CN104377642A - 一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法，包括：当同塔双回线路发生单相接地故障时,判断所述单相接地故障的类型；由所述单相接地故障的类型计算当前故障类型对应的潜供电流和恢复电压的数值，并选择合适的重合闸时间，将同塔双回线路重合闸时间切换到所述当前故障类型对应的重合闸时间。这样,可以根据输电线路发生的具体单相接地故障类型,选择相应的重合闸时间。因此,重合闸时间不是固定不变的,而是随着输电线路的运行情况来改变的,这样,当特高压同塔双回线路运行状况不同时,可以选择最优重合闸时间,从而有效避免瞬时性故障重合闸失败的问题，提高单相自动重合闸的成功率。

Description

一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法

技术领域

本发明涉及输变电设备技术，尤其是涉及一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法。

背景技术

根据我国电网运行经验，在220kV及以上高压电网中，单相接地故障占80％以上，而且其中大多数为瞬时性故障，单相重合闸成功率在80％以上。所以，单相自动重合闸作为保证系统安全供电和稳定运行的一种有效措施，在高压电网中得到了广泛的应用。

但是，当电网发生单相接地故障切除故障相后，由于相间电容和相间互感的耦合作用，故障相的故障点仍然流过一定数值的接地电流，就是潜供电流，潜供电流以电弧的形式出现，也称为潜供电弧；潜供电弧熄灭后瞬间出现在弧道上的电压称为恢复电压。单相重合闸成功与否在很大程度上取决于故障点潜供电流的大小和恢复电压的幅值及上升速度。

参见图1，该图为输电线路单相重合闸期间的潜供电流和恢复电压示意图。

当线路发生单相(C相)接地故障时，故障相两端断路器跳闸后，其它两相(A相和B相)仍在运行，且保持工作电压。由于相间电容(C₁₃：A、C相间电容：C₂₃：B、C相间电容)和相间互感M(M₁₃：A、C相间电容：M₂₃：B、C相间电容)的作用，故障点仍流过一定的电流i，即为潜供电流i。当潜供电流熄灭以后，同样由于相间电容和互感的作用，在原弧道上上瞬间出现的电压u即为恢复电压。

目前单相重合闸时间的整定都是基于三相平衡参数，没有考虑输电线路三相不对称对重合闸时间的影响，整定的重合闸时间都是一个定值。由于系统负荷随着区域经济的快速发展日趋集中，地区电网涌现出大量采用不换位架设的中长甚至短距离高压输电线路，造成了电气参数三相不对称。输电线路电气参数的分相差异性，使得潜供电流的大小受故障类型、故障相别因素的影响可能出现较大差异。目前输电线路的重合闸时间策略无法准确反映日趋复杂的线路参数分相特性的影响。近年来，地区电网中出现了多次线路瞬时性故障重合不成功的情况。因此，对地区电网中不换位高压线路潜供电流和恢复电压的特性进行分析，从而为合理调整重合闸时间提供理论依据，具有重要的现实意义。

国内外对潜供电流和恢复电压的研究主要集中在采用换位架设的远距离输电线路，其主要计算方法有集中参数法、分布参数法和二次模方法。然而，对不换位架设的中长距离和短距离线路的研究较少，无法为合理整定重合闸时间提供足够的技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法，具体步骤如下：

A、根据不换位输电线路参数计算各相电感和电容，基于卡森模型建立线路的分相参数模型；根据不同情况如电压等级、潮流情况对线路模型进行简化；

B、在简化的模型基础上，按照不同的故障模式和故障相别分别计算潜供电流和恢复电压；并结合不换位输电线路的特点，分析不换位引起电气参数三相不对称对潜供电流和恢复电压的影响，影响因素包括：相序排列方式、线路长度、输送潮流、相间距离、导线和地线型号；

C、围绕潜供电弧参数与单相重合闸之间的关系，建立“电网线路参数、故障类型与重合闸时间”之间的数学模型，并按故障类型选择对应的重合闸时间。

本发明具有以下优点：

1.本发明的计算模型简单，结合电弧产生过程进行了合理的简化，易于编程实现。

2.通过控制变量法分析不换位线路参数对潜供电流和恢复电压的影响，可以为线路工程设计限制潜供电弧的措施提供参考。

3.提出的单相重合闸推荐时间，对于实际工程线路单相重合闸时间的整定有一定的参考价值。

附图说明

图1为输电线路单相重合闸期间的潜供电流和恢复电压示意图；

图2为同塔双回线的电容耦合传递回路的示意图；

图3为同塔双回线的电感耦合传递回路的示意图；

图4为不换位同塔双回线路相序排列方式的示意图；

图5为同塔双回线路单相重合闸期间的潜供电流曲线图；

图6为同塔双回线路单相重合闸期间的恢复电压曲线图；

图7为本发明方法的实施流程图；

图8为本发明方法的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

根据本发明提出的技术解决方案，以不换位架设的500kV同塔双回输电线路作为应用本发明的一个实例，但以下实例仅是对本明而言只具有说明性的，本发明的保护范围并不受此实例的限制。

A、建立潜供电流和恢复电压的计算模型：潜供电流和恢复电压均包含容性分量和感性分量，根据叠加定理分别对容性分量和感性分量的计算公式进行推导；计算容性分量时忽略电源系统阻抗和线路的自感，并且假定每一相的沿线电压分布相等；

假设I回线路C相发生单相接地故障，计算容性分量等效电路如图2所示。推导出潜供电流和恢复电压容性分量计算公式为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{SC}}=\mathrm{jwl}(C_{A1C1}{\stackrel{\·}{U}}_{A1}+C_{B1C1}{\stackrel{\·}{U}}_{B1}+C_{A2C1}{\stackrel{\·}{U}}_{A2}+C_{B2C1}{\stackrel{\·}{U}}_{B2}+C_{C2C1}{\stackrel{\·}{U}}_{C2})$

$\stackrel{\·}{U_{\mathrm{SC}}}=\frac{C_{B1}\stackrel{\·}{U_{B1}}+C_{A1}{\stackrel{\·}{U}}_{A1}+C_{A2}\stackrel{\·}{U_{A2}}+C_{B2}\stackrel{\·}{U_{B2}}+C_{C2}\stackrel{\·}{U_{C2}}}{C_0+C_{B1C1}+C_{A1C1}+C_{A2C2}+C_{B2C1}+C_{C2C1}}$

其中，故障前I回线和II回线三相电压分别为 I回C相为故障相，C_A2C1，C_B2C1，C_C2C1、C_A1C1，C_B1C1为单位长度线路的相间电容；C₀为单位长度故障相对地电容，l为线路的长度。

计算感性分量的等效回路如图3所示，潜供电流的感性分量与感应电势及故障点位置有关，当故障点位于首端或末端时，潜供电流和恢复电压感性分量的最大值为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{SL}\max }=\frac{\mathrm{jwl}{M}_{A2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{A2}+\mathrm{jwl}{M}_{B2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{B2}+{\mathrm{jwlM}}_{C2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{C2}+{\mathrm{jwlM}}_{A1C1}+{\stackrel{\·}{I}}_{A1}+{\mathrm{jwlM}}_{B1C1}{\stackrel{\·}{I}}_{B1}}{\mathrm{jwlL}+\frac{1}{\mathrm{jw}{C}_{0}l}}$

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{SL}\max }=({\mathrm{jwM}}_{A2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{A2}+{\mathrm{jwM}}_{B2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{B2}+{\mathrm{jwM}}_{C2C1}{\stackrel{\·}{I}}_{C2}+{\mathrm{jwM}}_{A1C1}{\stackrel{\·}{I}}_{A1}+{\mathrm{jwM}}_{B1C1}{\stackrel{\·}{I}}_{B1})l$

其中，M_A2C1，M_B2C1，M_C2C1、M_B1C1、M_A1C1为单位长度的互电感，L为故障相的电感，C₀为单位长度对地电容；I、II回线非故障相中流过的电流分别为故障点距线路首端的距离为x。

计算公式表明，不换位输电线路上潜供电流和恢复电压确与电气参数有关，归纳为以下三类：1、线路结构因素，为导线布置方式、换位方式、相序排列方式；2、系统因素，为线路运行电压、输送潮流；3、环境因素，主要为风力及风速、空气的温度和湿度。

B、为了让本领域技术人员更好的实施本发明，下面结合前面推导的理论公式，介绍同塔双回不换位线路潜供电流和恢复电压的特性。同塔线路三层导线垂直排列见图4，以A相为参考相，同塔列方式可归为如表1中所示的6种，为往大号方向左侧(I回)-右侧(II回)从上往下。

表1同塔双回线路相序排列方式

参见表2，为不同故障相别发生单相接地故障时重合闸期间潜供电流和恢复电压的数值。

表2不同故障相的潜供电流和恢复电压

该段500kV双回线路选择的是100公里长的线路，线路两端没有安装高压并联电抗器。

通过对比，可以发现完全换位时候，潜供电流和恢复电压远远小于不换位时候的最大值，并且故障相别对它的值没有影响。

当线路采用不同的相序排列方式时，故障相别对潜供电流的影响程度相差很大。其中，同相序、逆相序、异相序2和异相序4方式下，不同故障相下潜供电流和恢复电压相差较小；异相序1和异相序3方式下，不同故障相下潜供电流和恢复电压差别较大，当异相序1方式下II回a相故障时潜供电流和恢复电压工频有效值为4.23A/9.91kV，II回b相故障时潜供电流和恢复电压有效值达到52.89A/116.2kV，故障相别不同时，潜供电流和恢复电压的最大值与最小值相差10倍以上。

对潜供电流和恢复电压最严重的故障相进行分析，发现6种相序排列方式下，均为边相故障时潜供电流达到最大。

参见图5和图6，分别为同塔双回线路单相重合闸期间的潜供电流和恢复电压曲线。

曲线图的横轴为线路长度，单位为公里；纵轴为线路发生单相接地故障时潜供电流和恢复电压的值。

从图中分析可以看到，不同相序排列方式下，潜供电流和恢复电压的值是不一样的。潜供电流的大小与线路长度成正比关系，而恢复电压与线路长度关系不大。

基于上面的分析，可以看到相同电压等级的线路，在不同故障相别、线路长度、相序排列方式下，单相接地故障后重合闸期间潜供电流和恢复电压的值是不一样的。基于此，本发明一种基于潜供电流和恢复电压整定重合闸时间的方法。

为使本发明的目的和特征更加明显易懂，下面结合附图的方法对发明的具体实施方式进行说明。

参见图7，为本发明方法的实施流程图。

本实施例提供的重合闸时间整定方法包括以下步骤：

S701：当同塔双回线路发生单相接地故障时，判断接地故障的类型。

具体为：判断线路发生单相接地故障的故障相。

发生单相接地故障的类型有三种情况：上边相故障、中间相故障和下边相故障。

S702：结合当前线路的长度、相序排列方式，根据所述单相接地故障的类型选择查找潜供电流和恢复电压的数值。

由于不同线路长度、相序排列方式下，故障相别不同对应的潜供电流和恢复电压是不一样的，所以，应该选择合适的值。

S703：根据选择的潜供电流和恢复电压的数值，选择对应的自灭时间，依据重合闸动作的时序过程选择对应的重合闸时间。

S704：将继电保护重合闸整定时间切换到当前故障类型对应的重合闸时间。

参见表3，为某同塔双回线路逆相序排列方式下的潜供电流和恢复电压。

表3逆相序排列方式下的潜供电流和恢复电压

根据电力行业标准DL/T615-1997，在风速为1.5～2.5m/s条件下，220～500kV各电压等级线路，不同电压梯度下，不同大小的潜供电流对应的灭弧时间如表4所示。

表4不同电压梯度下的潜供电弧自灭时限推荐值

假设潜供电弧长度按6m计算，可以给出单相重合闸推荐时间如下：

表5逆相序方式下重合闸推荐整定时间

由表5可以看出，在不同的线路长度下，单相自动重合闸的时间是不一样的。相对于500kV线路现有技术采用固定的重合闸时间(1s)，本发明可以有效提高瞬时性故障重合闸成功率。在上述例子中，异相序排列方式下，当线路的长度达到50km的时候，潜供电弧的自灭时间最大达到0.8s，如果按照固定的重合闸时间1s进行重合，就有可能导致线路两端断路器重合于弧光接地故障，造成对系统的又一次冲击，重合失败。如果按照本方法给出的重合时间，通过适当延长重合闸时间，就可以有效躲过这个躲过电弧自灭时间。

需要说明的是，具体的输电线路不同，由于线路的电气参数包括相序排列方式、线路长度不同，当故障相别不同时，潜供电流和恢复电压的值也是不一样的。表5只是针对异相序排列方式下，线路两端均为装设并联电抗器情况下，对30km～100km的输电线路的情况。其他类型的输电线路要结合线路的实际情况来选择。

针对具体输电线路，基于系统运行方式、输送、线路导线、杆塔、相序排列方式、是否安装并联电抗器等基础数据，计算不同故障条件下，潜供电流及其恢复电压。基于计算结果，来选择对应的重合闸时间。

参见图8，该图为本发明装置的结构图。

本实施例提供的重合闸时间整定方法的装置包括:线路监测单元801、故障类型判断单元802、潜供电流和恢复电压计算单元803、重合闸时间选择单元804和继电保护重合闸时间切换单元805。

所述线路监测单元801，电网正常运行情况下，用于监测电网的电压、电流和输送潮流；当线路发生单相接地故障的时候，发送信号到故障类型判断单元802。

所述故障类型判断单元802，用于当同塔双回线路发生单相接地故障时，判断所述单相接地故障的类型。

发生故障的故障相类型有三种情况:上边相故障、中间相故障和下边相故障。

潜供电流和恢复电压计算单元803，用于由所述单相接地故障的类型，计算当前故障类型对应的潜供电流和恢复电压的数值。

具体为：通过采集线路监测单元801监测的电压、电流，以及线路的基本参数，计算当前单相接地故障的故障模式下的潜供电流和恢复电压。

所述重合闸时间选择单元804，用于根据潜供电流和恢复电压的额数值选择合适的重合闸时间。

所述继电保护重合闸时间切换单元805，用于将继电保护重合闸时间切换到所述当前故障类型对应的重合闸时间。

以上为本发明的较佳实例，但本发明不应该局限于该实例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所提出的的技术解决方案下完成的等效或修改方案，都落入本发明保护的范围。

表7不同电压梯度下的潜供电弧自灭时限推荐值

假设潜供电弧长度按6m计算，可以给出单相重合闸推荐时间如下：

表8逆相序方式下LGJ-630/45线路重合闸推荐整定时间

以上为本发明的较佳实例，但本发明不应该局限于该实例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所提出的的技术解决方案下完成的等效或修改方案，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于潜供电流和恢复电压的重合闸时间整定方法，其特征在于：具体步骤如下： 

A、根据不换位输电线路参数计算各相电感和电容，基于卡森模型建立线路的分相参数模型；根据不同情况如电压等级、潮流情况对线路模型进行简化；

B、在简化的模型基础上，按照不同的故障模式和故障相别分别计算潜供电流和恢复电压；并结合不换位输电线路的特点，分析不换位引起电气参数三相不对称对潜供电流和恢复电压的影响，影响因素包括：相序排列方式、线路长度、输送潮流、相间距离、导线和地线型号；

C、围绕潜供电弧参数与单相重合闸之间的关系，建立“电网线路参数、故障类型与重合闸时间”之间的数学模型，并按故障类型选择对应的重合闸时间。