CN101478147A - 零序综合阻抗纵联保护判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统继电保护领域，公开了一种零序综合阻抗纵联保护判定方法，该方法可以检测线路上是否有接地故障。包括在被保护线路段的两侧设有第一保护装置和第二保护装置，两保护装置之间具有通信信道，通过计算本侧零序电压相量 _m0、零序电流相量

_m0，并通过通信信道取得对侧同时刻的零序电压相量 _n0、零序电流相量

_n0，然后计算出零序综合阻抗Z_cd0，Z_cd0＝ _cd0/

_cd0，其中 _cd0＝ _m0+ _n0，

_cd0＝

_m0+

_n0，根据零序综合阻抗模值与定值的大小关系来区分被保护线路内是否有接地故障存在。

Description

零序综合阻抗纵联保护判定方法

(一)、技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域的电力系统线路纵联保护判定方法，具体涉及一种零序综合阻抗纵联保护判定方法。

(二)、背景技术

线路光纤电流差动保护已广泛应用于电力系统中。但受电容电流的影响，电流差动保护的灵敏度较低。也有文献提出了一些新的差动保护原理，如基于故障分量综合阻抗的线路纵联保护原理，在发生区内故障时，故障分量综合阻抗反映系统和线路阻抗，数值较小；在发生区外故障时，故障分量综合阻抗反映线路容抗，数值较大，该原理据此区分线路上是否有故障。该原理本身具备选相功能，适用于各种类型的故障，适合用于高压及超高压线路。但故障分量综合阻抗的计算结果同时受接地电容和相间电容的影响，对于发生区内故障时的健全相，随故障类型和故障点的不同，故障分量综合阻抗的计算结果有较大的变化。为保证可靠性，整定时需取较低的阻抗定值，这限制了该原理的灵敏度，且故障分量仅能短期使用。

随着国民经济的发展，在城市电网中，高压电缆的使用趋于广泛，具备较大的电容电流，限制了电流差动保护原理的性能。而电网越来越紧密，三相重合闸的使用越来越广泛，在这种场合下，不具备选相能力的保护方法就成为重要的研究方向。

(三)、发明内容

本发明旨在提供一种零序综合阻抗纵联保护判定方法，用以克服现有保护判定方法的缺陷。所要解决的技术问题是：通过计算零序综合阻抗，根据零序综合阻抗模值的大小区分线路上是否有故障，从而控制保护装置的动作。

本发明所采用的技术方案如下：

一种零序综合阻抗纵联保护判定方法，其特征在于：在被保护线路段的两侧分别设有第一保护装置和第二保护装置，两装置之间通过通信信道交换数据，首先，第一保护装置采集本侧三相电压和电流值，计算本侧零序电压相量

零序电流相量

并通过通信信道，获取第二保护装置提供的对侧同时刻的零序电压相量

和电流相量

其次，根据本侧和对侧同时刻的零序电压相量和电流相量，计算零序综合阻抗Z_cd0， $Z_{\mathrm{cd}0}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{cd}0}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}0}},$ 其中 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\·}{U}}_{m0}+{\stackrel{\·}{U}}_{n0},$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\·}{I}}_{m0}+{\stackrel{\·}{I}}_{n0};$

最后，进行判定，如果|Z_cd0|<Z_set，Z_set为阻抗定值，且 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}\right|>I_{\mathrm{set}},$ I_set为电流定值，则确定该线路段内发生了接地故障，第一保护装置动作。

所述阻抗定值Z_set的整定原则为：Z_set＝(0.5-0.6)×|Z_c0|，Z_c0为2倍的全线零序容抗；所述电流定值I_set的整定原则为：I_set＝0.2-0.5I_n，I_n是线路本侧电流互感器二次额定值。

同理，线路对侧的第二保护装置类似的执行上述步骤，然后产生动作。

本发明的积极效果在于：零序综合阻抗Z_cd0为线路段两侧的零序电压相量和与零序电流相量和的比值。通过计算零序综合阻抗，根据零序综合阻抗模值的大小来区分线路段内是否有接地故障。在发生区内接地故障时，零序综合阻抗反映系统和线路的零序阻抗，数值较小；在发生区外接地故障时，零序综合阻抗仅反映线路零序容抗，数值较大，该原理据此区分线路上是否有接地故障。在区外接地故障时，该原理仅反映零序容抗，数值较大，且计算结果稳定。该判据不需要对电容电流进行补偿，不受过渡电阻的影响，可以在故障后长期使用。灵敏度高。本方法不具备选相功能，可以直接应用在不要求选相跳闸的线路。

(四)、附图说明

图1是第一、第二保护装置连接图。

图2是mn段线路发生内部接地故障时的零序网络图。

图3是mn段线路发生外部接地故障时的零序网络图。

图4是本发明的逻辑判断框图，图中“&”代表“与”，“+”代表“或”，只有在满足逻辑框图所示逻辑条件时判断为线路内部接地故障，发出跳闸指令。

(五)、具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为了保护线路段mn，在其m侧和n侧分别设置有线路保护装置m、n。线路的保护装置具有数据处理功能和通信功能，能够采样本侧的三相电压和电流，控制本侧的执行机构。线路的保护装置m、n通过光纤通信。以线路保护装置m为例，线路段m侧即为本侧，线路段n侧即为对侧，线路保护装置m采样本侧的三相电压和电流，计算出本侧的零序电压和电流，同时通过光纤信道获取同时刻对侧的零序电压和零序电流，然后进行数据处理来控制本侧的执行机构。线路保护装置n保护原理与控制同线路保护装置m。

图2为mn段线路内部接地故障时零序网络图，即为双侧电源供电模型在线路上F点发生接地故障时的零序网络图，线路采用∏型等值电路模型。图中，Z_m0、z_n0为线路两侧零序系统阻抗，Z_lm0、Z_ln0分别为故障点两端的线路零序阻抗，Z_C0为两倍的线路零序容抗，为F点的零序电势，

为流过故障支路的零序电流，R_F为过渡电阻，和分别为线路m、n处的零序电压和电流，零序综合阻抗为： $Z_{\mathrm{cd}0}=\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{cd}0}}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}},$ 其中 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0};$ ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{n0}.$

当mn段线路内发生接地故障时，相对于零序差动电流，线路零序电容中流过的电流是很小的，因此，下面分析中，忽略了电容的影响。定义故障点两侧的阻抗分别为Z₁＝z_m0+Z_lm0，Z₂＝z_n0+Z_ln0，则：

${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{F0}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{F0}/(R_F+Z_1//Z_2),$

${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{F0}\&times;\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\&times;Z_{m0}$

${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{F0}\&times;\frac{Z_1}{Z_1+Z_2}\&times;Z_{n0},$

${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{n0}=-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{F0}$

可以得出，零序综合阻抗 $Z_{\mathrm{cd}0}=\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0}}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}}=-\frac{Z_2\&times;Z_{m0}+Z_1\&times;Z_{n0}}{Z_1+Z_2}$

在高压系统中，电源阻抗和线路阻抗的阻抗角都接近90°，设Z₁、Z₂、Z_m0、Z_n0的阻抗角近似相等，且因Z_m0<z₁、Z_n0<Z₂，如将上式中的Z_m0取值为Z₁，Z_n0取值为Z₂，可以得到Z_cd0的上限，即

Z_cd0<2Z₁Z₂/(Z₁+Z₂)，Z_cd0<2×(Z₁//Z₂)，Z_cd0<min{2Z₁，2Z₂}

即当线路上发生保护区内部(mn段线路内)接地故障时，相对应的零序综合阻抗的Z_cd0反映了零序电源阻抗及零序线路阻抗，其模值较小，而且它与过渡电阻的大小无关。

图3为发生mn段线路外部接地故障时的短路附加状态图，图中

分别为流过线路两端零序电容的电流。

零序差动电流为： ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{n0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{mc}}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{nc}}=\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}}{Z_{c0}}+\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0}}{Z_{c0}}$

零序综合阻抗为： $Z_{\mathrm{cd}0}=({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0})/{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}=Z_{c0}$

即保护区外部(mn段线路外部)接地故障时，Z_cd0和Z_c0相等，相对于零序系统电源阻抗和零序线路阻抗，它是一个较大的数值。

从上面的分析可知，当线路上发生保护区外部接地故障时，|z_cd0|在理论上等于|Z_c0|。发生保护区内部接地故障时，相对应的|Z_cd0|反映系统电源零序阻抗及线路零序阻抗，远小于|Z_c0|。因此，根据|Z_cd0|的大小可以来区分线路保护区内部、外部接地故障，而且在原理上不受过渡电阻的影响，不需要对电容电流进行补偿。

综上所述，本发明判据为：

Z_set为阻抗定值，I_set为电流定值。根据前面的理论分析，当被保护线路段区外发生接地故障时，对应的零序综合阻抗为线路的零序电容阻抗，数值较大；而当线路上发生接地故障时，对应的零序综合阻抗与系统零序阻抗和线路零序阻抗处于同一个数量级，相对于线路零序容抗，它的数值较小。当将Z_set的整定范围取为(0.5-0.6)×|Z_c0|时，当被保护线路上没有故障时，该判据不会误动，当被保护线路上有接地故障时，该判据可以可靠动作。因此，本发明中的阻抗定值Z_set的整定原则可以确定为：Z_set＝(0.5-0.6)×|Z_c0|。

是零序差动电流，在系统正常运行时，

理论上为零，I_set为电流定值。一般I_set可取0.2I_n-0.5I_n，I_n是线路电流互感器二次额定值。

参照图4，如果

说明线路上存在接地故障，保护跳闸。

Claims (2)

1、一种零序综合阻抗纵联保护判定方法，其特征在于：在被保护线路段的两侧分别设有第一保护装置和第二保护装置，两装置之间通过通信信道交换数据，首先，第一保护装置采集本侧三相电压和电流值，计算本侧零序电压相量

零序电流相量

并通过通信信道，获取第二保护装置提供的对侧同时刻的零序电压相量和电流相量

其次，根据本侧和对侧同时刻的零序电压相量和电流相量，计算零序综合阻抗Z_cd0， $Z_{\mathrm{cd}0}=\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{cd}0}}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}},$ 其中 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{n0},$ ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{m0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{n0};$

最后，进行判定，如果|Z_cd0|<Z_set，Z_set为阻抗定值，且 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{cd}0}\right|>I_{\mathrm{set}},$ I_set为电流定值，则确定该线路段内发生了接地故障，第一保护装置动作。

2、根据权利要求1所述的零序综合阻抗纵联保护判定方法，其特征在于，所述阻抗定值Z_set的整定原则为：Z_set＝(0.5-0.6)×|Z_c0|，Z_c0为2倍的全线零序容抗；所述电流定值I_set的整定原则为：I_set＝0.2-0.5I_n，I_n是线路本侧电流互感器二次额定值。

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