CN103762571B - 利用双曲正切函数幅值特性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双曲正切函数幅值特性实现线路单相接地故障继电保护方法，该方法首先采用分布参数建模，通过单端故障相电气量计算输电线路单相接地故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路单相接地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单相接地故障继电保护，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单相接地故障继电保护。

Description

利用双曲正切函数幅值特性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双曲正切函数幅值特性实现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距离保护的动作性能。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

本发明提供了一种动作性能不受分布电容电流、过渡电阻、故障位置和负荷电流影响的利用双曲正切函数幅值单调递减特性实现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，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单相接地故障点处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

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

其中：φ为A、B、C相；为的虚部；为的虚部；为的虚部；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；th(.)为双曲正切函数； $k\left(l_{\mathrm{set}}\right)=\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1$ 为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；

步骤4，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，通过单端故障相电气量计算输电线路单相接地故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路单相接地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单相接地故障点位于输电线路保护整定范围内时输电线路单相接地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单相接地故障继电保护，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，保护装置计算输电线路单相接地故障点处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

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

其中：φ为A、B、C相；为的虚部；为的虚部；为的虚部；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；th(.)为双曲正切函数； $k\left(l_{\mathrm{set}}\right)=\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1$ 为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；

最后，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。

本发明方法采用分布参数建模，通过单端故障相电气量计算输电线路单相接地故障点处的双曲正切函数幅值，判断输电线路单相接地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单相接地故障点位于输电线路保护整定范围内时输电线路单相接地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）实现输电线路单相接地故障继电保护，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单相接地故障继电保护。

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，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单相接地故障点l_f处的双曲正切函数幅值|th(γ₁l_f)|：

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

其中：φ为A、B、C相；为的虚部；为的虚部；为的虚部；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；th(.)为双曲正切函数；为保护整定范围l_set处的零序补偿系数；

步骤4，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。