CN105514954B - 基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法，所述方法包括：步骤1：采集输电线路两端安装有差动保护元件处的三相电流和三相电压；步骤2：采用长线方程将三相电流和补偿归算到输电线路的中间指定点x；步骤3：计算差动电流；步骤4：比较差动电流和电流预置值，若差动电流大于电流预置值，则与该差动电流对应的差动保护元件启动保护动作。与现有技术相比，本发明提供的一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法，采用长线方程进行沿线补偿，可以准确地补偿电容电流，在区内故障后能正确动作，区外故障时不误动作，且保护具有较高的灵敏度。

Description

基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法。

背景技术

半波长交流输电系统属于一种新型的输电系统，其输电距离为3000公里(50Hz)或2600公里(60Hz)。与常规交流输电相比，半波长输电具有不需要安装无功补偿设备、经济型极佳、无需装设中间开关站等优点，因而是一种极具潜力的输电方式。

由于半波长输电线路具有以上独特的性能，现有常规的保护原理如距离保护、电流保护等已不能准确反映出故障特性，因而不能适用。差动保护作为常规线路的主保护，由于其采用的原理是电流基尔霍夫定律，计算简单，具有很强的适应性，动作性能好、灵敏度高，因而在常规线路中应用广泛，然而半波长输电线路极长，不安装补偿设备，线路分布电容较大，而沿线电压变化很大，采用现有差动保护根据电压计算分布电容电流后补偿的方式已不能适用。

因此，需要提供一种能够保护半波长交流输电线路全长，使得基于基尔霍夫定理的差动原理仍能应用在半波长输电线路中的差动保护方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：采集输电线路两端安装有差动保护元件处的三相电流和三相电压；

步骤2：采用长线方程将所述三相电流和补偿归算到输电线路的中间指定点x；

步骤3：计算差动电流；

步骤4：比较所述差动电流和电流预置值，若差动电流大于电流预置值，则与该差动电流对应的差动保护元件启动保护动作。

优选的，

所述步骤1中三相电流包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电流i_ma、i_mb、i_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电流i_na、i_nb、i_nc；三相电压包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电压u_ma、u_mb、u_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电压u_na、u_nb、u_nc；

构建送电侧电流相量受电侧电流相量送电侧电压相量 受电侧电压相量

优选的，所述步骤2中由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的A相电流I_Ax-为：

I_Ax-＝U_MAcosh(γx')-I_MAZ_c sinh(γx') (1)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的A相电流I_Ax+为：

I_Ax+＝U_NAcosh(γL-γx')-I_NAZ_c sinh(γL-γx') (2)

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的B相电流I_Bx-为：

I_Bx-＝U_MBcosh(γx')-I_MBZ_c sinh(γx') (3)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的B相电流I_Bx+为：

I_Bx+＝U_NB cosh(γL-γx')-I_NBZ_c sinh(γL-γx') (4)

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的C相电流I_Cx-为：

I_Cx-＝U_MC cosh(γx')-I_MCZ_c sinh(γx') (5)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的C相电流I_Cx+为：

I_Cx+＝U_NC cosh(γL-γx')-I_NCZ_c sinh(γL-γx') (6)

其中，x'为中间指定点x至输电线路中送电侧的距离，L为输电线路的全长，γ为半波长输电线路的传播常数，Z_c为半波长输电线路的波阻抗，Y₀和Z₀分别为输电线路单位长度的导纳；

U_MA和I_MA分别为送电侧A相的电压幅值和电流幅值，U_NA和I_NA分别为受电侧A相的电压幅值和电流幅值；U_MB和I_MB分别为送电侧B相的电压幅值和电流幅值，U_NB和I_NB分别为受电侧B相的电压幅值和电流幅值；U_MC和I_MC分别为送电侧C相的电压幅值和电流幅值，U_NC和I_NC分别为受电侧C相的电压幅值和电流幅值。

优选的，所述差动电流包括：

A相差动电流I_cdA：

I_cdA＝I_Ax-+I_Ax+ (7)

B相差动电流I_cdB：

I_cdB＝I_Bx-+I_Bx+ (8)

C相差动电流I_cdC：

I_cdC＝I_Cx-+I_Cx+ (9)

其中，I_Ax-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的A相电流，I_Ax+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的A相电流，I_Bx-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的B相电流，I_Bx+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的B相电流，I_Cx-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的C相电流，I_Cx+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的C相电流。

优选的，所述步骤4中比较差动电流和电流预置值包括：

若|I_cdA|＞|I_setA|，则A相的差动保护元件启动保护动作；

若|I_cdB|＞|I_setB|，则B相的差动保护元件启动保护动作；

若|I_cdC|＞|I_setC|，则C相的差动保护元件启动保护动作；

其中，I_cdA、I_cdB和I_cdC分别为A、B和C相的差动电流，I_setA、I_setB和I_setC分别为A、B和C相的电流预置值。

优选的，所述差动保护元件启动保护动作的启动条件包括送电侧启动条件和受电侧启动条件；

所述送电侧启动条件为：Δf_m＞f_mset；

所述受电侧启动条件为：Δf_n＞f_nset；

其中，Δf_m＝(Δi_ma-Δi_mb)²+(Δi_mb-Δi_mc)²+(Δi_mc-Δi_ma)²，Δi_ma、Δi_mb和Δi_mc分别为送电侧A、B、C三相电流的突变量，Δf_n＝(Δi_na-Δi_nb)²+(Δi_nb-Δi_nc)²+(Δi_nc-Δi_na)²，Δi_na、Δi_nb和Δi_nc分别为受电侧A、B、C三相电流的突变量；

f_mset为送电侧相电流差突变量预置值，f_nset为受电侧相电流差突变量预置值。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法，采用长线方程进行沿线补偿，可以准确地补偿电容电路，在区内故障后能正确动作，区外故障时不误动作，且保护具有较高的灵敏度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法的实施例如图1所示，具体为：

一、采集输电线路两端安装有差动保护元件处的三相电流和三相电压。

本实施例中三相电流包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电流i_ma、i_mb、i_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电流i_na、i_nb、i_nc；三相电压包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电压u_ma、u_mb、u_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电压u_na、u_nb、u_nc；

构建送电侧电流相量受电侧电流相量送电侧电压相量 受电侧电压相量

二、采用长线方程将三相电流和补偿归算到输电线路的中间指定点x。

①：A相电流

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的A相电流I_Ax-为：

I_Ax-＝U_MAcosh(γx')-I_MAZ_c sinh(γx') (1)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的A相电流I_Ax+为：

I_Ax+＝U_NAcosh(γL-γx')-I_NAZ_c sinh(γL-γx') (2)

②：B相电流

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的B相电流I_Bx-为：

I_Bx-＝U_MBcosh(γx')-I_MBZ_c sinh(γx') (3)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的B相电流I_Bx+为：

I_Bx+＝U_NB cosh(γL-γx')-I_NBZ_c sinh(γL-γx') (4)

③：C相电流

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的C相电流I_Cx-为：

I_Cx-＝U_MC cosh(γx')-I_MCZ_c sinh(γx') (5)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的C相电流I_Cx+为：

I_Cx+＝U_NC cosh(γL-γx')-I_NCZ_c sinh(γL-γx') (6)

其中，x'为中间指定点x至输电线路中送电侧的距离，L为输电线路的全长，γ为半波长输电线路的传播常数，Z_c为半波长输电线路的波阻抗，Y₀和Z₀分别为输电线路单位长度的导纳；

U_MA和I_MA分别为送电侧A相的电压幅值和电流幅值，U_NA和I_NA分别为受电侧A相的电压幅值和电流幅值；U_MB和I_MB分别为送电侧B相的电压幅值和电流幅值，U_NB和I_NB分别为受电侧B相的电压幅值和电流幅值；U_MC和I_MC分别为送电侧C相的电压幅值和电流幅值，U_NC和I_NC分别为受电侧C相的电压幅值和电流幅值。

三、计算差动电流。

①：A相差动电流I_cdA：

I_cdA＝I_Ax-+I_Ax+ (7)

②：B相差动电流I_cdB：

I_cdB＝I_Bx-+I_Bx+ (8)

③：C相差动电流I_cdC：

I_cdC＝I_Cx-+I_Cx+ (9)

四、比较差动电流和电流预置值，若差动电流大于电流预置值，则与该差动电流对应的差动保护元件启动保护动作。

①：若|I_cdA|＞|I_setA|，则A相的差动保护元件启动保护动作；

②：若|I_cdB|＞|I_setB|，则A相的差动保护元件启动保护动作；

③：若|I_cdC|＞|I_setC|，则A相的差动保护元件启动保护动作；

其中，I_setA、I_setB和I_setC分别为A、B和C相的电流预置值。

本实施例中差动保护元件的启动条件为相电流差突变量，即

①：送电侧启动条件为：Δf_m＞f_mset；

Δf_m＝(Δi_ma-Δi_mb)²+(Δi_mb-Δi_mc)²+(Δi_mc-Δi_ma)²，Δi_ma、Δi_mb和Δi_mc分别为送电侧A、B、C三相电流的突变量，f_mset为送电侧相电流差突变量预置值。

②：受电侧启动条件为：Δf_n＞f_nset；

Δf_n＝(Δi_na-Δi_nb)²+(Δi_nb-Δi_nc)²+(Δi_nc-Δi_na)²，Δi_na、Δi_nb和Δi_nc分别为受电侧A、B、C三相电流的突变量，f_nset为受电侧相电流差突变量预置值。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于长线方程的适用于半波长输电线路的差动保护方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：采集输电线路两端安装有差动保护元件处的三相电流和三相电压；

步骤2：采用长线方程将所述三相电流和补偿归算到输电线路的中间指定点x；

步骤3：计算差动电流；

步骤4：比较所述差动电流和电流预置值，若差动电流大于电流预置值，则与该差动电流对应的差动保护元件启动保护动作；

所述步骤1中三相电流包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电流i_ma、i_mb、i_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电流i_na、i_nb、i_nc；三相电压包括输电线路中送电侧差动保护元件处的电压u_ma、u_mb、u_mc，输电线路中受电侧差动保护元件处的电压u_na、u_nb、u_nc；

构建送电侧电流相量受电侧电流相量送电侧电压相量 受电侧电压相量

所述步骤2中由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的A相电流I_Ax-为：

I_Ax-＝U_MAcosh(γx')-I_MAZ_csinh(γx') (1)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的A相电流I_Ax+为：

I_Ax+＝U_NAcosh(γL-γx')-I_NAZ_csinh(γL-γx') (2)

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的B相电流I_Bx-为：

I_Bx-＝U_MBcosh(γx')-I_MBZ_csinh(γx') (3)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的B相电流I_Bx+为：

I_Bx+＝U_NBcosh(γL-γx')-I_NBZ_csinh(γL-γx') (4)

由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的C相电流I_Cx-为：

I_Cx-＝U_MCcosh(γx')-I_MCZ_csinh(γx') (5)

由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的C相电流I_Cx+为：

I_Cx+＝U_NCcosh(γL-γx')-I_NCZ_csinh(γL-γx') (6)

其中，x'为中间指定点x至输电线路中送电侧的距离，L为输电线路的全长，γ为半波长输电线路的传播常数，Z_c为半波长输电线路的波阻抗，Y₀和Z₀分别为输电线路单位长度的导纳；

U_MA和I_MA分别为送电侧A相的电压幅值和电流幅值，U_NA和I_NA分别为受电侧A相的电压幅值和电流幅值；U_MB和I_MB分别为送电侧B相的电压幅值和电流幅值，U_NB和I_NB分别为受电侧B相的电压幅值和电流幅值；U_MC和I_MC分别为送电侧C相的电压幅值和电流幅值，U_NC和I_NC分别为受电侧C相的电压幅值和电流幅值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述差动电流包括：

A相差动电流I_cdA：

I_cdA＝I_Ax-+I_Ax+ (7)

B相差动电流I_cdB：

I_cdB＝I_Bx-+I_Bx+ (8)

C相差动电流I_cdC：

I_cdC＝I_Cx-+I_Cx+ (9)

其中，I_Ax-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的A相电流，I_Ax+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的A相电流，I_Bx-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的B相电流，I_Bx+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的B相电流，I_Cx-为由输电线路中送电侧补偿到中间指定点x左侧的C相电流，I_Cx+为由输电线路中受电侧补偿到中间指定点x右侧的C相电流。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中比较差动电流和电流预置值包括：

若|I_cdA|＞|I_setA|，则A相的差动保护元件启动保护动作；

若|I_cdB|＞|I_setB|，则B相的差动保护元件启动保护动作；

若|I_cdC|＞|I_setC|，则C相的差动保护元件启动保护动作；

其中，I_cdA、I_cdB和I_cdC分别为A、B和C相的差动电流，I_setA、I_setB和I_setC分别为A、B和C相的电流预置值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述差动保护元件启动保护动作的启动条件包括送电侧启动条件和受电侧启动条件；

所述送电侧启动条件为：Δf_m＞f_mset；

所述受电侧启动条件为：Δf_n＞f_nset；

其中，Δf_m＝(Δi_ma-Δi_mb)²+(Δi_mb-Δi_mc)²+(Δi_mc-Δi_ma)²，Δi_ma、Δi_mb和Δi_mc分别为送电侧A、B、C三相电流的突变量，Δf_n＝(Δi_na-Δi_nb)²+(Δi_nb-Δi_nc)²+(Δi_nc-Δi_na)²，Δi_na、Δi_nb和Δi_nc分别为受电侧A、B、C三相电流的突变量；

f_mset为送电侧相电流差突变量预置值，f_nset为受电侧相电流差突变量预置值。