CN103762566A - 利用双曲正切函数幅值特性实现线路相间故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用双曲正切函数幅值特性实现线路相间故障继电保护方法，该方法采用分布参数建模，利用单端故障相间电气量计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值小于输电线路保护整定范围处的双曲正切函数幅值是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号。本发明方法实现了输电线路相间短路故障继电保护，克服了过渡电阻、分布电容、故障位置和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于特高压交流输电线路相间短路故障的继电保护。

Description

利用双曲正切函数幅值特性实现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利用双曲正切函数幅值特性实现线路相间故障继电保护方法。

背景技术

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系统结构变化影响小，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，传统相间阻抗距离保护前提假设相间短路故障点电压为零，通过故障相间电压和故障相间电流比值计算故障阻抗，并根据故障阻抗大小来反映相间短路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相间短路故障外，相间短路故障点电压几乎不可能为零，因此，相间短路故障点电压会对相间阻抗距离保护动作性能造成严重影响。

实际电力系统中，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，故障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距离保护耐受过渡电阻能力差，过渡电阻所带来的附加阻抗将严重影响阻抗距离保护的动作性能。特高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。

发明内容

本发明提供了一种利用双曲正切函数幅值特性实现线路相间故障继电保护方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

利用双曲正切函数幅值特性实现线路相间故障继电保护方法，它包括如下依序步骤：

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故障相间电流

和故障相间负序电流

其中：φφ为AB、BC、CA相；

步骤2，保护装置计算输电线路保护整定范围l_set处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_set)|；

步骤3，保护装置计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

$\left|\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_f\right)\right|=\frac{\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ\φ}}}{Z_{c1}}\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}2}}{Z_{c1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)}{\mathrm{Im}\left((\cos \mathrm{\α}+j\sin \mathrm{\α}){\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}}\right)}$

其中：φφ为AB、BC、CA相；l_set为输电线路保护整定范围；γ₁为输电线路正序传播系数；Z_c1为输电线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

为

的虚部；

为

的虚部；

为

的虚部；

步骤3，保护装置判断|th(γ₁l_f)|小于|th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明方法采用分布参数建模，利用单端故障相间电气量计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值小于输电线路保护整定范围处的双曲正切函数幅值是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号。本发明方法采用分布参数模型精确描述输电线路的物理特性，具有天然的抗分布电容影响的能力。本发明方法根据输电线路相间短路故障点位于输电线路保护整定范围内时输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值小于输电线路保护整定范围处的双曲正切函数幅值这一特性实现输电线路相间短路故障继电保护，克服了过渡电阻、故障位置和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于特高压交流输电线路相间短路故障继电保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

请查阅图1，图1中CVT为电压互感器2、CT为电流互感器3。保护装置1对输电线路保护安装处的电压互感器2所获得的电压波形和电流互感器3所获得的电流波形分别进行采样得到电压、电流瞬时值。

保护装置1对采样得到的电压、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间电压

故障相间电流

和故障相间负序电流

其中：φφ为AB、BC、CA相；

进而，保护装置1计算输电线路保护整定范围l_set处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_set)|；

进而，保护装置1计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

$\left|\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_f\right)\right|=\frac{\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ\φ}}}{Z_{c1}}\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}2}}{Z_{c1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)}{\mathrm{Im}\left((\cos \mathrm{\α}+j\sin \mathrm{\α}){\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}}\right)}$

其中：φφ为AB、BC、CA相；l_set为输电线路保护整定范围；γ₁为输电线路正序传播系数；Z_c1为输电线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

为

的虚部；

为

的虚部；

为的虚部；

最后，保护装置1判断|th(γ₁l_f)|小于|th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

本发明方法采用分布参数建模，利用单端故障相间电气量计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值小于输电线路保护整定范围处的双曲正切函数幅值是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。本发明方法采用分布参数模型精确描述输电线路的物理特性，具有天然的抗分布电容影响的能力。本发明方法根据输电线路相间短路故障点位于输电线路保护整定范围内时输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值小于输电线路保护整定范围处的双曲正切函数幅值这一特性（即双曲正切函数幅值从输电线路保护整定范围处到输电线路保护安装处呈单调递减特性）实现输电线路相间短路故障继电保护，克服了过渡电阻、故障位置和负荷电流对保护动作性能的影响，适用于特高压交流输电线路相间短路故障继电保护。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (1)

1.利用双曲正切函数幅值特性实现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：

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

故障相间电流

和故障相间负序电流

其中：φφ为AB、BC、CA相；

步骤2，保护装置计算输电线路保护整定范围l_set处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_set)|；

步骤3，保护装置计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

$\left|\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_f\right)\right|=\frac{\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ\φ}}}{Z_{c1}}\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}2}}{Z_{c1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)}{\mathrm{Im}\left((\cos \mathrm{\α}+j\sin \mathrm{\α}){\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ\φ}}\right)}$

其中：φφ为AB、BC、CA相；l_set为输电线路保护整定范围；γ₁为输电线路正序传播系数；Z_c1为输电线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

为

的虚部；为

的虚部；

为

的虚部；

步骤3，保护装置判断|th(γ₁l_f)|小于|th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则保护装置发出动作跳闸信号，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

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