CN103296658A - 基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法 - Google Patents

基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法。其首先测量输电线路保护安装处的故障相间电压、故障相间电流和故障相间负序电流，作为输入量；然后计算分布参数测量阻抗，通过判断分布参数测量阻抗的幅值小于保护整定阻抗幅值和分布参数测量阻抗的相角落在（45°135°）范围内是否成立构成输电线路相间短路故障继电保护。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。本发明方法原理上消除了相间短路故障点电压对保护动作性能的影响，动作性能不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，能正确可靠动作，具有很强的实用价值。

Description

基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法
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分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法。
背景技术
目前中国各省级电网已基本建成超高压输电网络，超高压输电网络是各省级电网的主网架结构。同时中国已建成晋东南—南阳—荆门1000kV交流输电线路，根据国家电网发展规划，未来中国将新建更多的特高压交流输电线路，形成西电东送、南北互供、全国联网的格局。超/特高压交流输电网络有利于减少输电损耗，节省输电成本，节能减排，同时又使中国电网更加智能、坚强、稳定、可靠。作为电网骨干线路，超/特高压交流输电线路发生故障后，若不能及时切除或误切除，则对主电网系统影响较大，容易造成电网解列等重大事故。一旦超/特高压交流输电线路因故障遭到破坏，检修难度大、时间长，会对国民经济造成十分巨大的损失，因此对输电线路保护装置的选择性、可靠性、灵敏性和快速性提出了更高的要求。
距离保护动作特性受系统运行方式影响小，在复杂电网中能够有选择性地切除故障，同时具有足够的灵敏性和快速性，所以距离保护一直是电力系统输电线路的主要保护方式。传统阻抗距离保护采用集总参数描述输电线路的物理特性，不考虑输电线路分布电容的影响，通过测量电压和测量电流比值计算测量阻抗，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。然而，传统相间距离保护前提假设相间故障点电压为零，实际上，在电力系统中，除了人为构造的金属性相间短路故障外，相间故障点电压为零几乎是不可能，因此，相间短路故障点电压会对相间距离保护动作性能造成严重的影响。
超/特高压交流输电线路上电压、电流的传输具有明显的波过程，输电线路分布电容电流很大，对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。李斌、贺家李和杨洪平等发表的《特高压长线路距离保护算法改进》理论分析证明了，考虑线路沿线分布电容的影响，测量阻抗与故障距离呈双曲正切函数关系，双曲正切函数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/特高压远距离输电线路往往也是重负荷输电线路，王宾、董新洲和薄志谦等人发表的《零序电抗继电器在特高压交流输电线路上的适用性分析》理论分析证明了，重负荷电流会使阻抗距离保护动作灵敏度降低，因此，超/特高压远距离输电线路上的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，相间故障是输电线路的主要故障类型，占输电线路故障比例较大，仅次于线路单相接地故障。因此，研究一种适用于超/特高压交流输电线路相间故障的继电保护具有很重要的工程意义。
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基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法。
基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法，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间电压
Figure BDA0000321080001
、故障相间电流
Figure BDA0000321080002
和故障相间负序电流
Figure BDA0000321080003
，作为输入量；其中，φφ=AB、BC、CA相；
（2）保护装置计算分布参数测量阻抗
Figure BDA0000321080004
；其中，
Figure BDA0000321080005
为故障相间电压；为故障相间电流；
Figure BDA0000321080007
为故障相间负序电流；φφ=AB、BC、CA相；；
；lset为保护整定范围；
Figure BDA00003210800010
；
Figure BDA00003210800011
；γ1为输电线路正序传播常数，Zc1为输电线路正序波阻抗；tanh(.)为双曲正切函数；
（3）保护装置计算分布参数测量阻抗Zφφ的|Zφφ|和相角Arg(Zφφ)，保护装置判断|Zφφ|小于|Zc1tanh(γ1lset)|和Arg(Zφφ)落在（45°135°）范围内是否成立，若成立，则判断相间短路故障点位于保护整定范围内，保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。
本发明的特点及技术成果：
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，特别是超高压/特高压输电线路。本发明方法通过判断分布参数测量阻抗的幅值小于保护整定阻抗幅值和分布参数测量阻抗的相角落在（45°135°）范围内是否成立构成输电线路相间短路故障继电保护，原理上消除了相间短路故障点电压对保护动作性能的影响，动作性能不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，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间电压
Figure BDA00003210800012
、故障相间电流
Figure BDA00003210800013
和故障相间负序电流
Figure BDA00003210800014
，作为输入量；其中，φφ=AB、BC、CA相。
保护装置计算Zc1tanh(γ1lset)|的角度
Figure BDA00003210800015
；
保护装置计算
Figure BDA00003210800016
领先
Figure BDA00003210800017
的角度；
保护装置计算
Figure BDA00003210800019
领先的角度
Figure BDA00003210800021
；
保护装置计算
Figure BDA00003210800022
的相角
Figure BDA00003210800023
；
其中，lset为保护整定范围；γ1为输电线路正序传播常数，Zc1为输电线路正序波阻抗；tanh(.)为双曲正切函数。
保护装置计算分布参数测量阻抗
Figure BDA00003210800024
。
保护装置计算分布参数测量阻抗Zφφ的幅值| Zφφ|和相角Arg(Zφφ)。
保护装置判断分布参数测量阻抗Zφφ的幅值| Zφφ|小于保护整定阻抗幅值|Zc1tanh(γ1lset)|和分布参数测量阻抗Zφφ的相角Arg(Zφφ)落在（45°135°）范围内是否成立，若成立，则判断相间短路故障点位于保护整定范围内，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，不受分布电容电流的影响，适用于任何电压等级，特别是超高压/特高压输电线路。本发明方法通过判断分布参数测量阻抗的幅值小于保护整定阻抗幅值和分布参数测量阻抗的相角落在（45°135°）范围内是否成立构成输电线路相间短路故障继电保护，原理上消除了相间短路故障点电压对保护动作性能的影响，动作性能不受过渡电阻的影响，不受负荷电流的影响，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.基于分布参数测量阻抗幅相特性的线路相间故障继电保护方法，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间电压
Figure FDA0000321079991
、故障相间电流
Figure FDA0000321079992
和故障相间负序电流，作为输入量；其中，φφ=AB、BC、CA相；
（2）保护装置计算分布参数测量阻抗
Figure FDA0000321079994
；其中，
Figure FDA0000321079995
为故障相间电压；
Figure FDA0000321079996
为故障相间电流；
Figure FDA0000321079997
为故障相间负序电流；φφ=AB、BC、CA相；
Figure FDA0000321079998
；
Figure FDA0000321079999
；lset为保护整定范围；；
Figure FDA00003210799911
；γ1为输电线路正序传播常数，Zc1为输电线路正序波阻抗；tanh(.)为双曲正切函数；
（3）保护装置计算分布参数测量阻抗Zφφ的幅值|Zφφ|和相角Arg(Zφφ)，保护装置判断|Zφφ|小于|Zc1tanh(γ1lset)|和Arg(Zφφ)落在（45°135°）范围内是否成立，若成立，则判断相间短路故障点位于保护整定范围内，保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器。
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