CN103227458B - 基于电压降相位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电压降相位特性的线路单相接地故障继电保护方法。本发明方法首先测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相负序电流、故障相电流和零序电流，计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降，计算单位长度输电线路电压降，然后判断单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降的角度位于（-90° 90°）范围内是否成立。本发明方法在算法设计中考虑了单相接地故障点电压的影响，利用输电线路沿线电压降相位特性实现输电线路单相接地故障的继电保护，消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于输电线路单相接地故障的整个故障过程的继电保护。

Description

基于电压降相位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电压降相位特性的线路单相接地故障继电保护方法。

背景技术

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动作产生超越。

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误动或拒动，重负荷电流对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。过负荷输电情况下线路无故障，传统距离保护的测量阻抗由于受过负荷电流影响会严重偏离实际测量阻抗，容易导致传统距离保护误动作，造成电网停电范围扩大，甚至造成负荷大量转移从而威胁线路正常运行，给电网安全造成了巨大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种动作性能不受过渡电阻和负荷电流影响的基于电压降相位特性的线路单相接地故障继电保护方法。

基于电压降相位特性的线路单相接地故障继电保护方法，其要点在于，包括如下步骤：

(1)保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器PT的电压波形和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并利用傅里叶算法计算输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流其中，φ＝A、B、C相；

(2)保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\frac{\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]}{\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}+z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)x_{\mathrm{set}}$

其中， $\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 的虚部； $\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 的虚部；z₁、z₀分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；x_set为输电线路保护整定范围。

(3)保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降 $z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)$ 的角度 $\mathrm{Arg}\left[\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right],$ 判断是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法首先测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相负序电流、故障相电流和零序电流，利用故障相电气量计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降，利用故障相电气量计算单位长度输电线路电压降，然后判断单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降的角度位于(-90°，90°)范围内是否成立，若成立，则判断单相接地故障点位于保护整定范围内，保护装置发出动作跳闸信号。本发明方法在算法设计中考虑了单相接地故障点电压的影响，利用输电线路沿线电压降相位特性实现输电线路单相接地故障继电保护，消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于输电线路单相接地故障的整个故障过程的继电保护。

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。图1中PT为电压互感器、CT为电流互感器。保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器PT的电压波形和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并利用傅里叶算法计算输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流作为输入量；其中，φ＝A相、B相、C相。

保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\frac{\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]}{\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}+z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)x_{\mathrm{set}}$

其中， $\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 的虚部； $\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 的虚部；z1、z0分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；x_set为输电线路保护整定范围。

保护装置计算单位长度输电线路电压降 $z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0).$

保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降 $z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)$ 的角度 $\mathrm{Arg}\left[\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right].$

保护装置判断是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号。

本发明方法首先测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相负序电流、故障相电流和零序电流，利用故障相电气量计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降，利用故障相电气量计算单位长度输电线路电压降，然后判断单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降的角度位于(-90°，90°)范围内是否成立，若成立，则判断单相接地故障点位于保护整定范围内，保护装置发出动作跳闸信号。本发明方法在算法设计中考虑了单相接地故障点电压的影响，利用输电线路沿线电压降相位特性实现输电线路单相接地故障继电保护，消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于输电线路单相接地故障的整个故障过程的继电保护。

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.基于电压降相位特性的线路单相接地故障继电保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器PT的电压波形和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并对其采样得到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算输电线路保护安装处的故障相电压、故障相负序电流、故障相电流和零序电流；其中，φ=A、B、C相；

（2）保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=\frac{\mathrm{Im}[\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\text{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}}{\mathrm{Im}\left[\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right]}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}-{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}+z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)x_{\mathrm{set}}$

其中，为的虚部；为的虚部；z₁、z₀分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；x_set为输电线路保护整定范围；

（3）保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降领先单位长度输电线路电压降的角度，判断是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号。