CN102608498B - 新能源输电线路故障选相方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源输电线路故障选相方法，该方法采用相量计算各相及相间补偿电压的工频变化量幅值，首先对三个单相的变化量幅值大小进行排序，通过比较最大相和另外两相间的变化量幅值之间关系来确定单相故障还是多相故障。关键在于比较的系数为动态计算，可以根据背后系统电源的性质进行灵活的调整，保证区内单相故障时不会多选相。

Description

新能源输电线路故障选相方法

技术领域

本发明涉及输电线路故障选相方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着智能电网建设的推进，各种新能源的应用也日趋增多，而新能源接入电网也带来了新问题。新能源与传统能源在电气特征上差异主要体现为火力发电机组的正序和负序阻抗基本一致，而新能源机组如风机、光伏等其系统的正序阻抗要小于负序阻抗，两者不再基本相等。

目前线路保护故障选相的理论基础是背后系统的正负序阻抗相同，因而单相故障时，健全相间电压、电流变化量为零，因此可以简单选出故障相。

而应用于新能源输电线路时，由于背后系统正序、负序阻抗不再相同，在线路发生单相接地故障时，健全相间的电压、电流变化量不再为零，与短路电流的大小呈比例增加关系。通过计算健全相间的电压、电流变化量不再能够排除其是否为故障相，增加了线路保护单相故障误跳多相的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种新能源输电线路故障选相方法，以解决现有故障选相方法不适用新能源输电线路的问题。

为实现上述目的，本发明的新能源输电线路故障选相方法步骤如下：

(1)计算故障后各相及相间的补偿电压；

(2)计算各相补偿电压的幅值，并按照大小进行排序；

(3)判断最大幅值是否大于另两相相间幅值与识别因子k的乘积，若是大于，则确定该最大幅值相故障；若是不大于，则继续进行步骤(4)的判别；

(4)判断最大幅值是否小于另两相相间幅值的1.5倍，若是小于，则确定ABC相故障，否则，继续进行步骤(5)的判别；

(5)找出幅值相对较小的两相中的大幅值相，判断该相幅值是否小于该相保护安装处电压的工频相量与该相保护安装处电流工频相量和线路阻抗值乘积的差值的幅值，若是小于，则确定该相为区外故障，幅值最大相为区内故障相，否则区内故障相为该相与幅值最大相相间。

进一步的，所述步骤(1)中故障后各相补偿电压的计算公式为：

式中

为线路阻抗值，

为保护安装处电压的工频相量，

为保护安装处电流工频相量，突变量取值为工频2周波的变化量；故障后各相间的补偿电压计算公式为：

式中

为线路阻抗值，

为保护安装处电压的工频相量，

为保护安装处电流工频相量，突变量取值为工频2周波的变化量。

进一步的，所述步骤(3)中识别因子k的计算公式为：

$k=\frac{1}{2}\left|\frac{{\mathrm{\ΔU}}_1}{{\mathrm{\ΔI}}_1}\right|\×\left|\frac{\mathrm{\Δ}{I}_2}{{\mathrm{\ΔU}}_2}\right|$

其中，ΔU₁为保护安装处的正序电压变化量；

ΔI₁为保护安装处的正序电流变化量；

ΔU₂为保护安装处的负序电压变化量；

ΔI₂为保护安装处的负序电流变化量；

突变量取值为工频2周波的变化量。

本发明的新能源输电线路故障选相方法采用相量计算各相及相间补偿电压的工频变化量幅值，首先对三个单相的变化量幅值大小进行排序，通过比较最大相和另外两相间的变化量幅值之间关系来确定单相故障还是多相故障。关键在于比较的系数为动态计算，可以根据背后系统电源的性质进行灵活的调整，保证区内单相故障时不会多选相。该方法为纵联保护、距离保护及零序方向保护提供选相结果，并为测距提供故障相别。

附图说明

图1是实施例方法的流程图。

具体实施方式

新能源输电线路故障选相方法应用在高压线路保护中，为纵联保护、距离保护及零序方向保护提供选相结果，并为测距提供故障相别。选相方法独立为一个模块，集成在线路保护装置中，在故障启动后，投入运行。为确保选相元件的灵敏度大于保护元件，选相中定值取值为1.5倍的线路阻抗。为保证选相结果在保护动作之前完成，选相方案中的工频相量计算采用半周差分傅氏算法，可以在故障后10ms完成故障选相任务。新能源输电线路故障选相方法的步骤如下：

(1)计算故障后各相及相间的补偿电压；

(2)计算各相补偿电压的幅值，并按照大小进行排序；

(3)判断最大幅值是否大于另两相相间幅值与识别因子k的乘积，若是大于，则确定该最大幅值相故障；若是不大于，则继续进行步骤(4)的判别；

(4)判断最大幅值是否小于另两相相间幅值的1.5倍，若是小于，则确定ABC相故障，否则，继续进行步骤(5)的判别；

(5)找出幅值相对较小的两相中的大幅值相，判断该相幅值是否小于该相保护安装处电压的工频相量与该相保护安装处电流工频相量和线路阻抗值乘积的矢量和的幅值，若是小于，则确定该相为区外故障，幅值最大相为区内故障相，否则区内故障相为该相与幅值最大相相间。

选相模块的工作流程如图1所示。本发明利用故障后各相及相间的补偿电压工频变化量进行选相。各相、相间补偿电压的定义如下。

$\mathrm{\Δ}\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{opA}}\right|=\mathrm{\Δ}|{\stackrel{\·}{U}}_A-{\stackrel{\·}{I}}_A\×{\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{set}}|---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{opBC}}\right|=\mathrm{\Δ}|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{BC}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{BC}}\×{\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{set}}|---\left(2\right)$

上式中

为线路阻抗值。

为保护安装处电压的工频相量，

为保护安装处电流工频相量，突变量取值为工频2周波的变化量。

各单相的补偿电压变化量计算公式中不含零序电流补偿，杜绝了同杆线路跨线故障时虚假零序补偿问题。

分别计算出

的幅值后，按照大小进行排序，假定排序结果为

最大，则进行以下判别，如果其它相为最大则进行类似选相步骤。

$\mathrm{\Δ}\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{opA}}\right|>k\×\mathrm{\Δ}\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{opBC}}\right|---\left(3\right)$

$k=\frac{1}{2}\left|\frac{{\mathrm{\ΔU}}_1}{{\mathrm{\ΔI}}_1}\right|\×\left|\frac{\mathrm{\Δ}{I}_2}{{\mathrm{\ΔU}}_2}\right|---\left(4\right)$

式(4)中：

ΔU₁为保护安装处的正序电压变化量；

ΔI₁为保护安装处的正序电流变化量；

ΔU₂为保护安装处的负序电压变化量；

ΔI₂为保护安装处的负序电流变化量；

如果公式(3)成立，则认为是A相故障，否则讲行如下识别。

$\mathrm{\&Delta;}\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{opA}}\right|<1.5\&times;\mathrm{\&Delta;}\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{opBC}}\right|---\left(5\right)$

如果公式(5)成立，则认为是ABC相故障，否则进行如下识别。

$\mathrm{\&Delta;}\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{opBC}}\right|<\mathrm{\&Delta;}|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_B+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_B\&times;{\stackrel{\&CenterDot;}{Z}}_{\mathrm{set}}|---\left(6\right)$

如果公式(6)成立，则认为线路B相为反方向，即发生了区外B相故障，区内故障相仍为A相，否则，区内故障相为AB相。

Claims (1)

1.一种新能源输电线路故障选相方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

（1）计算故障后各相及相间的补偿电压；

（2）计算各相补偿电压的幅值，并按照大小进行排序；

（3）判断最大幅值是否大于另两相相间幅值与识别因子k的乘积，若是大于，则确定该最大幅值相故障；若是不大于，则继续进行步骤（4）的判别；

（4）判断最大幅值是否小于另两相相间幅值的1.5倍，若是小于，则确定ABC相故障，否则，继续进行步骤（5）的判别；

（5）找出幅值相对较小的两相中的大幅值相，判断该相幅值是否小于该相保护安装处电压的工频相量与该相保护安装处电流工频相量和线路阻抗值乘积的矢量和的幅值，若是小于，则确定该相为区外故障，幅值最大相为区内故障相，否则区内故障相为该相与幅值最大相相间；

所述步骤（1）中故障后各相补偿电压的计算公式为：

式中为线路阻抗值，为保护安装处电压的工频相量，

为保护安装处电流工频相量，突变量取值为工频2周波的变化量；故障后各相间的补偿电压计算公式为：

式中

为线路阻抗值，

为保护安装处电压的工频相量，

为保护安装处电流工频相量，突变量取值为工频2周波的变化量；

所述步骤（3）中识别因子k的计算公式为：

$k=\frac{1}{2}\left|\frac{{\mathrm{\&Delta;U}}_1}{{\mathrm{\&Delta;I}}_1}\right|\&times;\left|\frac{{\mathrm{\&Delta;I}}_2}{{\mathrm{\&Delta;U}}_2}\right|$

其中，ΔU₁为保护安装处的正序电压变化量；

ΔI₁为保护安装处的正序电流变化量；

ΔU₂为保护安装处的负序电压变化量；

ΔI₂为保护安装处的负序电流变化量；

突变量取值为工频2周波的变化量。