CN101388544A - 稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法 - Google Patents

Abstract

稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法，以如下步骤：(1)跨线故障判别准备；(2)双回线同名相跨线接地故障判别方法：整组内重合闸之前，若本线和邻线均发生某一同名单相故障，则可立即判断为双回线区内同名相跨线接地故障；(3)双回线异名相跨线故障判别方法：本线相间故障跳单相且邻线单相故障跳单相，则可立即判断为本线区内异名相跨线接地故障；(4)双回线单相跨多相故障判别方法：本线某一相单瞬判出且邻线相间故障，则可立即判断为双回线区内发生单相跨多相故障；(5)双回线多相跨多相故障判别方法：若本线和邻线均发生相间故障，则可立即判断为双回线区内多相跨多相故障。

Description

稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法

一、技术领域

本发明涉及应用线路距离保护原理进行双回线跨线故障判别的方法，应用于安全稳定控制系统中对高压交流输电系统发生双回线跨线故障类型的判别。

二、背景技术

目前安全稳定控制系统解决电力系统的暂态稳定问题的方法是依靠自身对于系统所发生的故障跳闸和无故障跳闸的识别，依照既定的策略切机切负荷，从而保障系统稳定。在此情况下，可靠地识别系统的故障类型直接影响到安全稳定控制系统所执行的策略。

目前电力系统安全稳定控制装置当中，现有线路故障判别判据都是针对单线故障类型进行判别，对于双回线的跨线故障类型判别缺乏专门的判据，在双回线输电系统中，只能对双回线分别进行判别(即当做两条单线对待)，而实际系统中双回线的跨线故障对于系统冲击造成的暂态稳定问题可能比两条单线故障造成的暂态稳定问题要严重，目前的单线故障判别判据仅考虑本线的电气量特征，没有结合邻线的电气量特征，因此不能有效判出双回线跨线故障，导致切机切负荷不够，从而对系统的暂态稳定造成不良影响。

受线路征地困难影响，高电压输电线路建设双回线同塔共建已越来越普遍。稳定控制系统必须考虑同塔共建线路发生线跨线故障对系统稳定的影响，因此研究稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法具有广阔的实用意义。

●  现有利用距离元件原理进行单线线路故障判别实现方法可描述如下：

单线故障判别使用两段相间和两段接地距离继电器，继电器由正序电压极化，因而有较大的测量故障过渡电阻的能力；接地距离继电器设有零序电抗特性，可防止接地故障时继电器超越。

正序极化电压较高时，由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性；当正序电压下降至15％Un以下时，进入三相低压程序，由正序电压记忆量极化，I、II段距离继电器在动作前设置正的门坎，保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性；继电器动作后则改为反门坎，保证正方向三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。

距离元件主要包括以下部分，各部分特点和特性简要说明如下：

1.低压距离继电器

当三相短路时，正序电压小于15％Un时，进入低压距离程序。因三个相阻抗和三个相间阻抗性能一样，所以仅测量相阻抗。

低压距离继电器有明确的方向性，不可能误判方向；同时，距离继电器设置了考虑最大弧光压降的门坎电压，保证继电器动作后能保持到故障切除。

2. I、II段接地距离继电器

由正序电压极化的方向阻抗继电器和零序电抗继电器二部分结合，同时动作时，I、II段距离继电器动作，该距离继电器有很好的方向性，能测量很大的故障过渡电阻且不会超越。

距离I段：为了满足继电保护的速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛应用有三段动作范围的解体型时限特性，分别称为距离保护的I、II、III段。距离I段保护范围最短，不足线路全长，但动作时间最快；距离II段保护范围超出线路全长，动作时间要与I段配合，慢于I段动作时间；距离III段保护范围超出距离II段，动作时间要与II段配合，慢于II段动作时间。

3. I、II段相间距离继电器

由方向阻抗与电抗继电器二部分结合，增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。

4. I₀与I₂比相的选相元件

选相程序首先根据I₀与I_2A之间的相位关系，确定三个选相区之一，如图2.1。

当时选A区，时选B区，

时选C区。

图1所示，选相区域示意图，单相接地时，故障相的I₀与I₂同相位，A相接地时，I₀与I_2A同相，B相接地时，I₀与I_2A相差120°，C相接地时，I₀与I_2A相差240°。

两相接地时，I₀与I₂同相位，BC相间接地故障时，I₀与I_2A同相，CA相间接地故障时，I₀与I_2A相差120°，AB相间接地故障时，I₀与I_2A相差240°。

●  单线故障判别的原理说明如下：

1.单瞬判别(以A相为例，B、C相逻辑相同)

图2.单瞬判别逻辑图中，图2说明：距离I段动作且仅选出A相，可立即判断为本线区内A相单瞬故障，因此不需要延时，距离II段动作时且仅选出A相，需要专门的保护装置跳开故障相，本判据经短延时(100ms)后，判断故障相切除(有功功率低)则认为是本线区内A相单瞬故障。单瞬判出后产生两个标志作为其他故障类型判别的输入条件：单瞬延时置位标志(图中红色标识。单瞬故障后在重合闸之前置标志，逻辑图中取400ms，表示本线在整组内曾发生A相单瞬)、单瞬重合前有效标志(图中绿色标识。单瞬故障后置标志，在重合闸前返回，逻辑图中取1200ms)。

2.单永判别(以A相为例，B、C相逻辑相同)

图3单永判别逻辑图所示，单永判别逻辑图中：距离I段动作且仅选出A相，且整组内曾经发生同相的单瞬故障，则可立即判断为本线区内A相单永故障，因此不需要延时，距离II段动作且仅选出A相，需要专门的保护装置跳开三相，本判据经短延时(100ms)后，判断本线切除(有功功率低)且整组内曾经发生同相的单瞬故障，则认为是本线区内A相单永故障。

3.相间故障判别

图4相间故障判别逻辑图所示：距离I段动作且选相元件选出大于1个故障相别，则可立即判断为本线区内相间故障，因此不需要延时，距离II段动作且选相元件选出大于1个故障相别，需要专门的保护装置跳开三相，本判据经短延时(150ms)后，判断本线切除(有功功率低)，则认为是本线区内相间故障。

4.转换故障判别

图5转换故障判别逻辑图抽示：在整组内发生两相单瞬，则认为是本线区内转换故障。

5.单相故障跳三相判别

图6单相故障跳三相判别逻辑图所示：重合闸前发生单相故障且三相跳开(三相有功低)，并且此时无单永、相间、转换故障等，则认为是本线区内单相故障跳三相。

现有的单线故障判别方法在高压交流同杆并架双回线输电系统应用时碰到的问题：

对于单线故障，现有的故障判别方法可以有效识别各种故障类型，为安全稳定控制系统提供切机切负荷的依据；对于双回线跨线故障，目前应用的方法依然采用单相的故障判别，忽略了跨线故障对系统的暂态稳定冲击比单线故障更大，此时若依据双回线分别单线故障的策略切机切负荷可能会切除量不够，从而不利于系统的稳定。

三、发明内容

本发明的目的是：提供一种基于距离继电器保护原理的双回线跨线故障的判别方法，尤其是高压直流输电稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法，能够准确地判别双回线同名单相跨线故障、双回线异名单相跨线故障、双回线单相跨多相故障、双回线多相跨多相故障等各种双回线跨线故障类型。

本发明首次将利用距离保护原理对同杆并架双回线跨线故障类型进行判别，安全稳定控制装置可以依据本发明提供的方法判别结果制定相应策略进行切机切负荷，这样就解决了在跨线故障时原有单线判据可能造成切机切负荷量不够的问题，从而更有利于系统稳定。

本发明所提供的判别方法如下：稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法：

1.跨线故障判别准备

1-1、相间距离I段或II动作输出，并在100ms内

1-2、选相元件选取出故障相≥2，并在100ms内；并且选出故障相中有一相有功功率低；

1-3、本线处于投运状态；

上述三个条件全部满足，则相间动作单相跳开；

图7跨线故障判别准备判别逻辑图所示：相间距离段动作且选相元件选出大于1(逻辑图中2个)个故障相别且所选故障相中有一相有功功率低，则可立即判断为本线区内相间故障单相跳开。

2.双回线同名相跨线接地故障判别(以A相为例，B、C相逻辑相同)

图8双回线同名相跨线接地故障判别逻辑图所示：整组内重合闸之前，若本线和邻线均发生A相单瞬，则可立即判断为双回线区内同名相跨线接地故障。其中重合闸前有效的单瞬标志来自单相的故障判别逻辑。

双回线同名相跨线接地故障判别方法：整组内重合闸之前，若本线和邻线均发生某一同名单相故障，则可立即判断为双回线区内同名相跨线接地故障。

3.双回线异名相跨线故障判别

图9双回线异名相跨线故障判别逻辑图所示：本线相间故障跳单相且邻线单相故障跳单相，则可立即判断为本线区内异名相跨线接地故障；本线单瞬判出(重合闸前有效标志)且邻线异名相单瞬判出(重合闸前有效标志)，则可立即判断为双回线区内异名相跨线接地故障。

双回线异名相跨线故障判别方法：本线相间故障跳单相且邻线单相故障跳单相，则可立即判断为本线区内异名相跨线接地故障；在上述条件下，本线单瞬判出(重合闸前有效标志)且邻线异名相的一相单瞬判出(重合闸前有效标志)，则可立即判断为双回线区内异名相跨线接地故障。

4.双回线单相跨多相故障判别

图10双回线单相跨多相故障判别逻辑图所示：本线某一相单瞬判出(重合闸前有效标志)或本线发生相间故障跳单相(在100ms内有效)且邻线相间故障，则可立即判断为双回线区内发生单相跨多相故障；

相应的，邻线某一相单瞬判出(重合闸前有效标志)或邻线发生相间故障跳单相(在100ms内有效)且本线相间故障，则可立即判断为双回线区内发生单相跨多相故障。

5.双回线多相跨多相故障判别

图11双回线多相跨多相故障判别逻辑图所示：若本线和邻线均发生相间故障(100ms内有效)，则可立即判断为双回线区内多相跨多相故障。

重合闸前有效标志：该标志自逻辑条件满足后置位，经重合闸动作延时时间定值之后清零，称为重合闸前有效。

单瞬判出：“单线故障判别”中的“单瞬判别”逻辑满足称为单瞬判出，即单瞬逻辑条件满足。

本发明的有益效果是：首次将利用距离保护原理对同杆并架双回线跨线故障类型进行判别，不仅利用本线电气量特征，还结合了邻线的电气量特征，在双回线发生跨线故障时，对距离继电器的动作特性进行组合逻辑判断，不依赖外回路的接线，可以独立判出跨线故障类型，此结果可以结合既定的策略进行切机切负荷，可更有利于系统稳定。

四、附图说明

图1选相区域示意图、图2.单瞬判别逻辑图

图3单永判别逻辑图、图4相间故障判别逻辑图

图5转换故障判别逻辑图、图6单相故障跳三相判别逻辑图

图7是本发明跨线故障判别准备判别逻辑图

图8是本发明双回线同名相跨线接地故障判别逻辑图

图9是本发明双回线异名相跨线故障判别逻辑图

图10是本发明双回线单相跨多相故障判别逻辑图

图11是本发明双回线多相跨多相故障判别逻辑图

图12是本发明检测RTDS仿真的双回线单跨单跨线故障录波图(#1线C跨#2线C相故障)

图13是本发明检测RTDS仿真的双回线多跨多跨线故障录波图(#1线BC跨#2线AB相故障)

五、具体实施方式

实施的方式类似距离保护，需要用户依据实际线路参数对几个定值进行整定：

1)零序补偿K：

定值含义：距离元件定值。

整定原则： $K=\frac{Z_{0L}-Z_{1L}}{3Z_{1L}},$ 其中Z_0L和Z_1L分别为线路的零序和正序阻抗；建议采用实测值，如无实测值，则将计算值减去0.05作为整定值。

2)接地I段Z：

定值含义：距离元件定值，是接地距离I段的阻抗定值。

整定原则：按全线路阻抗的0.5～0.8倍整定，对于有互感的线路，应适当减小。采用二次值计算定值。

3)接地II段Z：

定值含义：距离元件定值，接地距离II段的阻抗定值。

整定原则：按段间配合的需要整定，对本线末端故障有灵敏度。对于双回线，需考虑零序互感，可按全线路阻抗的1.3～1.6倍整定。

4)相间I段Z：

定值含义：距离元件定值，相间距离I段的阻抗定值。

整定原则：按全线路阻抗的0.5～0.8倍整定。

5)相间II段Z：

定值含义：距离元件定值，相间距离II段的阻抗定值。

整定原则：按段间配合的需要整定，对本线末端和双回线邻线出口出故障有灵敏度。对于双回线，需考虑零序互感，可按全线路阻抗的1.3～1.6倍整定。

系统发生故障时，依据距离继电器的结果，依据本发明所提供方法，可判出双回线跨线故障类型。本发明所提供的判别方法已经在RTDS仿真系统中得到有效的验证。

Claims (1)

1、稳定控制系统用双回线跨线故障类型判别方法，其特征是以如下步骤：

(1)跨线故障判别准备，

(1-1)、相间距离保护I段或II段动作输出，并在100ms内，

(1-2)、选相元件选取出故障相≥2，并在100ms内；并且选出故障相中有一相的有功功率低；

(1-3)、本线处于投运状态；上述三个条件全部满足，则相间动作单相跳开；

(2)双回线同名相跨线接地故障判别方法：整组内重合闸之前，若本线和邻线均发生某一同名单相故障，则可立即判断为双回线区内同名相跨线接地故障；

(3)双回线异名相跨线故障判别方法：本线相间故障跳单相且邻线单相故障跳单相，则可立即判断为本线区内异名相跨线接地故障；本线单瞬判出(重合闸前有效标志)且邻线异名相单瞬判出(重合闸前有效标志)，则可立即判断为双回线区内异名相跨线接地故障；

在上述条件下，本线单瞬判出(重合闸前有效标志)且邻线异名相的一相单瞬判出(重合闸前有效标志)，则可立即判断为双回线区内异名相跨线接地故障；

(4)双回线单相跨多相故障判别方法：本线某一相单瞬判出(重合闸前有效标志)或本线发生相间故障跳单相(在100ms内有效)且邻线相间故障，则可立即判断为双回线区内发生单相跨多相故障；

相应的，邻线某一相单瞬判出(重合闸前有效标志)或邻线发生相间故障跳单相(在100ms内有效)且本线相间故障，则可立即判断为双回线区内发生单相跨多相故障；

(5)双回线多相跨多相故障判别方法：若本线和邻线均发生相间故障(100ms内有效)，则可立即判断为双回线区内多相跨多相故障。

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