CN103296646B - 利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法。本发明采用分布参数模型，利用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计算输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗，判断输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗的相角落在（60°120°）范围内是否成立，从而使保护装置发出动作跳闸信号。本发明方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于超/特高压交流输电线路单相接地故障的继电保护方法。本发明方法原理上消除了过渡电阻对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻影响的能力。<!--1-->

Description

利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法

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利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法。

背景技术

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。然而，阻抗距离保护动作性能受过渡电阻影响严重，主要表现为若过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性容易造成输电线路保护区内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输电线路保护区外故障时阻抗距离保护动作产生超越。

超/特高压输电线路的电压、电流传输具有明显的波过程，输电线路沿线分布电容电流很大，对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。考虑输电线路沿线分布电容电流的影响，故障阻抗与故障距离呈双曲正切函数关系，双曲正切函数幅相特性决定了阻抗继电器耐过渡电阻能力差，过渡电阻所带来的附加阻抗将严重影响阻抗继电器的动作性能。超/特高压输电线路输送大容量电能，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。

输电线路发生的各种故障类型中单相接地故障占80%以上，因此，研究一种适用于超/特高压输电线路单相接地故障的继电保护方法具有非常重要的工程意义。

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分布电容电流、过渡电阻和负荷电流影响的利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法。

利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

（1）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整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz：

$\mathrm{\&Delta;z}=Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)=\left|\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)}{Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)\sin (\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&theta;})}\right|\sin \mathrm{\&alpha;}$

其中，l_set为输电线路保护整定范围；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；β=Arg(Z_c1th(γ₁l_set))； $\mathrm{\&theta;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}})$ ；Z₀为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；t为双曲正切函数；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)})$ ；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

（3）保护装置判断输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz的相角Arg(Δz)落在

（60°120°）范围内是否成立，若成立，则判断单相接地故障点位于输电线路保护整定范围之内，保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于超/特高压交流输电线路单相接地故障的继电保护方法。本发明方法原理上消除了过渡电阻对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻影响的能力。本发明方法原理上消除了负荷电流对保护动作性能的影响，输电线路重负荷运行时本发明方法动作性能稳定可靠，不会发生误动作，能有效防止电网潮流大转移时电网连锁跳闸事故的发生，确保电网安全稳定运行。

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

下面结合实施例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CVT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CVT的电压和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，然后保护装置对其采集得到的电压、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、故障相电流、故障相负序电流和零序电流；其中，φ=A相、B相、C相。

保护装置计算输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz：

$\mathrm{\&Delta;z}=Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)=\left|\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)}{Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)\sin (\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&theta;})}\right|\sin \mathrm{\&alpha;}$

其中，l_set为输电线路保护整定范围；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；β=Arg(Z_c1th(γ₁l_set))； $\mathrm{\&theta;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}})$ ；Z₀为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；th(.)为双曲正切函数；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)})$ ；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

保护装置判断输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz的相角Arg(Δz)落在（60°

120°）范围内是否成立，若成立，则判断单相接地故障点位于输电线路保护整定范围之内，保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。

本发明方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于超/特高压交流输电线路单相接地故障的继电保护方法。本发明方法原理上消除了过渡电阻对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻影响的能力。本发明方法原理上消除了负荷电流对保护动作性能的影响，输电线路重负荷运行时本发明方法动作性能稳定可靠，不会发生误动作，能有效防止电网潮流大转移时电网连锁跳闸事故的发生，确保电网安全稳定运行。

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.利用分布参数实现线路单相接地故障距离保护方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

（1）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整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz：

$\mathrm{\&Delta;z}=Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)=\left|\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)}{Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)\sin (\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&theta;})}\right|\sin \mathrm{\&alpha;}$

其中，l_set为输电线路保护整定范围；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；β=Arg(Z_c1th(γ₁l_set)； $\mathrm{\&theta;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}})$ ；Z₀为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；th(.)为双曲正切函数；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{Arg}(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0)})$ ；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

（3）保护装置判断输电线路保护整定范围处到单相接地故障点的线路阻抗Δz的相角Arg(Δz)落在

（60°120°）范围内是否成立，若成立，则判断单相接地故障点位于输电线路保护整定范围之内，保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。