CN103207353B - 基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法。本发明方法在算法模型中考虑了相间短路故障点电压瞬时值对相间故障距离测量精度的影响，对微分方程 进行差分离散处理，然后采用三个相邻采样时刻的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离，本发明方法用于相间距离保护的故障距离测量，所需参与计算的数据量少，计算速度快，测量结果不受故障位置、过渡电阻、系统运行方式和负荷电流的影响，测量精度优于传统相间距离保护的故障距离测量精度。

Description

基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法

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离散采样值的线路相间故障距离测量方法。

背景技术

传统相间距离保护前提假设过渡电阻为零，相间短路故障为金属性相间短路故障，对微分方程进行差分离散处理，利用三个相邻采样时刻的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离。上述式中，u为故障相间电压；x为故障距离；i为故障相间电流；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻。

实际故障中，相间短路故障多为电弧型短路故障，电弧型短路故障过渡电阻虽不是很大，然而电弧型相间过渡电阻最大可达65欧姆，过渡电阻的存在使得传统相间距离保护测量的故障距离与实际故障距离存在偏差，在保护整定范围附近容易造成相间距离保护误动或拒动，对电网安全稳定存在较大隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种故障距离测量精度不受过渡电阻影响的基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法，其要点在于，包括如下步骤：

（1）提供一种保护装置，该保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电流采样值；

（2）保护装置利用其测量到的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离x：

$x=\frac{u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}{[l_i\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)]i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-[l_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})]i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}$

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-△t)分别为t、t-△t采样时刻的故障相间电压采样值，二者分别为：

$u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)=u_f\left(t\right)+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})=u_f(t-\mathrm{\Δt})+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})$

另外，i_φφ2(t)、i_φφ2(t-△t)分别为t、t-△t采样时刻的故障相间负序电流采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-△t)、i_φφ(t-2△t)分别为t、t-△t、t-2△t采样时刻的故障相间电流采样值；△t为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ=AB、BC、CA相。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法在算法模型中考虑了相间短路故障点电压瞬时值对相间故障距离测量精度的影响，对微分方程（u_f为相间短路故障点电压）进行差分离散处理，然后采用三个相邻采样时刻的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离，测量结果不受故障位置、过渡电阻、系统运行方式和负荷电流的影响，适用于输电线路相间距离保护的相间故障距离测量。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

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为应用本发明的线路输电系统示意图。保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电流采样值。

相间短路故障后，t采样时刻的故障相间电气量满足

$u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)=u_f\left(t\right)+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)---\left(1\right)$

t-△t采样时刻的故障相间电气量满足

$u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})=u_f(t-\mathrm{\Δt})+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})---\left(2\right)$

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-△t)分别为t、t-△t采样时刻的故障相间电压采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-△t)、i_φφ(t-2△t)分别为t、t-△t、t-2△t采样时刻的故障相间电流采样值；△t为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ=AB、BC、CA相；u_f(t)、u_f(t-△t)分别为t、t-△t采样时刻的相间短路故障点电压瞬时值；x为故障距离。

由于电阻性相间短路故障，相间短路故障点电压与输电线路保护安装处的故障相间负序电流同相位，因此，式（1）和式（2）可分别转换为式（3）和式（4）。

$u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)={\mathrm{ki}}_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)---\left(3\right)$

$u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})={\mathrm{ki}}_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})+{\mathrm{xl}}_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+{\mathrm{xr}}_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})---\left(4\right)$

其中，i_φφ2(t)、i_φφ2(t-△t)分别为t、t-△t采样时刻的故障相间负序电流采样值；k为比例系数。

由式（3）和式（4）联立得到相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离x计算式如下：

$x=\frac{u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}{[l_i\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)]i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-[l_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})]i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}$

本发明方法在算法模型中考虑了相间短路故障点电压瞬时值对相间故障距离测量精度的影响，对微分方程（u_f为相间短路故障点电压）进行差分离散处理，然后采用三个相邻采样时刻的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离，测量结果不受故障位置、过渡电阻、系统运行方式和负荷电流的影响，适用于输电线路相间距离保护的相间故障距离测量。

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.基于离散采样值的线路相间故障距离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供一种保护装置，该保护装置实时采集输电线路保护安装处的各采样时刻的故障相间电压采样值、故障相间电流采样值和故障相间负序电流采样值；

(2)保护装置利用其测量到的故障相间电气量采样值计算相间短路故障点到输电线路保护安装处的故障距离x：

$x=\frac{u_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-u_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}{[l_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}\left(t\right)]i_{\mathrm{\φ\φ}2}(t-\mathrm{\Δt})-[l_1\frac{i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})-i_{\mathrm{\φ\φ}}(t-2\mathrm{\Δt})}{\mathrm{\Δt}}+r_1{i}_{\mathrm{\φ\φ}}(t-\mathrm{\Δt})]i_{\mathrm{\φ\φ}2}\left(t\right)}$

其中，u_φφ(t)、u_φφ(t-Δt)分别为t、t-Δt采样时刻的故障相间电压采样值，i_φφ2(t)、i_φφ2(t-Δt)分别为t、t-Δt采样时刻的故障相间负序电流采样值；i_φφ(t)、i_φφ(t-Δt)、i_φφ(t-2Δt)分别为t、t-Δt、t-2Δt采样时刻的故障相间电流采样值；Δt为采样间隔时间；l₁、r₁分别为单位长度输电线路正序电感、正序电阻；φφ表示AB相间、BC相间或CA相间。