CN103954879A - 一种带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法。现有的同杆双回线自适应重合闸方案不能判别所有故障类型的故障性质，而且所利用的故障性质判别原理所需时间较长。本发明通过对断开相恢复端电压在一个工频周期内积分进行接地故障性质的判别，通过对异名跨线故障相恢复端电压差积分进行异名跨线故障性质的判别，同时结合重合时序进行相间以及同名跨线故障性质的判别。本发明灵敏度高、所用数据窗短、适用于带并联电抗器同杆双回线中可能的各种故障。

Description

一种带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体是涉及一种带并联电抗器同杆双回线所有故障类型的故障性质判别方法。

背景技术

同杆双回线由于具有出线走廊窄、输送容量大、可提高供电可靠性、运行维护简单等优点，能够很好地适应现代电网的发展要求，从而使得同杆双回线或多回线路的架设成为一种必然的发展趋势。通常线路故障多是瞬时性的，为尽快恢复供电能力，需使用自适应重合闸；为保证重合动作的准确性，避免系统遭受二次冲击，需事先判别故障性质。目前同杆双回线中主要采用单回线故障性质判别结合按相顺序重合闸的方式，但是并不能快速有效判断所有的故障类型，而且重合时间较长，不利于故障电弧的熄灭。浙江大学继电保护实验室研究发现，带并联电抗器同杆双回线在故障相跳闸后，不同故障性质下具有不同的故障特征；当发生接地故障时，如果是瞬时性接地故障时，断开相端电压中存在自由频率分量，如果是永久性接地故障时，断开相端电压中只存在工频分量；当发生异名跨线故障时，如果是永久性跨线故障，则两回线故障相端电压差中只存在工频分量；而如果是瞬时性异名跨线故障，断开相端电压存在自由频率分量。通过结合同杆双回线各种不同故障类型的故障性质判别以及按相顺序重合闸的方式可实现完整的自适应重合闸。而且分析结果表明，故障性质的判别方法不受故障时刻影响、判断数据窗短、耐过渡电阻能力强，适用于各种不同故障类型，并且能够严格按照重合时序要求正确重合闸动作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法。

本发明方法包括以下步骤：

步骤(1)：由故障选相结果得出相应的故障类型，根据故障类型选择进入相应的自适应重合闸方案流程，该流程可以分为三个部分：①接地故障性质的判断；②异名跨线故障性质的判断；③相间故障性质的判断。采样获得两回线故障相线路端电压：u_Ii(t)、u_IIj(t)；其中i、j分别为I、II回线上的故障相，t为采样时刻。

步骤(2)：接地故障性质的判断；故障相两端断路器跳闸后，根据故障选相结果，首先进行接地故障性质的判断，具体是：

①计算故障断开相电压积分值；对两回线故障相端电压进行一个工频周期内的积分处理：

其中：x为积分起始时刻，T₀为工频周期20ms，S_{Ii_1}、S_{IIj_1}分别为I、II回线以x为起始积分时刻的积分值；如果是永久性接地故障，则断开相端电压中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；而如果是瞬时性接地故障，断开相端电压中存在自由频率分量，通常积分不为零，但为了防止由于积分起始时刻的选取造成积分值较小带来可能的误判，采用二次积分取最大值的方式，即第二次积分起始时刻推迟 $S_{\mathrm{Ii}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_{0/4}}{\∫}}{u}_{\mathrm{Ii}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|;S_{\mathrm{IIj}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_0/4}{\∫}}{u}_{\mathrm{IIj}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|,$ 其中S_{Ii_2}、S_{IIj_2}分别为I、II回线以为起始积分时刻的积分值；

②计算接地故障性质判断整定值；

其中，ω₁为自由分量角频率，不同故障类型的ω₁可以通过求解特征多项式近似得到；U_f为故障点工频电压幅值，可以通过简单的电路原理知识近似得到，S_Gzd为整定值。

③接地故障性质判断；判断的具体公式如下所示：

其中； $\left\{\begin{array}{c}{S}_1\∈S_{\mathrm{Ii}\_1},S_{\mathrm{IIj}\_1}\\ S_2\∈S_{\mathrm{Ii}\_2},S_{\mathrm{IIj}\_2}\end{array}\right.$

步骤(3)：异名跨线故障性质的判断；当线路中发生多相接地故障或跨线接地故障后，即使故障点对地支路已经熄弧，故障相之间由于存在衰减非周期分量的影响，线间和相间故障可能还存在，因此需要在接地支路消失后，需要继续进行线间和相间的故障性质判断。具体是：

①计算两回线故障断开相电压差的积分值；对两回线故障相端电压进行一个工频周期内的积分处理：

其中：x为积分起始时刻，T₀为工频周期20ms，S_c1为以x为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值；如果是永久性跨线故障，则两回线断开相端电压差中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；而如果是瞬时性异名跨线故障，两回线断开相端电压差存在自由频率分量，通常积分不为零，但为了防止由于积分起始时刻的选取造成积分值较小带来可能的误判，采用二次积分取最大值的方式，即第二次积分起始时刻推迟 $S_{c2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0/4+T_0}{\∫}}\right[u_{\mathrm{Ii}}\left(t\right)-u_{\mathrm{IIj}}\left(t\right)\left]\mathrm{dt}\right|,$ 其中S_c2是以为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值。

②计算跨线故障性质判断整定值；

其中，ω₁为自由分量角频率，不同故障类型的ω₁可以通过求解特征多项式近似得到；U_cf为两回线故障点工频电压差的幅值，可以通过简单的电路原理知识近似得到，S_Lzd为整定值。

③跨线故障性质判断；判断的具体公式如下所示：

步骤(4)：相间故障性质的判断；对于一回线内包含两个故障相的故障类型，由于健全相的耦合电压对于同一回线内的两故障相完全相同，因此要对这种故障类型下的相间故障性质进行判断，只能依靠衰减周期分量，而衰减周期分量是由相间电感初始储能决定的，有可能刚好电感电流为零时故障消失，这时瞬时性故障时故障点电压差跟永久性故障情况是一样的，会造成误判，可靠性降低。但是由于接地故障性质能够非常有效的判断出，所以对其中一相先合闸处理没有影响，然后通过对未重合相电压的检测即可判断故障性质，虽然存在衰减周期分量，但是由于工频分量远大于衰减周期分量，直接可以利用傅氏算法，具体是：按照重合闸顺序先重合一回线中的超前故障相，采样得到另一故障相的端电压u_op(t)，通过全波傅氏算法得到该端电压的幅值|U_op|，然后进行故障性质判断，判据表达式为：|U_op|≥U_Pzd，其中，U_Pzd为相应的整定值，取为额定电压的

本发明充分利用故障相端电压的故障特征进行故障性质的判断，具有判据灵敏度高、适用性强的特点，能够准确判断带并联电抗器同杆双回线各种故障类型下的故障性质，并且结合按相顺序重合闸可实现带并联电抗器同杆双回线的自适应重合闸。

具体实施方式

在带并联电抗器同杆双回输电线路中，不同故障性质下故障相端电压存在不同的故障特征，如果仅利用单相自适应重合闸原理，将无法判断故障性质。研究分析发现：1)接地故障时，利用故障断开相端电压积分值进行接地故障性质的判断：其中：u_Ii(t)、u_IIj(t)为两回线故障相线路端电压的采样值，x为积分起始时刻，T₀为工频周期20ms，S_{Ii_1}、S_{IIj_1}分别为I、II回线以x为起始积分时刻的积分值；为了防止由于积分起始时刻的选取带来的误判，采用二次积分取最大值的方式，第二次积分起始时刻推迟 $S_{\mathrm{Ii}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_{0/4}}{\∫}}{u}_{\mathrm{Ii}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|;S_{\mathrm{IIj}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_0/4}{\∫}}{u}_{\mathrm{IIj}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|,$ 其中S_{Ii_2}、S_{IIj_2}分别为I、II回线以为起始积分时刻的积分值；如果是永久性接地故障，则断开相端电压中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；而如果是瞬时性接地故障，断开相端电压中存在自由频率分量，两次积分的最大值不为零。因此可以通过取两次积分值的最大值进行接地故障性质的判断： $\left\{\begin{array}{c}{S}_1\∈S_{\mathrm{Ii}\_1},S_{\mathrm{IIj}\_1}\\ S_2\∈S_{\mathrm{Ii}\_2},S_{\mathrm{IIj}\_2}\end{array}\right.,$

其中，为整定值，ω₁为自由分量角频率，不同故障类型的ω₁可以通过求解特征多项式近似得到；U_f为故障点工频电压幅值，可以通过简单的电路原理知识近似得到。2)跨线故障时，对两回线故障相端电压差进行一个工频周期内的积分处理：其中：x为积分起始时刻，T₀为工频周期20ms，S_c1为以x为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值；如果是永久性跨线故障，则两回线断开相端电压差中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；而如果是瞬时性异名跨线故障，两回线断开相端电压差存在自由频率分量，为了防止由于积分起始时刻的选取带来的误判，采用二次积分取最大值的方式，第二次积分起始时刻推迟 其中S_c2是以为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值因此可以通过取两次积分值的最大值进行接地故障。

性质的判断：

其中，为整定值，ω₁为自由分量角频率，不同故障类型的ω₁可以通过求解特征多项式近似得到；U_cf为两回线故障点工频电压差的幅值，可以通过简单的电路原理知识近似得到。3)相间故障时，按照重合闸顺序先重合一回线中的超前故障相，采样得到另一故障相的端电压u_op(t)，通过全波傅氏算法得到该端电压的幅值|U_op|，然后进行故障性质判断，判据表达式为：|U_op|≥U_Pzd，其中，U_Pzd为相应的整定值，取为额定电压的

利用本发明的带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法实现的自适应重合闸方案，其特征在于：结合故障性质的判别与按相顺序重合闸实现了完整的自适应重合闸方案；首先进行接地故障性质的判断，如果是瞬时性接地故障，则继续进行跨线故障性质的判断，如果是永久性接地故障，则闭锁重合闸；然后进行跨线故障性质的判断，如果是瞬时性跨线故障，则结合重合时序进行相间故障性质的判断，如果是永久性跨线故障，则闭锁重合闸；在各种故障类型下都能准确的判断出故障性质，并且严格按照重合时序正确重合闸。

Claims (1)

1.一种带并联电抗器同杆双回线故障性质判别方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1)：由故障选相结果得出相应的故障类型，根据故障类型选择进入相应的自适应重合闸方案流程，该流程可以分为三个部分：①接地故障性质的判断；②异名跨线故障性质的判断；③相间故障性质的判断；采样获得两回线故障相线路端电压：u_Ii(t)、u_IIj(t)；其中i、j分别为I、II回线上的故障相，t为采样时刻；

步骤(2)：接地故障性质的判断；故障相两端断路器跳闸后，根据故障选相结果，首先进行接地故障性质的判断，具体是：

2-1、计算故障断开相电压积分值；对两回线故障相端电压进行一个工频周期内的积分处理：

其中：x为积分起始时刻，T₀为工频周期，S_{Ii_1}、S_{IIj_1}分别为I、II回线以x为起始积分时刻的积分值；如果是永久性接地故障，则断开相端电压中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；如果是瞬时性接地故障，断开相端电压中存在自由频率分量，通常积分不为零，但为了防止由于积分起始时刻的选取造成积分值较小带来可能的误判，采用二次积分取最大值的方式，即第二次积分起始时刻推迟 $S_{\mathrm{Ii}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_{0/4}}{\∫}}{u}_{\mathrm{Ii}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|;S_{\mathrm{IIj}\_2}=\left|\underset{x+T_0/4}{\overset{x+T_0+T_0/4}{\∫}}{u}_{\mathrm{IIj}}\left(t\right)\mathrm{dt}\right|,$ 其中S_{Ii_2}、S_{IIj_2}分别为I、II回线以为起始积分时刻的积分值；

2-2、计算接地故障性质判断整定值；

其中，ω₁为自由分量角频率，U_f为故障点工频电压幅值，S_Gzd为整定值；

2-3、接地故障性质判断；判断的具体公式如下所示：

其中； $\left\{\begin{array}{c}{S}_1\∈S_{\mathrm{Ii}\_1},S_{\mathrm{IIj}\_1}\\ S_2\∈S_{\mathrm{Ii}\_2},S_{\mathrm{IIj}\_2}\end{array}\right.$

步骤(3)：异名跨线故障性质的判断；当线路中发生多相接地故障或跨线接地故障后，即使故障点对地支路已经熄弧，故障相之间由于存在衰减非周期分量的影响，线间和相间故障可能还存在，因此在接地支路消失后，需要继续进行线间和相间的故障性质判断；具体是：

3-1、计算两回线故障断开相电压差的积分值；对两回线故障相端电压进行一个工频周期内的积分处理：

其中：x为积分起始时刻，T₀为工频周期，S_c1为以x为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值；如果是永久性跨线故障，则两回线断开相端电压差中只存在工频分量，因此积分结果恒为零；而如果是瞬时性异名跨线故障，两回线断开相端电压差存在自由频率分量，通常积分不为零，但为了防止由于积分起始时刻的选取造成积分值较小带来可能的误判，采用二次积分取最大值的方式，即第二次积分起始时刻推迟 其中S_c2是以为积分起始时刻的I、II回线故障断开相电压差积分值；

3-2、计算跨线故障性质判断整定值；

其中，ω₁为自由分量角频率；U_cf为两回线故障点工频电压差的幅值，S_Lzd为整定值；

3-3、跨线故障性质判断；判断的具体公式如下所示：

步骤(4)：相间故障性质的判断；具体是：按照重合闸顺序先重合一回线中的超前故障相，采样得到另一故障相的端电压u_op(t)，通过全波傅氏算法得到该端电压的幅值|U_op|，然后进行故障性质判断，判据表达式为：|U_op|≥U_Pzd，其中，U_Pzd为相应的整定值，取为额定电压的