距离(d)的过程中，在距离保护继电器中补偿远程线路端部馈入效应，其中故障电流(I _F)流经故障电阻(R_F)，所述方法包括步骤

-通过将故障回路电压(V _relay)除以在传输线路的一端(A)测量的故障回路电流(I _relay)，来计算故障回路阻抗(Z _relay)，其中所述故障回路电压(V _relay)包括故障中所涉及相的各自的相电压(V _ph1，V _ph2，V _ph3)且所述故障回路电流(I _relay)包括故障中所涉及相的各自的相电流(I _ph1，I _ph2，I _ph3)，

其特征在于

-根据故障回路阻抗(Z _relay)、传输线路对于正向电流序的阻抗(Z _1L)和复数故障电流分布因数(k _F)的相角(γ)来确定故障回路阻抗的变动(ΔZ)，根据公式

$\mathrm{\Δ}\underset{\‾}{Z}=\frac{R_{\mathrm{relay}}{X}_{1L}-R_{1L}{X}_{\mathrm{relay}}}{R_{1L}\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)+X_{1L}}(1-j\·\mathrm{tg}\left(\mathrm{\γ}\right)),$

其中Z _relay＝R_relay+jX_relay，Z_1L＝R_1L+jX_1L且其中所述故障电流分布因数(k _F)为所述故障回路电流(I _relay)与所述故障电流(I _F)的比值，

-通过从所述故障回路阻抗(Z _relay)中减去阻抗变动(ΔZ)，并将所得结果除以传输线路对于正向电流序的阻抗(Z _1L)，以确定到故障的距离(d)。

2.根据权利要求1的方法，其中假设复数故障电流分布因数(k _F)的相角(γ)为零值。

3.根据权利要求1的方法，其中所述复数故障电流分布因数(k _F)的相角(γ)由所述故障回路电流(I _relay)和所述故障电流(I _F)计算得到，其中故障电流(I _F)是根据在传输线路两端(A和B)同步测量的电流来确定的，其中

●在相接地故障、相间故障或三相平衡故障情况下，使用传输线路两端(A和B)的增加的正序电流成分(ΔI _A1，ΔI _B1)来确定故障电流(I _F)，或

●在相间接地故障情况下，使用传输线路两端(A，B)的增加的正序电流成分(ΔI _A1，ΔI _B1)和负序电流成分(I _A2，I _B2)来确定故障电流(I _F)。

4.根据权利要求3的方法，其中故障电流(I _F)由以下方式确定：

●在相接地故障、相间故障或三相平衡故障情况下，根据第一分摊系数(a _F1)与增加的正序电流成分(ΔI _A1，ΔI _B1)之和的积，来确定故障电流(I _F)，其中第一分摊系数(a _F1)的值依赖于故障中所涉及的一个或多个相，或者

●在相间接地故障情况下，根据两个乘积的和来确定故障电流(I _F)，其中两个乘积中的一个为第一分摊系数(a _F1)乘以增加的正序电流成分(ΔI _A1，ΔI _B1)之和，而其中两个乘积中的另一个为第二分摊系数(a _F2)乘以负序电流成分(I _A2，I _B2)之和，其中第一和第二分摊系数(a _F1，a _F2)的值依赖于故障中所涉及的相。

5.根据权利要求1的方法，其中对于三个不同的、预定的线路距离(d_i)，根据故障回路电流(I _relay)和故障电流(I _F)来计算复数故障电流分布因数(k _F)的相角(γ)，其中所述故障电流(I _F)由下述方式确定：

●在相接地故障或相间故障情况下，使用传输线路的阻抗参数(Z _1L，Z _1SA、Z _1SB)、所述故障回路电流(I _relay)和所述传输线路一端(A)的负序电流成分(I _A2)，或者

●在三相故障或相间接地故障情况下，使用所述传输线路的阻抗参数(Z _1L，Z _1SA、Z _1SB)、所述故障回路电流(I _relay)、所述传输线路一端(A)的负序电流成分(I _A2)和所述传输线路一端(A)的增加的正序电流成分(ΔI _A1)

且其中所得到的三个相角(γ_i)用于确定三个阻抗变动(ΔZ_i)和三个相应的到故障的可能距离(d_pi)，其中选择三个到故障的可能距离(d_pi)中最接近到故障的参考距离(d_ref)的一个作为到故障的距离(d)，所述到故障的参考距离(d_ref)计算为故障回路阻抗(Z _relay)和传输线路对正向电流序的阻抗(Z _1L)的商。

6.根据权利要求5的方法，其中所述故障电流(I _F)由下述方式确定：

●在相接地故障或相间故障情况下，使用公式

${\underset{\‾}{I}}_F\left(d_i\right)=\frac{{\underset{\‾}{a}}_{F2}\·({\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SA}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SB}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1L})\·{\underset{\‾}{I}}_{A2}}{(-{\underset{\‾}{Z}}_{1L}\·d_i+{\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SB}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1L})}$ 或

●在三相故障或相间接地故障情况下，使用公式

${\underset{\‾}{I}}_F\left(d_i\right)=\frac{{\underset{\‾}{a}}_{F1}\·({\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SA}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SB}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1L})\·\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{I}}_{A1}+{\underset{\‾}{a}}_{F2}\·({\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SA}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SB}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1L})\·{\underset{\‾}{I}}_{A2}}{(-{\underset{\‾}{Z}}_{1L}\·d_i+{\underset{\‾}{Z}}_{1\mathrm{SB}}+{\underset{\‾}{Z}}_{1L})},$

●其中

○第一分摊系数a _F1和第二分摊系数a _F2的值依赖于故障中所涉及的相，

○Z _1L为传输线路对于正向电流序的阻抗

○Z _1SA为传输线路一端(A)的本地电源阻抗，

○Z _1SB为传输线路另一端(B)的远程电源阻抗，以及。

7.根据权利要求5或6之一的方法，其中通过通信信道将远程电源阻抗值(Z _1SB)传送到传输线路的一端(A)。

8.一种自适应距离保护继电器，包括执行至少权利要求1至7中任一项的步骤的装置。

9.一种包含有计算机程序代码的计算机程序，当在计算设备中执行时，其实现根据权利要求1-7任一项的方法的步骤。

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