CN102830331A - 基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了输电线路维护技术领域中的一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法。包括：利用电流互感器测量输电线路发生故障前的电流瞬时值和发生故障后的电流瞬时值；分别根据输电线路发生故障前的电流瞬时值和发生故障后的电流瞬时值计算故障前相负荷电流和故障相零序电流；根据故障前相负荷电流和故障相零序电流，计算输电线路故障方向。本发明解决了CVT暂态过程对方向元件的影响。

Description

基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法

技术领域

本发明属于输电线路维护技术领域，尤其涉及一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法。

背景技术

输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。输电线路故障时，若不能及时切除或误切除，则对主系统影响较大，容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事故。高压/超高压/特高压线路保护担负输送电的重要任务，是电力系统的重要枢纽。它们造价极为昂贵，一旦因故障而遭到损坏，检修难度大、时间长，对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大。这样就对高压/超高压/特高压线路保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出了更高的要求。方向保护是根据测量故障的方向来反映故障点是正向故障还是反向故障，其性能基本上不受系统运行方式的影响，在复杂电网中都可以有选择性的切除故障，而且具有足够的灵敏性和快速性，所以方向保护一直是高压/超高压/特高压线路保护的主要保护方式。

在高压/超高压/特高压线路广泛采用电容式电压互感器（CVT），CVT的暂态过程对方向元件会产生很大的影响，严重时会引起区内故障的拒动和区外故障的误动作。本发明针对目前高压/超高压/特高压线路保护中CVT暂态过程对方向元件的影响，提出了一种新的计算方法，该计算方法仅采用电流分量可较好的解决CVT暂态过程对方向元件的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法，用于解决CVT暂态过程对方向元件的影响。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：利用电流互感器测量输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

步骤2：分别根据输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

计算故障前相负荷电流和故障相零序电流

步骤3：根据故障前相负荷电流

和故障相零序电流计算输电线路故障方向。

所述步骤3具体包括：

在电力系统送端，当

时，系统发生正向故障；当

时，系统发生反向故障；

在电力系统受端，当

时，系统发生正向故障；当

时，系统发生反向故障。

本发明解决了CVT暂态过程对方向元件的影响。

附图说明

图1是基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法流程图；

图2是实施例提供的输电线路方向保护的配置图。

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1是基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法流程图。如图1所示，基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法包括：

步骤1：利用电流互感器测量输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

通过采集发生故障前后的电容式电压互感器的电流瞬时信号，可以获得发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

步骤2：分别根据输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

计算故障前相负荷电流和故障相零序电流

根据输电线路发生故障前的电流瞬时值

利用傅氏算法，采用下述公式（1）和（2）可以计算得到故障前相负荷电流

的幅值

和相角α_fhφ。

$2{X_{\mathrm{fh\φ}1}}^2=\frac{2}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{fh\φ}}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right){\mathrm{dt}}^2+\frac{2}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{fh\φ}}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right){\mathrm{dt}}^2---\left(1\right)$

$\tan {\mathrm{\α}}_{\mathrm{fh\φ}}=\frac{\underset{0}{\overset{T}{\text{\∫}}}{i}_{\mathrm{fh\φ}}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{fh\φ}}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

根据发生故障后的电流瞬时值

利用傅氏算法，采用下述公式（3）和（4）可以计算得到故障电流

的幅值

和相角α_φ。

$2{X_{\mathrm{\φ}1}}^2=\frac{2}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{\φ}}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right){\mathrm{dt}}^2+\frac{2}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{\φ}}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right){\mathrm{dt}}^2---\left(3\right)$

$\tan {\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}=\frac{\underset{0}{\overset{T}{\text{\∫}}}{i}_{\mathrm{\φ}}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{\φ}}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

在上述公式（1）-（4）中，ω₁为角速度，T为积分间隔，φ＝a,b,c代表三相。

再计算出故障前相负荷电流和发生故障后的故障电流

后，带入公式

可以得到故障电流分量

最后根据单相接地故障时各序分量之间的关系可知，

可以计算出故障相零序电流

步骤3：根据故障前相负荷电流

和故障相零序电流

计算输电线路故障方向。

对于高压/超高压/特高压线路方向保护，CVT暂态过程对方向元件的影响是多方面的，导致方向保护可能会误动作或拒动作。根据本发明线路保护装置对电容式电压互感器的电流波形采样得到电流瞬时值，根据以下关系式判别故障点的方向：

在电力系统送端：

当

时，系统发生正向故障。

当

时，系统发生反向故障。

在电力系统受端：

当

时，系统发生正向故障。

当

时，系统发生反向故障。

上述判别公式中，为故障前相负荷电流和故障相零序电流

之间的角度。

图2是实施例提供的输电线路方向保护的配置图。图2中，jX_SM表示等效电源M的等效阻抗，jX_SN表示等效电源N的等效阻抗。TV1和TV2表示电压互感器，TA1和TA2表示电流互感器。M、N分别表示M端和N端。k表示故障发生点。对于传统的方向元件由于必须采用电压和电流判别故障方向，因此CVT的暂态过程对方向元件产生严重的影响，可能会引起方向保护的误动和拒动作。

本发明仅采用电流分量可以避免CVT暂态过程对方向保护的影响，能可靠判别故障方向。首先根据保护安装处的电流互感器TA1和TA2测得电容式电压互感器的电流瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式，然后计算出保护安装处的故障前负荷电流、故障电流等。故障前的负荷电流为：

故障相零序电流为：

定义角度为：

最后根据判据进行故障方向判别，判别依据为：

在电力系统送端：

当

时，系统发生正向故障。

当

时，系统发生反向故障。

在电力系统受端：

当

时，系统发生正向故障。

当时，系统发生反向故障。

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 (2)

1.一种基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：利用电流互感器测量输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值

步骤2：分别根据输电线路发生故障前的电流瞬时值

和发生故障后的电流瞬时值计算故障前相负荷电流

和故障相零序电流

步骤3：故障前相负荷电流

和故障相零序电流

计算输电线路故障方向。

2.根据权利要求1所述的基于零序电流分量的输电线路故障方向计算方法，其特征是所述步骤3具体包括：

在电力系统送端，当

时，系统发生正向故障；当

时，系统发生反向故障；

在电力系统受端，当

时，系统发生正向故障；当

时，系统发生反向故障。

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