CN104502744A - 一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法，它是在发生单相接地故障、熄弧后故障相进入恢复电压阶段，先对故障相首端恢复电压u进行不间断采样，得到恢复电压u₁(t)的采样值序列{u₁(n)}；再对电压采样值序列中的采样点逐个比较大小，求出所有极大值点中的最小值U_min和最大值U_max及它们对应的时间t_min和t_max，并取出位于最小值和最大值点之间的所有其它极大值点，计算k_set和两相邻正极值点间的斜率，并求出它们的最小值k_min；若k_min>k_set，则判断此单相故障为瞬时性故障；否则，判断此故障为永久性故障。本发明具有采用恢复电压构造的判据实现简单、有效地抑制DFT算法的频谱泄漏现象及栅栏效应和缩短判别故障性质的时间、响应时间快、满足快速重合闸的需求等优点。

Description

一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法

技术领域

本发明涉及输电线路，尤其是涉及一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法。

背景技术

据运行数据统计表明，超、特高压长距离输电线路上的故障大多数是单相接地故障，瞬时性故障又占据其中的大部分。因此，在超、特高压输电线路上安装重合闸装置对提高供电可靠性和系统的稳定性具有重大意义。

传统的重合闸具有盲目性，当重合于永久性故障时，将对系统再次冲击导致电气设备工作条件恶化。自适应重合闸的主要功能是区分故障性质，只在瞬时性故障时才重合，避免了盲目重合带来的不良后果。目前，故障性质诊断分别在一次电弧(从故障发生到断路器跳闸前)、二次电弧(从断路器跳闸到电弧熄灭前)和恢复电压(电弧熄灭之后)三个阶段进行。

电弧特性是非线性的，与系统运行情况以及电弧模型有关，导致已有的基于电弧特性判据方法复杂、模糊、不易实现；在超、特高压输电线路上由于并联电抗器的补偿作用会使得恢复电压中电容耦合电压很低以及恢复电压的极小值很小，因此基于恢复电压幅值判据可能存在误判。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法，特征是：具体步骤如下：

A：带并联电抗器的超高压输电线路发生单相接地故障，故障熄弧后故障相进入恢复电压阶段，这时开始对故障相首端恢复电压u进行不间断采样，得到恢复电压u₁(t)的采样值序列{u₁(n)}；

B：对电压采样值序列中的采样点逐个比较大小，当某采样点大于该采样点前后相邻的两个采样点时，记该点为极大值点，按此方法依次获得采样序列中的所有极大值点及其对应的时间；再求出所有极大值点中的最小值U_min和最大值U_max及它们对应的时间t_min和t_max，并取出位于最小值和最大值点之间的所有其它极大值点，依次记为U₁，U₂，…，U_m，其对应的时间分别为t₁，t₂，…，t_m；

C：计算 $k_{\mathrm{set}}=\frac{U_{\max }-U_{\min }}{t_{\max }-t_{\min }};$

D：计算两相邻正极值点间的斜率： $k_1=\frac{U_1-U_{\min }}{t_1-t_{\min }},k_2=\frac{U_2-U_{\min }}{t_2-t_{\min }},......,$ $k_m=\frac{U_m-U_{\min }}{t_m-t_{\min }};$ 并求出它们的最小值k_min＝min{k₁,k₂,…,k_m}；

E：若k_min>k_set，则判断此单相故障为瞬时性故障；否则，判断此故障为永久性故障。

自适应重合闸技术的核心是可靠、快速区分永久性故障和瞬时性故障。为使故障点快速熄弧、降低恢复电压幅值、提高单相重合闸的成功率，高压输电线路一般安装中性点有小电抗的并联电抗器。针对带电抗器的高压输电线路，发生瞬时性故障时，恢复电压中包含电磁耦合电压和电容耦合电压，从而出现拍频现象，导致恢复电压的极值大小不等。当出现永久性故障时，恢复电压只包含电磁偶尔电压从而不会出现拍频现象，恢复电压的极值大小相等。

本发明根据不同故障性质的极值点间斜率的不同，提出了基于恢复电压极值点间斜率的故障性质判别的新方法。

本发明具有以下特点：

(1)、依据电弧阶段的判据由于电弧受很多因素的影响具有不稳定性，采用恢复电压构造的判据实现简单、不受外界因素的干扰。

(2)、本发明使用的是单一采样频率，不需要对信号进行严格整周期采样，可有效地抑制DFT算法的频谱泄漏现象及栅栏效应。

(3)、采用本发明的判别方法能有效地缩短判别故障性质的时间，判据算法不需要迭代运算，响应时间快，满足快速重合闸的需求。

(4)、采用故障相一端母线数据，可避免两端数据不同步的影响以及省去了两端数据互用的通信设备，使得判据实现起来更简单、准确。

(5)、本发明判据的区分度明显，能准确、可靠地区分故障性质。

(6)、可靠性高，实用性强。

附图说明

图1为A相断开后等效电路的示意图；

图2为恢复电压自由分量拉普拉斯变换等效电路的示意图；

图3为熄弧前、后计算电容耦合电压的等效电路的示意图；

图4为恢复电压拍频特性包络线的示意图；

图5为750KV输电系统的示意图；

图6为用DSP实现重合闸动作过程的示意图；

图7为自动重合闸装置的功能研究与逻辑设计的示意图。

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。

一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法，具体步骤如下：

A、带并联电抗器的750kV输电线路发生单相接地故障，故障熄弧后故障 相进入恢复电压阶段，这时开始以采样频率为8000Hz对故障相首端恢复电压u进行不间断采样，得到恢复电压u₁(t)的采样值序列{u₁(n)}；

B、对电压采样值序列中的采样点逐个比较大小，当某采样点大于该采样点前后相邻的两个采样点时，记该点为极大值点，按此方法依次获得采样序列中的所有极大值点及其对应的时间；再求出所有极大值点中的最小值U_min和最大值U_max及它们对应的时间t_min和t_max，并取出位于最小值和最大值点之间的所有其它极大值点，依次记为U₁，U₂，…，U_m，其对应的时间分别为t₁，t₂，…，t_m；

C、计算 $k_{\mathrm{set}}=\frac{U_{\max }-U_{\min }}{t_{\max }-t_{\min }};$

D、计算 $k_1=\frac{U_1-U_{\min }}{t_1-t_{\min }},k_2=\frac{U_2-U_{\min }}{t_2-t_{\min }},......,k_m=\frac{U_m-U_{\min }}{t_m-t_{\min }}$ 并求出它们的最小值k_min＝min{k₁,k₂,…,k_m}；

E、若k_min>k_set，则判断此单相故障为瞬时性故障；否则，判断此故障为永久性故障。

参见图1：图1是A相断开后等效电路的示意图，C0表示线路对地电容，CM表示相间电容，L1、L2表示并联电抗器，LR1、LR2表示中性点小电抗。

参见图2：带并联电抗器的输电线路发生瞬时性故障时，为求取恢复电压大小的拉普拉斯等效电路图。其中U_C为耦合电压，l表示短路点离保护安装处的长度，r为短路的处离保护安装处的等效电阻。

参见参见图3：输电线路发生瞬时性故障，二次电弧熄灭前，故障点与地之间存在过度电阻R_F，二次电弧熄灭后故障点与地之间断开。

参见图4：带并联电抗器的输电线路发生瞬时性故障恢复电压的波形，此波形为了说明恢复电压中极值大小不相等。

参见图5：采用750KV输电系统仿真验证本专利方法的可靠性。图中系统参数：左侧系统容量为2200MVA，功率因数为0.8；右侧系统容量为6000MVA，功率因数为0.8。线路参数：线路长度为478km；r₁＝0.0163Ω/km，r₂＝0.1572Ω/km；l₁＝0.9056Ω/km，l₀＝1.946mH/km；c₁＝0.0133uF/km，c₀＝0.0101uF/km；电抗器参数：X_L＝1435.59Ω，X_L＝1435.59Ω。

参见图6、7，本发明利用DSP来实现自动重合闸的动作过程，通过编程将文中所提算法嵌入到DSP软件模块中，发生事故跳闸时，采集线路数据后通过DSP进行处理，当k_min>k_set时，DSP输出信号合闸，KA1合上，合闸线圈得电，自动重合闸动作，故障消除；当k_min<k_set时，DSP输出信号跳闸，为永久性故障，此时自动重合闸不动作，避免了再一次对断路器冲击。

本实施例算法的仿真结果为：

根据图5的输电线路模型在0.1s时发生故障，0.2s时两端断路器跳闸在 不同故障位置、不同补偿度、不同过渡电阻进行仿真，图中系统参数：左侧系统容量为2200MVA，功率因数为0.8；右侧系统容量为6000MVA，功率因数为0.8。线路参数：线路长度为478km；r₁＝0.0163Ω/km，r₂＝0.1572Ω/km；l₁＝0.9056Ω/km，l₀＝1.946mH/km；c₁＝0.0133uF/km，c₀＝0.0101uF/km；电抗器参数：X_L＝1435.59Ω，X_L＝1435.59Ω。仿真结果如表1所示，表中斜率单位为pu/0.05ms。

表1 新判据仿真数据

仿真结果表明:当输电线路发生瞬时性故障时X>X_set，当输电线路发生永久性故障时X<X_set，且区分度明显，说明了该发明能准确的区分输电线路故障性质。

Claims (1)

1.一种带并联电抗器的输电线路单相故障性质判别方法，其特征在于：具体步骤如下：

A：带并联电抗器的超高压输电线路发生单相接地故障，故障熄弧后故障相进入恢复电压阶段，这时开始对故障相首端恢复电压u进行不间断采样，得到恢复电压u₁(t)的采样值序列{u₁(n)}；

B：对电压采样值序列中的采样点逐个比较大小，当某采样点大于该采样点前后相邻的两个采样点时，记该点为极大值点，按此方法依次获得采样序列中的所有极大值点及其对应的时间；再求出所有极大值点中的最小值U_min和最大值U_max及它们对应的时间t_min和t_max，并取出位于最小值和最大值点之间的所有其它极大值点，依次记为U₁，U₂，…，U_m，其对应的时间分别为t₁，t₂，…，t_m；

C：计算 $k_{\mathrm{set}}=\frac{U_{\max }-U_{\min }}{t_{\max }-t_{\min }};$

D：计算两相邻正极值点间的斜率： $k_1=\frac{U_1-U_{\min }}{t_1-t_{\min }},k_2=\frac{U_2-U_{\min }}{t_2-t_{\min }},......,$ $k_m=\frac{U_m-U_{\min }}{t_m-t_{\min }};$ 并求出它们的最小值k_min＝min{k₁,k₂,…,k_m}；

E：若k_min>k_set，则判断此单相故障为瞬时性故障；否则，判断此故障为永久性故障。