CN105024362A - 一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法，具有以下步骤：首先，当距离保护启动后，采集被保护线路保护安装处的电压以及双回路电流；分别计算两回线路保护安装处本端流过的零序电流，然后对同塔双回线路内部固有的电磁环网根据基尔霍夫定律列些电压平衡方程求解出故障线路对端零序电流，进而求解出故障点流过的零序电流；根据本发明中提出的消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法准确计算故障阻抗的实部和虚部。本发明方法可以消除高阻接地对接地距离继电器的影响且对保障电力系统的安全稳定运行有着重要的现实意义。

Description

一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法

技术领域

本发明涉及同塔双回线路的继电保护技术领域，具体涉及一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法。

背景技术

目前同塔双回线在高压电网中得到了日益广泛的应用，而距离保护作为线路主流后备保护之一对同塔双回线路安全运行起着极其重要的作用。理想换位的同塔双回线路之间存在零序互感，在此作用下接地距离保护的动作范围会超越和缩短，给继电保护带来了很多实际工程问题。通过引入相邻线零序电流补偿可以较好的解决接地距离保护的动作范围超越和缩短的问题，但其需要引入另一回线的电气量，目前还没有得到现场应用。但可以预见，随着数字化变电站的发展以及电子化互感器的广泛应用，这种带补偿算法会得到工程界的重视。

同塔双回线发生单相接地故障时，往往伴随着较大的过渡电阻，此时即使采用相邻线路零序电流补偿算法，测量得到的故障阻抗也不能反映真实值，同样也存在保护范围的缩短和超越问题。虽然现代数字式继电保护装置可以实现各种耐过渡电阻的保护动作动作特性，但是距离保护在经高过渡电阻接地时依然可能拒动，不能满足高压线路快速可靠切除故障的要求，因此研究消除或削弱过渡电阻对距离保护的影响有着相当大的实用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法来克服现有技术中存在的不足之处。

一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法,所述方法包括以下步骤：

步骤一：距离保护启动后，提取故障线路电压提取故障线路电压以及两回线的电流；所述故障相电压为所述两回线的电流分别为

步骤二：计算两回线的零序电流及基于基尔霍夫电压定律求解故障线路对端零序电流进而求出故障点零序电流

步骤三：计算故障相的测量阻抗Z_1A；

步骤四：计算实际故障阻抗的实部Z_R和虚部Z_X；

步骤五：消除过渡电阻。

优选地，所述故障点零序电流及分别为：

${\stackrel{\·}{I}}_{10}=1/3*({\stackrel{\·}{I}}_{1A}+{\stackrel{\·}{I}}_{1B}+{\stackrel{\·}{I}}_{1C})$ 和 ${\stackrel{\·}{I}}_{20}=1/3*({\stackrel{\·}{I}}_{2A}+{\stackrel{\·}{I}}_{2B}+{\stackrel{\·}{I}}_{2C})---\left(1\right)$

优选地，所述故障线路对端零序电流和所述故障点零序电流计算方法为：利用已知的线路正序阻抗Z₁、零序阻抗Z₀和线间零序互阻抗Z_m以及两回线路的零序电流来对同塔双回线路内部的固有电磁环网列写电压平衡方程，从而求解出故障线路对端流过的零序电流其值与相加计算出流过故障点的零序电流和的计算公式：

${\stackrel{\·}{I}}_{R0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{20}(Z_0-Z_m)+D{\stackrel{\·}{I}}_{10}(Z_m-Z_0)}{(1-D)(Z_m-Z_{10})}---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{k0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{10}-{\stackrel{\·}{I}}_{20}}{(1-D)}---\left(3\right)$

其中吗，D为保护安装处至故障点的距离。

优选地，所述测量阻抗Z_1A由两部分组成，一部分是实际的故障阻抗DZ₁，一部分是由过渡电阻带来的附加阻抗也即要消除的部分，计算公式如下：

其中，R_K为过渡电阻，K为零序补偿系数，K₀为互感补偿系数，其计算公式如式(5)和式(6)所示。

$K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1}---\left(5\right)$

$K_0=\frac{Z_m}{Z_1}---\left(6\right)$

优选地，所述附加阻抗的相角θ计算如下：

实际中线路正序阻抗角θ₁已知，所述实际故障阻抗的实部Z_R和虚部Z_X：

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法,利用两回线电气量信息对同塔双回线内部固有电磁环路列写电压平衡方程，从而可以准确求解出故障线路远端的零序电流也即接地故障点的零序电流，然后根据计算阻抗与实际故障阻抗之间的向量关系即可准确计算故障阻抗。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法的流程图。

图2是本发明用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法的同塔双回线故障模型及零序等值网络；

图3是本发明用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法根据不同故障点求取出的测量阻抗绘制出其故障阻抗的轨迹图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图2所示图2是本发明用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法的同塔双回线故障模型及零序等值网络，仿真系统模型为330kV/150km，根据图1所示步骤进行计算，

步骤一：当距离保护启动后，通过电压互感器和电流互感器采集同塔双回线保护安装处的故障相电压如以及两回线的电流

步骤二：计算同塔平行线路的零序电流及其中的计算公式如式(1)所示，的计算类似；

${\stackrel{\·}{I}}_{10}=1/3*({\stackrel{\·}{I}}_{1A}+{\stackrel{\·}{I}}_{1B}+{\stackrel{\·}{I}}_{1C})---\left(1\right)$

步骤三：利用已知的线路正序阻抗Z₁、零序阻抗Z₀和线间零序互阻抗Z_m以及两回线路的零序电流来对同塔双回线路内部的固有电磁环网列写电压平衡方程，从而求解出故障线路对端流过的零序电流其值与相加计算出流过故障点的零序电流和的计算公式如式(2)和式(3)所示，D为保护安装处至故障点的距离。

${\stackrel{\·}{I}}_{R0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{20}(Z_0-Z_m)+D{\stackrel{\·}{I}}_{10}(Z_m-Z_0)}{(1-D)(Z_m-Z_{10})}---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{k0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{10}-{\stackrel{\·}{I}}_{20}}{(1-D)}---\left(3\right)$

步骤四：利用式(4)计算故障相的测量阻抗，它由两部分组成，一部分是实际的故障阻抗DZ₁，一部分是由过渡电阻带来的附加阻抗也即要消除的部分。

此处R_K为过渡电阻，K为零序补偿系数，K0为互感补偿系数，其计算公式如式(5)和式(6)所示。

$K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1}---\left(5\right)$

$K_0=\frac{Z_m}{Z_1}---\left(6\right)$

步骤五：式(4)中附加阻抗表达式中的向量都可以计算得到，所以附加阻抗的相角θ也可以计算出来如式(7)所示。另外实际中线路正序阻抗角θ₁已知，根据式(8)就可以准确计算实际故障阻抗的实部Z_R和虚部Z_X。

计算后，M侧系统正序阻抗Z_m1为0.458+j5.2289Ω，零序阻抗Z_m0为0.754+j3.283Ω，N侧系统正序阻抗Z_n1为1.0914+j12.45Ω，零序阻抗Z_n0为1.729+j7.5247Ω，系统相角差为8°。线路单位长度正序阻抗为0.0201+j0.2772，零序阻抗为0.3541+j0.922，零序互感为0.1113+j0.2153。

在线路15km～135km区段内每隔15km设置IA相经100Ω过渡电阻接地故障，然后在每一个故障点处根据图1所示的流程计算消除过渡电阻后的故障阻抗，根据不同故障点求取出的测量阻抗绘制出其故障阻抗轨迹如图3所示。为了说明该计算方法的准确性，同样做出了不同故障点实际阻抗的轨迹作为对比，仿真结果表明，使用本论文提出的算法在线路不同位置发生单相经100Ω过渡电阻接地时，计算得到的测量阻抗值与实际故障阻抗非常吻合，距离保护既能较为灵敏的切除距离I段内的高阻接地故障又不会造成超越误动，因此该方法能确保距离保护动作性能良好且具有较强的实用性。

本发明方法利用两回线电气量信息对同塔双回线内部固有电磁环路列写电压平衡方程，从而可以准确求解出故障线路远端的零序电流也即接地故障点的零序电流。然后根据计算阻抗与实际故障阻抗之间的向量关系即可准确计算故障阻抗。

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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：距离保护启动后，提取故障线路电压提取故障线路电压以及两回线的电流；所述故障相电压为所述两回线的电流分别为 ${\stackrel{.}{I}}_{1C},{\stackrel{.}{I}}_{2A},{\stackrel{.}{I}}_{2B},{\stackrel{.}{I}}_{2C};$

步骤二：计算两回线的零序电流及基于基尔霍夫电压定律求解故障线路对端零序电流进而求出故障点零序电流

步骤三：计算故障相的测量阻抗Z_1A；

步骤四：计算实际故障阻抗的实部Z_R和虚部Z_X；

步骤五：消除过渡电阻。

2.根据权利要求1所述的用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法，其特征在于，所述故障点零序电流及分别为：

${\stackrel{\·}{I}}_{10}=1/3*({\stackrel{\·}{I}}_{1A}+{\stackrel{\·}{I}}_{1B}+{\stackrel{\·}{I}}_{1C})$ 和 ${\stackrel{\·}{I}}_{20}=1/3*({\stackrel{\·}{I}}_{2A}+{\stackrel{\·}{I}}_{2B}+{\stackrel{\·}{I}}_{2C})---\left(1\right)$

3.根据权利要求2所述的用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法，其特征在于，所述故障线路对端零序电流和所述故障点零序电流计算方法为：利用已知的线路正序阻抗Z₁、零序阻抗Z₀和线间零序互阻抗Z_m以及两回线路的零序电流来对同塔双回线路内部的固有电磁环网列写电压平衡方程，从而求解出故障线路对端流过的零序电流其值与相加计算出流过故障点的零序电流和的计算公式：

${\stackrel{\·}{I}}_{R0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{20}(Z_0-Z_m)+D{\stackrel{\·}{I}}_{10}(Z_m-Z_0)}{(1-D)(Z_m-Z_{10})}---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{k0}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{10}-{\stackrel{\·}{I}}_{20}}{(1-D)}---\left(3\right)$

其中，D为保护安装处至故障点的距离。

4.根据权利要求3所述的用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法，其特征在于，所述测量阻抗Z_1A由两部分组成，一部分是实际的故障阻抗DZ₁，一部分是由过渡电阻带来的附加阻抗也即要消除的部分，计算公式如下：

其中，R_K为过渡电阻，K为零序补偿系数，K₀为互感补偿系数，其计算公式如式(5)和式(6)所示。

$K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1}---\left(5\right)$

$K_0=\frac{Z_m}{Z_1}---\left(6\right)$

5.根据权利要求4所述的用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法，其特征在于，所述附加阻抗的相角θ计算如下：

实际中线路正序阻抗角θ₁已知，所述实际故障阻抗的实部Z_R和虚部Z_X：

Z_X＝Z_Rtanθ₁