CN103675608A - 平行线路跨线路不接地故障点的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统继电保护技术领域中的一种平行线路跨线路不接地故障点的计算方法。包括采集距离保护所处线路的电压和电流瞬时值，根据跨线路不接地故障情况计算相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，根据相关参数计算跨线路不接地故障的故障点、故障阻抗、故障电抗和故障路径电阻。本发明仅利用平行线路中被保护线路单端电压和电流，就能较好地解决了平行输电线路中跨线路不接地故障距离的准确测量问题。

Description

平行线路跨线路不接地故障点的计算方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种平行线路跨线路不

接地故障点的计算方法。

背景技术

输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。输电线路故障时，若不能及时切除或误切除，则对主系统影响较大，容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事故。高压/超高压/特高压平行输电线路的保护装置担负着输送电的重要任务，是电力系统的重要枢纽。它们造价极为昂贵，一旦因故障而遭到损坏，检修难度大、时间长，对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大。这样就对高压/超高压/特高压平行输电线路保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出了极高的要求。距离保护是根据测量阻抗的大小来反映故障点远近的线路保护装置，其性能基本上不受系统运行方式的影响，在复杂电网中都可以有选择性的切除故障，而且具有足够的灵敏性和快速性，所以距离保护一直是高压/超高压/特高压平行输电线路保护的主要方式。

在高压/超高压/特高压平行输电线路上，跨线路故障及平行线路间的零序互感对阻抗计算有很大的影响。传统的距离保护由于受到零序互感的影响其保护范围仅为平行线路长度的（40-60）%，对于平行线路的跨线路故障保护范围将近一步缩小，可以说还没有有效的办法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种平行线路跨线路不接地故障点的计算方法，用于解决平行线路跨线路不接地故障的故障参数准确测量的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种平行线路跨线路不接地故障点的计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采集距离保护所处线路的电压和电流瞬时值；

步骤2：当距离保护所处线路的

相与另一线路的η相之间发生跨线不接地故障时，根据公式

计算相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃；

其中，

为距离保护所处线路的距离保护一侧的相电压，

为A相、B相或者C相中的任意一相；

U_MIη为距离保护所处线路的距离保护一侧的η相电压，η为A相、B相或者C相中的任意一相并且

I_MIσ|0|为距离保护所处线路的距离保护一侧的σ相负荷电流，σ为三相线路中除

相和η相以外的相；

ΔI_MI1为距离保护所处线路的距离保护一侧的电流突变值；

I_MI2为距离保护所处线路的距离保护一侧的负序电流；

I_MI0为距离保护所处线路的距离保护一侧的零序电流；

j为虚数单位；

Z₁为全线路正序阻抗；

Z₀为全线路零序阻抗；

Z_M0为两回线路间零序阻抗；

步骤3：根据相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，计算跨线路不接地故障的故障点；

所述故障点的计算公式为

L₁为线路全长；

L为距离保护到故障点的距离。

所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障阻抗；

所述故障阻抗的计算公式为

其中，Z为故障阻抗；

Z₁为全线路正序阻抗。

所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障电抗；

所述故障电抗的计算公式为

其中，X为故障电抗；

X₁为全线路正序电抗。

所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障路径电阻R_f；

所述故障路径电阻的计算公式为 $R_f=\frac{(a_2{b}_1-a_1{b}_2)(a_2{b}_3+a_3{b}_1-a_3{b}_2-a_1{b}_3)}{{(a_3{b}_2-a_2{b}_3)}^2}.$

本发明仅利用平行线路中被保护线路单端电压和电流，就能较好地解决平行线路跨线路不接地故障对距离保护的影响，并解决了平行输电线路中跨线路不接地故障距离的准确测量问题。

附图说明

图1是平行线路跨线路不接地故障示意图；

图2是各种跨线路不接地故障的相关参数的计算公式对照表；

图2中，IA为I回线路的A相，IB为I回线路的B相，IC为I回线路的C相，IIA为II回线路的A相，IIB为II回线路的B相，IIC为II回线路的C相。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是平行线路跨线路不接地故障示意图，如图1所示，平行线路由两回线路组成，为了描述方便，本发明将两回线路分别标定为I回线路和II回线路。图1中的M和N分别表示平行双回线路的两侧，Z_MS1和Z_MS0分别表示M侧系统的正序阻抗和零序阻抗，Z_NS1和Z_NS0分别表示N侧系统的正序阻抗和零序阻抗。在本实施例中，设定距离保护安装在I回线路的M侧，即距离保护所处线路为I回线路，距离保护一侧为M侧。

根据图1给出的平行线路跨线路不接地故障示意图，本发明提出的平行线路跨线路不接地故障点的计算方法包括：

步骤1：采集距离保护所处线路的电压和电流瞬时值。

由于距离保护安装在I回线路的M侧，因此本步骤实际上是采集I回线路的电压和电流瞬时值。

步骤2：根据跨线不接地故障，计算相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃。

在平行线路中，两回线间的跨线不接地故障一共可能出现6种情况，如图2所示，分别为：

（1）I回线路的A相与II回线路的B相之间发生跨线不接地故障。

（2）I回线路的B相与II回线路的C相之间发生跨线不接地故障。

（3）I回线路的C相与II回线路的A相之间发生跨线不接地故障。

（4）I回线路的A相与II回线路的C相之间发生跨线不接地故障。

（5）I回线路的B相与II回线路的A相之间发生跨线不接地故障。

（6）I回线路的C相与II回线路的B相之间发生跨线不接地故障。

下面以第（1）种跨线不接地故障为例，说明相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃的计算过程。对于I回线路的A相与II回线路的B相之间发生跨线不接地故障，通过公式

a₁+jb₁=U_MIA-U_MIB   （1）

计算相关参数a₁和b₁。公式（1）中，U_MIA为I回线路的M侧的A相电压，U_MIB为I回线路的M侧的B相电压。U_MIA和U_MIB可以通过对I回线路的电压和电流瞬时值进行傅里叶变换得到。由于U_MIA和U_MIB为相电压，它们的表现形式都是一个实部与一个虚部相加的形式，因此U_MIA-U_MIB的结果也必然是一个实部与一个虚部相加的形式。令U_MIA-U_MIB的实部等于a₁，U_MIA-U_MIB的虚部等于b₁，则可得到a₁和b₁的值。

而后，通过公式

$a_2+j{b}_2=-j\sqrt{3}{I}_{\mathrm{MIC}\left|0\right|}{Z}_1+2({\mathrm{\α}}^2\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{MI}1}+\mathrm{\α}{I}_{\mathrm{MI}2})Z_1+2I_{\mathrm{MI}0}(Z_0-Z_{M0})---\left(2\right)$

计算相关参数a₂和b₂的值。由于故障发生在I回线路的A相与II回线路的B之间，因此公式（2）中的I_MIC|0|为I回线路的M侧的C相负荷电流，该负荷电流即故障发生前的电流。公式（2）中，ΔI_MI1为I回线路的M侧的电流突变值，I_MI2为I回线路的M侧的负序电流，I_MI0为I回线路的M侧的零序电流，

j为虚数单位，Z₁为I回线路的全线路正序阻抗，Z₀为I回线路的零序阻抗，Z_M0为I回线路和II回线路之间的零序阻抗。I_MIC|0|、ΔI_MI1、I_MI0和I_MI0可以利用I回线路的电压和电流瞬时值，经过傅里叶变换得到。由于I_MIC|0|、ΔI_MI1、I_MI0和I_MI0为向量数据，因此它们的表现形式都是一个实部与一个虚部相加的形式，进一步公式（2）中 $-j\sqrt{3}{I}_{\mathrm{MIC}\left|0\right|}{Z}_1+2({\mathrm{\α}}^2\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{MI}1}+\mathrm{\α}{I}_{\mathrm{MI}2})Z_1+{2I}_{\mathrm{MI}0}(Z_0-Z_{M0})$ 的计算结果也必然是一个实部与一个虚部相加的形式，令其实部等于a₂，虚部等于b₂，则可得到a₂和b₂的值。

最后，通过公式

a₃+jb₃=-3(ΔI_MI1+I_MI2)   （3）

计算相关参数a₂和b₂的值。公式（3）中，ΔI_MI1为I回线路的M侧的电流突变值，I_MI2为I回线路的M侧的负序电流。由于-3(ΔI_MI1+I_MI2)的计算结果必然是一个实部与一个虚部相加的形式，因此令-3(ΔI_MI1+I_MI2)的实部等于a₃，-3(ΔI_MI1+I_MI2)的虚部等于b₃，则可得到a₃和b₃的值。

上述内容以第（1）种跨线不接地故障为例，说明了相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃的计算过程。对于第（2）-（6）种跨线不接地故障的情况，相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃对应的计算公式如图2所示。

步骤3：根据相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，计算跨线路不接地故障的故障点。

跨线路不接地故障的故障点计算公式为：

$L=\frac{a_3{b}_1-a_1{b}_3}{a_3{b}_2-a_2{b}_3}{L}_1---\left(4\right)$

公式（4）中，L₁为I回线路全长，L为距离保护到故障点的距离。由于距离保护的安装位置是确定的，因此根据公式（4）的计算结果，可以准确得出故障点在线路中所处的位置。

利用上述相关参数，还可以计算出跨线路不接地故障的故障阻抗、故障电抗和故障路径电阻。

跨线路不接地故障的故障阻抗的计算公式为：

$\frac{a_3{b}_1-a_1{b}_3}{a_3{b}_2-a_2{b}_3}{Z}_1---\left(5\right)$

公式（5）中，Z为跨线路不接地故障的故障阻抗，Z₁为I回线路的全线路正序阻抗。

跨线路不接地故障的故障电抗的计算公式为：

$X=\frac{a_3{b}_1-a_1{b}_3}{a_3{b}_2-a_2{b}_3}{X}_1---\left(6\right)$

公式（6）中，X为跨线路不接地故障的故障电抗，X₁为I回线路的全线路正序电抗。

跨线路不接地故障的故障路径电阻的计算公式为：

$R_f=\frac{(a_2{b}_1-a_1{b}_2)(a_2{b}_3+a_3{b}_1-a_3{b}_2-a_1{b}_3)}{{(a_3{b}_2-a_2{b}_3)}^2}---\left(7\right)$

公式（7）中，R_f为跨线路不接地故障的故障路径电阻。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种平行线路跨线路不接地故障点的计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采集距离保护所处线路的电压和电流瞬时值；

步骤2：当距离保护所处线路的相与另一线路的η相之间发生跨线不接地故障时，根据公式

计算相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃；

其中，

为距离保护所处线路的距离保护一侧的

相电压，

为A相、B相或者C相中的任意一相；

U_MIη为距离保护所处线路的距离保护一侧的η相电压，η为A相、B相或者C相中的任意一相并且

I_MIσ|0|为距离保护所处线路的距离保护一侧的σ相负荷电流，σ为三相线路中除相和η相以外的相；

ΔI_MI1为距离保护所处线路的距离保护一侧的电流突变值；

I_MI2为距离保护所处线路的距离保护一侧的负序电流；

I_MI0为距离保护所处线路的距离保护一侧的零序电流；

j为虚数单位；

Z₁为全线路正序阻抗；

Z₀为全线路零序阻抗；

Z_M0为两回线路间零序阻抗；

步骤3：根据相关参数a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，计算跨线路不接地故障的故障点；

所述故障点的计算公式为

L₁为线路全长；

L为距离保护到故障点的距离。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障阻抗；

所述故障阻抗的计算公式为

其中，Z为故障阻抗；

Z₁为全线路正序阻抗。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障电抗；

所述故障电抗的计算公式为

其中，X为故障电抗；

X₁为全线路正序电抗。

4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是所述步骤3还包括计算跨线路不接地故障的故障路径电阻R_f；

所述故障路径电阻的计算公式为 $R_f=\frac{(a_2{b}_1-a_1{b}_2)(a_2{b}_3+a_3{b}_1-a_3{b}_2-a_1{b}_3)}{{(a_3{b}_2-a_2{b}_3)}^2}.$

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