CN102074941B - 一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器 - Google Patents

一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力系统继电保护技术领域，公开了一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器。包括：测量线路在变电站保护安装处故障相间电压相量
Figure 2011100308428100004DEST_PATH_IMAGE002
、故障相间电流相量
Figure 2011100308428100004DEST_PATH_IMAGE004
、故障相间电流突变量
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，作为输入量；利用故障相间电压相量
Figure 388237DEST_PATH_IMAGE002
和故障相间电流相量
Figure 208425DEST_PATH_IMAGE004
计算故障相间动作电压相量；计算故障相间动作电压相量
Figure 934810DEST_PATH_IMAGE008
领先故障相间电流突变量
Figure 877359DEST_PATH_IMAGE006
的角度，若角度落在[180°360°]区间内，则保护动作跳闸，否则保护不动作。本发明方法适用于高压/超高压/特高压输电线路保护，满足继电保护的选择性、可靠性、灵敏性和速动性。

Description

一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器。
背景技术
高压输电线路是电网正常运行的大动脉，既担负着传送巨大功率的任务，又是各大电网联网运行的纽带，其运行可靠性影响着整个电网的供电可靠性，同时又是电力系统中发生故障最多的地方。当输电线路发生故障时，若不能及时切除或误切除，则对主系统影响较大，容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事故。特别是高压/超高压/特高压输电线路保护担负输送电的重要任务，是电力系统的重要枢纽，造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，检修难度大、时间长，对国民经济造成的损失将十分巨大。
目前，因距离保护动作性能受系统运行方式的影响小，在复杂电网中都可以有选择性地切除故障，而且基本有足够的灵敏性和快速性，所以距离保护继电器一直是高压/超高压/特高压输电线路保护的主要保护方式。但传统距离保护不考虑线路分布电容，在线路发生金属性故障时，测量阻抗是故障距离与线路单位阻抗的线性乘积。因此，传统距离继电器是根据测量阻抗的大小来反映故障点的远近以决定是否发出跳闸信号。然而，对于高压/超高压/特高压重负荷远距离输电线路，沿线分布电容电流很大，对保护动作性能的影响不能忽略。相关理论分析证明，考虑输电线路分布电容的影响后，测量阻抗与故障距离呈双曲正切函数关系，双曲正切函数特性决定了阻抗继电器抗故障电阻能力差，故障电阻所带来的附加阻抗将严重影响阻抗继电器的动作特性，可能造成距离计算不准而缩短或超范围。
发明构成
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种抗分布电容和故障电阻能力好的基于分布参数模型线路相间电抗继电器。
本发明是通过以下途径来实现的：
一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器，包括有数据采集装置、数据分析装置、比较装置、基准装置和控制装置，数据采集装置与数据分析装置的输入端连接，数据分析装置的输出端与比较装置连接，基准装置与比较装置连接，比较装置的输出端与控制装置连接，其中：
数据采集装置采集测量线路在变电站保护安装处测得的故障相间电压相量                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、故障相间电流相量、故障相间电流突变量
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，作为输入量；其中，
Figure 112040DEST_PATH_IMAGE004
=AB，BC，CA，分别表示AB，BC，CA相间；将输入量传送到数据分析装置；
数据分析装置提供一个相间距离保护整定范围数值l set，并根据以下公式计算故障相间动作电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 186306DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为线路正序传播系数，
Figure 792868DEST_PATH_IMAGE008
为线路正序波阻抗；l set为线路相间距离保护的整定范围；
然后，计算故障相间动作电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE009
领先故障相间电流突变量
Figure 160133DEST_PATH_IMAGE003
的角度；
数据分析装置将计算结果发送给比较装置，比较装置将该角度数据与基准装置中的基准值[180°360°]比较，如果该角度数据落在[180°360°]区间内，则比较装置发出触发信号给控制装置，由控制装置控制保护动作于跳闸，否则，保护不动作。
综上所述，本发明方法的物理模型采用分布参数模型，能精确地描述高压/超高压/特高压输电线路的物理特性，具有抗分布电容电流影响的能力；判断故障相间动作电压相量
Figure 852146DEST_PATH_IMAGE010
领先故障相间电流突变量的角度是否落在[180°360°]区间内决定是否动作跳闸，具有很好的抗过渡电阻能力。特别是对于高压/超高压/特高压输电线路，应用本发明方法可满足继电保护选择性、可靠性、灵敏性和速动性的要求。
附图说明
图1所示为本发明所述基于分布参数模型线路相间电抗继电器的电路框架示意图；
图2所示为本发明最佳实施例所述超高压线路输电系统应用本发明的结构示意图；
图3所示为本发明实施例中系统应用本发明时的保护动作特性；
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
最佳实施例：
参照附图1，基于分布参数模型线路相间电抗继电器，包括有数据采集装置、数据分析装置、比较装置、基准装置和控制装置，数据采集装置与数据分析装置的输入端连接，数据分析装置的输出端与比较装置连接，基准装置与比较装置连接，比较装置的输出端与控制装置连接。
参照附图2，应用本发明的一种500kV超高压输电系统，该系统为典型的双端供电系统，两侧母线分别为m和n，输电线路长度为300km。线路m、n两侧等效电源相角差为δ=20°，线路m、n两侧电源幅值分别为1.05倍的标么值和1倍的标么值。线路参数采用京津唐500kV输电线路参数：
线路正序参数：R1=0.02083W/km，L1=0.8948mH/ km，C1 = 0.012 9 mF/km，G1= 0 s/km
线路零序参数：R0 = 0.1148 W/km，L0 =2.2886 mH /km，C0 =0.00523mF/km，G0= 0 s/km
m系统正序系统等值阻抗：Zm1=4.2643+85.1453 i W
m系统零序系统等值阻抗：Zm0=0.6+29.0911i W
n系统正序系统等值阻抗：Zn1=7.9956+159.6474 i W
n系统零序系统等值阻抗：Zn0=2.0+37.4697i W
本发明提出的线路相间电抗继电器适用于距离保护的任何一段。本实施例以距离保护I段为分析对象，保护范围整定为线路全长的85%（l set=255km），仿真故障为距m侧200km处BC相间经150欧姆电阻短路故障，则实施例具体步骤如下：
1）数据采集装置采集测量线路在变电站保护安装处故障相间电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、故障相间电流相量
Figure 486444DEST_PATH_IMAGE012
、故障相间电流突变量
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，作为输入量传送到数据分析装置，本实施例的故障相为BC相：
Figure 791655DEST_PATH_IMAGE014
kV
Figure DEST_PATH_IMAGE015
kA
Figure 970964DEST_PATH_IMAGE016
kA
2）数据分析装置提供一个相间距离保护整定范围数值l set，并根据以下公式计算故障相间动作电压相量
Figure 682305DEST_PATH_IMAGE005
：
                    
Figure 263459DEST_PATH_IMAGE006
线路正序波阻抗：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
线路正序传播系数：
Figure 536309DEST_PATH_IMAGE018
因此，故障相线路上距保护安装处l set的故障相间动作电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 644991DEST_PATH_IMAGE020
kV
3) 然后，计算故障相间动作电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE021
领先故障相间电流突变量的角度
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
4）数据分析装置将计算结果发送给比较装置，比较装置将该角度数据与基准装置中的基准值[180°，360°]比较，如果角度落在[180°，360°]区间内，则比较装置发出触发信号给控制装置，由控制装置控制保护动作于跳闸，否则保护不动作：
根据计算结果
Figure 34832DEST_PATH_IMAGE023
落在基准值[180°，360°]区间内，因此，保护动作跳闸。
采用本发明方法的相间电抗继电器动作特性如图3所示，无论BC相间经故障电阻0 W，还是经故障电阻300 W短路的情况下，相间电抗继电器的动作范围稳定可靠，具有良好的动作特性。
本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (1)

1.一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器，包括有数据采集装置、数据分析装置、比较装置、基准装置和控制装置，数据采集装置与数据分析装置的输入端连接，数据分析装置的输出端与比较装置连接，基准装置与比较装置连接，比较装置的输出端与控制装置连接，其中：
数据采集装置采集测量线路在变电站保护安装处测得的故障相间电压相量
Figure FDA00002349784300011
故障相间电流相量
Figure FDA00002349784300012
故障相间电流突变量
Figure FDA00002349784300013
作为输入量；其中，φφ=AB，BC，CA，分别表示AB，BC，CA相间；将输入量传送到数据分析装置；
数据分析装置提供一个相间距离保护整定范围数值lset，并根据以下公式计算故障相间动作电压相量
Figure FDA00002349784300014
U · op , φφ = U · φφ - Z c 1 th γ 1 l set I · φφ
其中，γ1为线路正序传播系数，zc1为线路正序波阻抗；lset为线路相间距离保护的整定范围；
然后，计算故障相间动作电压相量领先故障相间电流突变量
Figure FDA00002349784300017
的角度；
数据分析装置将计算结果发送给比较装置，比较装置将该角度数据与基准装置中的基准值[180°360°]比较，如果该角度数据落在[180°360°]区间内，则比较装置发出触发信号给控制装置，由控制装置控制保护动作跳闸，否则，保护不动作。
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