CN112003235B - 一种输电线路分相自适应重合闸时序方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，包括以下步骤：当输电线路由于发生故障或者重合于永久性故障，保护动作跳开三相断路器，并判别故障类型及相别。若为不对称接地短路故障，先重合输电线路大电源侧一相非故障相断路器；若为两相相间短路故障，先重合输电线路大电源一侧其中一相故障相断路器。利用故障相电压幅值判别故障性质。若为永久性故障，则跳开本侧断路器并闭锁本线路其它相断路器；若为瞬时性故障，本线路其它断路器依次进行重合。本发明方法解决了三相断路器断开后故障性质判别较为困难的问题，减小合闸于永久性故障时对系统的冲击，减小了重合闸过电压对于系统设备及绝缘的威胁，提高系统运行稳定性。

Description

一种输电线路分相自适应重合闸时序方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种输电线路分相自适应重合闸时序方法。

背景技术

自动重合闸广泛应用于输电线路，但若重合于故障(故障点绝缘未恢复)时，会在短时间内对系统和设备造成二次冲击。西安交通大学葛耀中教授于20世纪80年代提出了自适应重合闸的概念，在重合之前，预先对故障性质进行判别。

目前单相自适应重合闸已得到广泛研究，趋近于实用化。对于三相自适应重合闸的研究，根据输电线路类型，主要分为无并联电抗器输电线路的三相重合闸和带并联电抗器输电线路的三相重合闸。

带并联电抗器输电线路，由于线路电容和并联电抗器构成振荡回路，主要利用线路两端三相断路器跳开后、并联电抗器和线路电容自由振荡过程中的电气量实现故障性质判别。

对于不带并联电抗器输电线路，发生故障后、保护动作跳开线路两侧三相断路器，线路与系统断开联系，线路储能快速衰减，缺乏电气量信息进行故障性质判别。另一方面，采用单相重合闸的输电线路由于某些原因可能重合失败，保护会动作跳开输电线路两端三相断路器，若强送电或试送电可能合闸于故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，解决了现有方法三相断路器跳开后无法判断故障性质的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，包括以下步骤：

步骤1，当输电线路由于发生故障或者重合于永久性故障，继电保护动作跳开三相断路器，并判别故障类型及相别；

步骤2，若步骤1中故障类型为不对称接地短路故障，先重合输电线路大电源侧一相非故障相断路器；

若步骤1中故障类型为两相相间短路故障，先重合输电线路大电源一侧其中一相故障相断路器；

进而利用故障相电压幅值大小判别故障性质；

步骤3，若步骤2中不对称接地短路故障或两相相间短路故障为永久性故障，则跳开本侧断路器并闭锁本回线其他相断路器；

若步骤2中不对称接地短路故障或两相相间短路故障为瞬时性故障，本回线其它断路器依次进行重合。

本发明的特征还在于，

步骤2中不对称接地短路故障性质判别具体为：当满足公式(2)则为瞬时性故障，否则为永久性故障，公式(2)具体为：

其中，

为大电源线路侧故障相电压幅值，取合闸后第3个周期的采样数据计算；U_set1为整定电压门槛值且

为瞬时性故障时故障相的耦合电压幅值，k_rel1为可靠系数且k_rel1＝0.8。

上述步骤2中瞬时性故障时故障相耦合电压

表达式如公式(1)所示：

其中，参数ω＝2πf，f为系统频率；C_m为相间耦合电容，C_s为对地耦合电容，L_s为线路自感，

为先重合一侧相电压幅值。

步骤2中两相相间短路故障性质判别具体为：

重合大电源侧其中一相故障相的断路器，取合闸后第3个周期的采样数据计算另一故障相线路侧端电压幅值，若满足公式(3)则为永久性故障，否则为瞬时性故障：

其中，

为大电源侧未重合故障相线路侧电压，U_set2为整定电压门槛值且

为相电压的额定值，k_rel2为可靠系数且k_rel2＝0.8。

上述步骤3具体为：

若故障性质为瞬时性故障，检同期后重合本相对侧断路器；然后，在线路电压与电源电压极性相同时，分别重合另外两相大电源侧断路器及另外两相小电源侧断路器；

若为永久性故障，断开本侧断路器同时闭锁本回线其它断路器，不再合闸。

本发明的有益效果是：

(1)本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，通过优化输电线路重合时序，针对不同的故障类型，进行不同的操作，可以有效解决线路三相断路器跳开后的故障性质判别的问题，受故障位置和过渡电阻影响较小；

(2)本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，当输电线路故障为瞬时性短路故障时，减小了重合闸过电压对于系统设备及绝缘的威胁，对于系统的安全稳定运行具有积极意义；

(3)本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，可减小合闸于永久性故障时对系统的冲击，提高系统运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法中两端供电系统示意图；

图2为本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法中输电线路T型三相集中参数模型电路图；

图3为图2简化的瞬时性故障耦合电压等效计算电路图；

图4为本发明中两相相间短路永久性故障等效电路；

图5为本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法中不对称接地故障合闸流程图；

图6为本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法中两相相间短路故障合闸流程图；

图7为利用PSCAD/EMTDC仿真得到的线路中点单相永久性接地故障、重合B相断路器后A相端电压；

图8为利用PSCAD/EMTDC仿真得到的线路中点单相瞬时性接地故障、重合B相断路器后A相端电压。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，如图1所示，对于不对称接地短路故障，三相断路器断开后，首先重合大电源侧一非故障相断路器，利用故障相耦合电压判断故障性质；对于两相相间短路故障，首先重合其中任意一故障相断路器，根据另一故障相电压判断故障性质；

若为永久性故障，断开已合闸断路器同时闭锁本线路其它断路器；若为瞬时性故障，考虑重合闸过电压因素，本线路其它断路器依次进行重合。

输电线路三相断路器断开后，输电线路T型三相集中参数模型如图2所示，分为A、B、C三相，其中C_m为相间耦合电容，C_s为对地电容，L_m为相间互感，L_s为线路自感。本发明先重合M侧B相一侧断路器，由于对侧未合闸，线路中的电流数值很小，因此相间电感耦合可以忽略，将如图2所示的输电线路T型三相集中参数模型简化为图3。根据图3等效电路图计算瞬时性故障时故障相-A相耦合电压幅值：

其中，参数ω＝2πf＝100π，f为系统频率；U_Bm为先重合一侧相电压幅值。

如图4所示，对于两相相间永久性短路故障，当只合其中一相故障相的一侧断路器时，并未构成故障回路，但另外一相故障相电压将与已合相电压基本相同，据此可判断故障性质。设线路发生BC两相永久性相间短路故障，重合B相一侧断路器后，由于短路点的存在，BC相间电容被短接，并且由于电容的充电效应，C相电压幅值接近或高于B相电压幅值。

本发明一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，如图5和图6所示，包括以下步骤：

步骤1，当输电线路由于发生故障或者重合于永久性故障，继电保护动作跳开三相断路器，并判别故障类型及相别；

步骤2，若步骤1中故障类型为不对称接地短路故障，首先重合输电线路大电源侧一相非故障相断路器，为躲避合闸瞬间的暂态过程，取故障相合闸后合闸一侧第三个周期的耦合电压幅值，根据公式(2)判据判断故障性质，若满足公式(2)则为瞬时性故障，反之则为永久性故障：

其中，

为大电源线路侧故障相电压幅值，U_set1为整定电压门槛值且

为瞬时性故障的故障相耦合电压幅值且按照计算公式(2)执行，k_rel1为可靠系数且k_rel1＝0.8；

若步骤1中故障类型为两相短路故障，重合线路大电源一侧其中一相故障相断路器，取合闸后第3个周期的采样数据计算另一故障相电压幅值并根据公式(3)判断故障性质，若满足公式(3)则为永久性故障，反之为瞬时性故障：

其中，

为大电源侧未重合故障相线路侧电压幅值，U_set2为整定电压门槛值且

为相电压的额定值，k_rel2为可靠系数且k_rel2＝0.8。

步骤3，若故障性质为瞬时性故障，检同期后重合本相对侧断路器；然后，在线路电压与电源电压极性相同时，分别重合另外两相大电源侧断路器及另外两相小电源侧断路器；若为永久性故障，断开本侧断路器同时闭锁本回线其它断路器，不再合闸。

仿真验证实验

利用PSCAD/EMTDC建立了如图1所示的500kV双端网络仿真模型，其中M侧系统为大电源，N侧为小电源，线路全长300km，输电线路为Bergeron模型，参数为：单位长度正序电阻R₁＝0.0271Ω/km，单位长度正序电感L₁＝0.9651mH/km，单位长度正序电容C₁＝0.0134μF/km，单位长度零序电阻R₀＝0.1957Ω/km，单位长度零序电感L₀＝2.211mH/km，单位长度零序电容C₀＝0.091μF/km。

仿真过程：假设1s时线路中点发生永久性A相金属性接地故障，0.06s后跳开三相断路器，1s后重合B相M侧断路器，如图7所示，测得A相端电压；当故障性质为瞬时性故障时，A相端电压波形如图8所示。永久性故障和瞬时性故障时，2.06s重合B相M侧断路器后，测得A相端电压幅值分别为9.13kV和61.95kV，求解得到门槛值U_set1＝45.58kV。仿真结果验证了本发明故障性质判据的正确性和有效性。

改变故障位置，进一步校验本发明故障性质判据的灵敏性。表1为不同故障位置和过渡电阻时故障相的耦合电压幅值。其中故障位置由故障点距M侧母线的电气距离占线路总长的百分比表示。由表中数据可见，金属性故障发生在N侧母线出口处时，重合M侧B相断路器，不同故障性质下的故障相电压幅值分别为61.80kV和16.67kV。由此可见，故障位置最不利于故障性质判别时，本发明判据仍可准确判断故障性质。

同理，过渡电阻为300Ω、在线路末端(N侧)发生A相接地短路故障时，最不利于故障性质判别，此时不同故障性质下的故障相电压幅值分别为61.80kV和32.60kV，本发明判据仍可准确判断故障性质。因此，本发明判据具有较强耐过渡电阻性能。

对于BC两相接地短路故障，A相重合后计算故障相B相电压幅值，不同故障性质下的仿真结果如表2所示。由仿真结果可见，两相接地短路故障时，本发明判据不受故障位置和过渡电阻影响，均可正确判别。

表1单相接地故障仿真结果

表2两相接地短路故障仿真结果

对于BC两相相间短路故障，重合B相一侧断路器，测量并计算C相电压幅值，仿真结果如表3所示。对于本实施例仿真系统输电线路，U_set2＝68.36kV。由表中仿真结果可见，在所有故障位置和过渡电阻的情况下，本发明判据均可正确判别。

表3两相相间短路故障仿真结果

设线路中点发生单相金属性短路故障，当故障性质为瞬时性故障时，利用不同时序重合，重合闸过电压情况如表4所示。表中方案1为本发明合闸方案，方案2为经固定延时重合的重合方案。由表4可见，相比于固定延时的重合闸方案，本发明方案可有效减小重合闸过电压。

表4瞬时性故障不同时序重合时的重合闸过电压

本发明提供了一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，由仿真可见，当故障为不对称接地故障时，先重合一相非故障相，利用故障相耦合电压判别故障性质；当故障为两相相间短路故障时，先重合故障相中的一相断路器，利用另一故障相电压判别故障性质；可减小了永久性故障对于系统的冲击，提高了系统运行的稳定性。

Claims (1)

1.一种输电线路分相自适应重合闸时序方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，当输电线路由于发生故障或者重合于永久性故障，继电保护动作跳开三相断路器，并判别故障类型及相别；

步骤2，若步骤1中所述故障类型为不对称接地短路故障，先重合输电线路大电源侧一相非故障相断路器；不对称接地短路故障性质判别具体为：当满足公式(1)则为瞬时性故障，否则为永久性故障，公式(1)具体为：

其中，

为大电源线路侧故障相电压幅值，取合闸后第3个周期的采样数据计算；U_set1为整定电压门槛值，且

为瞬时性故障时故障相的耦合电压幅值，k_rel1为可靠系数且k_rel1＝0.8；

所述瞬时性故障时故障相的耦合电压幅值

表达式如公式(2)所示：

其中，参数ω＝2πf，f为系统频率；C_m为相间耦合电容，C_s为对地耦合电容，L_s为线路自感，

为先重合一侧相电压幅值；

若步骤1中所述故障类型为两相相间短路故障，先重合输电线路大电源侧其中一相故障相断路器；

两相相间短路故障性质判别具体为：

重合大电源侧其中一相故障相的断路器，取合闸后第3个周期的采样数据计算另一故障相线路侧电压幅值

若满足公式(3)则为永久性故障，否则为瞬时性故障：

其中，

为大电源侧未重合故障相线路侧电压幅值，U_set2为整定电压门槛值，且

为相电压的额定值，k_rel2为可靠系数且k_rel2＝0.8

进而利用故障相电压幅值大小判别故障性质；

步骤3，若步骤2中所述不对称接地短路故障或两相相间短路故障为永久性故障，则跳开本侧断路器并闭锁本回线其他相断路器；

若步骤2中所述不对称接地短路故障或两相相间短路故障为瞬时性故障，本回线其它断路器依次进行重合；

步骤3具体为：若故障性质为瞬时性故障，检同期后重合本相对侧断路器；然后，在线路电压与电源电压极性相同时，分别重合另外两相大电源侧断路器及另外两相小电源侧断路器；

若为永久性故障，断开本侧断路器同时闭锁本回线其它断路器，不再合闸。

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