CN102437556A

CN102437556A - 六相输电线路的序分量纵联方向保护方法

Info

Publication number: CN102437556A
Application number: CN2011102216967A
Authority: CN
Inventors: 张艳霞; 程璐璐
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Nantong Universal Machinery Co ltd; Tianjin Dingsheng Technology Development Co ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102437556B

Abstract

本发明属于继电保护技术领域，涉及一种六相输电线路的序分量纵联方向保护方法，包括：通过保护安装处的电流互感器和电压互感器采集六相电流电压数据；分别转化为六个序电压分量和六个序电流分量；计算反正序故障分量；对T₁、F₀和F₁故障分量的动作判据进行判断，如果三个判据中有大于一个的判据判为正方向故障，则保护判为本侧正方向发生短路；若三个判据均判为反方向，则保护判为本侧的反方向发生短路；若本侧和对侧均判为正方向短路，则保护动作跳闸；若两侧有一侧判为反方向短路或者两侧均判为反方向短路，则保护不动作。本发明判据简单，易于实现，能反映六相系统的所有故障，是一种较理想的主保护方案。

Description

六相输电线路的序分量纵联方向保护方法

技术领域

本发明属于电力系统的六相输电技术领域，特别涉及一种特高压、超高压和高压六相输电线路的纵联继电保护方案。

背景技术

六相输电是多相输电的一种，典型原理接线如图1所示，由四台变压器和六相输电线路构成。通过2台变压器将并行的三相系统变成六相系统，在另一端再通过两台变压器将六相系统转变成三相系统。四台变压器的接线方式分别是：D，y11、Y，d1、D，y1、Y，d11。六相输电线路的六相分别为A、B、C、D、E和F，一般排列成正六边形，相邻两相(例如A和B，E和F等)之间的相角差为60°。可以将六相系统分解为(A，C，E和B，D，F)两个三相系统的组合，各系统中三相之间互差120°。

六相输电系统与三相输电系统相比具有以下优点：1、功率密度大大提高。Barthold和Barnes在1972年的GIGRE上指出六相裸线传输线的极限功率密度为12000MW/m²，这是三相输电线的好几倍；2、六相输电系统易于与三相系统协调、兼容运行；3、相间电压较低；4、对高电压断路器触头的断流容量要求较低；5、轻巧的杆塔结构、较窄的线路走廊；6、运行时的可闻噪声、无线电噪声和地面电场等环境指标均优于三相。

1992年，美国纽约电力和天然气公司(NYSEG)将Goudey到Oakdale之间的一条2.4km长的双回线路改造成了六相输电线，并投入了商业运行。我国能源产地和需求地极不平衡，煤炭资源主要集中在西北地区，而大量的能源用户集中在东部沿海地区，这决定了需要用特高压、超高压或高压输电线作为电能传输的骨干网架。但输电线路需要较宽的线路走廊，例如1000kV级别的线路走廊宽度达到90米。因此，要节约线路走廊、提高单位走廊宽度下的输电容量，六相输电技术是一种较理想的解决方案。

目前，对六相输电线路保护的研究论文很少。文献[1]提出了基于半正、半负、半零序分量的纵联方向保护判据，不足之处是不能判断六相故障，在六相故障时需要切换到其他判据上；文献[2]提出了基于半正、半负、半零序分量的相差动保护判据，但动作特性受线路长度的影响，当线路长度达到一定值时，两侧需要相机跳闸。由此可见，研究特高压、超高压和高压六相输电线路的纵联继电保护方案，是具有前瞻性的工作，具有重要的理论和现实意义。

参考文献

[1]赵庆明，贺家李等.六相输电线路的相差纵联方向保护研究[J].中国电机工程学报.2007，26(25)：37-41

[2]赵庆明，贺家李等.六相输电线路的纵联方向保护方案[J].电力系统自动化，2007，31(3)：57-60

发明内容

本发明的目的是提供一种判据简单，易于实现，并能反映六相系统的所有故障的六相输电线路的序分量纵联方向保护方法。本发明的技术方案如下：

一种六相输电线路的序分量纵联方向保护方法，包括下列步骤：

(1)通过保护安装处的电流互感器和电压互感器采集六相电流和六相电压数据；

(2)将六相电压和六相电流分别转化为六个序电压分量和六个序电流分量：

为同零序分量；

为反零序分量；

为同正序分量；

为反正序分量；

为同负序分量；为反负序分量；

(3)对于

反正序分量，利用故障后的该序分量减去故障前一周对应时刻的该序分量，得到

反正序故障分量

Figure DEST_PATH_GDA00001261452300000210

(4)进行六相系统纵联方向保护判据的判断：

1)T₁分量方向判据为

Figure DEST_PATH_GDA00001261452300000211

2)F₀分量方向判据为

3)F₁故障分量方向判据为

(5)如果三个判据中有大于一个的判据判为正方向故障，则保护判为本侧正方向发生短路；若三个判据均判为反方向，则保护判为本侧的反方向发生短路；

(6)纵联方向保护通过通信通道比较线路两侧的方向判断结果，若本侧和对侧均判为正方向短路，则保护动作跳闸；若两侧有一侧判为反方向短路或者两侧均判为反方向短路，则保护不动作。

本发明具有如下的有益效果：1、特高压、超高压或高压输电线作为电能传输的骨干网架，采用六相输电是节约线路走廊、提高单位走廊宽度下的输电容量的理想方案，是未来的发展方向。本发明提出的六相输电线路的序分量纵联方向保护新方法可以为六相输电线路提供一种保障其安全稳定运行的技术支撑。2、本发明提出的六相输电线路的序分量纵联方向保护新方法，判据简单，易于实现，能反映六相系统的所有故障，是一种较理想的主保护方案。

附图说明

图1典型的六相输电系统，(a)六相输电接线图，(b)为六相输电线路正常运行时的电压向量图。

图2各序分量相量图。

图3短路故障时同正、反零序分量网图。(a)为内部短路时同正序、反零序的附加网络；(b)为外部短路时间正序、反零序的附加网络。

图4短路故障时反正序故障分量网图。(a)为内部短路时反正序的附加网络；(b)为外部短路时反正序的附加网络。

具体实施方式

六相输电线路相对于同杆双回线而言，在线路两端加上了四台变压器，整个系统仍是对称的；将六相系统看作两个三相系统即A、C、E三相和D、F、B三相的话，则这两个系统就分别相当于A、B、C系统和-A、-B、-C系统，各系统中三相之间互差120°，排列对称，可认为每一系统的相间互阻抗相等，两回线之间的相间互阻抗也相等。因此，六序分量法同样适用于六相输电系统；分析时可将六相输电线路看作是一个A、C、E三相的单回线路和另一个D、F、B三相单回线路的并联双回线系统。

六相输电系统故障的主要特点是存在跨线故障，故障种类达到120种。当发生故障时，六相系统不平衡，且由于线路之间存在互感，使得求解故障后电流电压很困难。六序分量法是一种解耦六回线路系统互感的有效变换方法，利用变换矩阵

M = [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & a^{2} & a^{2} & a & a \\ 1 & 1 & a & a & a^{2} & a^{2} \\ 1 & - 1 & 1 & - 1 & 1 & - 1 \\ 1 & - 1 & a^{2} & - a^{2} & a & - a \\ 1 & - 1 & a & - a & a^{2} & - a^{2} \end{matrix}] - - - (1)

其中a＝e^j2π/3，可以将线路上任意一点处的六相电压和六相电流转化为六个序电压分量和六个序电流分量，

为同零序分量；为反零序分量；

为同正序分量；

为反正序分量；

为同负序分量；为反负序分量。各相序分量的相量图如图2所示，正常运行时只有反正序分量存在，其余五个分量都是故障时才存在。

变换后的三个同序量T₀、T₁、T₂和三个反序量F₀、F₁、F₂彼此之间没有互感，形成了对称的六序分量系统。这样就可以对六序系统分别进行故障电流电压的求解，再通过反变换合成线路上任意一点处的六相电压和六相电流。

通过故障分析可知：在接地故障中，六相接地时只有F₁分量存在，单回线三相接地时只有F₁分量和T₁分量存在，对偶相(如A与D，C与F，E与B)接地时只有F₀、F₁、F₂分量存在。不接地故障与接地故障的区别是没有T₀分量，除此之外，前面对接地故障的分析对不接地故障同样成立。这三种序分量分别能够反映的故障类型列成表格如表1所示。

表1T₁分量、F₀分量和F₁分量所反映故障类型

故障类型	T₁	F₀	F₁
				AG等单相接地故障	可以	可以	可以
CEG及CE等单回线两相故障	可以	可以	可以
				ACEG及ACE等单回线三相故障	可以	不可以	可以
CBG及CB等非对应相跨线两相故障	可以	可以	可以
				ADG及AD等对应相跨线两相故障	不可以	可以	可以
CEFG及CEF等第一类三相跨线故障	可以	可以	可以
				CEBG及CEB等第二类三相跨线故障	可以	可以	可以
AFBG及AFB等第三类三相跨线故障	可以	可以	可以
				ACEDG及ACED等三一跨线故障	可以	可以	可以
ACFBG及ACFB等二二跨线故障	可以	可以	可以
				CEFBG及CEFB等四对应相跨线故障	不可以	可以	可以
ACEFBG及ACEFB等跨线五相故障	可以	可以	可以
				六相故障	不可以	不可以	可以

由表1可知，只有F₁分量可以反映六相短路，而T₁分量和F₀分量的组合可以反映其他所有类型的故障。因此，利用T₁分量、F₀分量和F₁分量来构成纵联方向保护方案能反映六相系统的所有故障。

以下讨论纵联方向保护的动作判据。由图2和对称分量经变压器后的相位关系分析可知，同正负序电流(T₁和T₂)和零序电流(T₀和F₀)流不到三相系统中，而三相系统侧的反序电流(F₁和F₂)是六相系统侧的两倍。由此画出的六相系统发生接地故障时的同正序、反零序分量和反正序故障分量等效网络如图3和图4所示。

由图3可知，对于T₁和F₀分量，内部故障时，保护P1处的序电压、序电流关系为：

外部故障时，有关系式：

由图4可知，对于F₁故障分量而言，内部故障时，保护P1处的序电压、序电流关系为：

外部故障时，有关系式：

式子中均不含过渡电阻，所以方向元件不受过渡电阻影响。对于一般的超高压系统，阻抗角接近于90°，故对于由T₁、F₀和F₁故障分量构成的六相系统纵联方向保护的具体动作判据如下

(1)T₁分量方向判据为

(2)F₀分量方向判据为

(3)F₁故障分量方向判据为

下面对保护方法进行具体说明：

1、通过保护安装处的电流互感器和电压互感器采集六相电流和六相电压数据，利用公式(1)将六相电压和六相电流分别转换为六序电压和六序电流；

2、对于F₁分量而言，用故障后的该序分量减去故障前一周对应时刻的该序分量，就得到了F₁故障分量；

3、对T₁、F₀和F₁故障分量分别利用公式(2)、(3)和(4)的动作判据进行判断。如果三个判据中有大于一个的判据判为正方向故障，则保护判为本侧正方向发生短路；若三个判据均判为反方向，则保护判为本侧的反方向发生短路；

4、纵联方向保护通过通信通道比较线路两侧的方向判断结果，若本侧和对侧均判为正方向短路，则保护动作跳闸；若两侧有一侧判为反方向短路或者两侧均判为反方向短路，则保护不动作。