CN101813736A - 同杆并架双回线的距离保护测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种同杆并架双回线的基于六相序阻抗的距离保护测量方法，它将两回线看成一个整体，由本侧的3个电压和两回线中的6个电流构成6个单相接地阻抗测量元件、6个相间阻抗测量元件和6个线间阻抗测量元件，一共18个测量阻抗，该距离保护测量方法的测量方程为

分别是Ⅰ、Ⅱ回线单位长度上A、B、C的压降，Z_S是线路自阻抗，Z_p是同一线的相间互阻抗，Z_M是线间互阻抗，L代表线路长度，

分别是指Ⅰ、Ⅱ回线中A、B、C相电流，δ为线间零序互感补偿系数。

Description

同杆并架双回线的距离保护测量方法

技术领域

本发明属于电学领域、具体涉及一种适用于同杆并架双回线路的新型距离保护测量方法。

背景技术

我国高速发展的经济对电能的需求日益加强，超高压、大容量和长距离的输电线路将成为今后电网建设的主流。同杆双回线由于具有节省出线走廊、输送容量大、投资少、见效快、可提高供电可靠性、运行维护简单等优点，能很好地适应现代电力系统可靠、经济、输电容量大等要求，所以得到了广泛的应用。

同杆双回或多回输电技术是涉及多领域、多学科的综合技术，它的广泛应用也在技术和经济上带来一些新的问题，从故障角度来看，同杆双回线路主要有以下两个特点：1)同杆双回线之间的距离较近，除每一回线上可能发生各种类型故障以外，两回线间也可能发生跨线故障；2)不但同一回线相间存在互感，而且双回线之间也有互感存在，且不同的运行方式下，双回线之间的互感变化很大，对故障电压和故障电流的影响也很大。由于以上特点，给双回线的保护配置也带来了一定的问题和困难。

将常规的单回线距离保护应用于同杆双回线中是一个比较理想的保护方案，由于只使用单回线单侧电气量，使保护构成简单可靠，有利于运行的安全性。邻线零序电流通过互感会对接地距离保护产生影响，使保护范围缩短或超越，但引入邻线零序电流作补偿也会带来其它问题，例如会使邻线健全相超越动作，因此并非所有实际应用的距离保护装置都引入了邻线零序电流补偿。有些学者提出了一种采用邻线零序电流补偿的方案，同时根据两回线的零序电流大小比较，来闭锁同名非故障相的邻线零序电流补偿措施。由于两回线零序电流随两侧系统、线路参数及故障点位置、故障种类有关，这种闭锁区不易确定。

可见，由于同杆双回线路的故障特殊性，所以在单回线上广泛应用的零序保护、距离保护等难以满足同杆双回线的要求。

发明内容

本发明的任务是提供一种同杆并架双回线的距离保护测量方法，以使距离保护在各种跨线故障下可以正确动作。

为完成上述任务，本发明提出了一种同杆并架双回线的距离保护测量方法，该方法是将两回线看成一个整体，由本侧的3个电压和两回线中的6个电流构成6个单相接地阻抗测量元件、6个相间阻抗测量元件和6个线间阻抗测量元件，一共18个测量阻抗，它们分别为

单相：ⅠA、ⅠB、ⅠC、ⅡA、ⅡB、ⅡC

相间：ⅠA ⅠB、ⅠB ⅠC、ⅠC ⅠA、ⅡA ⅡB、ⅡB ⅡC、ⅡC ⅡA

线间：ⅠA ⅡB、ⅠB ⅡC、ⅠC ⅡA、ⅡA ⅠB、ⅡB ⅠC、ⅡC ⅠA

该距离保护测量方法的测量方程为

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IAu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IBu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ICu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IIAu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IIBu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IICu}}\end{array}\right]=\frac{1}{L}\left[\begin{array}{cccccc}{Z}_S& Z_P& Z_P& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ Z_P& Z_S& Z_P& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ Z_P& Z_P& Z_S& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_S& Z_P& Z_P\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_P& Z_S& Z_P\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_P& Z_P& Z_S\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IA}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IC}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIA}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIB}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIC}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

分别是Ⅰ、Ⅱ回线单位长度上A、B、C的压降，Z_S是线路自阻抗，Z_p是同一线的相间互阻抗，Z_M是线间互阻抗，L代表线路长度，分别是指Ⅰ、Ⅱ回线中A、B、C相电流，δ为线间零序互感补偿系数。

测量方程中的线间零序互感补偿系数δ的取值按下式进行

为Ⅰ、Ⅱ回线中A、B、C三相中任一相的相电压与相电流，本回线零序电流，Z_set为阻抗整定值，按线路全长的90％进行整定，

为零序电流补偿系数，i，j代表A、B、C三相中任一相。

测量方程中的线间互阻抗Z_M取线间零序互感Z_m的三分之一。

利用该距离保护测量方法的测量方程(1)可以得到单相测量阻抗表达式为，以Ⅰ回线A相为例：

$Z_{1A}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MA}}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IAu}}---\left(3\right)$

将(1)式代入(3)式整理后得

$Z_{1A}=L{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MA}}/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IA}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{01}+\mathrm{\δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{\Π}})Z_1---\left(4\right)$

相间测量阻抗表达式为，以Ⅰ回线B相与Ⅰ回线C相为例：

$Z_{\mathrm{IBIC}}=({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IBu}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ICu}})---\left(5\right)$

将将(1)式代入(5)式整理得

$Z_{\mathrm{IBIC}}=L\·({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IC}})---\left(6\right)$

线间测量阻抗表达式为，以Ⅰ回线B相与Ⅱ回线C相为例：

$Z_{\mathrm{IBIIC}}=({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IBu}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IICu}})---\left(7\right)$

将将(1)式代入(7)式整理得

$Z_{\mathrm{IBIIC}}=L\·({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIC}}+(K-\mathrm{\δ})({\stackrel{\·}{I}}_{0I}-{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{II}}))---\left(8\right)$

式中Z₁＝Z_S-Z_P为测量线路的正序阻抗，

分别为通过Ⅰ、Ⅱ回线中的零序电流。

与现有输电线路距离保护测量方法相比，本发明的距离保护测量方法具有以下特点：

1、基于六相序距离保护测量方法是把双回线以一个整体来配置的，通过线间通信，采用两回线六个电流来计算阻抗，消除了双回线线间互感的影响，当双回线正常运行时发生故障，故障相的距离能够被正确测量。

2、在双回线发生接地故障时传统距离保护由于线间互感的作用受到相邻线零序电流的影响，不能准确测量故障距离，当两回线零序电流反向时，测量距离缩小，可能会造成距离保护的超越；当两回线零序电流同向时测量距离偏大，可能会使传统距离保护的保护范围缩短。但是基于六相序距离保护能够准确的测量故障距离，由于将两回线作为一个整体配置，因而不受线间互感的影响，保护的范围和灵敏度都不受影响，当发生接地故障时保护能够正确动作，切除故障。

3、当双回线发生跨线故障时，基于六相序阻抗的距离保护中的线间距离继电器可以准确反应故障距离而动作，而传统距离保护则不能正确识别故障相别和距离，保护往往会误动或拒动。

附图说明

图1为本发明的基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法应用于正常运行双回线内部Ⅰ线路接地故障时的系统示意图；

图2为本发明的基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法应用于正常运行双回线内部发生ⅠB ⅡC跨线不接地故障时的系统示意图。

具体实施方式

图1中，当同杆并架双回线内部Ⅰ回线发生单相接地故障时，此时M侧故障相母线残压为

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\Φ}}=\mathrm{\α}{Z}_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\ΦI}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{0I})+\mathrm{\α}{Z}_m{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{II}}---\left(9\right)$

式中：

为线路Ⅰ的故障相电流及零序电流，

为线路Ⅱ的零序电流，Z₁、Z_m为单回线的正序阻抗及双回线间的零序互阻抗，α短路点距离占全线长度的比例，K为本线零序电流补偿系数K＝(Z₀-Z₁)/Z₁，因此，保护1中接地距离继电器的实际测量阻抗为

$Z={\mathrm{\αZ}}_1+\mathrm{\α}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{II}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\ΦI}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{0I}}{Z}_m---\left(10\right)$

采用传统的单回线距离保护的其测量方程为

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\Φ}}=\mathrm{\α}{Z}_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\ΦI}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{0I})---\left(11\right)$

比较式(10)、(11)可以看出，若

和

方向相同，则传统的单回线距离保护继电器的测量阻抗比实际减小，保护超越动作，若和

方向相反，则传统的单回线距离保护继电器的测量阻抗比实际增大，保护区缩短。而采用基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法的测量方程为

对于故障相，δ取1，取Z₁＝Z_S-Z_P，即得到式(9)所示的测量方程，因此，基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法在单回线接地故障时可以准确测量故障点距离。

图2中，当双回线内部发生ⅠBⅡC-G跨线不接地故障时，M侧A、B相的母线电压为

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}=({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{0I}+\mathrm{\δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{\Π}})/L+{\stackrel{\·}{U}}_F,{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}}=({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IC}}+K{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{\Π}}+\mathrm{\δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0I})/L+{\stackrel{\·}{U}}_F---\left(13\right)$

基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法线间测量阻抗为

$Z_{\mathrm{IBIIC}}=L\·({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIC}}+(K-\mathrm{\δ})({\stackrel{\·}{I}}_{0I}-{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{II}}))---\left(14\right)$

此时，根据线间零序互感补偿系数δ的取值定义有δ＝0，则线间测量阻抗为

$Z_{\mathrm{IBIIC}}=L\·({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIC}}+K({\stackrel{\·}{I}}_{0I}-{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{II}}))---\left(15\right)$

由于

为Ⅰ回线保护装置测量电流，

为Ⅱ回线保护装置测量电流，所以

$Z_{\mathrm{IB\ΠC}}=L({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MB}}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MC}})/({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φB}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\Π\φB}})={\mathrm{\αZ}}_1---\left(16\right)$

因此，基于六相序阻抗的同杆双回线距离保护测量方法能够准确地测出双回线间跨线不接地故障的故障点到保护装置间的距离，保护装置能可靠动作，而传统的基于单回线路的距离保护不能有效地反映该跨线故障。

Claims (3)

1.一种同杆并架双回线的距离保护测量方法，其特征在于，该方法是将两回线看成一个整体，由本侧的3个电压和两回线中的6个电流构成6个单相接地阻抗测量元件、6个相间阻抗测量元件和6个线间阻抗测量元件，一共18个测量阻抗，它们分别为：

单相：ⅠA、ⅠB、ⅠC、ⅡA、ⅡB、ⅡC

相间：ⅠA ⅠB、ⅠB ⅠC、ⅠC ⅠA、ⅡA ⅡB、ⅡB ⅡC、ⅡC ⅡA

线间：ⅠA ⅡB、ⅠB ⅡC、ⅠC ⅡA、ⅡA ⅠB、ⅡB ⅠC、ⅡC ⅠA

该距离保护测量方法的测量方程为

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IAu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IBu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ICu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IIAu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IIBu}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{IICu}}\end{array}\right]=\frac{1}{L}\left[\begin{array}{cccccc}{Z}_S& Z_P& Z_P& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ Z_P& Z_S& Z_P& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ Z_P& Z_P& Z_S& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_S& Z_P& Z_P\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_P& Z_S& Z_P\\ {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& {\mathrm{\δZ}}_M& Z_P& Z_P& Z_S\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IA}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IB}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IC}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIA}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIB}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{IIC}}\end{array}\right]$

分别是Ⅰ、Ⅱ回线单位长度上A、B、C的压降，Z_S是线路自阻抗，Z_p是同一线的相间互阻抗，Z_M是线间互阻抗，L代表线路长度，

分别是指Ⅰ、Ⅱ回线中A、B、C相电流，δ为线间零序互感补偿系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其线间零序互感补偿系数δ的取值：

为Ⅰ、Ⅱ回线中A、B、C三相中任一相的相电压与相电流，

本回线零序电流，Z_set为阻抗整定值，按线路全长的90％进行整定，

为零序电流补偿系数，i，j代表A、B、C三相中任一相。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其线间互阻抗Z_M取线间零序互感Z_m的三分之一。

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