CN103166207A - 基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法。该方法利用单相接地故障相电气量分别计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降落幅值和输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值；若输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降落幅值小于输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值，则保护发出动作跳闸信号；反之，若输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降落幅值大于输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值，则保护发出闭锁信号。本发明方法动作性能不受过渡电阻和负荷电流的影响，可适用于输电线路单相接地整个故障过程的保护，具有良好的耐高阻和抗负荷电流影响能力，动作性能不受系统运行方式影响，可以保护到整定值附近，具有良好保护范围。

Description

基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法。

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后备保护。

阻抗距离保护根据故障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，用于计算故障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后备保护。

然而，传统接地阻抗距离保护前提假设接地故障点电压为零，通过故障相电压和故障相电流比值计算测量阻抗，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故障外，接地故障点电压几乎不可能为零，即使发生输电线路经杆塔直接接地故障，在土壤电阻率较低的地区过渡电阻也在10Ω附近，在电阻率较高的地方过渡电阻可达30Ω，或甚至更高。过渡电阻不为零使得计算得到的测量阻抗除包含反应真实故障距离的测量阻抗分量外，还包含了因过渡电阻而产生的附加阻抗分量。过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性或呈阻容性容易造成阻抗距离保护拒动或超越，导致保护误动或拒动，给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能会威胁到电力系统的稳定性。单相接地故障占输电线路故障类型的80%以上，单相高阻接地故障的保护问题一直没有得到较好的解决，研究一种具有较强耐受过渡电阻和负荷电流影响的单相高阻接地故障继电保护方法具有较高的工程价值。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法。

基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法，其要点在于，包括以下步骤：

（1）提供一种保护装置，该保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压故障相电流

故障相负序电流

和零序电流其中，φ=A相、B相、C相；

（2）保护装置计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降落幅值△U_fφ：

其中，

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

为故障相电压；为故障相电流；

为故障相负序电流；

为零序电流；φ=A、B、C相；z₀、z₁分别为单位长度输电线路的零序阻抗、正序阻抗；

（3）保护装置进一步计算输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值 $\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{\φ}}\left(x_{\mathrm{set}}\right):\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{\φ}}\left(x_{\mathrm{set}}\right)=|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0|\×\left|z_1{x}_{\mathrm{set}}\right|;$ 其中，x_set为保护整定范围；若△U_fφ小于△U_φ(xset)，则保护装置发出动作跳闸信号。

本发明的特点及技术成果：

本发明方法利用沿线电压降落分布特性实现输电线路单相接地故障保护，适用于输电线路单相接地故障的整个故障过程保护，具有良好的耐高阻和抗负荷电流影响的能力，动作性能不受系统运行方式影响，可以保护到整定值附近，具有良好保护范围。

附图说明

图1为应用本发明的500kV线路输电系统示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法，结合附图，以下给出具体实施例的详细说明和测试操作过程：

本实施例以华北电网500kV输电线路参数建立PSCAD/EMTDC仿真模型如图1所示，线路两侧母线分别为m和n，输电线路长度为300km。图1中CVT为电压互感器，CT为电流互感器。m侧等效电源领先n侧等效电源相位角δ，二者电源幅值分别为1.05倍和1.0倍标么值。m侧正序、零序等值阻抗分别为Z_m1=4.2643+j85.1453Ω、Z_m0=0.6+j29.0911Ω；n侧正序、零序等值阻抗分别为Z_n1=7.9956+j159.6474Ω、Z_n0=2.0+j37.4697Ω；输电线路参数：R₁=0.02083Ω/km，L₁=0.8948mH/km，C₁=0.0129μF/km，R₀=0.1148Ω/km，L₀=2.2886mH/km，C₀=0.00523μF/km。采样频率6kHZ。

本实施例中继电保护整定范围为输电线路全长85%即x_set=255km。根据上述数据，并结合发明内容部分的方法步骤，本发明给出以下两种情况的继电保护试验数据。

表1给出δ=30°即重负荷输电情况下，距m端不同位置发生A相经500Ω高电阻接地时，本发明方法的动作情况。由表1可知，本发明方法不受故障位置的影响，具有很强的耐高阻和抗负荷电流影响的能力，能保护到整定值附近，具有良好的保护范围，因此本发明方法具有可靠的动作性能。表1、表2中的△U_fA为A相输电线路保护安装处到A相接地故障点的电压降落幅值，△U_A(x_set)为A相输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值。

表1不同位置发生A相经500Ω接地时新方法保护动作情况（δ=30°）

表2给出δ=30°（重负荷输电情况）且距m端239km处发生A相经500Ω接地时，系统运行方式（m侧、n侧的零序系统等值阻抗分量都保持不变）对本发明方法动作性能的影响情况。由表2可知，在重负荷和高电阻接地情况下，本发明方法动作性能不受电力系统运行方式的影响，具有良好的动作性能。

表2距m端239km处A相经500Ω接地时系统运行方式对新方法动作性能的影响情况（δ=30°）

由上述分析可知，本发明方法适用于输电线路单相接地故障的整个故障过程保护，具有良好的耐高阻和抗负荷电流影响的能力，动作性能不受系统运行方式的影响，可以保护到整定值附近，具有良好的保护范围，因此具有良好的动作特性。

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 (1)

1.基于沿线电压降落特性的线路单相接地故障继电保护方法，包括以下步骤：

（1）提供一种保护装置，该保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压

故障相电流

故障相负序电流

和零序电流

其中，φ=A相、B相、C相；

（2）保护装置计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降落幅值△U_fφ：

其中，

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

为故障相电压；

为故障相电流；

为故障相负序电流；

为零序电流；φ=A、B、C相；z₀、z₁分别为单位长度输电线路的零序阻抗、正序阻抗；

（3）保护装置进一步计算输电线路保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值 $\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{\φ}}\left(x_{\mathrm{set}}\right):\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{\φ}}\left(x_{\mathrm{set}}\right)=|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0|\×\left|z_1{x}_{\mathrm{set}}\right|;$ 其中，x_set为保护整定范围；若△U_fφ小于△U_φ(x_set)，则保护装置发出动作跳闸信号。

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