CN104201656A - 一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，属于电力系统继电保护技术领域。当含可控串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路两端的电压、电流线模值按照贝杰龙线路参数模型分别推算得到可控串联补偿器投入点的两侧线模电流，经模相变换得到相应的故障相电流，将投入点两侧的故障相电流在短视窗内求和并积分，根据积分值△的大小判断是否为区内故障。具体的判据：若△小于整定值，判定为区外故障；若△大于整定值，判定为区内故障。本发明可以在不抬高动作时限的前提下，保护线路全长。且不受故障初始角、过渡电阻和分布电容的影响。

Description

一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法

技术领域

本发明涉及一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

可控串联补偿器是一种常见的柔性交流输电设备，它的装设不仅增加了系统的输送容量，而且增加了系统的稳定性。但是近些年人们发现可控串联补偿器的装设改变了线路参数，进而破坏线路阻抗的均匀性，当输电线路发生短路时，继电器的测量阻抗不再与母线和短路点间的距离成正比，且串补装置普遍采用非线性伏-安特性的金属氧化物避雷器(MOV)，MOV的非线性使其导通后流过串补电容的电流不易确定，对传统的工频保护带来很大的影响。另外，当可控串联补偿器投入并处于容性补偿方式时，补偿元件起到类似串联电容补偿的效果，此时行波在补偿安装处的折反射情况：对于高频分量，其频率越高，透射系数越大，反射作用越弱，而对低频则具有较小的透射系数和较大的反射系数。

交流输电线路中，保护装置只需要可靠区分区内、区外故障，无需在全线范围内准确测距。由于暂态分量通常比稳态分量大得多，暂态电流信号能够更充分体现故障特征，而且暂态量不受工频信号的影响，故障后瞬间暂态量响应很快，因此通过故障相电流可以判断被保护线路是否发生故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，用以快速切除含可控串联补偿器输电线路上任意点的故障，判断被保护线路是否故障，减少停电时间。

本发明的技术方案是：一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，当含可控串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路两端的电压、电流线模值按照贝杰龙线路参数模型分别推算，得到可控串联补偿器投入点的两侧线模电流，经模相变换得到相应的故障相电流，将投入点两侧的故障相电流在短视窗内求和并积分，根据积分值△的大小判断是否为区内故障；若△小于整定值，判定为区外故障；若△大于整定值，判定为区内故障。

具体步骤为：

(1)以带可控串联补偿器的输电线路为基准模型，根据M端电压、电流的线模值u_M、i_M按照贝杰龙线路参数模型推算至可控串联补偿器投入点的电流并经模相变换得到故障相电流值i_M1/2，根据N端的参数计算得到可控串联补偿器投入点的故障相电流值i_N1/2；

(2)将第一步中得到的可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M1/2、i_N1/2按照式(1)进行求和，并求取故障后2ms的积分值△；

$\mathrm{\Δ}={\∫}_{t_1}^{t_2}\left|(i_{M,1/2}+i_{N,1/2})\right|\mathrm{d\τ}---\left(1\right)$

式中：△为可控串联补偿器投入点的故障相电流和的2ms积分值；t₁、t₂为积分上、下限，τ为积分变量；

(3)对比整定值，结合第二步中得到的积分值判断被保护线路是否故障，具体的判据如式(2)、(3)所示

若△<kg△_set，则被保护线路未故障       (2)

若△≥kg△_set，则被保护线路故障         (3)

式中：△_set为被保护线路无故障情况下，M、N两侧所推得的可控串联补偿器投入点(线路中点)处故障相电流和的最大值；k为可靠系数。

本发明中采样率为20kHz，数据预处理时，积分时窗长为故障前2ms。

本发明的原理是：在带可控串联补偿器(安装在线路中点)的输电线路中，可控串联补偿器可简化为电容器，当被保护线路未发生故障时，利用线路两侧电压、电流值推算得到可控串联补偿器投入点处的故障相电流大小相等，方向相反，那么在短视窗内对故障相电流之和的积分应为零，考虑裕量，应小于整定值(区外故障时可控串联补偿器处的故障相电流和的积分)。反之，当积分值大于整定值时，则判定为区内故障。

本发明的有益效果是：

(1)本发明可以在不抬高动作时限的前提下，保护线路全长。且不受故障初始角、过渡电阻和分布电容的影响。且20kHz的采样率，对硬件要求不高，在现场易于实现，

(2)由于可控串联补偿器安装在线路中点，应用两侧的电压、电流值按照贝杰龙线路参数模型计算可控串联补偿器投入点的故障相电流，有效的抵消了两侧线路参数的影响。判据应用积分运算，避免了电流震荡的影响，准确的区分区内、外故障。

附图说明

图1为研究的输电线路：图中，G₁、G₂为两侧系统的发电机，T₁、T₂为两侧的变压器，P、M、N、Q为系统的母线，C_E为母线对地的杂散电容，R₁、R₂为线路两侧的继电器，F₁₁、F₁₂为仿真中设置的区内故障，分别处于SSSC与母线M、N之间，F₂、F₃分别为仿真中设置的区外故障，分别处于线路PM、线路NQ上。TCSC为线路中静止同步补偿器的安装位置(考虑到补偿效果，仿真中TCSC安装与线路MN的中点处)；

图2为区内故障时i_M,l/2、i_N,l/2波形；

图3为区外故障时i_M,l/2、i_N,l/2波形；

图4为对整个输电线路的积分值Δ的遍历图。

图5为实施例1中区内故障F₁₁(距M端30km处)时i_M,l/2、i_N,l/2波形；

图6为实施例2中区内故障F₁₂(距M端90km处)时i_M,l/2、i_N,l/2波形；

图7为实施例3中区内故障F₂(距M端40km处)时i_M,l/2、i_N,l/2波形；

图8为实施例4中区内故障F₃(距M端210km处)时i_M,l/2、i_N,l/2波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，当含可控串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路两端的电压、电流线模值按照贝杰龙线路参数模型分别推算，得到可控串联补偿器投入点的两侧线模电流，经模相变换得到相应的故障相电流，将投入点两侧的故障相电流在短视窗内求和并积分，根据积分值△的大小判断是否为区内故障；若△小于整定值，判定为区外故障；若△大于整定值，判定为区内故障。

具体步骤为：

(1)以带可控串联补偿器的输电线路为基准模型，根据M端电压、电流的线模值u_M、i_M按照贝杰龙线路参数模型推算至可控串联补偿器投入点的电流并经模相变换得到故障相电流值i_M1/2，根据N端的参数计算得到可控串联补偿器投入点的故障相电流值i_N1/2；

(2)将第一步中得到的可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M1/2、i_N1/2按照式(1)进行求和，并求取故障后2ms的积分值△；

$\mathrm{\&Delta;}={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}\left|(i_{M,1/2}+i_{N,1/2})\right|\mathrm{d\&tau;}---\left(1\right)$

式中：△为可控串联补偿器投入点的故障相电流和的2ms积分值；t₁、t₂为积分上、下限，τ为积分变量；

(3)对比整定值，结合第二步中得到的积分值判断被保护线路是否故障，具体的判据如式(2)、(3)所示

若△<kg△_set，则被保护线路未故障        (2)

若△≥kg△_set，则被保护线路故障          (3)

式中：△_set为被保护线路无故障情况下，M、N两侧所推得的可控串联补偿器投入点(线路中点)处故障相电流和的最大值，一般取为10；k为可靠系数，一般取为1.5。

实施例1：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。故障位置：故障F₁₁为MN段距M端30km处发生单相接地故障。接地阻抗0Ω，采样率为20kHz。

(1)根据说明书中的步骤一按照贝杰龙线路模型推算到可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M,l/2、i_N,l/2波形如图5所示

(2)根据说明书中的步骤二计算得到故障后2ms的积分值Δ为76.0366。

(3)根据说明书中的步骤三判据：Δ＝76.0366>kg△_set＝1.5×10，所以判定故障F₁₁为区内故障(被保护线路发生故障)。

实施例2：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。故障位置：故障F₁₂为MN段距M端90km处发生单相接地故障。接地阻抗0Ω，采样率为20kHz。

(1)根据说明书中的步骤一按照贝杰龙线路模型推算到可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M,l/2、i_N,l/2波形如图6所示

(2)根据说明书中的步骤二计算得到故障后2ms的积分值Δ为72.4885。

(3)根据说明书中的步骤三判据：Δ＝72.4885>kg△_set＝1.5×10，所以判定故障F₁₂为区内故障(被保护线路发生故障)。

实施例3：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。故障位置：故障F₂为PM段距M端40km处发生单相接地故障。接地阻抗10Ω，采样率为20kHz。

(1)根据说明书中的步骤一按照贝杰龙线路模型推算到可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M,l/2、i_N,l/2波形如图7所示

(2)根据说明书中的步骤二计算得到故障后2ms的积分值Δ为4.2134。

(3)根据说明书中的步骤三判据：Δ＝4.2134<kg△_set＝1.5×10，所以判定故障F₂为区外故障(被保护线路未发生故障)。

实施例4：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。故障位置：故障F₃为NQ段距M端210km处发生单相接地故障。接地阻抗10Ω，采样率为20kHz。

(1)根据说明书中的步骤一按照贝杰龙线路模型推算到可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M,l/2、i_N,l/2波形如图8所示

(2)根据说明书中的步骤二计算得到故障后2ms的积分值Δ为3.3799。

(3)根据说明书中的步骤三判据：Δ＝3.3799<kg△_set＝1.5×10，所以判定故障F₃为区外故障(被保护线路未发生故障)。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，其特征在于：当含可控串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路两端的电压、电流线模值按照贝杰龙线路参数模型分别推算，得到可控串联补偿器投入点的两侧线模电流，经模相变换得到相应的故障相电流，将投入点两侧的故障相电流在短视窗内求和并积分，根据积分值△的大小判断是否为区内故障；若△小于整定值，判定为区外故障；若△大于整定值，判定为区内故障。

2.根据权利要求1所述的带可控串联补偿器输电线路利用电流暂态量进行测后模拟的纵联保护办法，其特征在于具体步骤为：

(1)以带可控串联补偿器的输电线路为基准模型，根据M端电压、电流的线模值u_M、i_M按照贝杰龙线路参数模型推算至可控串联补偿器投入点的电流并经模相变换得到故障相电流值i_M1/2，根据N端的参数计算得到可控串联补偿器投入点的故障相电流值i_N1/2；

(2)将第一步中得到的可控串联补偿器投入点的故障相电流i_M1/2、i_N1/2按照式(1)进行求和，并求取故障后2ms的积分值△；

$\mathrm{\&Delta;}={\&Integral;}_{t_1}^{t_2}\left|(i_{M,1/2}+i_{N,1/2})\right|\mathrm{d\&tau;}---\left(1\right)$

式中：△为可控串联补偿器投入点的故障相电流和的2ms积分值；t₁、t₂为积分上、下限，τ为积分变量；

(3)对比整定值，结合第二步中得到的积分值判断被保护线路是否故障，具体的判据如式(2)、(3)所示

若△<kg△_set，则被保护线路未故障            (2)

若△≥kg△_set，则被保护线路故障           (3)

式中：△_set为被保护线路无故障情况下，M、N两侧所推得的可控串联补偿器投入点处故障相电流和的最大值；k为可靠系数。