CN104092200A - 双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法，它首先测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压、故障相电流和零序电流，采用集中参数建模，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角和零序电流，计算同杆并架双回线路I回线路的零序补偿电流，计算非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部并与保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部构成单端电气量稳态保护判据，消除了线间零序互感、过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻和负荷电流影响的能力，适用于双回线路非同名相跨线接地故障整个故障过程的继电保护。

Description

双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法

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双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法。

背景技术

同杆并架双回线路具有占地面积少、造价成本低，连接电网运行稳定可靠，已成为电力系统一种常见输电线路连接方式。同杆并架双回线路线间存在零序互感，零序互感对零序补偿系数产生影响，进而产生附加阻抗，因零序互感引起的附加阻抗会导致保护装置测量到的故障阻抗大于实际故障阻抗，造成同杆并架双回线路保护区内靠近保护整定范围处发生接地故障时，保护出现误动作，对电网安全稳定运行不利。

同杆并架双回线路即使发生经杆塔直接接地故障，在土壤电阻率较低的地区过渡电阻也在10Ω附近；在电阻率较高的地方过渡电阻可达30Ω，或甚至更高。过渡电阻不为零使得保护装置计算得到的故障阻抗除包含反应真实故障距离的故障阻抗分量外，还包含了因过渡电阻而产生的附加阻抗。过渡电阻产生的附加阻抗呈阻感性或呈阻容性容易造成接地阻抗距离保护拒动或稳态超越。保护误动或拒动，会给电力系统安全运行带来重大的损失，甚至有可能会威胁到电力系统的稳定性。

现有同杆并架双回线路接地距离保护的动作特性圆边界经过坐标原点，由于坐标原点位于动作特性圆边界上，保护正向出口接地故障时保护存在死区，且随着过渡电阻和负荷电流增大，保护正向出口死区越大。由于坐标原点位于动作特性圆边界上，保护反方向出口接地故障存在误动的可能，且过渡电阻越大，保护反方向出口接地故障时保护越容易误动作。

由于同杆并架双回线路线间存在很强的零序互感，现有接地距离保护无法获取另一回线路的零序电流，算法模型中无法消除线间零序互感的影响，受线间零序互感的影响，传统单相接地距离保护应用于同杆并架双回线路时其保护范围将大大扩大，在保护整定范围处故障常常存在稳态超越，使得保护区外故障时容易发生误动作，容易造成潮流大转移，引发大面积停电事故发生。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法，该方法利用非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部与保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部构成双回线路非同名相跨线接地故障的单端电气量稳态保护判据，消除了线间零序互感、过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻和负荷电流影响的能力。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法，它包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；

(2)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α＝r₁+r₂-π-β；其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0}={\stackrel{\·}{I}}_{I0}(\cos \mathrm{\α}+j\sin \mathrm{\α});$ 其中，j为复数算子；

(4)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路的零序补偿电流

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0}$

(5)保护装置计算非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降的实部 $\mathrm{Re}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}\right)=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}{\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right);$ 其中，l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(6)保护装置判断是否成立，若成立，则判断非同名相跨线接地故障点位于同杆并架双回线路I回线路保护整定范围之内，发出动作跳闸信号；其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，为保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明方法只用到单端单回线路电气量，不需要引入另一回线路电气量，动作性能不受电力系统运行方式的影响，在电力系统运行方式发生较大改变时具有很强的适应能力。本发明方法计及线间零序互感的影响，消除了线间零序互感对保护动作性能的影响。本发明方法采用集中参数建模，利用非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部与保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部构成双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护判据，消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻和负荷电流影响的能力，适用于双回线路非同名相跨线接地故障整个故障过程的继电保护。

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为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。

具体实施方式

图1为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。图中PT为电压互感器，CT为电流互感器。保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α＝r₁+r₂-π-β；

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流其中，j为复数算子。

保护装置计算同杆并架双回线路I回线路的零序补偿电流

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0}$

保护装置计算非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降的实部：

$\mathrm{Re}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}\right)=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}{\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right);$

其中，l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部。

若非同名相跨线接地故障点位于同杆并架双回线路I回线路保护整定范围之内，则非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部小于保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部；若非同名相跨线接地故障点位于同杆并架双回线路I回线路保护整定范围之外，则非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部大于保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部；根据此特性提出双回线路非同名相跨线接地故障的单端电气量稳态保护判据如下：

判断是否成立，若成立，则判断非同名相跨线接地故障点位于同杆并架双回线路I回线路保护整定范围之内，保护装置发出动作跳闸信号；其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，为保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部。

本发明方法只用到单端单回线路电气量，不需要引入另一回线路电气量，动作性能不受电力系统运行方式的影响，在电力系统运行方式发生较大改变时具有很强的适应能力。本发明方法计及线间零序互感的影响，消除了线间零序互感对保护动作性能的影响。本发明方法采用集中参数建模，利用非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部与保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部构成双回线路非同名相跨线接地故障的单端电气量稳态保护判据，消除了过渡电阻和负荷电流对保护动作性能的影响，具有很强的抗过渡电阻和负荷电流影响的能力，适用于双回线路非同名相跨线接地故障的整个故障过程的继电保护。

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.双回线路非同名相跨线接地故障单端电气量稳态保护方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；

(2)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α＝r₁+r₂-π-β；其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});$ $a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0}={\stackrel{\·}{I}}_{I0}(\cos \mathrm{\α}+j\sin \mathrm{\α});$ 其中，j为复数算子；

(4)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路的零序补偿电流

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{I\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0}$

(5)保护装置计算非同名相跨线接地故障点到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降的实部 $\mathrm{Re}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}\right)=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{I\φ}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}{\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})-\mathrm{Im}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{II}0})}\mathrm{Re}\left(\frac{Z_{I1}}{l}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\right);$ 其中，l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(6)保护装置判断是否成立，若成立，则判断非同名相跨线接地故障点位于同杆并架双回线路I回线路保护整定范围之内，发出动作跳闸信号；其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，为保护整定范围处到同杆并架双回线路I回线路保护安装处的电压降实部。