CN102707197A - 一种输电线路单相接地故障距离测定方法及故障类型诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路单相接地故障距离测定方法及故障类型诊断方法。本发明方法利用故障相电压电流负序电流和零序电流(φ为故障相：A相、B相、C相)，在由 和构成的矢量三角形中，根据三角形边角关系计算

的幅值

由于单相接地故障点到保护安装处的故障距离x为正实数，利用

除以

得到故障距离x，进而计算接地故障过渡电阻值，根据接地故障过渡电阻值的情况诊断单相接地故障类型。

Description

一种输电线路单相接地故障距离测定方法及故障类型诊断方法

技术领域

本发明涉输电线路单相接地故障的诊断方法，特别是一种输电线路单相接地故障距离测定方法及故障类型诊断方法。

背景技术

距离保护由于受电力系统运行方式和结构变化影响小，能瞬间有选择性的切除输电线路各种故障，在电力系统输电线路保护中获得了广泛的应用。高压输电线路上距离保护被用作输电线路主保护，超/特高压交流输电线路上距离保护被用作输电线路后备保护。目前电力系统输电线路广泛应用的距离保护主要包括工频变化量距离保护和阻抗距离保护。

工频变化量距离保护通过反应工作电压幅值突变量构成距离保护，该方法具有受电力系统运行方式影响小和抗过渡电阻能力强等优势。但由于该方法所采用的工作电压幅值突变量仅在故障初期存在，无法用作超/特高压交流输电线路的后备保护。

阻抗距离保护根据测量阻抗大小反映故障距离长度以区分故障点位于保护区内或是位于保护区外。阻抗距离保护由于受电力系统运行方式和结构变化影响小，用于计算测量阻抗的电气量为全故障分量，适用于整个故障过程。因此，阻抗距离保护既可用于高压输电线路主保护，也可用作超/特高压交流输电线路的后备保护。

传统接地阻抗距离保护前提假设接地故障点电压为零，通过电压和电流比值测量故障阻抗，并根据测量阻抗大小来反映故障点的远近以决定是否发出跳闸信号。实际上，在电力系统中，除了人为构造的金属性接地短路外，接地故障点电压几乎不可能为零，因此，接地故障点电压会对接地距离保护动作性能造成严重的影响。

实际电力系统中，过渡电阻产生的附加阻抗会严重影响阻抗距离保护的动作性能。若过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性容易造成保护区内接地故障时阻抗距离保护拒动；若过渡电阻产生的附加阻抗呈阻容性容易造成保护区外接地故障时阻抗距离保护产生超越。高/超/特压交流输电线路往往也是重负荷输电线路，重负荷电流会使阻抗距离保护的动作灵敏度降低，重负荷电流对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。据国家电网公司统计，高/超/特高压交流输电线路发生的各种故障类型中单相接地故障占80％以上，同时阻抗测量元件即故障距离测量元件又是阻抗距离保护的核心组成部分。因此，研究一种适用于高/超/特高压交流输电线路单相接地故障距离测量及故障类型诊断的方法具有很重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种输电线路单相接地故障距离测定方法。

本发明的另一目的还在于提供一种输电线路单相接地故障类型诊断方法。

一种输电线路单相接地故障距离测定方法：(1)测定检测点处的电气量参数，利用傅氏算法计算检测点处的故障相的电压

相电流

负序电流

和零序电流

其中，φ为故障相：A相、B相、C相。

(2)计算单相接地故障点到检测点处的故障距离：

$x=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\right|$

其中： $\mathrm{\β}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$

z₁、z₀分别为输电线路每公里正序、零序阻抗；

α＝Arg(z₁)， $\mathrm{\γ}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right).$

一种输电线路单相接地故障类型诊断方法：由上述的计算所得的单相接地故障点到检测点处的故障距离，并利用如下计算单相接地故障过渡电阻的计算式得出电阻值： $R_g=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})}{3{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\frac{{\mathrm{lz}}_1+Z_{m1}+Z_{n1}}{(l-x)z_1+Z_{n1}}\right|$

其中，

Z_m1、Z_n1分别为线路m、n侧的系统等值阻抗，l为输电线路长度。

(2)若0＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为低电阻接地故障类型；

若R_hig＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为中电阻接地故障类型；

若R_g＞R_hig，则判断单相接地故障为高电阻接地故障类型；

其中，R_low、R_hig分别为低阻和高阻整定值。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

(1)本发明方法用于输电线路单相接地故障距离保护，能精确计算故障距离。

(2)本发明方法用于输电线路单相接地故障距离保护，能精确诊断接地故障类型。

附图说明

图1为应用本发明方法的输电线路单相接地故障示意图；

图2为应用本发明方法的输电线路单相接地故障的

和

的电气矢量关系图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例1

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明方法的输电线路单相接地故障示意图。保护装置利用傅氏算法计算输电线路检测点处的故障相的电压

电流

负序电流

和零序电流

其中，故障相φ：A相、B相、C相。

输电线路发生单相经电阻接地故障的

和

的电气矢量关系如图2所示。在图2中，由

和

构成的矢量三角形里，根据三角形边角关系得到式(1)关系。

${\mathrm{xz}}_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\left(1\right)$

其中， $\mathrm{\β}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$

z₁、z₀分别为输电线路每公里正序、零序阻抗；α＝Arg(z₁)， $\mathrm{\γ}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right).$

由于单相接地故障点到检测点处的故障距离x为正实数，利用

除以得到单相接地故障点到检测点处的故障距离x的计算式如式(2)所示。

$x=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\right|---\left(2\right)$

本实施例未述部分与现有技术相同。

实施例2

利用实施例1计算所得的单相接地故障点到检测点处的故障距离x，再根据电流分配原理， ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}=\frac{(l-x)z_1+Z_{n+1}}{{\mathrm{lz}}_1+Z_{m1}+Z_{n1}}$ ${\stackrel{\·}{I}}_{f2}=\frac{(l-x)z_1+Z_{n1}}{{\mathrm{lz}}_1+Z_{m1}+Z_{n1}}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_f}{3}$

由于

所以可得单相接地过渡电阻计算式如式(3)所示。

$R_g=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})}{3{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\frac{{\mathrm{lz}}_1+Z_{m1}+Z_{n1}}{(l-x)z_1+Z_{n1}}\right|---\left(3\right)$

其中，

Z_m1、Z_n1分别为线路m、n侧的系统等值阻抗，l为输电线路长度。

若0＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为低电阻接地故障类型；

若R_hig＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为中电阻接地故障类型；

若R_g＞R_hig，则判断单相接地故障为高电阻接地故障类型；

其中，R_low、R_hig分别为低阻和高阻整定值。

本实施例未述部分与实施例1相同。

本发明方法用于输电线路单相接地故障距离保护，能精确诊断接地故障类型和精确计算单相接地故障点到检测点处的故障距离。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，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。

Claims (2)

1.一种输电线路单相接地故障距离测定方法，其特征如下：(1)测定检测点处的电气量，利用傅氏算法计算检测点处的故障相的电压相电流

负序电流

和零序电流

其中，φ为故障相：A相、B相、C相；

(2)计算单相接地故障点到检测点处的故障距离：

$x=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\right|$

其中： $\mathrm{\β}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$

z₁、z₀分别为输电线路每公里正序、零序阻抗；

α＝Arg(z₁)， $\mathrm{\γ}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right).$

2.一种输电线路单相接地故障类型诊断方法：(1)测定检测点处的电气量，利用傅氏算法计算输电线路检测点处的故障相的电压

相电流

负序电流

和零序电流

其中，φ为故障相：A相、B相、C相；

(2)计算单相接地故障点到检测点处的故障距离计算式：

$x=\left|\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}\right|$

其中： $\mathrm{\β}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$

z₁、z₀分别为输电线路每公里正序、零序阻抗；

$\mathrm{\α}=\mathrm{Arg}\left(z_1\right),\mathrm{\γ}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$

(3)计算单相接地故障过渡电阻的计算式：

其中，

Z_m1、Z_n1分别为线路m、n侧的系统等值阻抗，l为输电线路长度；

(4)若0＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为低电阻接地故障类型；

若R_hig＜R_g＜R_low，则判断单相接地故障为中电阻接地故障类型；

若R_g＞R_hig，则判断单相接地故障为高电阻接地故障类型；

其中，R_low、R_hig分别为低阻和高阻整定值。

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