CN103762567B - 基于故障位置因子的输电线路单相接地故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障位置因子的输电线路单相接地故障继电保护方法，它采用长线方程精确描述输电线路电压、电流传输的物理特性，利用线路保护安装处的单相接地故障相电气量计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障阻抗与输电线路保护安装处到保护整定范围处的线路阻抗之比值，得到故障位置因子，通过判断故障位置因子小于1是否成立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，以决定是否发出动作跳闸信号，原理上消除了分布电容电流、过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，动作性能满足继电保护选择性、可靠性、灵敏性和速动性的要求，适用于特高压交流输电线路单相接地故障继电保护。

Description

基于故障位置因子的输电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基于故障位置因子的输电线路单相接地故障继电保护方法。

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，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，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。

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，研究一种适用于特高压交流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

本发明提供了一种基于故障位置因子的输电线路单相接地故障继电保护方法，其克服了背景技术中所述的现有技术中的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

基于故障位置因子的输电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：

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为A、B、C相；

步骤2，计算故障位置因子

$b=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)}{\mathrm{Re}\left(Z_{c1}th\right({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set})({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+k(l_{set}){\stackrel{\·}{I}}_0\left)\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left(Z_{c1}th\right({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set})({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+k(l_{set}){\stackrel{\·}{I}}_0\left)\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)}$

其中：φ为A、B、C相；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；γ₁、γ₀分别为输电线路正序、零序传播系数；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序、零序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数； $k\left(l_{set}\right)=\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}-1,$ 为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；th(.)为双曲正切函数；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

步骤3，保护装置判断故障位置因子b小于1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，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：

本发明方法采用长线方程精确描述输电线路的物理特性，计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障阻抗与输电线路保护安装处到保护整定范围处的线路阻抗之比值，得到故障位置因子，通过判断故障位置因子小于1是否成立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，以决定是否发出动作跳闸信号，原理上消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有天然的抗分布电容影响的能力，适用于特高压交流输电线路单相接地故障继电保护。

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电压故障相电流故障相负序电流和零序电流其中：φ为A、B、C相；

进而，保护装置1计算故障位置因子

$b=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)}{\mathrm{Re}\left(Z_{c1}th\right({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set})({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+k(l_{set}){\stackrel{\·}{I}}_0\left)\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left(Z_{c1}th\right({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set})({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+k(l_{set}){\stackrel{\·}{I}}_0\left)\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}\right)}$

其中：φ为A、B、C相；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；γ₁、γ₀分别为输电线路正序、零序传播系数；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序、零序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数； $k\left(l_{set}\right)=\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{set}\right)}-1,$ 为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；th(.)为双曲正切函数；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

最后，保护装置1判断故障位置因子b小于1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，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。

本发明方法采用长线方程精确描述输电线路的物理特性，计算输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障阻抗与输电线路保护安装处到保护整定范围处的线路阻抗之比值，得到故障位置因子，通过判断故障位置因子小于1是否成立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，以决定是否发出动作跳闸信号，原理上消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有天然的抗分布电容影响的能力，适用于特高压交流输电线路单相接地故障继电保护。

本发明未述部分与现有技术相同。

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.基于故障位置因子的输电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：

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为A、B、C相；

步骤2，计算故障位置因子

$b=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)}{\mathrm{Re}(Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+k\left(l_{\mathrm{set}}{\stackrel{\·}{I}}_0\right))\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)-\mathrm{Im}\left(Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right){\stackrel{\·}{I}}_0\right))\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right)}$

其中：φ为A、B、C相；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；γ₁、γ₀分别为输电线路正序、零序传播系数；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序、零序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；th(.)为双曲正切函数；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

步骤3，保护装置判断故障位置因子b小于1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，若不成立，则保护装置不发出动作跳闸信号。