CN112698145B - 一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置 - Google Patents

一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置 Download PDF

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CN112698145B CN202011253331.8A CN202011253331A CN112698145B CN 112698145 B CN112698145 B CN 112698145B CN 202011253331 A CN202011253331 A CN 202011253331A CN 112698145 B CN112698145 B CN 112698145B
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Abstract

本发明涉及一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置，通过计算串抗补偿电压，利用串联电抗器比相式动作方程判断串联电抗器区内外故障，若为串抗内部故障直接输出测距结果，若为串抗外部线路故障，则采用基于串抗补偿电压的双端测距法输出测距结果，本发明解决了加装串联电抗器的线路参数不均匀分布导致传统双端测距原理失效的情况，有效提高含串联电抗器的输电线路故障测距精度，快速定位线路故障位置，减少运行人员巡线的工作量。

Description

一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置
技术领域
本发明涉及一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
现有以纵联差动保护作为主保护的线路保护装置所采用的故障测距方法主要有单端测距法与双端测距法两大类。其中，单端测距法通常采用阻抗法，即利用线路一端的电压电流量进行阻抗计算，这种测距方法对于两端系统和通道的要求较低，但易受过渡电阻和两侧系统阻抗变化的影响，无法保障测距精确度，故通常情况不作为线路保护故障测距的首选方法；双端测距法利用通道采集双端电气量，能够从理论上避免单端量无法消除的过渡电阻引起的误差，可以得到更加准确的测距结果，但双端测距除了依赖于纵联通道的状态，还是一种基于均匀分布线路参数的测距方法，当线路参数不对称时测距精度将大大降低。
随着电网规模的不断扩大和直流换流站的不断接入，负荷密度越来越高，导致了系统短路电流水平逐年增长，短路电流超标使得电网故障对设备损害较大，严重影响电力系统安全稳定运行。在短路电流超标的区域配置串联电抗器是改善局部短路电流水平的一种有效方法，国内华东电网等地应用这项技术均取得良好效果。其工作原理是通过在出线断路器加装串联电抗器，增大系统短路阻抗从而限制短路电流，以增强电路系统对风险的抵御能力。
现有高压线路保护装置所采用的传统双端测距方法基于均匀分布的线路参数，均匀传输导线线路阻抗ZL与单位正序阻抗成正比。线路发生故障后，先进行故障选相，然后根据故障选相结果选取故障量信息以及对侧数据进行故障测距。如图1所示，以一种典型的正序分量双端测距方法为例：当发生区内故障时，图中Uf代表故障点电压，由两侧电气量分别计算故障点电压有
Figure BDA0002772312650000021
Figure BDA0002772312650000022
其中，k＝Lmf/L，Lmf为故障点距线路M侧距离，(图1中，Lnf为故障点距N侧距离；)L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure BDA0002772312650000023
为M侧故障电压，
Figure BDA0002772312650000024
为M侧故障电流，
Figure BDA0002772312650000025
为N侧故障电压，
Figure BDA0002772312650000026
为N侧故障电流，由
Figure BDA0002772312650000027
可得：
Figure BDA0002772312650000028
但加装串抗(串联电抗器)的输电线路阻抗特性发生改变，其线路参数已不具备对称性，其等值电路如图2所示。当发生线路区内故障时，加装串抗的线路侧实际测量阻抗值包含串联电抗器阻抗ZCK，M侧测量电压
Figure BDA0002772312650000029
不再适用公式(1)和公式(3)，通常情况ZCK>ZL，若依据传统双端测距原理公式(3)Lmf将大于线路全长L，由此得出，传统的双端测距将无法适应加装串抗线路，对于串联电抗器阻抗远大于线路阻抗的线路，传统保护装置的测距方法将完全失效。
发明内容
为克服上述不足，本发明提供一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法和装置，解决了加装串联电抗器输电线路的线路参数不均匀分布导致传统双端测距原理失效的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法，包括步骤：
当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；若两侧线路保护装置判定为区内故障并正确选相后，则分别计算串抗补偿电压；
计算串抗补偿电压和极化电压比值的辐角；判断所述辐角是否满足串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程，若满足，则判定为串联电抗器内部故障，加装串联电抗器的一侧的线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，另一侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障；若不满足，则判定为电抗器外部线路故障，两侧保护装置采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距。
进一步的，串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure BDA0002772312650000031
相间故障时，
Figure BDA0002772312650000032
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间。
进一步的，所述辐角为：
Figure BDA0002772312650000033
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压。
进一步的，所述串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程为：
Figure BDA0002772312650000034
进一步的，所述基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距的方法为：
当发生串抗外输电线路内部故障时，依据双端测距原理得到：
加装串联电抗器的一侧为M侧，其线路保护输出测距结果
Figure BDA0002772312650000035
另一侧为N侧，其线路保护输出测距结果为：
Figure BDA0002772312650000036
Lmf为故障点距线路M侧距离，Lnf为故障点距N侧距离，L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure BDA0002772312650000037
为N侧故障电压，
Figure BDA0002772312650000038
为N侧故障电流，
Figure BDA0002772312650000039
为M侧故障电流。
一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距装置，包括：
区内外故障判断模块，当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；若两侧线路保护装置判定为区内故障并正确选相后，则分别计算串抗补偿电压，计算串抗补偿电压和极化电压比值的辐角；
故障测距模块，判断所述辐角是否满足串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程，若满足，则判定为串联电抗器内部故障，加装串联电抗器的一侧线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，另一侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障；若不满足，则判定为电抗器外部线路故障，两侧保护装置采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距。
进一步的，串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure BDA0002772312650000041
相间故障时，
Figure BDA0002772312650000042
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间。
进一步的，所述辐角为：
Figure BDA0002772312650000043
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压。
进一步的，所述串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程为：
Figure BDA0002772312650000044
进一步的，所述基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距的方法为：
当发生串抗外输电线路内部故障时，依据双端测距原理得到
加装串联电抗器的一侧为M侧，其线路保护输出测距结果
Figure BDA0002772312650000045
另一侧为N侧，其线路保护输出测距结果为：
Figure BDA0002772312650000046
Lmf为故障点距线路M侧距离，Lnf为故障点距N侧距离，L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure BDA0002772312650000051
为N侧故障电压，
Figure BDA0002772312650000052
为N侧故障电流，
Figure BDA0002772312650000053
为M侧故障电流。
本发明所达到的有益效果：本发明通过计算故障点处于串抗末端临界点处电压，即串抗补偿电压，再计算串抗补偿电压UCK和极化电压UP比值的辐角，判断串抗补偿电压比相式欧姆继电器是否动作来区分串联电抗器内或外部故障，从而分别计算测距，解决了加装串联电抗器的线路参数不均匀分布导致传统双端测距原理失效的情况，有效提高含串联电抗器输电线路故障测距精度，可靠性好，计算简单有效，实用性强。
附图说明
图1是输电线路区内故障时故障向量图；
图2是本发明加装串联电抗器线路等值电路示意图；
图3是本发明线路测距流程图；
图4是加装串联电抗器输电线路系统故障序网图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本方法进行详细说明。
实施例1：
一般情况下加装的串联电抗器安装于线路其中一侧，假设串联电抗器位于图2中线路M侧。
如图3所示，一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法，包括以下步骤：
步骤1，当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；
步骤2，当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区内故障并正确选相，则两侧线路保护装置分别计算串抗补偿电压UCK；
如图4所示，以网络中f点发生单相故障时为例，将线路两侧记为M和N，按照对称分量法，可以求出故障点各相电压
Figure BDA0002772312650000061
与M侧母线各相电压
Figure BDA0002772312650000062
的关系为：
Figure BDA0002772312650000063
Figure BDA0002772312650000064
Figure BDA0002772312650000065
式中，ZCK为线路M侧串联电抗器阻抗值；k为线路故障距M侧长度占线路全长的百分比；
Figure BDA0002772312650000066
分别为故障点f处三相电压；
Figure BDA0002772312650000067
分别为故障时M侧保护安装处三相电流；
Figure BDA0002772312650000068
分别为故障时M侧保护安装处正序、负序、零序电流；ZL1、ZL2、ZL0分别为线路正序、负序、零序阻抗，一般情况下假设ZL1＝ZL2；ZCK1、ZCK2、ZCK0分别为串联电抗器的正序、负序、零序阻抗，一般情况下可以假设ZCK1＝ZCK2＝ZCK0＝ZCK；K为零序电流补偿系数，
Figure BDA0002772312650000069
(图4中故障点为f)
同理f点发生相间故障时，故障点各相间电压与M侧母线各相间电压关系为
Figure BDA00027723126500000610
Figure BDA00027723126500000611
Figure BDA00027723126500000612
式中，
Figure BDA00027723126500000613
分别为故障点f处AB相间、BC相间和CA相间电压；
Figure BDA00027723126500000614
分别为故障时M侧保护安装处AB相间、BC相间和CA相间电流，
Figure BDA00027723126500000615
分别为故障时M侧保护安装处AB相间、BC相间和CA相间电压。
定义串抗补偿电压UCK为故障点处于串抗末端临界点处电压，此时k＝0，根据公式(1)～(6)，可得串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure BDA0002772312650000071
相间故障时，
Figure BDA0002772312650000072
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间。
步骤3，计算串抗补偿电压UCK和极化电压UP比值的辐角
Figure BDA0002772312650000073
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压。
步骤4，判断串抗补偿电压比相式欧姆继电器是否动作，其动作方程为
Figure BDA0002772312650000074
如果满足，则两侧线路保护装置判定为串联电抗器内部故障，M侧线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，N侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障，流程结束；如果不满足，则转至步骤5；
步骤5，两侧线路保护装置判定为串抗外部线路故障，采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距；
当发生串抗外输电线路内部故障时，可将除串抗外的线路看做均匀分布参数系统，依据双端测距原理，有
Figure BDA0002772312650000075
计算可得M侧线路保护输出测距结果
Figure BDA0002772312650000076
同理可得N侧线路保护输出测距结果
Figure BDA0002772312650000077
实施例2：
一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距装置，包括：
区内外故障判断模块，当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；若两侧线路保护装置判定为区内故障并正确选相后，则分别计算串抗补偿电压，计算串抗补偿电压和极化电压比值的辐角；
故障测距模块，判断所述辐角是否满足串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程，若满足，则判定为串联电抗器内部故障，加装串联电抗器的一侧线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，另一侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障；若不满足，则判定为电抗器外部线路故障，两侧保护装置采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距。
进一步的，串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure BDA0002772312650000081
相间故障时，
Figure BDA0002772312650000082
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间。
进一步的，所述辐角为：
Figure BDA0002772312650000083
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压。
进一步的，所述串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程为：
Figure BDA0002772312650000084
进一步的，所述基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距的方法为：
当发生串抗外输电线路内部故障时，依据双端测距原理得到
加装串联电抗器的一侧为M侧，其线路保护输出测距结果
Figure BDA0002772312650000085
另一侧为N侧，其线路保护输出测距结果为：
Figure BDA0002772312650000091
Lmf为故障点距线路M侧距离，Lnf为故障点距N侧距离，L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure BDA0002772312650000092
为N侧故障电压，
Figure BDA0002772312650000093
为N侧故障电流，
Figure BDA0002772312650000094
为M侧故障电流。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (2)

1.一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距方法，其特征在于，包括步骤：
当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；若两侧线路保护装置判定为区内故障并正确选相后，则分别计算串抗补偿电压；
计算串抗补偿电压和极化电压比值的辐角；判断所述辐角是否满足串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程，若满足，则判定为串联电抗器内部故障，加装串联电抗器的一侧的线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，另一侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障；若不满足，则判定为电抗器外部线路故障，两侧保护装置采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距；
其中，串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure FDA0003889926230000011
相间故障时，
Figure FDA0003889926230000012
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间，UCK代表串抗补偿电压，
Figure FDA0003889926230000013
代表M侧母线A、B或者C相电压，
Figure FDA0003889926230000014
代表故障时M侧保护安装处A、B或者C相电流，ZCK代表线路M侧串联电抗器阻抗值，
Figure FDA0003889926230000015
代表M侧母线AB、BC或者AC相间电压，
Figure FDA0003889926230000016
代表故障时M侧保护安装处AB、BC或者AC相间电流；
所述辐角为：
Figure FDA0003889926230000017
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压；
所述串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程为：
Figure FDA0003889926230000018
所述基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距的方法为：
当发生串抗外输电线路内部故障时，依据双端测距原理得到：
加装串联电抗器的一侧为M侧，其线路保护输出测距结果
Figure FDA0003889926230000021
另一侧为N侧，其线路保护输出测距结果为：
Figure FDA0003889926230000022
Lmf为故障点距线路M侧距离，Lnf为故障点距N侧距离，L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure FDA0003889926230000023
为N侧故障电压，
Figure FDA0003889926230000024
为N侧故障电流，
Figure FDA0003889926230000025
为M侧故障电流。
2.一种适用于含串联电抗器输电线路的故障测距装置，其特征在于，包括：
区内外故障判断模块，当含串联电抗器输电线路发生故障后，两侧线路保护装置若判定为区外故障，则两侧线路保护装置均无测距结果；若两侧线路保护装置判定为区内故障并正确选相后，则分别计算串抗补偿电压，计算串抗补偿电压和极化电压比值的辐角；
故障测距模块，判断所述辐角是否满足串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程，若满足，则判定为串联电抗器内部故障，加装串联电抗器的一侧线路保护装置输出测距结果为零，并提示为串联电抗器内部故障，另一侧线路保护装置输出测距结果为线路全长，并提示为串联电抗器内部故障；若不满足，则判定为电抗器外部线路故障，两侧保护装置采用基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距；
其中，串抗补偿电压计算公式为：
单相故障时，
Figure FDA0003889926230000026
相间故障时，
Figure FDA0003889926230000027
其中，φ代表A、B或者C相，φφ代表AB、BC或者AC相间，UCK代表串抗补偿电压，
Figure FDA0003889926230000028
代表M侧母线A、B或者C相电压，
Figure FDA0003889926230000029
代表故障时M侧保护安装处A、B或者C相电流，ZCK代表线路M侧串联电抗器阻抗值，
Figure FDA00038899262300000210
代表M侧母线AB、BC或者AC相间电压，
Figure FDA00038899262300000211
代表故障时M侧保护安装处AB、BC或者AC相间电流；
所述辐角为：
Figure FDA0003889926230000031
其中，极化电压UP＝U1，U1为故障前M侧正序电压；
所述串抗补偿电压比相式欧姆继电器的动作方程为：
Figure FDA0003889926230000032
所述基于串抗补偿电压的双端测距法实现测距的方法为：
当发生串抗外输电线路内部故障时，依据双端测距原理得到：
加装串联电抗器的一侧为M侧，其线路保护输出测距结果
Figure FDA0003889926230000033
另一侧为N侧，其线路保护输出测距结果为：
Figure FDA0003889926230000034
Lmf为故障点距线路M侧距离，Lnf为故障点距N侧距离，L为线路全长，ZL为线路全长阻抗，
Figure FDA0003889926230000035
为N侧故障电压，
Figure FDA0003889926230000036
为N侧故障电流，
Figure FDA0003889926230000037
为M侧故障电流。
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