CN102412548A - 抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法 - Google Patents

抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，属于电力系统继电保护技术领域。先用WARD等值法求取故障线路首末端母线处等值阻抗，确定大、小电源侧；再据跳闸后故障相端电压大小判别故障性质。瞬时性故障时，若线路实际补偿度小于临界补偿度，大电源侧首先重合，反之由小电源侧首先重合。永久性故障时，计算大、小电源侧首先重合时工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积，使乘积较小一侧首先重合。本方法线路临界补偿度仅与线路长度和相移系数有关，有利于提高瞬时性故障下的重合时序整定速度，计算量小、简单易行，可有效降低线路单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平。

Description

抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法
技术领域
本发明涉及一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
自动重合闸装置作为提高输电可靠性和暂态稳定性的有效措施之一，已得到广泛应用。目前，实际中应用的重合闸，采用检无压侧首先重合的方式，这一方式是依据电力系统安全稳定导则与电气操作导则，并结合当前重合闸技术的实际应用水平而制定的。出于解决两侧断路器工作条件不对等问题的考虑，实际中往往由线路首、末端轮换投入同步检定首先重合。
从抑制工频过电压的角度，在双端电源供电的线路中，应使电源容量较小的一端先断开；相反，在投入输电线路时，应使电源容量较大的一端先合闸。高电压等级输电线路的绝缘问题突出，合闸过电压，尤其是重合过电压，更是影响电网绝缘水平的决定性因素。线路发生单相接地故障而进行三相重合时，将会产生十分严重的过电压，因此，需要提出一种有效的三相重合闸过电压重合时序整定方法。
Ward等值是一种有效的网络静态等值方法，在利用WARD等值法确定线路两侧系统容量大小关系的基础上，若能提出抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，则可用于降低线路发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压问题。经检索，目前尚无此类技术的文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，用于降低带并联电抗器补偿的线路在发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平。
本发明抑制带并联电抗器补偿线路的三相重合闸过压重合时序整定方法，具体步骤如下：
1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗                                                
Figure 928673DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 657595DEST_PATH_IMAGE002
，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若
Figure 549459DEST_PATH_IMAGE001
<
Figure 47436DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若
Figure 881400DEST_PATH_IMAGE001
>
Figure 832038DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；
1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压
Figure 524663DEST_PATH_IMAGE003
和最大负载条件下两相运行时的感应电压
Figure 877147DEST_PATH_IMAGE004
，判别单相故障的性质；若
Figure 819696DEST_PATH_IMAGE005
，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，
Figure 319947DEST_PATH_IMAGE006
；
1.3瞬时性故障重合时序整定
按式
Figure 553613DEST_PATH_IMAGE007
，计算临界补偿度
Figure 26183DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 201949DEST_PATH_IMAGE009
为相移系数，
Figure 127180DEST_PATH_IMAGE010
为线路长度；
根据线路实际补偿度
Figure 351488DEST_PATH_IMAGE011
与临界补偿度，判断故障重合时序；若
Figure 510385DEST_PATH_IMAGE011
<,首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；
1.4永久性故障重合时序整定
1.4.1按式，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积
Figure 159672DEST_PATH_IMAGE015
；其中：
Figure 725783DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 843430DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 204004DEST_PATH_IMAGE018
为并联电抗器电抗，为线路波阻抗，
Figure 836291DEST_PATH_IMAGE020
为大电源侧等值电抗，
Figure 726887DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 523941DEST_PATH_IMAGE022
为大电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.2按式
Figure 195094DEST_PATH_IMAGE023
，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数
Figure 368587DEST_PATH_IMAGE024
和单相接地故障引起健全相电压升高系数
Figure 192317DEST_PATH_IMAGE025
二者的乘积
Figure 160273DEST_PATH_IMAGE026
：其中：
Figure 318722DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 30326DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 708563DEST_PATH_IMAGE029
为小电源侧等值电抗，
Figure 847421DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 493166DEST_PATH_IMAGE031
为小电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.3比较
Figure 742881DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 538274DEST_PATH_IMAGE026
的大小，若
Figure 910350DEST_PATH_IMAGE015
<
Figure 981074DEST_PATH_IMAGE026
，由大电源侧首先重合；若
Figure 847530DEST_PATH_IMAGE015
>
Figure 687310DEST_PATH_IMAGE026
，则由小电源侧首先重合。
本发明的原理是：
1、故障性质的判别
利用线路一相因故障跳闸后，另外两个正常相在断开相上引起的电容耦合电压和电磁耦合电压的区别来判别故障性质。对于瞬时性故障，由于跳开相故障点已经消除，电容耦合电压和电磁耦合电压同时存在；而对于永久性故障，由于故障点一直存在，电容耦合电压对地放电并迅速下降至零，只剩下电磁耦合电压。也就是说，在一般情况下，瞬时性故障时的断开相电压大于永久性故障时的断开相电压值。因此可以找出一个临界值作为识别故障性质的整定值，从而区分故障性质。
2、临界补偿度
单端电源与双端带有并联电抗器的长线相连时，对于均匀无损空载长线路，线路末端电压传递系数为：
Figure 230287DEST_PATH_IMAGE032
                                               （1）
式中，系统阻抗
Figure 522728DEST_PATH_IMAGE033
的系数：
Figure 192875DEST_PATH_IMAGE034
，与系统阻抗无关项
Figure 887161DEST_PATH_IMAGE035
。
对
Figure 601040DEST_PATH_IMAGE036
进行整理，得到：
Figure 646356DEST_PATH_IMAGE037
      （2）
当距线路末端距离
Figure 854614DEST_PATH_IMAGE038
(
Figure 403408DEST_PATH_IMAGE039
)时，沿线电压出现最大值，该处的电压传递系数为：
                                            （3）
式中，系统阻抗
Figure 289576DEST_PATH_IMAGE043
的系数：
Figure 361569DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 115898DEST_PATH_IMAGE045
为与系统阻抗无关项。
由
Figure 915227DEST_PATH_IMAGE046
，得到
Figure 438612DEST_PATH_IMAGE047
，采用对相同的化简方法，对式(3)进行整理得：
    （4）
由式（2）、（4）可以看出，无论是线路末端还是电压最高处，无论是线路末端还是电压最高点处，当时，小电源侧先合闸可降低稳态电压；反之，应先投入大电源侧。将改变重合时序的补偿度定义为临界补偿度
Figure 904042DEST_PATH_IMAGE051
，即：
                                          （5）
3、重合于瞬时性故障时的过电压峰值
当电源电压达最大值且极性与线路健全相电压相反时(
Figure 781180DEST_PATH_IMAGE053
)重合，重合过电压达峰值，由式（6）可计算出合于瞬时性故障时健全相线路的重合过电压峰值：
                            （6）
式中，
Figure 736476DEST_PATH_IMAGE056
为线路稳态电压和残压，
Figure 952694DEST_PATH_IMAGE057
为电源电压。
结合式（2）可知，
Figure 897516DEST_PATH_IMAGE058
时，应由大电源侧首先重合；反之，应由小电源侧先重合，以降低重合过电压峰值。
4、重合于永久性故障时的过电压峰值
线路发生单相永久性接地故障时，两侧断路器跳闸后，故障点依然存在，故障相电感、电容元件储能通过故障点释放。健全相对地电容及并联电抗器中储能产生自由振荡分量。若在
Figure 250000DEST_PATH_IMAGE053
电源电压达峰值且极性与线路健全相电压相反时重合，重合过电压峰值为：
Figure 5597DEST_PATH_IMAGE059
                            （7）
计算工频电压升高系数
Figure 443532DEST_PATH_IMAGE060
和单相接地故障引起健全相电压升高系数
Figure 926466DEST_PATH_IMAGE061
二者的乘积，使乘积较小的一侧首先重合，以降低重合过电压峰值。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、线路临界补偿度的大小仅与线路长度和相移系数有关，线路的补偿度是否小于临界值可在故障前即作出判断，有利于提高瞬时性故障下的重合时序整定速度，且易于实现。
2、永久性故障下通过比较大、小电源侧重合时工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者乘积的大小得到重合顺序，计算量小，简单易行。
3、大量仿真表明，本发明专利可有效抑制带并联电抗器补偿的线路在发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平，效果良好。
附图说明
图1为本发明两端带并联电抗器的输电线路集中参数模型图；图中，x sM、x sN为M、N侧电源电抗，L m1、L 01为线路首端相间电感和对地电感，L  m2、L 02为线路末端相间电感和对地电感，
Figure 399035DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 59955DEST_PATH_IMAGE063
为相间电容和对地电容；
图2为本发明重合于瞬时故障时健全相电压—故障、分闸、重合全过程电压图；图中，
Figure 985186DEST_PATH_IMAGE064
为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；
图3为本发明重合于瞬时故障时健全相电压—重合闸电压图；图中，
Figure 271811DEST_PATH_IMAGE064
为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；
图4为本发明重合于永久故障时健全相电压—故障、分闸、重合全过程电压图；图中，
Figure 411936DEST_PATH_IMAGE064
为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；
图5为本发明重合于永久故障时健全相电压—重合闸电压图；图中，为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。
本抑制带并联电抗器补偿线路的三相重合闸过压重合时序整定方法，其具体步骤如下：
1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗、
Figure 933550DEST_PATH_IMAGE002
，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若
Figure 993429DEST_PATH_IMAGE001
<
Figure 448681DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若
Figure 161553DEST_PATH_IMAGE001
>
Figure 727664DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；
1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压
Figure 826070DEST_PATH_IMAGE003
和最大负载条件下两相运行时的感应电压
Figure 452223DEST_PATH_IMAGE004
，判别单相故障的性质；若
Figure 652391DEST_PATH_IMAGE005
，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，
Figure 756613DEST_PATH_IMAGE006
；
1.3瞬时性故障重合时序整定
按式
Figure 975105DEST_PATH_IMAGE007
，计算临界补偿度
Figure 772160DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 194045DEST_PATH_IMAGE009
为相移系数，为线路长度；
根据线路实际补偿度
Figure 440536DEST_PATH_IMAGE011
与临界补偿度
Figure 408492DEST_PATH_IMAGE008
，判断故障重合时序；若
Figure 314743DEST_PATH_IMAGE011
<
Figure 760768DEST_PATH_IMAGE008
,首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；
1.4永久性故障重合时序整定
1.4.1按式，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数
Figure 92709DEST_PATH_IMAGE013
和单相接地故障引起健全相电压升高系数
Figure 489187DEST_PATH_IMAGE014
二者的乘积
Figure 738903DEST_PATH_IMAGE015
；其中：
Figure 786493DEST_PATH_IMAGE016
；
；
Figure 166976DEST_PATH_IMAGE018
为并联电抗器电抗，
Figure 33432DEST_PATH_IMAGE019
为线路波阻抗，
Figure 873212DEST_PATH_IMAGE020
为大电源侧等值电抗，
Figure 416189DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 708630DEST_PATH_IMAGE022
为大电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.2按式
Figure 378777DEST_PATH_IMAGE023
，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数
Figure 73063DEST_PATH_IMAGE024
和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积
Figure 832258DEST_PATH_IMAGE026
：其中：
Figure 55165DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 603958DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 754316DEST_PATH_IMAGE029
为小电源侧等值电抗，
Figure 21349DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 767720DEST_PATH_IMAGE031
为小电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.3比较
Figure 436598DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 757858DEST_PATH_IMAGE026
的大小，若
Figure 246609DEST_PATH_IMAGE015
<
Figure 62249DEST_PATH_IMAGE026
，由大电源侧首先重合；若
Figure 585634DEST_PATH_IMAGE015
>
Figure 812216DEST_PATH_IMAGE026
，则由小电源侧首先重合。
本方法在图1所示两端带并联电抗器的输电线路模型中使用，线路L的A相发生瞬时性接地故障，两侧断路器跳闸后，健全相B相电压达幅值时进行重合；并联电抗器补偿度分别取40%和60%，线路首端、
Figure 53842DEST_PATH_IMAGE065
处及末端重合闸过电压情况分别示于表1和表2。补偿度小于临界值(50.74%)时，大电源侧首先重合合闸过电压较低；而补偿度高于临界值时，小电源侧首先重合降低了线路末端和稳态电压最高点处的合闸电压。以补偿度为60%时为例，线路末端d1点发生A相瞬时故障，分别由M、N侧首先重合时B相电压如图2和图3所示。
线路A相发生永久性接地故障时，考虑两侧系统容量变化，补偿度仍取40%和60%，重合闸过电压情况分别示于表3和表4。若两侧电源容量差异较大，补偿度小于临界值
Figure 785485DEST_PATH_IMAGE066
(50.74%)时，大电源侧首先重合可降低合闸过电压；反之，补偿度大于临界值时，小电源侧首先重合闸过电压较低。若两侧电源容量相当，则无论补偿度大于或是小于临界值，近故障点侧首先重合有利于降低合闸过电压。以表4中所列第3种情况为例，两侧系统容量相同，线路补偿度为60%，线路末端d1点发生A相永久故障，分别由M、N侧首先重合时的健全相B相电压如图4和图5所示。
表1 三相重合于单相瞬时性故障 (
Figure 448548DEST_PATH_IMAGE067
)
Figure 911890DEST_PATH_IMAGE068
表2 三相重合于单相瞬时性故障 (
Figure 2011103755160100002DEST_PATH_IMAGE069
)
Figure 66404DEST_PATH_IMAGE070
表3 三相重合于单相永久故障 (
Figure 564381DEST_PATH_IMAGE067
)
Figure 132766DEST_PATH_IMAGE071
表4三相重合于单相永久故障 ()
Figure 44538DEST_PATH_IMAGE072

Claims (1)

1.一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，其特征在于按以下步骤进行：
1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗                                                
Figure 553394DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 187638DEST_PATH_IMAGE002
，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若<
Figure 868466DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若
Figure 556936DEST_PATH_IMAGE001
>
Figure 678476DEST_PATH_IMAGE002
，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；
1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压
Figure 48278DEST_PATH_IMAGE003
和最大负载条件下两相运行时的感应电压
Figure 32150DEST_PATH_IMAGE004
，判别单相故障的性质；若
Figure 829205DEST_PATH_IMAGE005
，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，
Figure 500358DEST_PATH_IMAGE006
；
1.3瞬时性故障重合时序整定
按式
Figure 408271DEST_PATH_IMAGE007
，计算临界补偿度，其中，
Figure 199957DEST_PATH_IMAGE009
为相移系数，为线路长度；
根据线路实际补偿度
Figure 70010DEST_PATH_IMAGE011
与临界补偿度
Figure 935198DEST_PATH_IMAGE008
，判断故障重合时序；若<
Figure 470533DEST_PATH_IMAGE008
，首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；
1.4永久性故障重合时序整定
1.4.1按式
Figure 48145DEST_PATH_IMAGE012
，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数
Figure 767839DEST_PATH_IMAGE013
和单相接地故障引起健全相电压升高系数
Figure 890647DEST_PATH_IMAGE014
二者的乘积
Figure 961371DEST_PATH_IMAGE015
；其中：
Figure 77095DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 916875DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 397535DEST_PATH_IMAGE018
为并联电抗器电抗，
Figure 765675DEST_PATH_IMAGE019
为线路波阻抗，
Figure 357193DEST_PATH_IMAGE020
为大电源侧等值电抗，
Figure 113796DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 30937DEST_PATH_IMAGE022
为大电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.2按式
Figure 623723DEST_PATH_IMAGE023
，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数
Figure 18933DEST_PATH_IMAGE024
和单相接地故障引起健全相电压升高系数
Figure 895622DEST_PATH_IMAGE025
二者的乘积
Figure 718084DEST_PATH_IMAGE026
：其中：
Figure 798167DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 997067DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 665946DEST_PATH_IMAGE029
为小电源侧等值电抗，
Figure 721626DEST_PATH_IMAGE030
，为小电源侧首先重合时故障点处看入的系统正序、零序等值电抗；
1.4.3比较
Figure 26017DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 549402DEST_PATH_IMAGE026
的大小，若
Figure 979246DEST_PATH_IMAGE015
<
Figure 283189DEST_PATH_IMAGE026
，由大电源侧首先重合；若
Figure 558312DEST_PATH_IMAGE015
>
Figure 17762DEST_PATH_IMAGE026
，则由小电源侧首先重合。
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