CN102175952A - 一种线路单相接地距离测量方法 - Google Patents

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林富洪
曾惠敏
王彤
王增平
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黄海
李生坤
岳军
郑志煜
吴善班
蔡建煌
陈灵
林力辉
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North China Electric Power University
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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单相接地距离测量方法。该方法通过计算保护安装处测量的故障相的相电压与单相接地故障点处的故障电压之间的矢量差，来计算保护安装处到接地故障点的距离。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

一种线路单相接地距离测量方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种线路单相接地距离测量方法。
背景技术
随着电力系统电压等级越来越高，如何做到安全、有效、可靠地提高输电线路的电能输送能力，是当前我国电力系统面临的一个重大课题。继电保护作为保障电网安全的第一道防线，对电网的安全、经济、稳定运行具有非常重要的意义。继电保护出现误动作或拒动作都会给电力系统造成严重危害。当输电线路发生短路故障，特别是发生单相接地短路故障时，通常不是金属性的故障。此时，由于故障点处有大过渡电阻的存在，这往往会影响到保护装置的动作性能，造成继电保护误动或拒动。因此对线路保护装置的选择性、快速性、可靠性和灵敏性提出了更高要求。
距离保护的动作性能受系统运行方式的影响小，具有足够的灵敏性和快速性，所以距离保护一直是输电线路的主要保护方式。然而，重负荷高压/超高压输电线路发生单相高阻接地短路故障时，由于受到大过渡电阻和线路上重负荷电流的影响，使得单相接地距离保护的故障距离计算不准，从而导致单相接地距离保护误动或拒动。
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故障距离计算精度低的不足，本发明提出了一种线路单相接地距离测量方法。
本发明的技术方案是，一种线路单相接地距离测量方法，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的相电压、相电流、负序电流、零序电流；
步骤2：利用步骤1得到的各量，计算故障相单相接地点的故障电压；
步骤3：计算单相接地故障点至保护安装处的距离。
所述故障相单相接地点的故障电压的计算方法为：
Figure BDA0000045853890000021
其中：
Figure BDA0000045853890000022
为故障相单相接地点的故障电压；
Figure BDA0000045853890000023
为保护安装处测量的故障相的相电压；
Figure BDA0000045853890000024
为线路正序阻抗角，
Figure BDA0000045853890000025
其中，z1为线路每公里正序阻抗；
Figure BDA0000045853890000026
其中，
Figure BDA0000045853890000027
为保护安装处测量的故障相的相电流，
Figure BDA0000045853890000028
为保护安装处测量的故障相的零序电流，k为零序补偿系数；
其中，
Figure BDA00000458538900000210
为保护安装处测量的故障相的负序电流；
所述单相接地故障点至保护安装处的距离的计算方法为：
Figure BDA00000458538900000212
其中：x为单相接地故障点至保护安装处的距离。
本发明方法利用保护测量到的电压和电流来计算故障处电压，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单相接地距离保护的影响。
附图说明
图1是应用本发明方法的线路保护装置。
图2是超高压双端输电系统示意图。
图3是本发明方法与传统阻抗距离保护方法故障距离测量的变化轨迹图。
图4是本发明方法与传统阻抗距离保护方法阻抗测量的变化轨迹图。
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2是应用本发明方法的一种500kV超高压输电系统。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I段长为200km，输电线路II段长为200km。应用本发明方法的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。I段和II段输电线路参数采用京津唐500kV输电线路参数：
m侧系统中，其正序系统等值阻抗为Zm1＝4.2643+j85.1453Ω，零序系统等值阻抗为Zm0＝0.6+j29.0911Ω。n侧系统中，其正序系统等值阻抗为Zn1＝7.9956+j 159.6474Ω，零序系统等值阻抗为Zn0＝2.0+j37.4697Ω。
其中，线路正序参数为R1＝0.02083Ω/km，L1＝0.8948mH/km，C1＝0.0129μF/km，线路零序参数为R0＝0.1148Ω/km，L0＝2.2886mH/km，C0＝0.00523μF/km，电导忽略不计。
本发明提出的一种线路单相接地距离测量元件实现方法适用于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170km、240km、300km)。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
Figure BDA0000045853890000041
处，半径为
Figure BDA0000045853890000042
整定的阻抗方向与线路阻抗方向一致。在m、n两侧等效电源相角差δ＝20°时，II段输电线路内距m侧220km处发生A相经300Ω电阻接地故障，则实施例具体步骤如下：
(1)测量线路在变电站保护安装处故障A相电压
Figure BDA0000045853890000043
故障A相电流
Figure BDA0000045853890000044
故障A相负序电流
Figure BDA0000045853890000045
零序电流
Figure BDA0000045853890000046
如图1所示，本实施例的故障相为A相：
Figure BDA0000045853890000047
Figure BDA0000045853890000048
Figure BDA0000045853890000049
Figure BDA00000458538900000410
(2)计算A相接地故障点电压
Figure BDA00000458538900000412
其中：
Figure BDA00000458538900000413
为线路正序阻抗角，
Figure BDA00000458538900000414
β为
Figure BDA00000458538900000415
超前于
Figure BDA00000458538900000416
的相角，
Figure BDA00000458538900000417
γ为
Figure BDA0000045853890000051
超前于
Figure BDA0000045853890000052
的相角，
Figure BDA0000045853890000053
k为零序补偿系数
Figure BDA0000045853890000054
其中，z1为单位线路正序阻抗，z1＝0.02083+j0.2811Ω，z0为单位线路零序阻抗为z0＝0.1148+j0.71898Ω；
θ为故障A相负序电流
Figure BDA0000045853890000055
相角，
计算A相接地故障点电压
Figure BDA0000045853890000057
(3)计算A相接地故障点至保护安装处的距离x：
A相接地故障点至保护安装处的距离
Figure BDA0000045853890000058
计算测量阻抗为Zceliang＝xZ1＝4.658+j62.87Ω。
测量的故障距离落在距离保护II段整定范围内，测量阻抗落在距离保护II段动作区域内，保护动作于跳闸。
图3给出了m、n两侧等效电源相角差δ＝20°时，距保护安装处220km处A相经300Ω电阻接地故障后的150个采样点内，本发明方法和传统阻抗距离保护方法测量故障距离的变化轨迹。由图3可知，本发明方法计算的故障距离测量结果能够快速收敛于实际故障距离220km处，落在距离保护II段整定范围内，保护动作于跳闸。而传统阻抗距离保护方法的故障距离测量结果则落在距离保护III段整定范围外，导致传统阻抗距离保护方法保护拒动。
图4给出了m、n两侧等效电源相角差δ＝20°时，距保护安装处220km处A相经300Ω电阻接地故障后的150个采样点内，本发明方法和传统阻抗距离保护方法测量阻抗的变化轨迹。由图4可知，本发明方法测量阻抗于故障发生后6.167ms进入动作区域，并快速趋于稳定，最终测得的测量阻抗为Zceliang＝4.658+j62.87Ω，落在距离保护II段动作区域内，保护动作于跳闸。而传统阻抗距离保护方法测量的测量阻抗则位于距离保护III段动作区域之外，导致传统阻抗距离保护方法保护拒动。
表1不同位置发生A相经300Ω高阻接地故障时本发明方法测量效果
  故障位置/(km)   测量故障距离/(km)   测量阻抗/(Ω)   保护动作情况
  50   52.951   1.103+j14.885   距离保护I段动作
  70   73.008   1.5208+j20.523   距离保护I段动作
  100   103.1   2.1476+j28.983   距离保护I段动作
  150   153.26   3.1923+j43.082   距离保护I段动作
  180   183.39   3.82+j51.552   距离保护II段动作
  200   203.51   4.2392+j57.21   距离保护II段动作
  230   233.69   4.8678+j65.693   距离保护II段动作
  250   253.62   5.2829+j71.295   距离保护III段动作
  270   273.3   5.6928+j76.827   距离保护III段动作
  280   283.05   5.896+j79.569   距离保护III段动作
  290   292.73   6.0977+j82.29   距离保护III段动作
表1给出了m、n两侧电源的相角差为δ＝20°，离保护安装不同位置处，发生A相经300Ω接地故障时，本发明方法测量的故障距离和测量阻抗的情况。由表1可知，本发明方法测量的故障距离都准确落在相应段的距离保护整定范围内，测量阻抗也都落在相应段的距离保护动作区域内，各段距离保护都正确动作于跳闸。
表2不同位置发生A相经300Ω接地故障时，本发明方法的效果
  故障位置/(km)   测量故障距离/(km)   测量阻抗/(Ω)   保护动作情况
  30   30.203   0.62913+j8.4904   距离保护I段动作
  60   60.503   1.2603+j17.008   距离保护I段动作
  80   80.706   1.6811+j22.687   距离保护I段动作
  140   141.39   2.9452+j39.747   距离保护I段动作
  190   192.33   4.0062+j54.065   距离保护II段动作
  210   212.78   4.4322+j59.814   距离保护II段动作
  260   263.93   5.4977+j74.194   距离保护III段动作
  275   279.27   5.8172+j78.506   距离保护III段动作
  285   289.5   6.0302+j81.38   距离保护III段动作
  295   299.72   6.2432+j84.254   距离保护III段动作
表2给出了m、n两侧电源的相角差为δ＝50°(重负荷线路情况)，离保护安装处不同位置发生A相经300Ω接地故障时，本发明方法测量的故障距离和测量阻抗的情况。由表2可知，本发明方法测量的故障距离都准确落在相应段的距离保护整定范围内，测量阻抗也都落在相应段的距离保护动作区域内，各段距离保护都正确动作于跳闸。
因此，本发明方法具有很强的耐高阻能力和抗负荷电流能力，比传统阻抗距离保护方法更准确、更迅速，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 (3)

1.一种线路单相接地距离测量方法，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的相电压、相电流、负序电流、零序电流；
步骤2：利用步骤1得到的各量，计算故障相单相接地点的故障电压；
步骤3：计算单相接地故障点至保护安装处的距离。
2.根据权利要求1所述一种线路单相接地距离测量方法，其特征是所述故障相单相接地点的故障电压的计算方法为：
其中：
Figure FDA0000045853880000012
为故障相单相接地点的故障电压；
Figure FDA0000045853880000013
为保护安装处测量的故障相的相电压；
Figure FDA0000045853880000014
为线路正序阻抗角，
Figure FDA0000045853880000015
其中，z1为线路每公里正序阻抗；
Figure FDA0000045853880000016
其中，
Figure FDA0000045853880000017
为保护安装处测量的故障相的相电流，
Figure FDA0000045853880000018
为保护安装处测量的故障相的零序电流，k为零序补偿系数；
Figure FDA0000045853880000019
其中，
Figure FDA00000458538800000110
为保护安装处测量的故障相的负序电流；
Figure FDA00000458538800000111
3.根据权利要求2所述一种线路单相接地距离测量方法，其特征是所述单相接地故障点至保护安装处的距离的计算方法为：
Figure FDA0000045853880000021
其中：x为单相接地故障点至保护安装处的距离。
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