CN105811385A - 半波长输电线路电流差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半波长输电线路电流差动保护方法，设保护侧为线路m侧，包括：检测到半波长线路发生短路故障，线路m侧的电流差动保护装置采集到线路m侧的三相电压和三相电流；用半波傅里叶算法或者全波傅里叶算法，得到线路m侧的电压电流相量计算值；在线路m侧求得线路n侧的电压电流相量计算值；求出未发生故障时线路n侧电流向量；计算电流差动保护的各相的动作量。本方法利用长线方程在计算中考虑了线路的分布参数特性，具有不受线路分布电容电流影响的优点，适用于半波长输电线路故障的判别和切除。

Description

半波长输电线路电流差动保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护控制领域。

背景技术

半波长输电线路是能源互联网建设中使用的重要输电线路，半波长线路保护是建设半波长线路过程中所必须考虑的问题。但是，由于特高压半波长输电线路输电距离远，电气特征与现有特高压线路存在较大差异，传统的继电保护原理无法满足半波输电线路要求。常规距离保护会由于半波长线路区内、外不同位置故障时，测量阻抗存在相同情况而失效。由于沿线电压分布变化较大，常规差动保护现有的补偿方法无法准确补偿电容电流，也会导致常规差动保护失效。为了保证半波长输电线路的安全可靠运行，要求在故障发生后半波长保护能尽量快速的动作。但是，由于半波长线路过长，线路的通信时延将严重影响保护动作的速度。针对这一现状，有必要对半波长输电线路的保护方法进行深入的研究。

发明内容

针对半波长输电线路缺乏快速可靠的继电保护问题，本发明提出了一种基于长线方程、仅利用单端电气量、能够保护线路全长的电流差动保护新方法。技术方案如下：

一种半波长输电线路电流差动保护方法，设保护侧为线路m侧，包括如下步骤：

1)检测到半波长线路发生短路故障，线路m侧的电流差动保护装置采集到线路m侧的三相电压和三相电流分别为其中，代表a相、b相或c相；

2)用半波傅里叶算法或者全波傅里叶算法对进行计算，得到线路m侧的电压电流相量计算值

3)将代入式(1)可在线路m侧求得线路n侧的电压电流相量计算值

这里工频为50Hz，l是半波长线路全长，即l＝3000km；γ为线路的传播常数；Z_c为线路的波阻抗；ch()和sh()分别是双曲余弦函数和双曲正弦函数；

4)将代入式(2)求出未发生故障时线路n侧电流向量

5)计算电流差动保护的各相的动作量

6)对于安装在线路m侧的保护装置，判据为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dI}}_a>K\·max({\mathrm{dI}}_b,{\mathrm{dI}}_c)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_b>K\·max({\mathrm{dI}}_c,{\mathrm{dI}}_a)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_c>K\·max({\mathrm{dI}}_a,{\mathrm{dI}}_b)+I_s\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，K为比例系数；I_s为固定门槛；

当式(3)的任一项满足时，则判定为半波长线路内部故障，动作于跳闸；同时，根据式(3)中三个判定条件的动作情况，给出故障相别。

半波长输电线路的输电距离长达3000km，其电气特征与现有超、特高压输电线路存在本质差异，传统的继电保护原理无法满足半波长输电线路的要求。本方法利用长线方程在计算中考虑了线路的分布参数特性，具有不受线路分布电容电流影响的优点，从而可以适用于半波长输电线路故障的判别和切除。

针对常规电流差动保护方法在半波长线路上动作速度较慢的问题，本方法充分利用半波长输电线路首末端电压、电流相量关系，省去了将对侧测量值传输到本侧的通信过程，从而提高了保护动作速度。

本方法仅利用单端电气量实现电流差动保护，并能够保护线路全长。

附图说明

图1为线路内部故障发生时m侧测量示意图。

图2为线路内部故障发生时m侧计算示意图。

具体实施方式

半波长输电线路的继电保护应该能够在故障发生后正确、快速的动作。然而，半波长输电线路的输电距离长达3000km，其电气特征与现有超、特高压输电线路存在本质差异，传统的继电保护原理无法满足半波长输电线路的要求。

因此，本发明提出了一种基于长线方程、仅利用单端电气量、能够保护线路全长的电流差动保护新方法。

具体步骤如下：(以m侧保护为例)

1、如图1所示，假设半波长线路在t＝0的时刻发生短路故障，线路m侧的电流差动保护装置采集到线路m侧的三相电压和三相电流分别为(其中，代表a相、b相或c相)。

2、待采样得到的线路m侧的三相电压和三相电流(其中，代表a相、b相或c相)满足半波傅里叶算法(时间窗为10ms)或者全波傅里叶算法(时间窗为20ms)的时间窗要求后，即可计算得到线路m侧的电压电流相量计算值(代表a相、b相或c相)。

3、考虑线路分布参数特性，利用长线方程可以推得：

将代入式(1)可在线路m侧求得线路n侧的电压电流相量计算值(代表a相、b相或c相)，如图2所示。这里l是半波长线路全长，即l＝3000km；γ为线路的传播常数；Z_c为线路的波阻抗。

4、另外，半波长线路的物理特性决定了它相当于一个变比为-1的变压器，即无损半波长线路两端的电压电流相量关系满足下式：

由式(2)即可得到半波长线路在没有发生故障的情况下，线路n侧的电流相量与线路m侧电流相量是相等的。

5、计算电流差动保护的各相的动作量理论分析可知，当被保护线路内部无故障时(包括稳态运行和区外故障)，应有即各相动作量为零；当线路发生区内故障时，故障相动作量就是短路点电流，非故障相动作量为零。

6、最终对于安装在线路m侧的保护装置，本保护方法的判据可以表达为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dI}}_a>K\·max({\mathrm{dI}}_b,{\mathrm{dI}}_c)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_b>K\·max({\mathrm{dI}}_c,{\mathrm{dI}}_a)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_c>K\·max({\mathrm{dI}}_a,{\mathrm{dI}}_b)+I_s\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中右端第一项为浮动门槛，K为可靠系数。第二项为固定门槛。

当式(3)的任一项满足时，则判定为半波长线路内部故障，动作于跳闸；同时，根据式(3)中三个判定条件的动作情况，还可以给出故障相别。

对于安装在n侧的保护装置，以上保护动作过程完全相同。

Claims (2)

1.一种半波长输电线路电流差动保护方法，设保护侧为线路m侧，包括如下步骤：

1)检测到半波长线路发生短路故障，线路m侧的电流差动保护装置采集到线路m侧的三相电压和三相电流分别为其中，代表a相、b相或c相；

2)用半波傅里叶算法或者全波傅里叶算法对进行计算，得到线路m侧的电压电流相量计算值

3)将代入式(1)，在线路m侧求得线路n侧的电压电流相量计算值

这里工频为50Hz，l是半波长线路全长，即l＝3000km；γ为线路的传播常数；Z_c为线路的波阻抗；ch()和sh()分别是双曲余弦函数和双曲正弦函数；

4)将代入式(2)求出未发生故障时线路n侧电流向量

5)计算电流差动保护的各相的动作量

6)对于安装在线路m侧的保护装置，判据为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dI}}_a>K\·max({\mathrm{dI}}_b,{\mathrm{dI}}_c)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_b>K\·max({\mathrm{dI}}_c,{\mathrm{dI}}_a)+I_s\\ {\mathrm{dI}}_c>K\·max({\mathrm{dI}}_a,{\mathrm{dI}}_b)+I_s\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，K为比例系数；I_s为固定门槛；

当式(3)的任一项满足时，则判定为半波长线路内部故障，动作于跳闸；同时，根据式(3)中三个判定条件的动作情况，给出故障相别。

2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，K一般取值约为0.1～0.3；I_s一般可以取为300A。