CN105467275A - 混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法 - Google Patents

Abstract

一种混压同塔四回线系统两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，将混压同塔线路分为弱电强磁及强电弱磁系统分别计算，在弱电强磁系统中分别计算归算至故障点处的两个不同电压等级系统的正、负序等效阻抗，得到正、负序网络；将两个系统的零序网络进行统一解耦；得到统一两个系统的零序网络；按照两相跨两相故障的边界条件进行两相跨两相的跨电压故障时的故障电流计算。将强电弱磁系统分为弱电强磁部分及变压器形成的电流源两部分，叠加变压器形成的电流源部分产生的故障电流分量。本发明可有效解决在跨电压故障发生时，两个系统之间耦合复杂，阶数过高的解耦方法计算量大的问题，为混压同塔四回线路跨电压故障的继电保护提供了坚实的理论基础。

Description

混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法

技术领域

本发明属于线路继电保护领域，具体涉及混压同塔四回线系统发生两相跨两相故障时的故障电流计算方法，为继电保护提供坚实的理论基础。

背景技术

现有故障分析方法多是针对于单回线故障分析、同电压等级双回线故障分析和同电压等级四回线的故障分析，仅有的对混压同塔四回线故障分析方法都是沿用双回线的六序分量法。目前国内线路保护中采用方法是忽略混压同塔不同电压等级之间的互感，并且对电气联系进行粗略等效，然后对两个双回线系统进行单独配置保护。

混压同塔四回线发生跨电压故障时，由于不同电压等级之间的互感，故障特征复杂；再考虑两个电压等级之间的电气联系，分析方法更为复杂。经典的故障分析方法，可用于单回线、双回线的单条线路的各种接地和相间故障，步骤是计算归算至短路点的正、负、零序网络图，计算故障点的边界条件，得到序网络图进行故障计算。对不计两个系统之间电气联系的弱电强磁系统的跨电压故障进行故障计算时，两个系统归算至短路点的正、负序阻抗容易分别得到，但是由于两个电压等级之间的互感造成两系统之间零序阻抗却不能再独立得到；同时边界条件也不再独立，而是与另外一个系统有关，依据边界条件的序网络图也无法得出。考虑了两个电压等级的电气联系后，则不仅零序网络图无法再独立计算，正、负序的网络图也将无法独立计算。因此，目前国内线路保护中采用的是忽略混压同塔不同电压等级之间的互感，并且对电气联系进行粗略等效，然后对两个双回线系统进行单独配置保护的方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了混压同塔四回线两相跨两相故障时的故障电流计算方法。采用本发明的技术方案，可以实现跨电压故障时准确计算故障电流，为分析各种原理继电保护提供坚实的理论基础。

为了更好地理解本发明的技术方案，首先对本发明中出现的技术名词说明如下：

混压同塔：是指同一输电杆塔上架设不同电压等级的输电线路；需指出本发明研究的是两个不同电压等级输电线路的同塔部分，电源和其他不同塔部分做戴维南等效处理，将电源和不同塔部分等效为电源与出口阻抗形式。

弱电强磁输电系统：同塔多回输电线路之间的电磁联系较强、电气联系较弱，与电磁联系相比电气联系可以忽略的输电系统称作弱电强磁系统。

强电弱磁输电系统：不同电压等级之间存在变压器连接，使同塔多回输电线路之间的电气联系较强，不可忽略的输电系统称作强电弱磁系统；本发明所述混压同塔输电系统包含输电线路与两侧电源系统，在一侧电源系统间有变压器连接，即不同电压等级之间存在电气联系，为“强电弱磁输电系统”，反之为“弱电强磁输电系统”。

跨电压故障：不同电压等级之间的跨线故障称为跨电压故障，跨电压故障可以分为跨电压接地故障和跨电压不接地故障。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，所述混压同塔四回线系统包括两个不同电压等级的双回线输电系统，在两个不同电压等级的双回线输电系统之间没有变压器连接时，所述混压同塔四回线系统为弱电强磁输电系统，其特征在于，弱电强磁输电系统下两相跨两相的跨电压故障电流计算方法包括以下步骤：

步骤1：当混压同塔四回线系统发生两相跨两相电压故障时，分别计算归算至故障点处的两个不同电压等级输电系统的电动势大小以及正、负序阻抗，其中，两个不同电压等级输电系统分别采用I、II系统表示，I、II系统的电动势大小分别为正序阻抗分别为Z_1Ψ、负序阻抗分别为Z_2Ψ、下标Ψ代表I系统，代表II系统，均可代表两系统的A/B/C三相，1、2则分别代表正、负序；

步骤2：将步骤1中两个不同电压等级的输电系统的零序网络进行统一解耦，同一电压等级线路之间共母线，不同电压等级线路之间共地，用平行双回线的方法得到统一解耦后的四回线零序网络；

步骤3：将两个不同电压等级的输电系统即I、II系统的零序网络进行统一归算，以地、两个系统的短路点这三点为节点，消去其他节点后得到统一的I、II系统的等效零序网络，以Y形式表示，其中I系统短路点节点处零序阻抗为Z_0Ψ，II系统短路点节点处零序阻抗为地点节点处零序阻抗为Z_0M，下标中的0代表零序；

步骤4：计算两相跨两相跨电压接地故障和不接地故障的边界条件为：

其中，代表短路点对地电压，其中发生接地故障时分别代表弱电强磁系统下的I系统或II系统故障电流正、负、零序分量，则代表弱电强磁系统下的I系统或II系统故障电压正、负、零序分量，下标的含义与步骤1、3中含义相同，将I、II系统的电动势，正、负序网络，以及通过步骤3归算后的零序网络组合成统一的复合序网络；

步骤5：在步骤4得到的复合序网络图基础上分别进行弱电强磁混压同塔四回线两相跨两相故障电流计算，

接地故障时的故障电流为：

不接地故障时故障电流为

其中公式中分别表示弱电强磁系统中I系统故障电流正、负、零序分量；则代表II系统的故障电流正、负、零序分量。

本发明还进一步包括以下优选方案：

当所述混压同塔四回线系统中的两个不同电压等级的输电线路通过变压器连接时，所述混压同塔四回线输电系统就变成了强电弱磁输电系统，在强电弱磁系统下混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算中，需要将强电弱磁系统下的混压同塔四回线系统划分为不计变压器的弱电强磁输电系统部分，和变压器形成的电流源部分，将两部分的故障电流分量叠加即可得到强电弱磁系统下的单相跨单相的跨电压故障电流。

因此，强电弱磁系统下两相跨两相的跨电压故障电流计算方法除了包含前述的步骤1-5外还包括以下步骤：

步骤6：计算变压器形成的电流源构成的两相跨两相故障下的故障电流，依照两相跨两相故障类型下实测变压器部分的故障电流，将变压器形成的电流源分解成为正、负、零序的电流源；根据变压器形成的电流源单独作用时混压同塔输电线路正、负、零序网络，分别计算I、II系统故障点处由变压器作为电流源提供的故障电流分量 其中分别表示仅有变压器作为电流源时I系统故障电流正、负、零序分量和II系统的正、负、零序分量；

步骤7：将步骤5、6所计算的两部分故障电流分别叠加得到强电弱磁系统下混压同塔四回线两相跨两相故障电流序分量其中 分别为计及变压器的强电弱磁系统下的混合同塔四回线两相跨两相故障时的I、II系统的故障电流。

本发明的有益效果是：本发明的选相方法能准确的计算混压同塔两相跨两相电压故障时的故障电流，给出了这类故障时的故障特性，为各种原理继电保护的分析提供了理论基础。并且，本发明的故障分析方法计算简单，用正、负、零序分量计算，免去了其他各种高阶的解耦方法的复杂计算。

附图说明

图1为有电气连接的混压同塔四回线的跨电压故障模型；

图2为电源电动势单独作用的故障模型；

图3为变压器源单独作用的故障模型；

图4是弱电强磁系统平行双回线零序网络等值电路示意图；

图5是弱电强磁系统同塔四回线零序等值电路示意图；

图6是弱电强磁系统同塔四回线零序等值电路简化模型示意图；

图7为弱电强磁系统两相跨两相接地故障AB-bc-g故障的复合序网图；

图8为弱电强磁系统两相跨两相不接地故障AB-bc故障的复合序网图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明公开了一种混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，所述混压同塔四回线系统包括两个不同电压等级的双回线输电系统，当所述两个不同电压等级的双回线输电系统之间没有变压器连接时，混压同塔四回线系统属于弱电强磁输电系统。其中弱电强磁系统下的混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法包括以下步骤：

步骤1：计算归算至故障点处的两个不同电压等级输电系统的电动势大小以及正、负序阻抗。以I系统的AB相跨II系统的bc相为例，其中I、II系统的特殊相电动势大小分别为正序阻抗分别为Z_1Ψ、负序阻抗分别为Z_2Ψ、下标Ψ代表I系统，代表II系统，大写字母C代表I系统的C相，小写字母a代表II系统的a相，1、2则分别代表正、负序。

步骤2：使用去耦方法将两个输电系统的零序网络进行统一解耦。同一电压等级线路之间共母线，则解耦与一般的平行双回线解耦相同如附图4所示，母线处连接互感，双回线上则分别在零序阻抗上减去互感，解耦后的各节点零序电压、零序电流相同，附图5中的虚线框内均是相同电压等级之间的解耦；不同电压等级线路之间共地，解耦方法使用平行双回线的方法同样可以得到解耦后的四回线，如附图5中的实线框内所示。

步骤3：将两个不同输电系统的零序网络进行统一归算，如附图5所示。以地、两个系统的短路点等三点为节点，分别使用Y/△变换，串并联等等效方法消去其他节点得到统一两个系统的等效零序网络，如附图6所示。以Y形式表示。其中I系统短路点节点处零序阻抗为Z_0Ψ，II系统短路点节点处零序阻抗为地点节点处零序阻抗为Z_0M，下标中的0代表零序。

步骤4：两相跨两相跨电压接地故障和不接地故障的边界条件为

$\left\{\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_{1.C/a}+{{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_{2.C/a}+{{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_{0.C/a}=0\\ {{\stackrel{\·}{U}}^{\′}}_{1.C/a}={{\stackrel{\·}{U}}^{\′}}_{2.C/a}={{\stackrel{\·}{U}}^{\′}}_{0.C/a}-{\stackrel{\·}{U}}_k\end{array}\right.,{\stackrel{\·}{U}}_k$ 代表短路点对地电压，其中发生接地故障时 ${\stackrel{\·}{U}}_k=0,{{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_{1.C/a},{{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_{2.C/a},$ 分别代表弱电强磁系统下的I系统C相或II系统a相故障电流正、负、零序分量， 则代表弱电强磁系统下的I系统C相或II系统a相故障电流正、负、零序分量，下标与步骤1、3中含义相同。按照上述将统一归算后的两个不同输电系统的电动势及正、负、零序阻抗网络组合成统一的复合零序网络分别如图7和8所示，图7代表接地故障，图8代表不接地故障。

步骤5：在两个复合序网络图基础上分别进行弱电强磁混压同塔四回线两相跨两相故障时的故障电流计算，依照图7和图8的拓扑结构容易求出两相跨两相两种故障类型下的故障电流分别为，接地故障下 不接地故障下其中公式中分别表示I系统C相的故障电流正、负、零序分量；则代表II系统a相的上述分量。

以上步骤为所述弱电强磁混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法。有电气连接的强电弱磁混压同塔四回线系统，例如在不同电压等级的输电线路一端通过变压器相连时，跨电压故障模型如附图1所示；对发生跨电压故障的强电弱磁系统使用叠加法，将为故障点提供故障电流的电源分为不计电气连接的弱电强磁系统的电源部分，和变压器形成的电流源部分，如图1-3所示。按照以上思路可以分别求解两部分电源提供的故障电流，然后将两部分电流叠加得到故障电流的结果。弱电强磁部分的故障电流计算与上述步骤相同，电流叠加部分步骤如下：

步骤6：计算变压器形成的电流源构成的两相跨两相故障下的故障电流，依照实测变压器部分的故障电流，分解成为正、负、零序的电流源；分别画出图3网络的正、负、零序网络拓扑图，在此拓扑结构内依照电网络理论容易分别求出两个故障点处的此部分电流源提供的故障电流分别表示变压器部分电流源作用下I系统故障电流正、负、零序分量和II系统的正、负、零序分量。

步骤7：将步骤5、6所计算的两部分故障电流分别叠加，其他部分以此类推可得到即求出计及电气连接的强电弱磁系统的两相跨两相故障时的I、II系统的故障电流。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，所述混压同塔四回线系统包括两个不同电压等级的双回线输电系统，在两个不同电压等级的双回线输电系统之间没有变压器连接时，所述混压同塔四回线系统为弱电强磁输电系统，其特征在于，弱电强磁输电系统下两相跨两相的跨电压故障电流计算方法包括以下步骤：

步骤1：当混压同塔四回线系统发生两相跨两相电压故障时，分别计算归算至故障点处的两个不同电压等级输电系统的电动势大小以及正、负序阻抗，其中，两个不同电压等级输电系统分别采用I、II系统表示，I、II系统的电动势大小分别为正序阻抗分别为Z_1Ψ、负序阻抗分别为Z_2Ψ、下标Ψ代表I系统，代表II系统，均可代表两系统的A/B/C三相，1、2则分别代表正、负序；

步骤2：将步骤1中两个不同电压等级的输电系统的零序网络进行统一解耦，同一电压等级线路之间共母线，不同电压等级线路之间共地，用平行双回线的方法得到统一解耦后的四回线零序网络；

步骤3：将两个不同电压等级的输电系统即I、II系统的零序网络进行统一归算，以地、两个系统的短路点这三点为节点，消去其他节点后得到统一的I、II系统的等效零序网络，以Y形式表示，其中I系统短路点节点处零序阻抗为Z_0Ψ，II系统短路点节点处零序阻抗为地点节点处零序阻抗为Z_0M，下标中的0代表零序。

步骤4：计算两相跨两相跨电压接地故障和不接地故障的边界条件为：

其中，代表短路点对地电压，其中发生接地故障时分别代表弱电强磁系统下的I系统或II系统故障电流正、负、零序分量，则代表弱电强磁系统下的I系统或II系统故障电压正、负、零序分量，下标的含义与步骤1、3中含义相同，将I、II系统的电动势，正、负序网络，以及通过步骤3归算后的零序网络组合成统一的复合序网络；

步骤5：在步骤4得到的复合序网络图基础上分别进行弱电强磁混压同塔四回线两相跨两相故障电流计算，

接地故障时的故障电流为：

不接地故障时故障电流为

其中公式中分别表示弱电强磁系统中I系统故障电流正、负、零序分量；则代表II系统的故障电流正、负、零序分量。

2.根据权利要求1所述的混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，其特征在于：

当所述混压同塔四回线系统中的两个不同电压等级的输电线路通过变压器连接时，所述混压同塔四回线输电系统就变成了强电弱磁输电系统，在强电弱磁系统下混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算中，需要将强电弱磁系统下的混压同塔四回线系统划分为不计变压器的弱电强磁输电系统部分，和变压器形成的电流源部分，将两部分的故障电流分量叠加即可得到强电弱磁系统下的单相跨单相的跨电压故障电流。

3.根据权利要求1所述的混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法，其特征在于：

当所述混压同塔四回线系统中的两个不同电压等级的输电线路通过变压器连接时，所述混压同塔四回线输电系统就变成了强电弱磁输电系统，在强电弱磁系统下混压同塔四回线两相跨两相的跨电压故障电流计算方法除了包含权利要求1所述的步骤1-5外还包括以下步骤：

步骤6：计算变压器形成的电流源构成的两相跨两相故障下的故障电流，依照两相跨两相故障类型下实测变压器部分的故障电流，将变压器形成的电流源分解成为正、负、零序的电流源；根据变压器形成的电流源单独作用时混压同塔输电线路正、负、零序网络，分别计算I、II系统故障点处由变压器作为电流源提供的故障电流分量 其中 分别表示仅有变压器作为电流源时I系统故障电流正、负、零序分量和II系统的正、负、零序分量；

步骤7：将步骤5、6所计算的两部分故障电流分别叠加得到强电弱磁系统下混压同塔四回线两相跨两相故障电流序分量其中 分别为计及变压器的强电弱磁系统下的混合同塔四回线两相跨两相故障时的I、II系统的故障电流。