CN101877479A

CN101877479A - 输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法

Info

Publication number: CN101877479A
Application number: CN2009103111912A
Authority: CN
Inventors: 赵庆明
Original assignee: Guizhou Electric Power Test and Research Institute
Current assignee: Guizhou Electric Power Test and Research Institute
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-11-03

Abstract

本发明公开了一种输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，该方法包括以下步骤：1)采集线路一侧的电压和电流值，并将其变换为相量形式；2)由线路保护装置中的选相元件确定故障相别；3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的计算故障相端电压值

，以计算故障相端电压值

为基数分别减欠压补偿量和过压补偿量，并将计算故障相端电压值减欠压补偿量的值

与计算故障相端电压值减过压补偿量的值相比；4)如果步骤3)中的相比值的相量相角差值小于整定值，则判为永久性故障，重合闸禁止重合；否则，则判为瞬时性故障，重合闸出口动作。

Description

输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，特别是涉及到一种输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法。

背景技术

自动重合闸技术是保证电力系统安全供电和稳定运行的重要措施之一。由于超高压输电线路上发生的故障绝大多数都是瞬时性故障，在故障消除后将线路重新投入运行，可以有效提高电力系统的稳定性以及对用户的供电质量，因此自动重合闸技术在目前的电力系统中得到了广泛的应用。在电力线路发生的各种故障中，单相接地故障约占有80％以上，因此研究单相自动重合闸技术是非常具有现实意义的。但目前的单相自动重合闸技术都是在断路器跳闸后，经过固定时间延迟后盲目重合，若重合于永久性故障将给电网带来第二次冲击，其危害程度甚至可能超过在正常情况下的短路故障。因此如果能够在断路器合闸前准确判断输电线路的故障性质，使得断路器只重合于瞬时性故障将具有重大的实际意义。

单相自适应重合闸技术就是利用故障相断开后，在断开相上的电气量特征来判断故障的性质，以确定重合闸是否重合，即：当线路故障判断为瞬时性故障时允许重合，而判断为永久性故障时不允许重合，这样就避免了重合闸动作的盲目性。目前，单相自适应重合闸的判别方法主要有针对不带并联电抗器输电线路的电压判别法和针对带并联电抗器输电线路的电流判别法。电压判别法利用电容耦合电压特性区分瞬时性故障和永久性故障，其灵敏度与过渡电阻、线路长度都有关联，由于受电磁耦合电压的影响，电压判别法存在误判的可能。而对于带并联电抗器的输电线路由于并联电抗器的影响，断开相上的电气量都具有拍频特性，采用电压判别法和电流判别法都有误判的可能。因此，需要研究更加全面可靠的单相自适应重合闸控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种误判机率低、适用于不带并联电抗器输电线路的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，以克服现有技术方案存在的不足。

本发明的技术方案是：输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法包括以下步骤：

1)采集线路一侧的电压和电流值，并将其变换为相量形式；

2)由线路保护装置中的选相元件确定故障相别；

3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的计算故障相端电压值

以计算故障相端电压值

为基数分别减欠压补偿量和过压补偿量，并将计算故障相端电压值减欠压补偿量的值与计算故障相端电压值减过压补偿量的值

相比；

4)如果步骤3)中的相比值的相量相角差值小于整定值，则判为永久性故障，重合闸禁止重合；否则，则判为瞬时性故障，重合闸出口动作；

所述的瞬时性故障计算模型是

其中

为瞬时性故障模型计算相端电压值，

为故障点的电容耦合电压，

为线路故障相的电磁耦合电压。

所述的瞬时电容耦合电压

的计算模型为

其中

和

为非故障相电压，C_m为线路相间等效电容，C₀为线路相对地等效电容。

所述的线路故障相的电磁耦合电压的计算模型为

其中Z_m为输电线路单位长度的互感；L为线路的长度，i_B和i_C分别为非故障相电压。

所述的减欠压补偿量和过压补偿量是指瞬时性故障下能使

和

间的角度为180°电压值。

所述的欠压补偿量为

过压补偿量为

根据系统的不同，整定值

的取值范围为90°～120°。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明通过设立一个瞬时性故障模型，利用计算故障相端电压值减欠压补偿量的值

与计算故障相端电压值减过压补偿量的值

相比的比值，这样仅利用单端量即可完成故障性质的判断，不需要对侧的信息，使得本发明检测与判断的有效性不依赖于通信通道的完整性，同时不需要故障测距装置提供故障点信息，使自适应重合闸的控制可以更加安全可靠。

2.本发明适用于不带并联电抗器的输电线路，原理上不受输电线路长度，故障点位置，过渡电阻大小以及输电线路健全相负荷电流的影响。

附图说明

图1为本发明的单相自适应重合闸故障性质判别流程图；

图2为瞬时性故障时单相断开后的等效电路图；

图3为瞬时性故障情况下线路两端电压的关系示意图；

图4为图3的矢量关系图；

图5为永久性故障时断开相端电压经补偿后的永久金属性故障时

示意图；

图6为永久性故障时断开相端电压经补偿后的永久金属性故障时

的相位示意图；

图7为永久性故障时断开相端电压经补偿后的经过渡电阻R_g永久性接地故障时

示意图；

图8为永久性故障时断开相端电压经补偿后的经过渡电阻R_g永久性接地故障时

的相位示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，来详细说明本发明的技术方案。

(1)单相瞬时性故障时的电气量特征

如图2所示，以A相故障为例，瞬时性故障发生时故障相断开，当短路点电弧熄灭后，线路转为两相运行状态。故障相和健全相之间存在电容耦合电压

和电磁耦合电压

故障相端电压是

和

的矢量之和，

和

分别为：

{\overset{\cdot}{U}}_{y} = ({\overset{\cdot}{U}}_{B} + {\overset{\cdot}{U}}_{C}) \frac{C_{m}}{C_{0} + {2 C}_{m}} - - - (1)

{\overset{\cdot}{U}}_{xL} = ({\overset{\cdot}{I}}_{B} + {\overset{\cdot}{I}}_{C}) Z_{m} L - - - (2)

上式中，Z_m为输电线路单位长度的互感；L为线路的长度；C_m和C₀分别为相间等效电容和相对地等效电容。

(2)单相永久性故障时的电气量特征

永久性故障时，故障线路的端电压可以看成是故障点的电容耦合电压

与线路至故障点的电磁耦合电压

的矢量之和。

{\overset{\cdot}{U}}_{y}^{'} = \frac{({\overset{\cdot}{U}}_{B} + {\overset{\cdot}{U}}_{C}) R_{g} ({jωC}_{m})}{1 + R_{g} (jω) (C_{0} + {2 C}_{m})} - - - (3)

{\overset{\cdot}{U}}_{xl} = ({\overset{\cdot}{I}}_{B} + {\overset{\cdot}{I}}_{C}) Z_{m} l - - - (4)

上式中，Z_m为输电线路单位长度的互感；l为线路首端至故障点的长度；C_m和C₀分别为相间等效电容和相对地等效电容，R_g为接地电阻。

(3)单相自适应重合闸的新型相位比较判别方法

由图3和图4可知，在瞬时性故障情况下，断开相的端电压

可以表示为：

\overset{\cdot}{U} = {\overset{\cdot}{U}}_{y} + 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{xL} - - - (5)

令电压补偿量

和用于比相的电压

分别为：

\{\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{P 1} = 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} + 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{xL} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{P 2} = 1.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} + 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{xL} \end{matrix} - - - (6)

\{\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{1} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 1} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{2} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 2} \end{matrix} - - - (7)

则在瞬时性故障情况下，可以推导出：

\{\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{1} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 1} = 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{2} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 2} = - 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} \end{matrix} - - - (8)

因此，在瞬时性故障情况下，和

之间的角度为180°。

在永久性接地故障时，可以推导出下式：

\{\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{1} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 1} = {\overset{\cdot}{U}}_{y}^{'} - 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} + {\overset{\cdot}{U}}_{xl} - 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{xL} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{2} = \overset{\cdot}{U} - {\overset{\cdot}{U}}_{P 2} = {\overset{\cdot}{U}}_{y}^{'} - 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{y} + {\overset{\cdot}{U}}_{xl} - 0.5 {\overset{\cdot}{U}}_{xL} \end{matrix} - - - (9)

因此，在永久性故障情况下，和

之间的角度要远小于180°。

图5和图6为永久金属性故障时和

之间相位示意图，由图中可以看出，随着功率因数角θ的增加(功率因数角最大可以取θ＝45°)，在功率因数角为45°时，

和

之间的夹角δ最大达到了65°，而在功率因数角为0°时，δ仅为30°。图7和图8为经过渡电阻R_g永久性接地故障时

和

之间相位示意图，由图中可以看出，在功率因数角为45°时，δ最大为50°左右。因此，可以根据

和

之间的相角差将瞬时性故障和永久性故障完全区别开来。

为了消除模型简化、计算误差等因素的影响，提高该方法的可靠性，整定值根据实际情况可以取为90°～120°。

基于上述分析，本文提出了基于电压补偿原理的单相自适应重合闸新型判据，判据如下：

如果上式成立，则判为永久性故障，禁止重合闸动作；否则判为瞬时性故障，允许重合闸出口动作。由于整定值的确定充分考虑了接地电阻和电磁耦合电压的影响，因此该判据可以克服现有单相自适应重合闸电压判据的缺点，不受系统运行方式、接地电阻和电磁耦合电压的影响。

本发明的流程如图1所示：

1)实时采集输电线路一侧的各相电压和电流；

2)由线路保护元件进行故障选相；

3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的电容耦合电压

，电磁耦合电压

以及电压补偿量

和用于比相的电压

4)如果式(10)满足，则判为永久性故障，禁止重合闸动作；否则判为瞬时性故障，允许重合闸动作出口。

由上述分析可知，本发明判据的实质是利用瞬时性故障情况下故障相端电压具有明确特性为依据，该判据通过对实际测量的断开相端电压分别进行两种适当的补偿，获得用于比相的两个相量，保证在瞬时性故障时两者反向；而在永久性故障时，两者接近于同向。由于永久性故障和瞬时性故障时的端电压在补偿后具有明显不同的特性，据此可以将永久性故障和瞬时性故障有效区分开来。

本发明原理清晰、实用，克服了以往单相自适应重合闸控制方法易受接地电阻、负荷电流影响的缺点，能够适应系统的多种运行方式，并且只利用了线路的单端信息，不需要故障测距装置，易于实现。因此，本发明具有重要的理论价值和实际应用价值。