CN111505529B - 一种高压交流输电线路自适应重合闸方法 - Google Patents

一种高压交流输电线路自适应重合闸方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，以输电线路发生单相接地故障后，故障相两侧断路器跳闸后形成的断开相线路侧电压（恢复电压）作为检测对象，通过计算恢复电压的波形面积变化率，进行永久性或瞬时性接地故障的检测。本发明能够克服噪声、恢复电压幅值较低等因素的影响，具有较高的可靠性，实现自适应重合闸，避免重合于永久性故障而对电力系统的二次冲击。

Description

一种高压交流输电线路自适应重合闸方法
技术领域
本发明属于电力系统及自动化技术领域，特别涉及一种高压交流输电线路自适应重合闸方法。
背景技术
大量运行经验表明，80％以上的高压架空输电线路故障为瞬时性故障，其中很大一部分是由于空气绝缘击穿引起的电弧性故障，采用自动重合闸装置将被切除的故障线路再次投入运行，能快速恢复正常供电，有效提高电力系统运行稳定性。传统的自动重合闸装置采用固定时间间隔无选择性重合，当重合于永久性故障时，不仅不能恢复系统的正常供电，而且会对系统稳定和电气设备造成更加严重的二次危害。因此，需要使用能识别瞬时性还是永久性故障的自适应重合闸技术。
目前主要应用的输电线路自适应重合闸技术主要检测断开相恢复电压的拍频特性，包括两种方法：基于拍频电压幅值特性的方法和分离自由分量法。断开相恢复电压主要包括工频分量和衰减的低频自由分量。两个分量叠加导致恢复电压极大值点以
Figure BDA0002440476850000011
为周期波动，利用拍频电压极大值点的变化规律作为自适应重合闸的判据会受恢复电压幅值大小的影响。带并联电抗器线路由于并抗补偿作用的影响，断开相恢复电压较低，线路侧TV获取精度难以满足要求，导致了基于拍频电压幅值的自适应重合闸方法在实际应用中失效。分离自由分量法主要对恢复电压在一个工频内积分滤除工频分量，若为瞬时性故障则积分后的恢复电压幅值会在故障消失时刻突然从零增大。但是该方法受自由分量频率估算准确性的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，以输电线路发生单相接地故障后，故障相两侧断路器跳闸后形成的断开相线路侧电压(恢复电压)作为检测对象，通过计算恢复电压的波形面积变化率，进行永久性或瞬时性接地故障的检测。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，包括：
对断开相电压进行持续采样，得到采样序列；
计算采样序列中采样点的积分值；
计算采样点积分值的变化率，得到采样点积分值变化率序列；
判断在一个拍频周期T内，是否满足如下条件：
a、采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值的比值大于整定值；
b、采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值对应的时间间隔在
Figure BDA0002440476850000021
区间内；
其中，ω为具有拍频特性的恢复电压的低频自由分量的频率，ΔT为允许的误差；
若同时满足上述两个条件，则判断为系统发生了瞬时性故障，允许断路器重合；否则判断为系统发生了永久性故障，禁止断路器重合。
进一步的，所述对断开相电压进行持续采样，得到采样序列，包括：
U＝(U(1),U(2),…U(m),…)，
其中，U为采样序列，U(m)为第m-1个采样点值，为断开相电压采样值的绝对值，m＝1,2,3,…。
进一步的，所述采样频率为：f＝1kHz。
进一步的，所述计算采样序列中采样点的积分值，包括：
Figure BDA0002440476850000022
其中，S(m)为第m-1个采样点的积分值。
进一步的，所述计算采样点积分值的变化率，得到采样点积分值变化率序列，包括：
ΔS(k)＝S(k+10)-S(k-10)，k＝12,13,…，
其中，ΔS(k)为第m-1个采样点积分值的变化率。
进一步的，所述拍频周期T计算为：
Figure BDA0002440476850000023
进一步的，所述整定值取值为5。
进一步的，所述ω计算为：
Figure BDA0002440476850000024
其中，lm和cm是健全相与故障相间的等效电感和电容，l0为对并联电抗器星三角变换后的等效对地电感，l为线路自感，c0为线路零序电容，R为线路电阻。
进一步的，所述采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值对应的时间间隔，计算为：
Figure BDA0002440476850000031
其中，nmax为采样点积分值变化率取最大值时对应的采样点号，nmin为采样点积分值变化率取最小值时对应的采样点号，f为采样频率。
进一步的，所述允许的误差ΔT取0.07s。
本发明所达到的有益效果为：
本发明能够克服噪声、恢复电压幅值较低等因素的影响，具有较高的可靠性，实现自适应重合闸，避免重合于永久性故障而对电力系统的二次冲击。
附图说明
图1为本发明高压交流输电线路自适应重合闸方法流程图；
图2为本发明实施例的输电线路参数图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，参见图1，包括：
步骤1)，对断开相电压进行持续采样，得到采样序列U＝(U(1),U(2),…U(m),…)，
其中，U(m)为第m-1个采样点断开相电压采样值的绝对值，m＝1,2,3,…，表示采样点，例如，U(1)为第0个采样点断开相电压采样值的绝对值，U(2)为第1个采样点断开相电压采样值的绝对值。
进一步的，采样频率为：f＝1kHz。
步骤2)，采用梯形法(梯形的高建议取值0.1)计算采样点的积分值，得到积分序列：
Figure BDA0002440476850000032
其中，S(m)为第m-1个采样点的积分值。
计算采样点积分值的变化率，得到变化率序列：
ΔS(k)＝S(k+10)-S(k-10)，k＝12,13,…，
其中，ΔS(k)为第m-1个采样点积分值的变化率。
步骤3)，计算具有拍频特性的恢复电压的低频自由分量的频率：
Figure BDA0002440476850000041
其中，lm和cm是健全相与故障相间的等效电感和电容，l0为对并联电抗器星三角变换后的等效对地电感，l为线路自感，c0为线路零序电容，R为线路电阻。
参数求解如下：
假设线路长度为h，工频角频率为ω0，则：
Figure BDA0002440476850000042
c0＝hC0；
R＝hR1；
Figure BDA0002440476850000043
Figure BDA0002440476850000044
Figure BDA0002440476850000045
其中，R1为线路单位长度的正序电阻，L1为线路单位长度的正序电感，L0为线路单位长度的零序电感，C1为线路单位长度的正序电容，C0为线路单位长度的零序电容，Xl为并联电抗器电抗，Xn为并联电抗器中性点小电抗。
步骤4)，在一个拍频周期T内，判断是否满足如下条件：
a、ΔS序列的最大值ΔS(nmax)与最小值ΔS(nmin)的比值大于整定值；
b、
Figure BDA0002440476850000046
在
Figure BDA0002440476850000047
区间内；
若同时满足上述两个条件，则判断为系统发生了瞬时性故障，允许断路器重合；否则判断为系统发生了永久性故障，禁止断路器重合。
其中，nmax为采样点积分值变化率取最大值时对应的序列号，nmin为采样点积分值变化率取最小值时对应的序列号。
进一步的，拍频周期T计算为：
Figure BDA0002440476850000051
其中，单位为秒。
进一步的，整定值取值为5。
进一步的，ΔT取0.07。
本发明实施例采用的输电线路模型如图2所示。
线路参数为：长度360km，R1＝0.0195Ω/km，R0＝0.1675Ω/km，L1＝0.9134mH/km，L0＝2.719mH/km，C1＝0.0014μF/km，C0＝0.00834μF/km，
其中，R1为线路单位长度的正序电阻，R0为线路单位长度的零序电阻，L1为线路单位长度的正序电感，L0为线路单位长度的零序电感，C1为线路单位长度的正序电容，C0为线路单位长度的零序电容；
M侧系统内阻抗参数：X1＝47Ω，X0＝41.34Ω
N侧系统内阻抗参数：X1＝45Ω，X0＝103.6Ω
并联电抗器参数：Xl＝1680.56Ω，Xn＝434Ω
其中，X1为系统等效戴维南正序阻抗，X0为系统等效戴维南零序阻抗，Xl为并联电抗器电抗，Xn为并联电抗器中性点小电抗。
采样频率f＝1kHz。0.2s发生A相接地故障，0.25s A相断路器跳闸，故障持续时间0.2s。断开相采样数据如下表1所示：
表1断开相采样数据
Figure BDA0002440476850000052
Figure BDA0002440476850000061
Figure BDA0002440476850000071
用梯形法，计算断开相采样电压的积分值，得到积分序列，并求变化率，得到ΔS(410)～ΔS(589)数据如下表2所示：
表2采样电压积分变化率序列
Figure BDA0002440476850000072
Figure BDA0002440476850000081
根据线路参数计算得到具有拍频特性的恢复电压的低频自由分量的频率ω，
拍频周期为：
Figure BDA0002440476850000091
计算ΔS的最大值ΔS(492)与最小值ΔS(560)之比为9.5，大于整定值5；
计算对应时间间隔：0.068s，满足
Figure BDA0002440476850000092
区间，则判断得出发生了瞬时性故障，允许断路器重合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，包括：
对断开相电压进行持续采样，得到采样序列；
计算采样序列中采样点的积分值；
计算采样点积分值的变化率，得到采样点积分值变化率序列；
判断在一个拍频周期T内，是否满足如下条件：
a、采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值的比值大于整定值；
b、采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值对应的时间间隔在
Figure FDA0003497034580000011
区间内；
其中，ω为具有拍频特性的恢复电压的低频自由分量的频率，ΔT为允许的误差；
若同时满足上述两个条件，则判断为系统发生了瞬时性故障，允许断路器重合；否则判断为系统发生了永久性故障，禁止断路器重合。
2.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述对断开相电压进行持续采样，得到采样序列，包括：
U＝(U(1),U(2),…U(m),…)，
其中，U为采样序列，U(m)为第m-1个采样点值，为断开相电压采样值的绝对值，m＝1,2,3,…。
3.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，对断开相电压进行持续采样的采样频率为：f＝1kHz。
4.根据权利要求2所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述计算采样序列中采样点的积分值，包括：
Figure FDA0003497034580000012
其中，S(m)为第m-1个采样点的积分值。
5.根据权利要求4所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述计算采样点积分值的变化率，得到采样点积分值变化率序列，包括：
ΔS(k)＝S(k+10)-S(k-10)，k＝12,13,…，
其中，ΔS(k)为第m-1个采样点积分值的变化率。
6.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述拍频周期T计算为：
Figure FDA0003497034580000021
7.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述整定值取值为5。
8.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述ω计算为：
Figure FDA0003497034580000022
其中，lm和cm是健全相与故障相间的等效电感和电容，l0为对并联电抗器星三角变换后的等效对地电感，l为线路自感，c0为线路零序电容，R为线路电阻。
9.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述采样点积分值变化率序列中的最大值与最小值对应的时间间隔，计算为：
Figure FDA0003497034580000023
其中，nmax为采样点积分值变化率取最大值时对应的采样点号，nmin为采样点积分值变化率取最小值时对应的采样点号，f为采样频率。
10.根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路自适应重合闸方法，其特征在于，所述允许的误差ΔT取0.07s。
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