CN104852364B

CN104852364B - 分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法

Info

Publication number: CN104852364B
Application number: CN201510230993.6A
Authority: CN
Inventors: 樊占峰; 倪传坤; 李宝伟; 宋国兵; 褚旭
Original assignee: Xuji Group Co Ltd; Xian Jiaotong University; Beijing Xuji Electric Co Ltd
Current assignee: Xuji Group Co Ltd; Xian Jiaotong University; Beijing Xuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: CN104852364A

Abstract

本发明公开了一种分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，包括：以突变量电流作为保护启动元件，判断线路发生故障后，保护启动；结合故障选相结果，对故障相在输电线路Bergeron下，利用保护安装处电压电流采样值，求出线路60％、100％处故障电压与故障分量电流的波形相关系数ρ_0.6D、ρ_D；并判断是否符合：ρ_D≤ρ_0.6D，符合为区内故障，则保护动作跳闸；否则，保护不动作。本发明基于输电线路分布参数模型，将不受线路分布特性的影响；利用故障电压与故障分量电流构成时域保护判据，无需滤波，且耐过渡电阻能力强；只需判断线路末端两点处电压、电流的波形相关系数分布趋势即可判定故障，计算量小。

Description

分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法

【技术领域】

本发明属于电力系统输电线路继电保护领域，特别涉及一种分布参数模型下的时域距离保护方法。

【背景技术】

距离保护作为线路保护的基本组成部分，其工作性能对电力系统的安全稳定运行有着至关重要的作用。随着电力系统规模的扩大，超、特高压远距离输电线路日益增加，对距离保护的性能也提出越来越高的要求。

现有距离保护存在如下问题：采用集中参数模型，对于超高压长线而言，其分布参数特性使传统距离保护的测量阻抗与故障距离不成正比，对距离保护的精确计算有很大影响；由于受对端系统助增的影响，耐过渡电阻能力差；频域距离保护方法，利用工频量构成保护判据，并且受故障暂态谐波的影响，工频量的准确快速提取困难，影响了频域距离保护算法的性能。

针对上述问题，在其基础上出现了相应解决方法，但由于存在如下问题而无法得到应用。为在距离保护中使用分布参数模型，提高测量精度，中国专利公开第CN101242094A号公开利用贝瑞隆长线方程将保护安装处的电流、电压补偿到距离Ⅰ段末端，将距离Ⅰ段末端至故障点间的线路简化为R-L模型，最后以测距结果判别区内、区外故障。但该方法将故障点与整定点之间的线路等效为R-L集中参数模型，仍然存在模型误差，且耐过渡电阻能力低。中国专利公开第CN1804650A号在贝瑞隆模型基础上，提出了一种基于沿线电压分布的距离保护方案，利用故障电流电压计算沿线电压分布，通过寻找电压幅值最小点确定故障位置。但仅考虑了金属性故障的情况，耐过渡电阻能力低；需要从输电线路保护安装侧向另一侧计算沿线电压分布，对采样频率要求高，计算量大。中国专利ZL201110256972.3分析了沿线电压的幅值分布特征，提出了利用线路末端两点电压幅值的频域距离保护新原理，其不受输电线路分布电容的影响，但保护算法性能依赖于有效的数字滤波算法，实现快速准确的工频分量提取，易受暂态谐波的影响。

传统距离保护使用简单模型，耐过渡电阻能力低；上述现有专利给予了改进，但仍存在模型误差，计算量大，依赖高性能的滤波算法，耐过渡电阻能力低的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，以克服传统距离保护采用简化模型，易受超、特高压输电线路分布电容影响；频域保护性能依赖于快速有效的滤波算法，实现工频量的提取；以及现有距离保护算法对采样频率要求高、计算量大、耐过渡电阻能力差的问题。本发明基于输电线路分布参数模型，计算线路末端故障电压及故障分量电流，利用线路末端故障电压与故障分量电流波形相关系数的分布趋势，判别区内、区外故障。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，包括以下步骤：

步骤一，以突变量电流作为保护启动元件，判断线路发生故障后，保护启动；

步骤二，结合故障选相结果，对故障相在分布参数模型下，利用保护安装处测量的电压、电流，基于输电线路分布参数模型计算得线路保护范围两侧相等距离两点A、B处故障电压及故障分量电流值，并分别计算保护范围外侧的A点处故障电压与故障分量电流的波形相关系数ρ_A，及保护范围内侧的B点处故障电压与故障分量电流的波形相关系数ρ_B；

步骤三，如果ρ_A≤ρ_B，为区内故障，则保护动作跳闸；否则，保护不动作。

步骤一中当突变量电流满足(1)式时，判断线路发生故障，保护启动；

I_mg>0.2I_e (1)

其中I_mg为双输电线路中本端突变量电流幅值，I_e为额定电流幅值。

保护范围外侧的A点处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数ρ_A，保护范围内侧的B点处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数ρ_B通过下述公式(2)、公式(3)和公式(4)进行计算：

其中：De(τ)为延迟因子，R、L、C分别为每千米的串联电阻、串联电感、并联电容值。

A、B点分别为线路100％处和线路60％。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明利用输电线路分布参数模型，计算线路末端故障电压及故障分量电流，根据线路末端故障电压与故障分量电流波形相关系数的分布趋势，构成时域距离保护判据，实现区内、区外故障判别；不受线路分布电容影响的且同时适用于可靠电阻故障及电弧性故障的时域距离保护；该方法基于输电线路分布参数模型，与基于输电线路集中参数模型的距离保护相比，不受线路分布电容电流的影响；利用故障电压与故障分量电流构成时域保护判据，无需滤波，且耐过渡电阻能力强；只需判断线路末端电压、电流波形相关系数的分布趋势即可判定故障，计算量小；在时域内构成保护判据，不需要数字滤波算法进行工频量的提取，动作速度快，采样率要求低，易于硬件实现。

【附图说明】

图1为双端交流输电系统示意图；

图2为区内、外故障时故障电压、故障分量电流波形相关系数沿线分布曲线；

图3为时域距离保护流程图；

图4为区内电阻性故障沿线相似度分布曲线(线路25％，经10Ω过渡电阻)；

图5为现场录波数据验证结果示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图1所示，本发明提供一种分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，利用输电线路分布参数模型，计算线路末端故障电压、故障分量电流，利用线路末端故障电压与故障分量电流波形相关系数的分布趋势，判别区内、区外故障。

本发明包括以下步骤：

步骤一，以突变量电流作为保护启动元件

I_mg>0.2I_e (1)

其中I_mg为双输电线路中本端突变量电流幅值，I_e为额定电流幅值；当突变量电流满足(1)式时，判断线路发生故障，保护启动；

步骤二，结合故障选相结果，对故障相在分布参数模型下，利用保护安装处电压、电流采样值，求出线路保护范围两侧相等距离的两点(该实施例中线路保护范围为80％，取其联测相等距离的两点线路60％、100％)处故障电压与故障分量电流相关系数，并判断是否符合：

ρ_D≤ρ_0.6D

其中，ρ_D为线路100％处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数，ρ_0.6D为线路60％处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数；

步骤三，公式2成立，为区内故障，则保护动作跳闸；否则，保护不动作；

线路100％处的波形相关系数ρ_D和线路60％处的波形相关系数ρ_0.6D通过下述公式2、公式3和公式4进行计算：

其中：u_m(n)，i_m(n)为本端测量得n时刻的故障电压、电流；u_mg(n)，i_mg(n)为本端故障分量电压、电流；u_m(x,n)，i_mg(x,n)分别为利用本端电压、电流测量值，计算得距离输电线路首端xkm处n时刻的故障电压及故障分量电流；De(τ)为延迟因子，R、L、C分别为每千米的串联电阻、串联电感、并联电容值。

分布参数模型下计算得沿线故障电压与故障分量电流相关系数分布如图2所示，区内故障表现为线路末端相关系数分布呈下降趋势；区外故障表现为线路末端相关系数分布呈上升趋势；并且，可采用线路末端两点相关系数比较的方式来确定线路末端的分布趋势，从而实现区内、区外故障判别。据此，可得到如下保护判据：

ρ_D≤ρ_0.6D

所提出利用故障电压、故障分量电流波形相关性的时域距离保护方法，保护流程图如图3所示。

利用EMTP仿真软件建立750kV输电系统仿真模型，输电线路采用Bergeron模型，线路全长400km，采样率为2kHz，结合Matlab进行仿真验证。图4为输电线路100km(全线25％)处发生经10Ω过渡电阻单相接地故障时，故障电压与故障分量电流相似度沿线分布曲线。利用750kV系统现场录波数据，进一步对所提出距离保护算法的可行性及有效性进行验证。现场录波数据采样率为3.2kHz。在距保护安装处77.8km发生单相接地故障，仿真结果如图5所示。从仿真验证结果可以看出，与理论分析一致，由线路首端故障电压与故障分量电流相似度持续增大，在故障点处取得最大值，故障点后相似度持续减小，根据距离保护判据可以正确区分区内、外故障。

Claims

1.分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤三，如果ρ_A≤ρ_B，为区内故障，则保护动作跳闸；否则，保护不动作；

I_mg>0.2I_e (1)

其中I_mg为双输电线路中本端突变量电流幅值，I_e为额定电流幅值；

保护范围外侧的A点处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数ρ_A，保护范围内侧的B点处故障电压与故障分量电流计算得波形相关系数ρ_B，通过下述公式(2)、公式(3)和公式(4)进行计算：

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其中：u_m(n)，i_m(n)为本端测量得到的n时刻的故障电压、电流；u_mg(n)，i_mg(n)为本端n时刻故障分量电压、电流；u_m(x,n)，i_mg(x,n)分别为利用本端电压、电流测量值，计算得到的距离本端x km处n时刻的故障电压及故障分量电流；De(τ)为延迟因子，R、L、C分别为每千米的串联电阻、串联电感、并联电容值。

2.根据权利要求1所述的分布参数模型下基于波形相关性的距离保护方法，其特征在于，A、B点分别为线路100％处和线路60％处。