CN103296654B - 利用分布参数实现线路单相接地故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用分布参数实现线路单相接地故障继电保护方法。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，作为输入量；利用分布参数模型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，利用分布参数模型计算输电线路保护安装处到输电线路保护整定范围处的电压降，然后判断输电线路保护安装处到输电线路保护整定范围处的电压降领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度落在（‑90° 90°）范围内是否成立。本发明方法动作性能不受分布电容电流的影响，不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，输电线路单相高阻接地故障时本发明方法能正确可靠动作，具有很强的实用价值。

Description

利用分布参数实现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利用分布参数实现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故障阻抗，并根据故障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，受过渡电阻影响，接地故障点电压几乎不可能为零，因此，接地故障点电压会对接地阻抗距离保护动作性能造成严重影响。

实际电力系统中，超/特高压交流输电线路的电压、电流传输具有明显的波过程，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。考虑线路沿线对地电容的影响，线路故障阻抗与故障距离呈双曲正切函数关系，双曲正切函数幅值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/特压交流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。

据国家电网公司统计，电力系统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，研究一种动作性能不受分布电容电流、过渡电阻和负荷电流影响的输电线路单相接地故障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继电保护方法。

利用分布参数实现线路单相接地故障继电保护方法，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：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{.}{U}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}(\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}-1)+Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)$

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

（3）保护装置判断 $Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)$ 领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度落在（-90° 90°）范围内是否成立，若成立，则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，具有下列积极成果：

本发明方法物理模型采用分布参数模型，不受分布电容电流的影响，适用于任何电压等级，特别是高压/超高压/特高压输电线路。本发明方法根据输电线路保护安装处到输电线路保护整定范围处的电压降领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度是否落在（-90° 90°）范围内来判断单相接地故障点是否位于输电线路保护整定范围内，动作性能不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，输电线路单相高阻接地故障时本发明方法能正确可靠动作，具有很强的实用价值。

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，然后保护装置对采集到的电压、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、B、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：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{.}{U}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}(\frac{\sin \mathrm{\β}}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}-1)+Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)$

其中，φ=A相、B相、C相；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；l_set为保护整定范围；Z₀为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；α=Arg(Z_c1th(γ₁l_set))；；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\γ}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right)$ ；th(.)为双曲正切函数；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安装处到输电线路保护整定范围处的电压降 $Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)$ 领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度落在（-90° 90°）范围内是否成立，若成立，则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，不受分布电容电流的影响，适用于任何电压等级，特别是高压/超高压/特高压输电线路。本发明方法根据输电线路保护安装处到输电线路保护整定范围处的电压降领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度是否落在（-90° 90°）范围内来判断单相接地故障点是否位于输电线路保护区内，动作性能不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，输电线路单相高阻接地故障时本发明方法能正确可靠动作，具有很强的实用价值。

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继电保护方法，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

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}(\frac{sin\mathrm{\β}}{sin(\mathrm{\α}+\mathrm{\γ})}-1)+Z_{c1}th\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}-1\left){\stackrel{\·}{I}}_0\right)$

其中，φ＝A相、B相、C相；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；l_set为保护整定范围；Z₀为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；α＝Arg(Z_c1th(γ₁l_set))；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\γ}=Arg\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}-1){\stackrel{\·}{I}}_0}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}\right);$ th(.)为双曲正切函数；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

(3)保护装置判断领先单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的角度落在(-90°，90°)范围内是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。