CN108666985B - 一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法 - Google Patents

一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，其特征在于，步骤1：编制不同运行方式下系统等值序阻抗程序，对应用的输电线路所在系统进行等值计算评估，并计算上述线路两端等值电源电势；步骤2：以线路的容升效应和首端电压抬升两个主要参数为工频过电压精确诊断依据，建立精准评估线路工频过电压的二维数据库；步骤3：制定工频过电压防护策略，并开发相应防护控制程序；步骤4：利用防护控制程序并结合线路过电压水平进行线路过电压精确评估，同时给出相应控制策略。本发明可以根据过电压防护标准要求及电压稳定控制需求对线路过电压进行实时评估诊断与防护控制，并提供有效抑制方法，具有诊断方法可靠、结果精确、实用性强的优点。

Description

一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法
技术领域
本发明涉及高电压与绝缘技术的诊断和防护方法，尤指500kV电网过电压领域的诊断和防护方法，具体涉及一种线路过电压精确诊断、防护与控制的方法。
背景技术
过电压是困扰500kV电网调试启动与运行的重要问题之一，关于过电压的计算与防护始终是电网至关重要的一环。对于部分电网薄弱地区，特别是电源少、负荷小同时输电线路超过百公里的地区，线路工频过电压问题尤为突出。针对以上问题，目前普遍采用线路保护装置来防护线路过电压。其保护原理主要是根据传感器采集的线路两端电压是否超过标准设定值进而确定是否跳开线路两端断路器以防护过电压。此类防护装置都是在过电压已经发生后开始动作，切除过电压超标线路，属于事后补救行为，严重影响地区供电可靠性。除此之外，还有一类过电压联切保护装置，该类装置检测到某一线路产生过电压后不仅可以切断本条线路，而且可根据需求切断临近几条线路。这类防护装置也在过电压已经发生后开始动作，虽然防护了线路过电压，然而可能会造成更大区域的停电，严重影响地区供电可靠性。另外这两类保护装置没有精确的过电压数值评估过程，也无法判别跳闸的原因，具有一定的盲区，无法实现过电压精确防护与控制。
电网运行过程中一般根据其实际需求通过投切变压器低压侧无功补偿装置进行调节厂站母线电压，以实现电网运行电压控制。现有过电压防护装置都是在采集到线路过电压之后进行防护，无法在断路器跳闸之前利用投切变压器低压侧无功补偿装置的方法预先进行调整母线电压以预防线路过电压。本发明方法既可根据过电压保护和绝缘配合规程对线路过电压进行保护，也可根据电网电压运行情况实时进行末端甩负荷过电压评估与预测，为电网调度提供电压调整依据，实现按需控制，避免过电压联切的盲目跳闸。
本发明人经过多年的行业经验和生产积累，结合40余项工程经验，经过反复实验发明一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法。
发明内容
本发明一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的目的在于提供一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，以便对线路工频过电压进行精确诊断，并提供有效抑制策略。该方法具有方法可靠、结果精确、实用性强的优点。
为了实现上述目的，本发明一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，步骤1：编制不同运行方式下系统等值序阻抗程序，对应用的输电线路所在系统进行等值计算评估并计算上述线路两端等值电源电势；
步骤2：以线路实际结构参数引起的容升效应和与系统短路容量相关的首端电压抬升两个主要参数为工频过电压精确诊断依据，建立精确评估线路工频过电压的二维数据库；
步骤3：基于步骤2中的二维数据库并利用步骤1中的等值参数和线路两端实时电压，同时考虑线路高抗配置、故障类型和中性点接地方式，分别计算评估线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)及线路末端单相短路甩负荷(K1)后工频过电压；
步骤4：制定工频过电压防护策略并开发相应防护控制程序，实现线路过电压防护精确控制；利用开发的防护控制程序并结合线路过电压水平进行线路过电压精确评估同时给出相应控制方法；
步骤1中以应用的线路为中心对其周边电网不同运行方式进行系统序阻抗计算和系统线路两端等值电源电势计算；
编制不同运行方式下系统等值序阻抗方法为；首先计算正常方式下应用线路两端等值序阻抗；第二步，以应用线路为中心，在其周边电网不同检修方式下，计算线路两端等值序阻抗；第三步，将检修方式下系统等值序阻抗与正常方式等值序阻抗作差，如果二者之差小于5％则停止等值计算，将此前系统等值序阻抗数据输出；如果二者之差大于5％，继续对电网进行检修计算，重复第二、第三步计算工作；
步骤1中根据不同运行方式对应的系统等值序阻抗和系统实时潮流开发应用线路两端等值电源电势计算的方法，首先根据当前运行方式读取线路两端等值序阻抗；第二步，读取线路两端母线所有出线线路潮流和母线电压；第三步，计算线路两端等值电源支路潮流；第四步，分别求取线路两端等值电源电势并且将其输出；第五步，检测系统运行方式、线路两端母线出线潮流和母线电压是否发生变化，如果发生变化，重复步骤1至步骤4；如果不发生变化，重复步骤4；
步骤2中以线路实际结构参数引起的容升效应和与系统短路容量相关的首端电压抬升两个主要参数为精确诊断依据，建立精准评估线路工频过电压的二维数据库；
步骤3中线路高抗配置、故障类型和中性点接地方式，分别计算线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)及线路末端单相短路甩负荷(K1)后工频过电压；
步骤3中线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)评估方法：首先判断线路是否配置高抗，第二步若线路配置高抗，则读取线路高抗容量、中性点小抗参数并计算线路两端短路容量，结合线路工频过电压评估二维数据库对线路三相短路故障甩负荷工频过电压进行评估；若线路未配置高抗，直接根据数据库评估三相短路故障甩负荷工频过电压；
步骤3中线路末端单相短路甩负荷(K1)工频过电压评估主要分为以下几步：首先，判断中性点接地方式；第二步判断线路是否有线路高抗，若线路配置高抗，则读取线路高抗容量、中性点小抗参数并按照过电压评估数据库评估线路单相短路故障甩负荷工频过电压；若线路未配置高抗，直接评估计算单相短路故障甩负荷工频过电压；
过电压结果诊断与防护控制主要分为以下几步：首先，根据调度需求设定电压稳定运行控制值，假设为UB；第二，将步骤3中线路过电压评估结果与设定值进行比较，如果线路工频过电压≥1.4p.u.，则立即控制线路两侧断路器断开；若线路工频过电压≥UB且＜1.4p.u.，则发出警报并提示控制策略；若线路工频过电压≥0.97p.u.且＜UB，发出预警信号并给出首端母线电压控制值；若线路工频过电压≤0.97p.u.，则提示该线路当前不存在工频过电压风险。
按照上述技术手段，可得到线路两端系统等值序阻抗和线路两端等值电源电势。基于上述等值序阻抗和等值电源电势，再结合实际电网结构、运行方式以及实时潮流和电压，可精确计算线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)及线路末端单相短路甩负荷(K1)后工频过电压。根据工频过电压计算结果分析研究线路当前存在过电压的风险并给出处理方法。本发明可有效预测线路存在的过电压风险并给出处理策略，具有方法可靠、结果精确、实用性强的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的结构示意图。
图2一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的系统等值序阻抗计算流程示意图。
图3一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的系统等值电源电势计算流程示意图。
图4一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的线路工频过电压计算评估流程示意图。
图5一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的工频过电压防护与控制示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
以下所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。
图1为一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的结构示意图。输电线路工频过电压精确诊断装置主要包括三个部分，分别为等值计算模块、线路工频过电压计算模块和工频过电压风险分析及防御模块。所述的第一个模块由两部分组成，分别为等值序阻抗计算模块和等值电源电势计算模块。
图2为一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的系统等值序阻抗计算流程示意图，首先，计算正常方式系统等值序阻抗并将其作为基准；第二，计算不同检修方式下系统等值序阻抗；第三，将不同检修方式序阻抗与正常方式序阻抗做差，并判断差值是否超过5％，如果超过则继续作检修方式等值序阻抗计算，直至计算差值小于5％。最后输出等值序阻抗数据表为后续计算提供参数。
图3为一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的系统等值电源电势计算流程示意图，首先，确定电网当前运行方式，根据运行方式选择对应序阻抗；第二，根据当前线路两端母线所有出线线路潮流和母线电压计算线路两端等值电源电势并输出作为后续计算参数，等值电源电势计算公式为：
Figure BSA0000162454950000051
其中Esi为第i个母线的等值电源电势，i＝1，2，3，…；
Ui为第i个母线的电压；
Pi为第i个母线上所有出线有功之和，Pi＝∑pk，k＝1，2，3，…；
Qi为第i个母线上所有出线无功之和，Qi＝∑qk，k＝1，2，3，…；
第三，检测电网运行方式是否发生变化，如果发生变化则读取新的序阻抗参数；如果未变化，则继续检测母线出线线路潮流和母线电压是否发生变化，如果发生变化则重复步骤1-3。
图4为一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的线路工频过电压计算评估流程示意图，首先选择故障类型，分为三相短路故障甩负荷和单相接地短路故障甩负荷。第二，读取线路高抗配置参数，如果线路未配置高抗则对于三相故障甩负荷线路过电压为：
Figure BSA0000162454950000052
其中U′为线路一端甩负荷后末端电压有效值；
Sf为发电机超速引起系统频率升高的倍数；
Figure BSA0000162454950000053
为系统特征阻抗，L0，C0分别为线路单位长度电感、电容；
Figure BSA0000162454950000054
为相位系数；
如果线路配置高抗则对于三相故障甩负荷线路过电压为：
Figure BSA0000162454950000055
其中XL为线路末端高抗；
如果线路未配置高抗则对于单相故障甩负荷线路过电压为：
Figure BSA0000162454950000061
其中假设A相故障，EA0为故障前A相在故障处的电压有效值；
Figure BSA0000162454950000062
X0为从故障处看进去网络零序等值电抗，X1为从故障处看进去网络正序等值电抗；
第三，根据中性点接地方式不同对U′iA计算公式进行修正进而获得对应工频过电压。
图5为一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法的工频过电压防护与控制示意图，第一，根据调度需求设定电压稳定运行控制值(假设为1.0p.u.)；第二，将步骤3中线路过电压评估结果与程序设定值进行比较，如果线路工频过电压≥1.4p.u.，则立即控制线路两侧断路器断开；若线路工频过电压≥UB且＜1.4p.u.，则发出警报并提示控制策略；若线路工频过电压≥0.97p.u.且＜UB，发出预警信号并给出首端母线电压控制值；若线路工频过电压≤0.97p.u.，则提示该线路当前不存在工频过电压风险。
表1 线路过电压抬升数据库格式
Figure BSA0000162454950000063
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，其特征在于：
步骤1：编制不同运行方式下系统等值序阻抗程序，对应用的输电线路所在系统进行等值计算评估并计算上述线路两端等值电源电势；
步骤2：以线路实际结构参数引起的容升效应和与系统短路容量相关的首端电压抬升两个参数为工频过电压精确诊断依据，建立精确评估线路工频过电压的二维数据库；
步骤3：基于步骤2中的二维数据库并利用步骤1中的等值参数和线路两端实时电压，同时考虑线路高抗配置、故障类型和中性点接地方式，分别计算评估线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)及线路末端单相短路甩负荷(K1)后工频过电压；
步骤4：制定工频过电压防护策略并开发相应防护控制程序，实现线路过电压防护精确控制；利用开发的防护控制程序并结合线路过电压水平进行线路过电压精确评估同时给出相应控制方法；
步骤1中以应用的线路为中心对其周边电网不同运行方式进行系统序阻抗计算和系统线路两端等值电源电势计算；
编制不同运行方式下系统等值序阻抗方法为：首先计算正常方式下应用线路两端等值序阻抗；第二步，以应用线路为中心，在其周边电网不同检修方式下，计算线路两端等值序阻抗；第三步，将检修方式下系统等值序阻抗与正常方式等值序阻抗作差，如果二者之差小于5％则停止等值计算，将此前系统等值序阻抗数据输出；如果二者之差大于5％，继续对电网进行检修计算，重复第二、第三步计算工作。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，其特征在于步骤1中根据不同运行方式对应的系统等值序阻抗和系统实时潮流开发应用线路两端等值电源电势计算的方法，首先根据当前运行方式读取线路两端等值序阻抗；第二步，读取线路两端母线所有出线线路潮流和母线电压；第三步，计算线路两端等值电源支路潮流；第四步，分别求取线路两端等值电源电势并且将其输出；第五步，检测系统运行方式、线路两端母线出线潮流和母线电压是否发生变化，如果发生变化，重复第一步至第四步；如果不发生变化，重复第四步。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，其特征在于步骤3中线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K0)评估方法，首先判断线路是否配置高抗，第二步若线路配置高抗，则读取线路高抗容量、中性点小抗参数并计算线路两端短路容量，结合线路工频过电压评估二维数据库对线路三相短路故障甩负荷工频过电压进行评估；若线路未配置高抗，直接根据数据库评估三相短路故障甩负荷工频过电压。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路工频过电压精确诊断与防护方法，其特征在于步骤3中线路末端单相短路甩负荷(K1)工频过电压评估包括以下步骤：首先，判断中性点接地方式；第二步判断线路是否有线路高抗，若线路配置高抗，则读取线路高抗容量、中性点小抗参数并按照过电压评估数据库评估线路单相短路故障甩负荷工频过电压；若线路未配置高抗，直接评估计算单相短路故障甩负荷工频过电压。
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