CN104950225A - 双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法。本发明根据同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为正电阻-电感元件的电压降；同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障时，同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为负电阻-电容元件的电压降这一特性计算方向判别系数，根据方向系数正负判别双回线路非同名相跨线接地故障方向。本发明方法只用到单端单回线路电气量，不需要引入另一回线路电气量，双回线路非同名相跨线接地故障方向判别结果不受电力系统运行方式的影响，在电力系统运行方式发生较大改变时具有很强的适应能力。

Description

双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法。

背景技术

同杆并架双回线路具有占地面积少、造价成本低，连接电网运行稳定可靠，已成为电力系统一种常见输电线路连接方式。同杆并架双回线路发生非同名相跨线接地故障后，流过故障线路的零序电流通过线间零序互感在相连线路上产生感应零序电压，受感应零序电压的影响，零序方向元件会将正常运行的被保护线路误判断为故障线路，造成零序方向元件误动作，尤其是同杆并架双回线路非同名相跨线经高阻接地故障时，受感应零序电压的影响，零序方向元件常常误动作，导致正常运行线路被误切除，给电网安全稳定运行带来非常不利的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种判别性能不受线间零序互感、过渡电阻和负荷电流影响，适用于双回线路非同名相跨线接地故障的故障方向判别方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；

(2)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);b_2=\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;\mathrm{\β}=Arg\left(\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的幅值；为的相角；为的反正弦函数值；为的反正弦函数值；j为复数算子；

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流

(4)保护装置计算方向判别系数k：

$k=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})-Im\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}{\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})-\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}$

其中，Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的虚部；为的实部；

(5)保护装置判断方向判别系数k>0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路正方向发生非同名相跨线接地故障；保护装置判断方向判别系数k<0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障。

本发明的特点及技术成果：

本发明方法首先测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压、故障相电流和零序电流，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流，然后根据同杆并架双回线路正方向发生非同名相跨线接地故障时，同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为正电阻-电感元件的电压降；同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障时，同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为负电阻-电容元件的电压降这一特性计算方向判别系数，根据方向系数正负判别双回线路非同名相跨线接地故障方向。本发明方法只用到单端单回线路电气量，不需要引入另一回线路电气量，双回线路非同名相跨线接地故障方向判别结果不受电力系统运行方式的影响，在电力系统运行方式发生较大改变时具有很强的适应能力。本发明方法计及线间零序互感和接地故障点电压的影响，消除了线间零序互感、过渡电阻和负荷电流对双回线路非同名相跨线接地故障方向判别结果的影响，判别性能稳定、正确可靠。

附图说明

图1为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。

具体实施方式

图1为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。图1中PT为电压互感器、CT为电流互感器，m、n为同杆并架双回线路的两端编号。保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中，Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的幅值；为的相角； $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}),$ 为的实部； $b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}),$ 为的虚部；为的实部；为的虚部；r₁、r₂为中间变量，无物理意义，且 $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right),r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);{\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right)$ 为的反正弦函数值；为的反正弦函数值。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流其中，j为复数算子。

保护装置计算方向判别系数k：

$k=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{I\mathrm{\&phi;}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})-Im\left({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{I\mathrm{\&phi;}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})}{\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0}))\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})-\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0}))}$

其中，Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的虚部；为的实部。

保护装置判断方向判别系数k>0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路正方向发生非同名相跨线接地故障。

保护装置判断方向判别系数k<0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障。

本发明方法首先测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压、故障相电流和零序电流，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流，然后根据同杆并架双回线路正方向发生非同名相跨线接地故障时，同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为正电阻-电感元件的电压降；同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障时，同杆并架双回线路I回线路保护安装处到单相接地故障点的电压降可等效为负电阻-电容元件的电压降这一特性计算方向判别系数，根据方向系数正负判别双回线路非同名相跨线接地故障方向。本发明方法只用到单端单回线路电气量，不需要引入另一回线路电气量，双回线路非同名相跨线接地故障方向判别结果不受电力系统运行方式的影响，在电力系统运行方式发生较大改变时具有很强的适应能力。本发明方法计及线间零序互感和接地故障点电压的影响，消除了线间零序互感、过渡电阻和负荷电流对双回线路非同名相跨线接地故障方向判别结果的影响，判别性能稳定、正确可靠。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.双回线路非同名相跨线接地故障方向判别方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；

(2)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);$ $a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{I\mathrm{\&phi;}}}{Z_{I1}}\right);$ $b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{I\&phi;}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0});$ $b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0});$ $a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}\right|;$ $\mathrm{\&beta;}=Arg\left(\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}\right);$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的幅值；为的相角；为的反正弦函数值；为的反正弦函数值；j为复数算子；

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流

(4)保护装置计算方向判别系数k：

$k=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{I\mathrm{\&phi;}}\right)\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{I\mathrm{\&phi;}}\right)\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})}{\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0}))\mathrm{Im}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})-\mathrm{Re}({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I\mathrm{\&phi;}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{II0}))}$

其中，Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的虚部；为的实部；

(5)保护装置判断方向判别系数k>0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路正方向发生非同名相跨线接地故障；保护装置判断方向判别系数k<0是否成立，若成立，则判断同杆并架双回线路反方向发生非同名相跨线接地故障。