CN104269831B - 一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；所述方法包括以下步骤：确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量；确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。本方法可以作为距离保护III段的开放条件，满足该开放条件，且测量阻抗位于距离保护动作区内时，距离保护动作。过负荷情况下，可靠闭锁距离保护。本方法无需整定，由输电线路保护装置内部实现。

Description

一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法

技术领域：

本发明涉及一种识别负荷与故障的距离保护方法方法，更具体涉及一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法。

背景技术：

在电力系统输电线路中，过负荷是一类较常见的异常运行状态，可分为正常过负荷和事故过负荷。正常过负荷是指线路承载超过正常运行时的最大负荷；事故过负荷是指输电断面的一条或多条线路发生故障或无故障跳闸，造成潮流转移导致其他运行线路潮流增加，超过正常运行时最大负荷，也可称之为潮流转移过负荷。系统长期过负荷或严重过负荷运行，将对电网和设备安全造成严重威胁，增加大停电事故风险。

正常情况下，过负荷是由调度部分从系统层面进行协调，当系统处于紧急状况时，由安全稳定系统进行切机切负荷及电压、频率紧急控制以维持稳定。然而大停电从来都不会按预想发生，“8.14”美加和“9.28”意大利停电事故中的调度、安稳控制系统的故障和疏忽就是很好的例证。这也暴露了继电保护和安全稳定控制及调度之间的问题：在采取措施或措施生效之前，快速动作的继电保护已切除了过负荷元件，进一步加剧了潮流转移和系统振荡。

从事故起始慢过程发展到系统失稳振荡，进入事故扩大的快过程阶段，随后系统解列崩溃，大停电无可避免。整个过程中都伴随着过负荷相关的继电保护动作。正常过负荷情况下，可能因线路电压降低、电流增大(低阻抗)而引发保护不合理动作跳闸，可能也因线路过载发热、弧垂增大进而引起短路跳闸。潮流转移过负荷情况下，保护可能误把潮流转移当作故障，切除非故障过负荷线路，导致更大规模的潮流转移，进一步增加系统失稳的风险，也可能造成潮流转移过负荷线路因过载弧垂增大而引发短路跳闸。这样的案例在各大停电事故中比比皆是，其中，正常过负荷引发的继电保护跳闸往往是大停电事故倒下的第一张多米诺骨牌，而潮流转移过负荷引发的保护跳闸却是连锁跳闸的直接推手，推波助澜了系统崩溃的进程。

分析过负荷特征及距离保护应对过负荷措施一般基于阻抗平面，通过分析负荷阻抗的大小，比较负荷阻抗与距离保护的动作区之间的相对位置，人为设置负荷限制线(高旭，胥桂仙，郭登峰，牛四清，华北电网重潮流线路负荷限制电阻整定方法，电力系统自动化，2007,31(5)：94-96，104)防止距离保护在过负荷情况下发生误动，但是由于负荷是变化的，随着的负荷不断增大，负荷阻抗不断减小，仍然有可能进入距离保护动作区，造成距离保护误动作，另一方面，固定的负荷限制线整定时考虑系统最严重的过负荷情况，削弱了距离保护的动作性能，尤其是距离保护的耐受过渡电阻能力，在轻载情况下发生高阻故障时距离保护无法动作，而且负荷限制线人为设定，存在误整定的风险，整定值的大小对于保护的动作性能影响很大，整定值太大，系统发生过负荷，距离保护易误动，整定值太小，距离保护的动作性能受影响。在大停电事故发展期间，系统潮流快速转移，线路负荷急速增大，远远超过整定时计及的正常最大负荷，距离保护误动不可避免，所以通过固定的负荷限制线无法阻止过负荷情况下距离保护误动作，同时在阻抗平面上分析距离保护应对过负荷策略存在局限性。

故提出一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，该方法作为距离保护III段的开放条件，满足该开放条件，且测量阻抗位于距离保护动作区内时，距离保护动作；在过负荷情况下，可靠闭锁距离保护。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；所述方法包括以下步骤：

(1)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量；

(2)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；

(3)判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。

本发明提供的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，用下式确定所述步骤(2)中的正序电压余弦分量突变量：

其中，U_i1为以输电线路中的i相为基准的正序电压，为以i相为基准的正序电压U_i1与流过保护安装处的正序电流I_a1的夹角，i＝A或B或C；

用下式确定所述线电压余弦分量突变量：

其中，U_ij为保护安装处的线电压，为保护安装处线电压U_ij与流过保护安装处线电流I_ij的夹角；

用下式确定所述相电压余弦分量突变量通过：

其中，U_i为保护安装处的相电压，为保护安装处相电压U_i与流过保护安装处相电流I_i的夹角。

本发明提供的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述步骤(3)分别在所述距离保护启动20ms以内和大于20ms对所述故障类型进行判断；所述故障类型包括对称故障、相间故障和单相接地故障。

本发明提供的另一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，当所述距离保护启动在20ms以内，分别通过所述正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量各自的判据进行判断故障类型。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述正序电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为对称故障，并开放所有距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K3＝0.5pu；

否则进行所述相间故障的判断。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述线电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为相间故障，并开放相间距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu，K6＝0.5pu；；

否则进行所述单相接地故障的判断。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述相电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为单相接地故障的判断，并开放接地距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K9＝0.3pu。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，当所述距离保护启动大于20ms，分别通过所述距离保护启动后的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量各自的判据进行判断故障类型。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护启动后，所述正序电压余弦分量若满足下式，则所述故障为对称故障，并开放所有距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K1＝-0.1pu，K2＝0.4pu；

否则进行所述相间故障的判断。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护启动后，所述线电压余弦分量若满足下式，则所述故障为相间故障，并开放相间距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu，K4＝-0.1pu，K5＝0.4pu；

否则进行所述单相接地故障的判断。

本发明提供的又一优选的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护启动后，所述相电压余弦分量若满足下式，则所述故障为单相接地故障，并开放接地距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K7＝-0.1pu，K8＝0.7pu。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供了利用正序电压余弦分量突变量识别过负荷与线路对称故障判据；

2、本发明提供了利用相电压余弦分量突变量识别过负荷与单相接地故障判据；

3、本发明提供了利用线电压余弦分量突变量识别过负荷与相间故障判据；

4、本发明可以作为距离保护III段的开放条件，满足该开放条件，且测量阻抗位于距离保护动作区内时，距离保护动作。；

5、本发明在过负荷情况下，可靠闭锁距离保护；

6、本发明无需运行人员进行整定，由输电线路保护装置内部实现；

7、本发明将减小过负荷对电网和设备安全造成的威胁，可以防止事故范围的扩大，避免大停电事故的发生，保证电力系统的安全稳定运行；

8、本发明实现了距离保护对过负荷从不可控到完全可控的转变，大幅提高了继电保护的动作性能，不会造成距离保护误动作；

9、本发明在电压平面上分析距离保护应对过负荷的局限性小。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本例的发明一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，本发明用于输电线路中的距离保护，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；所述方法包括以下步骤：

(1)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量；

(2)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；

(3)判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。

所述步骤(2)中的正序电压余弦分量突变量通过下式确定：

其中，U_i1为以输电线路中的i相为基准的正序电压，为以i相为基准的正序电压U_i1与流过保护安装处的正序电流I_a1的夹角，i＝A或B或C；

所述线电压余弦分量突变量通过下式确定：

其中，U_ij为保护安装处的线电压，为保护安装处线电压U_ij与流过保护安装处线电流I_ij的夹角；

所述相电压余弦分量突变量通过下式确定：

其中，U_i为保护安装处的相电压，为保护安装处相电压U_i与流过保护安装处相电流I_i的夹角。

通过采集保护安装处相电流和相电压，计算保护安装处以i相为基准的正序电压U_i1，流过保护安装处的正序电流I_i1及二者之间的夹角

实时计算保护启动前的保护安装处正序电压余弦分量

保护启动后20ms内(包含20ms)，当正序电压余弦分量突变量满足式(2)，判断为对称故障，开放所有距离保护III段；否则，转至下一步：

保护启动后20ms内(包含20ms)，当线电压余弦分量突变量满足式(4)，判断为相间故障，开放相间距离保护III段；否则，转至下一步；

保护启动后20ms内(包含20ms)，当相电压余弦分量突变量满足式(6)，判断为单相接地故障，开放接地距离保护III段；否则，闭锁距离保护III段；

保护启动后20ms后，当正序电压余弦分量满足式(1)，判断为对称故障，开放所有距离保护III段；否则，转至下一步；

保护启动后20ms后，当线电压余弦分量满足式(3)，判断为相间故障，开放相间距离保护III段；否则，转至下一步；

保护启动后20ms后，当相电压余弦分量满足式(5)，，判断为单相接地故障，开放接地距离保护III段；否则，闭锁距离保护III段。

利用正序电压余弦分量识别对称故障与负荷。

正序电压余弦分量分为两种，和识别判据为

其中，U_i1为保护安装处以i相为基准的正序电压，为保护安装处正序电压U_i1与流过保护安装处正序电流I_i1的夹角，计算公式为 为线路阻抗角，为保护启动后保护启动前K1，K2，K3分别为定值，K1＝-0.1pu，K2＝0.4pu，K3＝0.5pu，基准值为电源相电势Ea或Eb或Ec，K1，K2，K3在线路保护装置内部实现，无需整定。

当满足判据(1)或(2)时，判断为对称故障，开放距离保护III段(包括接地距离保护III段与相间距离保护III段)。

对于负荷，不满足判据(1)，不满足判据(2)。

利用线电压余弦分量识别相间故障与负荷。

线电压余弦分量分为两种，和识别判据为

其中，U_ij为保护安装处的线电压,ij取值分别为ab，bc，ca，为保护安装处线电压U_ij与流过保护安装处线电流I_ij的夹角，计算公式为 为线路阻抗角，为保护启动后保护启动前K4，K5，K6分别为定值，K4＝-0.1pu，K5＝0.4pu，K6＝0.5pu，基准值为电源相间电势Eab或Ebc或Eca，K4，K5，K6在线路保护装置内部实现，无需整定。

当满足判据(3)或(4)时，判断为相间故障，开放相间距离保护III段。

对于负荷，不满足判据(3)，不满足判据(4)。

利用相电压余弦分量识别单相接地故障与负荷。

相电压余弦分量分为两种，和识别判据为

其中，U_i为保护安装处的相电压,i取值分别为a，b，c，为保护安装处相电压U_i与流过保护安装处相电流I_i的夹角，计算公式为 为线路阻抗角，为保护启动后保护启动前K7，K8，K9分别为定值，K7＝-0.1pu，K8＝0.7pu，K9＝0.3pu，基准值为电源相电势Ea或Eb或Ec，K7，K8，K9在线路保护装置内部实现，无需整定。

当满足判据(5)或(6)时，判断为单相接地故障，开放接地距离保护III段。

对于负荷，不满足判据(5)，不满足判据(6)。

本发明提出的过负荷与故障识别判据作为距离保护III段的开放条件，能够准确区分负荷与故障；任何过负荷情况闭锁距离保护；线路短路时可靠开放距离保护，由装置内部实现，无需运行人员进行整定；实现了距离保护对过负荷从不可控到完全可控的转变，大幅提高了继电保护的动作性能，可以防止事故范围的扩大，避免大停电事故的发生，保证电力系统的安全稳定运行。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量；

(2)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；

用下式确定正序电压余弦分量突变量：

其中，U_i1为以输电线路中的i相为基准的正序电压，为以i相为基准的正序电压U_i1与流过保护安装处的正序电流I_i1的夹角，i＝A或B或C；

用下式确定所述线电压余弦分量突变量：

其中，U_ij为保护安装处的线电压，为保护安装处线电压U_ij与流过保护安装处线电流I_ij的夹角；

用下式确定所述相电压余弦分量突变量：

其中，U_i为保护安装处的相电压，为保护安装处相电压U_i与流过保护安装处相电流I_i的夹角；

(3)判断距离保护启动后的输电线路的故障类型；

分别在所述距离保护启动20ms以内和大于20ms对所述故障类型进行判断；所述故障类型包括对称故障、相间故障和单相接地故障；

当所述距离保护启动在20ms以内，分别通过所述正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量各自的判据判断故障类型；

当所述距离保护启动大于20ms，分别通过所述距离保护启动后的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量各自的判据判断故障类型。

2.如权利要求1所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述正序电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为对称故障，并开放所有距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K3＝0.5pu；

否则进行所述相间故障的判断。

3.如权利要求2所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述线电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为相间故障，并开放相间距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu，K6＝0.5pu；

否则进行所述单相接地故障的判断。

4.如权利要求3所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述相电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为单相接地故障的判断，并开放接地距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K9＝0.3pu。

5.如权利要求1所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述距离保护启动后，所述正序电压余弦分量若满足下式，则所述故障为对称故障，并开放所有距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K1＝-0.1pu，K2＝0.4pu；

否则进行所述相间故障的判断。

6.如权利要求5所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述距离保护启动后，所述线电压余弦分量若满足下式，则所述故障为相间故障，并开放相间距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu，K4＝-0.1pu，K5＝0.4pu；

否则进行所述单相接地故障的判断。

7.如权利要求6所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特征在于：所述距离保护启动后，所述相电压余弦分量若满足下式，则所述故障为单相接地故障，并开放接地距离保护III段：

其中，为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K7＝-0.1pu，K8＝0.7pu。