CN107732879B - 一种半波长线路的欠范围快速保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半波长线路的欠范围快速保护系统，包括：距离I段保护单元，用于符合距离I段保护动作条件时向控制单元发送动作信号；零负序时差法保护单元，用于符合零负序时差法保护动作条件时向控制单元发送动作信号；以及控制单元，用于在同时接收到距离I段保护单元和零负序时差法保护单元发送的动作信号时，快速切除半波长线路出口附近故障。本发明还公开一种半波长线路的欠范围快速保护方法，对半波长线路同时配置距离I段保护和零负序时差法保护；当同时符合距离I段保护动作条件和零负序时差法保护动作条件时，快速切除半波长线路出口附近故障。此种技术方案只需采集单端电气量，保护延时小，快速切除半波长线路出口附近故障。

Description

一种半波长线路的欠范围快速保护系统及方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种半波长线路的欠范围快速保护系统及方法。
背景技术
半波长交流输电(HWACT)是指输电的电气距离接近1个工频半波，即3000km(50Hz)的超远距离的三相交流输电。随着能源互联网的建设，半波长交流输电作为一种高效的远距离洲际输电方式，具有良好的应用前景。
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。有企业和学者对半波长交流输电线路的继电保护原理展开了研究。
中国专利申请号CN201610866926.8，申请日2016年9月29日，公开号CN106356821A，公开日2017年1月25日，发明名称为“一种基于三参考点贝瑞隆差流的半波长线路保护方法”；中国专利申请号CN201610058603.6，申请日2016年1月28日，公开号CN105552863A，公开日2016年5月4日，发明名称为“一种用于半波长输电线路的伴随阻抗保护方法”，这两个专利的半波长线路保护方法都需要采集线路两侧的三相电压和三相电流，保护速动性不够。
故障位置越靠近半波长线路出口处，短路电流越大，故障越严重，保护应越快速地切除故障。但是事实上，故障位置越靠近出口，采用双端电气量的保护方法动作延时越大。当半波长线路一侧(M侧)出口处发生故障时，故障电气量通过输电线路传递到另一侧(N侧)需要T1时间(T1≈10ms)，N侧保护采集到故障电气量后，通过纵联通道传递到M侧需要T2时间(T2＞10ms)，保护数据窗时间为T3，则保护延时为T1+T2+T3。
因此，需发明一种半波长线路的单端量保护，快速切除半波长线路出口附近故障。
距离I段保护是最常用的线路单端量快速保护。对于半波长线路，出口附近500km范围内可近似认为是集中参数线路，距离I段保护仍适用。但是半波长线路给距离I段保护带来了新的问题：区内距离M侧x公里处的F1点发生三相短路故障时，测量阻抗为Zm＝Zctanh(γx)；区外距离M侧L+x公里处的F2点发生三相短路时，测量阻抗也为Zm＝Zc tanh(γx)；距离I段保护无法区分F1和F2点故障，如图1所示。
因此，需要对常规距离I段保护进行改进，使其能够区分半波长线路的区内故障和区外故障。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种半波长线路的欠范围快速保护系统及方法，其只需采集单端电气量，保护延时小，快速切除半波长线路出口附近故障。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种半波长线路的欠范围快速保护系统，包括：
距离I段保护单元，用于判断半波长线路是否符合距离I段保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；
零负序时差法保护单元，用于判断半波长线路是否符合零负序时差法保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；以及，
控制单元，用于在同时接收到距离I段保护单元和零负序时差法保护单元发送的动作信号时，快速切除半波长线路出口附近故障。
上述距离I段保护单元采用如下方法判断半波长线路是否符合距离I段保护动作条件：
首先，采集线路三相电压UΦ和三相电流IΦ,其中，Φ表示三相线路，Φ＝A、B、C；
然后，计算距离保护工作电压UOPΦ：
UOPΦ＝UΦ-(IΦ+K×3I0)×Zset
其中，Zset为距离I段保护定值，I0为线路零序电流，K为线路零序补偿系数；
最后，计算距离保护极化电压UPφ：
UPφ＝-U1φ
其中，U1φ为线路相正序电压；
当时，符合距离I段保护动作条件。
上述距离I段保护定值Zset整定方法是：
Zset＝Zc tanh(γLset)
其中，Zc为半波长线路波阻抗，γ为半波长线路传播系数，Lset为距离I段保护范围。
上述零负序时差法保护单元采用如下方法判断半波长线路是否符合零负序时差法保护动作条件：
采集故障电流零序分量出现的初始时刻t0及故障电流负序分量出现的初始时刻t2，根据下式计算零负序时差Δt：
Δt＝t0-t2
并将零负序时差Δt与保护定值Δtset进行比较，当零负序时差Δt小于保护定值Δtset时，符合零负序时差法保护动作条件。
上述零负序时差保护定值Δtset的整定方法为：
其中，Δtset为零负序时差法保护定值，Krel为可靠系数，一般取0.7～0.8，L为半波长线路全长，v0为故障电流零序分量传输速度，v2为故障电流负序分量传输速度。
一种半波长线路的欠范围快速保护方法，包括如下步骤：
步骤1，对半波长线路同时配置距离I段保护和零负序时差法保护；
步骤2，当同时符合距离I段保护动作条件和零负序时差法保护动作条件时，快速切除半波长线路出口附近故障。
上述步骤1中，距离I段保护的内容是：
首先，采集线路三相电压UΦ和三相电流IΦ,其中，Φ表示三相线路，Φ＝A、B、C；
然后，计算距离保护工作电压UOPΦ：
UOPΦ＝UΦ-(IΦ+K×3I0)×Zset
其中，Zset为距离I段保护定值，I0为线路零序电流，K为线路零序补偿系数；
最后，计算距离保护极化电压UPφ：
UPφ＝-U1φ
其中，U1φ为线路相正序电压；
当时，符合距离I段保护动作条件。
上述距离I段保护定值Zset整定方法是：
Zset＝Zc tanh(γLset)
其中，Zc为半波长线路波阻抗，γ为半波长线路传播系数，Lset为距离I段保护范围。
上述步骤1中，零负序时差法保护的内容是：采集故障电流零序分量出现的初始时刻t0及故障电流负序分量出现的初始时刻t2，根据下式计算零负序时差Δt：
Δt＝t0-t2
并将零负序时差Δt与保护定值Δtset进行比较，当零负序时差Δt小于保护定值Δtset时，符合零负序时差法保护动作条件。
上述零负序时差保护定值Δtset的整定方法为：
其中，Δtset为零负序时差法保护定值，Krel为可靠系数，一般取0.7～0.8，L为半波长线路全长，v0为故障电流零序分量传输速度，v2为故障电流负序分量传输速度。
采用上述方案后，本发明结合距离I段保护和零负序时差法保护，距离I段保护即为常规距离I段保护，零负序时差法保护动作条件为：保护感受到故障电流零序分量的初始时刻与保护感受到故障电流负序分量的初始时刻之差小于整定值。本发明的保护方案只需采集单端电气量，可以准确区分半波长线路区内故障和区外故障，保护延时小，快速切除半波长线路出口附近故障，保证电网安全稳定运行。
附图说明
图1是半波长线路测量阻抗辅助说明图；
图2是本发明的保护范围示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
本发明提供一种半波长线路的欠范围快速保护系统，包括：
距离I段保护单元，用于判断半波长线路是否符合距离I段保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；
零负序时差法保护单元，用于判断半波长线路是否符合零负序时差法保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；以及，
控制单元，用于在同时接收到距离I段保护单元和零负序时差法保护单元发送的动作信号时，快速切除半波长线路出口附近故障。
本发明提供一种半波长线路的欠范围快速保护方法，配置距离I段保护和零负序时差法保护，当且仅当距离I段保护和零负序时差法保护同时动作，半波长线路欠范围快速保护出口，快速切除半波长线路出口附近故障。本发明上述保护系统具体可采用该半波长线路的欠范围快速保护方法，准确区分半波长线路区内故障和区外故障，实现保护延时小，并快速切除半波长线路出口附近故障的保护功能，保证电网安全稳定运行。保护范围如图2所示。
本发明包括如下步骤：
步骤1，对半波长线路同时配置距离I段保护和零负序时差法保护；
其中，距离I段保护的内容是：
首先，采集线路三相电压UΦ和三相电流IΦ,其中，Φ表示三相线路，Φ＝A、B、C；
然后，计算距离保护工作电压UOPΦ：
UOPΦ＝UΦ-(IΦ+K×3I0)×Zset
其中，Zset为距离I段保护定值，I0为线路零序电流，K为线路零序补偿系数；
最后，计算距离保护极化电压UPφ：
UPφ＝-U1φ
其中，U1φ为线路相正序电压；
距离I段保护定值整定方法是：
Zset＝Zc tanh(γLset)
其中，Zc为半波长线路波阻抗，γ为半波长线路传播系数，Lset为距离I段保护范围，不大于500km；
当时，符合距离I段保护动作条件。
零负序时差法保护的内容是：采集故障电流零序分量出现的初始时刻t0及故障电流负序分量出现的初始时刻t2，根据下式计算零负序时差Δt：
Δt＝t0-t2
并将零负序时差Δt与保护定值Δtset进行比较，当零负序时差Δt小于保护定值Δtset时，符合零负序时差法保护动作条件。其中，保护定值Δtset的整定方法为：
其中，Δtset为零负序时差法保护定值，Krel为可靠系数，一般取0.7～0.8，L为半波长线路全长，v0为故障电流零序分量传输速度，v2为故障电流负序分量传输速度。
步骤2，当同时符合距离I段保护动作条件和零负序时差法保护动作条件时，快速切除半波长线路出口附近故障。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半波长线路的欠范围快速保护系统，其特征在于包括：
距离I段保护单元，用于判断半波长线路是否符合距离I段保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；
零负序时差法保护单元，用于判断半波长线路是否符合零负序时差法保护动作条件，并在符合动作条件时向控制单元发送动作信号；以及，
控制单元，用于在同时接收到距离I段保护单元和零负序时差法保护单元发送的动作信号时，快速切除半波长线路出口附近故障；
所述距离I段保护单元采用如下方法判断半波长线路是否符合距离I段保护动作条件：
首先，采集线路三相电压UΦ和三相电流IΦ,其中，Φ表示三相线路，Φ＝A、B、C；
然后，计算距离保护工作电压UOPΦ：
UOPΦ＝UΦ-(IΦ+K×3I0)×Zset
其中，Zset为距离I段保护定值，I0为线路零序电流，K为线路零序补偿系数；
最后，计算距离保护极化电压UPφ：
UPφ＝-U1φ
其中，U1φ为线路相正序电压；
当时，符合距离I段保护动作条件。
2.如权利要求1所述的一种半波长线路的欠范围快速保护系统，其特征在于：所述距离I段保护定值Zset整定方法是：
Zset＝Zctanh(γLset)
其中，Zc为半波长线路波阻抗，γ为半波长线路传播系数，Lset为距离I段保护范围。
3.如权利要求1所述的一种半波长线路的欠范围快速保护系统，其特征在于：所述零负序时差法保护单元采用如下方法判断半波长线路是否符合零负序时差法保护动作条件：
采集故障电流零序分量出现的初始时刻t0及故障电流负序分量出现的初始时刻t2，根据下式计算零负序时差Δt：
Δt＝t0-t2
并将零负序时差Δt与保护定值Δtset进行比较，当零负序时差Δt小于保护定值Δtset时，符合零负序时差法保护动作条件。
4.如权利要求3所述的一种半波长线路的欠范围快速保护系统，其特征在于：所述零负序时差保护定值Δtset的整定方法为：
其中，Δtset为零负序时差法保护定值，Krel为可靠系数，一般取0.7～0.8，L为半波长线路全长，v0为故障电流零序分量传输速度，v2为故障电流负序分量传输速度。
5.一种半波长线路的欠范围快速保护方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，对半波长线路同时配置距离I段保护和零负序时差法保护；
步骤2，当同时符合距离I段保护动作条件和零负序时差法保护动作条件时，快速切除半波长线路出口附近故障；
所述步骤1中，距离I段保护的内容是：
首先，采集线路三相电压UΦ和三相电流IΦ,其中，Φ表示三相线路，Φ＝A、B、C；
然后，计算距离保护工作电压UOPΦ：
UOPΦ＝UΦ-(IΦ+K×3I0)×Zset
其中，Zset为距离I段保护定值，I0为线路零序电流，K为线路零序补偿系数；
最后，计算距离保护极化电压UPφ：
UPφ＝-U1φ
其中，U1φ为线路相正序电压；
当时，符合距离I段保护动作条件。
6.如权利要求5所述的一种半波长线路的欠范围快速保护方法，其特征在于：所述距离I段保护定值Zset整定方法是：
Zset＝Zctanh(γLset)
其中，Zc为半波长线路波阻抗，γ为半波长线路传播系数，Lset为距离I段保护范围。
7.如权利要求5所述的一种半波长线路的欠范围快速保护方法，其特征在于：所述步骤1中，零负序时差法保护的内容是：采集故障电流零序分量出现的初始时刻t0及故障电流负序分量出现的初始时刻t2，根据下式计算零负序时差Δt：
Δt＝t0-t2
并将零负序时差Δt与保护定值Δtset进行比较，当零负序时差Δt小于保护定值Δtset时，符合零负序时差法保护动作条件。
8.如权利要求7所述的一种半波长线路的欠范围快速保护方法，其特征在于：所述零负序时差保护定值Δtset的整定方法为：
其中，Δtset为零负序时差法保护定值，Krel为可靠系数，一般取0.7～0.8，L为半波长线路全长，v0为故障电流零序分量传输速度，v2为故障电流负序分量传输速度。
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