CN102135589B - 一种线路相间故障距离保护的测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统继电保护技术领域中的一种线路相间故障距离保护的测距方法。该方法通过计算保护安装处测量的故障相间电压与相间故障点处的相间电压之间的矢量差，来计算保护安装处到相间故障点的距离。本发明方法不受负荷电流、过渡电阻影响，具有很高的测量精度和实用价值。

Description

一种线路相间故障距离保护的测距方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种线路相间故障距离保护的测距方法。

背景技术

作为动作于跳闸的继电保护，在技术上要满足四个要求：可靠性、选择性、速动性和灵敏性，可靠性是对继电保护性能的最根本要求。可靠性包括安全性和信赖性，安全性是要求继电保护在不需要动作时可靠制动，即不发生误动作；信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。以上四个基本要求是评价和研究继电保护的基础，无论是拒动还是误动，都会给电力系统造成严重危害。由于线路发生短路故障时存在过渡电阻的问题，尤其是发生相间短路故障时过渡电阻数值较大，往往会影响到保护装置的性能，造成保护误动、拒动，或者动作灵敏性不够等问题。

距离保护是电力系统输电线路中应用最广泛的保护原理之一，受电力系统运行方式和结构变化的影响较小，能瞬间切除输电线85％～90％范围内的各种故障，保护范围较长且稳定。相间故障距离保护能够反应输电线路的相间故障，通过测量故障距离和故障阻抗来判定故障位于保护区内或是保护区外。然而，在高压/超高压输电线路重负荷的情况下，由于相间大过渡电阻和重负荷电流的影响，在发生相间经高阻短路故障时，相间故障距离保护测量的故障距离和故障阻抗将存在严重误差，导致相间故障距离保护发生误动或拒动或失去选择性。因此，提高相间故障距离保护抗过渡电阻和负荷电流的能力，对相间距离的测量精度和保护动作性能有着重要的实际意义。

发明内容

针对上述背景技术中描述的距离保护受负荷电流和过渡电阻影响导致相间发生故障时，故障距离计算精度低的不足，本发明提出了一种线路相间故障距离保护的测距方法。

本发明的技术方案是，一种线路相间故障距离保护的测距方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：在变电站保护安装处测量故障相间的电压向量、电流向量、电流突变量；

步骤2：利用步骤1得到的各量，计算相间故障处的电压向量；

步骤3：计算故障点到保护安装处的距离。

所述相间故障处的电压向量的计算方法为：

其中：

为故障处的电压向量；φ和

表示发生故障的两相，为AB、BC、CA；

为故障相间的电压向量；

为故障相间的电流突变量；

φ_L为线路每公里正序阻抗角，φ_L＝Arg(z₁)，其中，z₁为线路每公里正序阻抗；

β为

超前于的相角，其中

为故障相间的电流向量，

θ为

超前于

的相角，

所述故障点到保护安装处的距离的计算方法为：

其中：x为故障点到保护安装处的距离。

本发明方法利用保护测量到的故障相间电压和故障相间电流量来计算故障处电压，在算法设计中充分考虑了故障处电压对距离测量的影响，很好地解决了负荷电流和过渡电阻对相间故障距离保护的影响。试验结果表明，本发明方法很好的克服了负荷电流和过渡电阻对相间故障距离保护的影响。

附图说明

图1为应用本发明方法的线路相间故障距离保护装置。

图2为是超高压双端输电系统示意图。

图3为本发明方法与传统相间故障距离保护方法的故障距离测量的变化轨迹图。

图4为本发明方法与传统相间故障距离保护方法的测量阻抗的变化轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是应用本发明方法的线路相间故障距离保护装置示意图，具体实施例如下：

如图2所示，应用本发明方法的超高压双端输电系统示意图为500千伏超高压双端供电系统。

其中：两侧母线分别为m和n，输电线路I段长为200千米，输电线路II段长为100千米。保护安装在输电线路I段m端处。m、n两侧等效电源相角差为δ，m、n两侧电源幅值分别为1.05倍标么值和1倍标么值。单位长度线路正序参数：R₁＝0.02083欧姆/千米，L₁＝0.8948毫亨/千米，C₁＝0.0129微法/千米，G₁＝0西门子/千米；单位长度线路零序参数：R₀＝0.1148欧姆/千米，L₀＝2.2886毫亨/千米，C₀＝0.00523微法/千米，G₀＝0西门子/千米。

m侧系统中，正序系统等值阻抗为Z_m1＝4.2643+j85.1453欧姆，零序系统等值阻抗为Z_m0＝0.6+j29.0911欧姆。n侧系统中，正序系统等值阻抗为Z_n1＝7.9956+j159.6474欧姆，零序系统等值阻抗为Z_n0＝2.0+j37.4697欧姆。

本发明方法适用于相间故障距离保护的任何一段。本实施例中距离保护I段、II段和III段保护范围分别整定为I段输电线路全长的85％、120％，150％(分别为170千米、240千米、300千米)。各段阻抗继电器的动作特性采用方向圆特性，即特性圆经过坐标原点处，圆心位于

处，半径为

整定的阻抗方向与线路阻抗方向一致。仿真故障为m、n两侧等效电源相角差δ＝25°时，I段线路内距m侧100千米处发生BC相间经300欧姆电阻短路故障，则实施例具体步骤如下：

1：测量保护安装处的故障相间电压向量

故障相间电流向量

故障相间电流突变量

作为输入量；

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{BC}}=-470.42+j10.497$ 千伏；

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}=-2.748-j0.0777$ 千安；

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}=-2.189+j0.42569$ 千安。

2：计算故障处电压向量

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fBC}}=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{BC}}\sin ({\mathrm{\φ}}_L+\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_L-\mathrm{\β})}\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}$

其中：

φ_L为线路每公里正序阻抗角，φ_L＝Arg(z₁)＝85.762°，其中z₁为线路每公里正序阻抗z₁＝0.02083+j0.2811欧姆；

β为

超前于

的相角，

θ为

超前于

的相角，

计算故障处电压为 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{fBC}}=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{BC}}\sin ({\mathrm{\φ}}_L+\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_L-\mathrm{\β})}\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}=-466.7+j90.766$ 千伏。

3：计算相间故障点至保护安装处的距离x：

BC相间故障点至保护安装处的距离

千米

故障点至保护安装处的测量阻抗：Z_celiang＝xz₁＝2.1597+j29.147欧姆。

本发明方法测量故障点至保护安装处的故障距离落在距离保护I段整定范围内，测量阻抗落在距离保护I段动作区域内，保护正确动作于跳闸。

图3为m、n两侧等效电源相角差δ＝25°时，距保护安装处100千米点发生BC相间经300欧姆电阻短路故障后，150个采样点内，本发明方法与传统相间故障距离保护方法的故障距离测量的变化轨迹图。由图3可知，本发明方法测量故障点至保护安装处的故障距离很快稳定于实际故障距离100千米处，位于距离保护I段的整定范围内，保护正确动作于跳闸。传统相间故障距离保护方法测量的故障距离则落在距离保护III段整定范围外，保护一直拒动。

图4为m、n两侧等效电源相角差δ＝25°时，距保护安装处100千米点发生BC相间经300欧姆电阻短路故障后，150个采样点内，本发明方法与传统相间故障距离保护方法的测量阻抗的变化轨迹图。由图4可知，本发明方法测量的阻抗在故障发生18毫秒后开始进入动作区域，并很快趋于稳定，最终阻抗测量值为Z_celiang＝2.1597+j29.147欧姆，位于距离保护I段的动作区域内，保护正确动作于跳闸。传统相间故障距离保护方法测量的阻抗则一直位于距离保护III段动作区域外，传统相间故障距离保护方法保护一直拒动。

表1给出了m、n两侧电源相角差δ＝55°即重负荷线路情况下，距保护安装处不同位置发生BC相间经300欧姆短路故障后本发明方法测量故障距离和测量阻抗的情况。

表1不同位置发生BC相间经300欧姆短路故障时本发明方法动作情况

(m、n两侧电源相角差δ＝55°)

故障位置/(km)	测量故障距离/(km)	测量阻抗/(Ω)	保护动作情况
				30	32.349	0.67383+j9.0937	距离保护I段动作
60	63.671	1.3054+j17.617	距离保护I段动作
				90	92.907	1.9353+j26.117	距离保护I段动作
120	122.04	2.542+j34.306	距离保护I段动作
				150	152.63	3.1793+j42.906	距离保护I段动作
180	183.95	3.8317+51.711	距离保护II段动作
				210	213.78	4.453+j60.096	距离保护II段动作
250	254.76	5.3066+j71.615	距离保护III段动作
				275	281.98	5.8736+j79.267	距离保护III段动作
285	292.74	6.0977+j82.292	距离保护III段动作

由表1可知，m、n两侧电源相角差δ＝55°即重负荷线路情况下，距保护安装处不同位置发生BC相间经300欧姆短路故障时，本发明方法测量的故障距离都准确落在对应段相间故障距离保护整定范围内，测量的阻抗也都落在对应段相间故障距离保护动作区域内，各段距离保护都正确动作于跳闸。

可见，本发明方法具有很强的耐高阻能力和抗负荷电流能力，比传统相间故障距离保护方法具有更好的动作性能，能够满足继电保护选择性、可靠性、灵敏性和速动性的要求，具有很强的实用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种线路相间故障距离保护的测距方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：在变电站保护安装处测量故障相间的电压向量、电流向量、电流突变量；

步骤2：利用步骤1得到的各量，计算相间故障处的电压向量；所述相间故障处的电压向量的计算方法为：

其中：

为故障处的电压向量；φ和 

表示发生故障的两相， 

为AB、BC、CA，分别表示AB、BC、CA相间；

为故障相间的电压向量；

为故障相间的电流突变量；

φ_L为线路每公里正序阻抗角，φ_L=Arg(z₁)，其中，z₁为线路每公里正序阻抗；

β为 

超前于 

的相角，其中 

为故障相间的电流向量，

θ为 

超前于 

的相角， 

步骤3：计算故障点到保护安装处的距离；所述故障点到保护安装处的距离的计算方法为： 

其中：x为故障点到保护安装处的距离。 

Images