CN101847863B - 一种同杆并架双回输电线路继电保护方法 - Google Patents

Abstract

一种同杆并架双回线路差动保护方法，涉及电力系统继电保护技术研究及工程应用领域。本差动保护由主判据和闭锁判据构成，主判据为常规的差动保护，闭锁判据为基于正序和负序电流的差动保护；另外线路的正负序电容值为实时测量值。这种新型的差动保护可以避免输电线路电容随运行环境变化及同杆双回线路运行方式发生变化后零序电容随之改变，可能导致的区外故障误动问题。本发明适用于同杆并架双回线路继电保护研究及工程应用等领域。

Description

一种同杆并架双回输电线路继电保护方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种同杆并架双回输电线路继电保护方法，也可用于其它类型远距离输电线路。

背景技术

输电线路分相电流差动保护(以下简称差动保护)是指按相分别比较线路两侧各相电流的差值，来判断输电线路是否发生故障的一种方法。如果两侧电流某相的差值超过预先所设定的动作值，则表明该相线路内部发生了故障，线路两端的继电保护装置动作，将该故障相切除。差动保护的原理图如图1所示，图中M、N为两侧母线。

差动保护的原理表达式如下：

$|{\stackrel{\·}{I}}_M+{\stackrel{\·}{I}}_N|\≥I_{\mathrm{dz}}---\left(1\right)$

$|{\stackrel{\·}{I}}_M+{\stackrel{\·}{I}}_N|\≥K*|{\stackrel{\·}{I}}_M-{\stackrel{\·}{I}}_N|---\left(2\right)$

式中：

为线路两端的电流相量；K为制动系数；I_dz为所设定的差动电流动作门槛，

称为差动电流。当式(1)和式(2)同时满足时，继电保护装置判断为内部发生了故障，跳开线路的两端。

(1)高压输电线路存在的电容电流补偿问题

高压输电线路通常距离较长，而且在相对相、相对地之间存在着较大的分布电容，这使得高压输电线路正常运行时，线路上将流过较大的电容电流。如果不计这部分电容电流的话，由线路两侧电流计算得到的差动电流会将这部分电容电流包含在内，这样可能造成线路外部故障时保护误动作。因此在运用分相电流差动保护时必须考虑电容电流对差动保护的影响。

为简化说明，将线路对地分布电容等效为线路首尾两个电容的形式，如图2所示。

图2中，当正常运行或发生外部短路时，若计算差动电流时不补偿电容电流，差动电流计算结果如下：

$I_d=|{\stackrel{\·}{I}}_M+{\stackrel{\·}{I}}_N|=|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{CM}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{CN}}|$

式中：

为线路两端的电容电流相量。

显然，实际输电线路中电容电流的存在使得输电线路在正常运行和外部故障时，差动电流不再为零，而等于线路的电容电流。当电容电流较大时可能导致差动保护误动。因此，在实际差动保护方案中需考虑电容电流的补偿问题。

在传统的单回输电线路中，均假设线路对地电容和线间电容值为固定值，电流差动保护一般采用半补偿或者全补偿的方式来补偿电容电流。需要指出的是，在实际运用中输电线路的正、负电容参数相等，但与零序电容参数存在较大差异，因此电容电流补偿都是按正、负序和零序来分别补偿。

(2)实际输电线路的电容随运行环境实时变化

在现有实际工程运用中，都是采用固定的正负零序电容值来计算输电线路需要补偿的电容电流，该固定值一般多为设计值或者为某一固定环境下的测量值。但是实际输电线路的正负零序电容是随着环境的变化而变化的，比如输电线路在天气及空气洁净度等不一样的情况下电容的变化很大。因此现有输电线路的电容使用设计值或者某一固定环境下的测量值进行补偿实际是不准确的，特别是当运行环境变化较大时，对差动保护会造成较大的影响。

(3)同杆并架双回输电线路运行方式不同零序电容变化很大

同杆并架双回输电线路和单回线路不一样，一般存在三种典型的运行方式：两回线同时运行、一回线运行另外一回线挂地检修和一回线单独运行另外一回线断开。对于这三种不同的运行方式，每回线的正负序电容和零序电容都会发生变化，其中正负序电容变化很小，而零序电容随运行方式的变化非常明显。下面以恩施到水布垭的同杆并架双回线的实际模型为例，测试不同运行方式下的第一回线零序电容如下：

同杆并架双回线同时运行时的零序电容为：

$C_0=\frac{1.732*0.12\mathrm{kA}}{314*500\mathrm{kV}*1.414*156\mathrm{km}}=0.006\mathrm{uF}/\mathrm{km}$

同杆并架双回线一回线运行，另一回线断开时零序电容为：

$C_0=\frac{1.732*0.159\mathrm{kA}}{314*500\mathrm{kV}*1.414*156\mathrm{km}}=0.0079\mathrm{uF}/\mathrm{km}$

同杆并架双回线一回线运行，另一回线挂地检修时零序电容为：

$C_0=\frac{1.732*0.176\mathrm{kA}}{314*500\mathrm{kV}*1.414*156\mathrm{km}}=0.0088\mathrm{uF}/\mathrm{km}$

从上面可以看出，同杆并架双回线路在不同运行方式时，零序电容有较大变化。如果简单按照某一种方式下的零序电容值进行补偿时，不能考虑同杆双回线路在运行方式下零序电容的变化，会产生的补偿过度或者补偿不足问题，导致区外故障情况下的保护误动的情况；如果考虑多组补偿值在不同运行方式下切换又不很方便，而且在运行中如果运行方式突然变换，要判断运行方式还有一定的难度。因此，为了在防止因零序电容电流造成分相电流差动保护误动，同时提高差动保护反应内部故障的灵敏度，同杆并架双回线路差动保护需采用新的配置方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有差动保护的不足，提供一种同杆并架双回输电线路继电保护方法，用以克服输电线路的差动保护方案受不同运行环境影响的缺点，还可以克服同杆并架双回输电线路受不同运行方式影响的缺点，以便正确反映同杆并架双回线路的各种区内外故障。

本发明的同杆并架双回输电线路继电保护方法的实现步骤为：

第1步计算输电线路的正负零序电容；

第2步运用第1步所得的正负零序电容，对输电线路两端的正负零序电流分别进行电容电流补偿，计算补偿后的正负零序电流；

第3步运用第2步中所得补偿后的正负零序电流构建差动保护作为主判据；

第4步构建闭锁判据；

第5步运用第3步和第4步所得的主判据和闭锁判据组建新型的差动保护方案；

其中所述第4步的闭锁判据由第2步得到的正、负序电流所构建的差动保护构成。

所述第1步中的正负序电容式按照输电线路正常运行状态实时计算：

正序电容的实时计算如下：

$C_1=\frac{2*({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{NX}})}{j*w*({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{NX}})}$

上式中j表示虚数算子，w表示输电线路中稳态电压或电流的角频率，X代表输电线路的ABC三相中的某一相，表示X相M侧电流，

表示X相N侧电流，

表示X相M侧电压，

表示X相N侧电压，M、N表示输电线路的两侧母线。

单回输电线路的零序电容采用设计值或者某一环境下的测量值。

同杆并架双回输电线路的零序电容采用同杆并架双回线最常用的运行方式下的零序电容设计值或测量值。

本发明方法在常规的差动保护方案上添加了闭锁方案，组建了一种新型的差动保护方案，该差动保护方案能够实时测量线路的正负序电容，对正负序电流进行更精确地电容电流补偿，因闭锁判据只用到了正负序电流，所以该方案可以避开输电线路运行环境变化对差动保护的影响，也可以避开了同杆并架双回输电线路因运行方式变化对差动保护造成的不良影响，真正避免了区外故障误动情况，提高了差动保护的准确性和可靠性。

附图说明

图1为差动保护原理示意图。

图2为线路外部故障示意图。

具体实施方式

本发明的同杆并架双回输电线路继电保护方法，的实现步骤为：

第1步计算输电线路的正负零序电容；

第2步运用第1步所得的正负零序电容，对输电线路两端的正负零序电流分别进行电容电流补偿，计算补偿后的正负零序电流；

第3步运用第2步中所得补偿后的正负零序电流构建差动保护作为主判据；

第4步构建闭锁判据；

第5步运用第3步和第4步所得的主判据和闭锁判据组建差动保护方案；

其中所述第4步的闭锁判据由第2步得到的正、负序电流所构建的差动保护构成。

所述第1步中的正负序电容式按照输电线路正常运行状态实时计算：

正序电容和负序电容相等，正序电容的实时计算如下：

$C_1=\frac{2*({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{NX}})}{j*w*({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{NX}})}$

上式中j表示虚数算子，w表示输电线路中稳态电压或电流的角频率，X代表输电线路的ABC三相中的某一项，

表示X相M侧电流，

表示X相N侧电流，表示X相M侧电压，

表示X相N侧电压，M、N表示输电线路的两侧的母线。

单回输电线路的零序电容采用设计值或者运行环境下的测量值。

同杆并架双回输电线路的零序电容采用同杆并架双回线最常用的运行方式下的零序电容设计值或测量值。

本发明根据同杆并架双回输电线路两端的正负序电流构建了新的一组差动电流和制动电流。下面以同杆并架双回输电线路第一回输电线路为例更加详细说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明并不受这些实施例的限制，它可以适用于其它输电线路的其它情形。

本发明涉及的参数计算主要包括：实时计算输电线路的正负序电容C₁；传统差动电流I_d和传统制动电流I_res；基于正序和负序电流构建的新型差动电流I′_d和新型制动电流I′_res；下述举一例予以说明各个参数的计算方法，其中制动方式以和差制动为例，电容电流补偿以半补偿为例。

1.根据输电线路正常运行状态实时计算输电线路的正负序电容。因为线路正常运行时只存在正序电流，因此各相电流就是正序电流，各相电压也就是正序电压，故正序电容的实时计算如下，以A相为例：

$C_1=\frac{2*({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{MA}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{NA}})}{j*w*({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MA}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{NA}})}$

表示A相M侧电流，

表示A相N侧电流，

表示A相M侧电压，表示A相N侧电压，M、N表示输电线路的两侧母线。

2.根据同杆并架双回输电线路的第一回输电线路的M端的正序电流负序电流

零序电流正序电压

负序电压

零序电压

N端的正序电流

负序电流

零序电流

正序电压

负序电压零序电压

第一回输电线路的实测正序电容C₁；在最常运行方式下第一回输电线路的零序电容C₀；计算传统的差动电流和制动电流，A相为特殊相：

经电容电流补偿后M侧正负零序电流分别为：

$\stackrel{\·}{I_{M1}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{M1}-j*w*\frac{C_1\stackrel{\·}{U_{M1}}}{2}$

$\stackrel{\·}{I_{M2}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{M2}-j*w*\frac{C_1\stackrel{\·}{U_{M2}}}{2}$

$\stackrel{\·}{I_{M0}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{M0}-j*w*\frac{C_0\stackrel{\·}{U_{M0}}}{2}$

表示经电容电流补偿后的M侧的正序电流，表示经电容电流补偿后的M侧的负序电流，

表示经电容电流补偿后的M侧的零序电流。

经电容电流补偿后N侧正负零序电流分别为：

$\stackrel{\·}{I_{N1}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{N1}-j*w*\frac{C_1\stackrel{\·}{U_{N1}}}{2}$

$\stackrel{\·}{I_{N2}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{N2}-j*w*\frac{C_1\stackrel{\·}{U_{N2}}}{2}$

$\stackrel{\·}{I_{N0}^{\′}}={\stackrel{\·}{I}}_{N0}-j*w*\frac{C_0\stackrel{\·}{U_{N0}}}{2}$

表示经电容电流补偿后的N侧的正序电流，表示经电容电流补偿后的N侧的负序电流，表示经电容电流补偿后的N侧的零序电流。

3.根据同杆并架双回输电线路的第一回输电线路的M端补偿后的正序电流

负序电流

零序电流

N端补偿后的正序电流

负序电流

零序电流

构建差动保护的主判据，A相为特殊相：

ABC三相的差动电流分别为：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dA}}\\ I_{\mathrm{dB}}\\ I_{\mathrm{dC}}\end{array}\right]=|S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{M1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M2}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M0}^{\′}}\end{array}\right]+S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{N1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N2}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N0}^{\′}}\end{array}\right]|$

上式中I_dA表示A相差动电流，I_dB表示B相差动电流，I_dC表示C相差动电流，S为转换矩阵。

ABC三相的制动电流分别为：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{resA}}\\ I_{\mathrm{resB}}\\ I_{\mathrm{resC}}\end{array}\right]=|S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{M1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M2}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M0}^{\′}}\end{array}\right]-S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{N1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N2}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N0}^{\′}}\end{array}\right]|$

上式中I_resA表示A相制动电流，I_resB表示B相制动电流，I_resC表示C相制动电流。

A相主判据：

I_dA≥I_dzA

I_dA≥K*I_resA

上式中I_dzA为整定门槛值，K为制动系数。如果上面两式同时满足，主判据动作。

4.根据同杆并架双回输电线路的第一回输电线路的M端补偿后的正序电流负序电流

N端补偿后的正序电流负序电流构建闭锁判据，A相为特殊相：

ABC三相的新差动电流分别为：

$\left[\begin{array}{c}{I^{\′}}_{\mathrm{dA}}\\ {I^{\′}}_{\mathrm{dB}}\\ {I^{\′}}_{\mathrm{dC}}\end{array}\right]=|S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{M1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M2}^{\′}}\\ 0\end{array}\right]+S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{N1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N2}^{\′}}\\ 0\end{array}\right]|$

上式中I′_dA表示A相基于正负序电流的差动电流，I′_dB表示B相基于正负序电流的差动电流，I′_dC表示C相基于正负序电流的差动电流。

ABC三相的新制动电流分别为：

$\left[\begin{array}{c}{I^{\′}}_{\mathrm{resA}}\\ {I^{\′}}_{\mathrm{resB}}\\ {I^{\′}}_{\mathrm{resC}}\end{array}\right]=|S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{M1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{M2}^{\′}}\\ 0\end{array}\right]-S^{-1}*\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{N1}^{\′}}\\ \stackrel{\·}{I_{N2}^{\′}}\\ 0\end{array}\right]|$

上式中I′_resA表示A相基于正负序电流的制动电流，I′_resB表示B相基于正负序电流的制动电流，I′_resC表示C相基于正负序电流的制动电流。

A相闭锁判据：

I′_dA≥I′_dzA

I′_dA≥K′*I′_resA

上式中I′_dzA为整定门槛值，K′为制动系数。如果上面两式同时满足，开放A相主判据，如果不同时满足则闭锁A相主判据。

5.运用第3步的主判据及第4步的闭锁判据组建新型差动保护方案如下，以A相为例：

A相主判据：

I_dA≥I_dzA

I_dA≥K*I_resA

上式中I_dzA为整定门槛值，K为制动系数。如果上面两式同时满足，主判据动作。

A相闭锁判据：

I′_dA≥I′_dzA

I′_dA≥K′*I′_resA

上式中I′_dzA为整定门槛值，K′为制动系数。如果上面两式同时满足，开放A相主判据，如果不同时满足则闭锁A相主判据。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种同杆并架双回输电线路继电保护方法，其特征是其实现步骤为：

第1步按照输电线路正常运行状态实时计算输电线路的正、负和零序电容，其中正序电容的实时计算如下：

$C_1=\frac{2*({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{NX}})}{j*w*({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{MX}}+{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{NX}})}$

上式中j表示虚数算子，w表示输电线路中稳态电压或电流的角频率，X代表输电线路的ABC三相中的某一相，

表示X相M侧电流，

表示X相N侧电流，表示X相M侧电压，

表示X相N侧电压，M、N表示输电线路的两侧母线，负序电容与正序电容相等；

单回输电线路的零序电容采用设计值或运行环境下的测量值；

同杆并架双回输电线路的零序电容采用同杆并架双回线最常用的运行方式下的零序电容设计值或测量值；

第2步运用第1步所得的正、负和零序电容，对输电线路两端的正、负和零序电流分别进行电容电流补偿，计算补偿后的正、负和零序电流；

第3步运用第2步中所得补偿后的正、负和零序电流构建差动保护作为主判据；

第4步构建闭锁判据；

第5步运用第3步和第4步所得的主判据和闭锁判据组建差动保护方案；

其中所述第4步的闭锁判据由第2步补偿后得到的正和负序电流构建的差动保护构成。