CN1588737A

CN1588737A - 同杆/平行双回线高阻接地保护方法及装置

Info

Publication number: CN1588737A
Application number: CN 200410079992
Authority: CN
Inventors: 林军
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: CN100563075C

Abstract

本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，适用于电力系统中同杆双回线或平行双回线单线经高阻对地短路的保护。解决目前同杆双回线或平行双回线单线经高阻对地短路时，因故障电流小，传统的继电保护灵敏度低，且受分布电容电流影响很大的问题，从而提高继电保护的灵敏性，可以极大地提高重合闸的成功率，减小对系统的冲击和设备损害。本发明采用的技术方案是：在保护安装处，用电流突变量判断被保护线路故障后，用傅里叶算法计算电流故障分量及故障后电压的幅值和相位，通过比较电流故障分量与故障后电压的相位差以及电流故障分量之间的相位差、幅值差从而判断出是否区内故障，并选出故障线的故障相，发出使对应断路器的跳闸信号。

Description

同杆/平行双回线高阻接地保护方法及装置

技术领域

本发明专利涉及电力系统输电线路继电保护领域，尤其涉及高压、超高压和特高压同杆双回线或平行双回线常见的单相线路经高接地电阻(简称“高阻”)对地短路时的保护。

背景技术

同杆双回线具有节省用地和投资的特点，在高压输电系统中被广泛的应用。在山区架设的同杆/平行双回线可能发生因对植物等放电形成的单线高阻接地短路，由于单线高阻接地时的短路电流很小，在初始阶段，常规线路保护因保护用互感器变比特性、测量精度、保护定值设定等原因，不可能有反映，只有当事故扩大，故障电流达到保护定值后，才能启动跳闸。这时因为事故扩大造成重合闸的成功率下降，并造成对系统的冲击和设备损害。而且常规线路保护用于分布电容很大的超高压或长距离同杆双回线或平行双回线输电的线路，受分布电容电流影响存在很大的问题。

发明内容

为克服同杆/平行双回线常见的对植物等放电形成的单线高阻接地短路时，由于单线高阻接地的短路电流很小，常规线路保护不能正确动作和常规线路保护在单线高阻接地时受分布电容电流影响大不能正确动作的问题。本发明提供了一种新的适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路时的保护方法，包括以下步骤：

从仪表用的0.5级及以上精度的电流互感器上采集电流信号。在采样时，用14位及以上的高精度A/D转换器，每周采样点数应满足高精度测量的要求，采样时间间隔应跟踪电网频率的变化(可以利用电压采样值跟踪电网频率的变化)。

利用电流突变量启动该保护装置的线路故障处理过程。用当前电流采样值与前一周波的电流采样值比较可以区别这种变化。保护故障处理过程启动后，利用故障前、后多周波的电流采样值和电压采样值的傅里叶算法计算出故障前和故障后电流和故障后电压的幅值和相位；用故障后电流相量减去故障前电流相量得到故障电流分量并计算出故障电流分量的幅值和相位。

保护故障处理过程的逻辑运算过程：①选出6个故障电流分量中的幅值最大者，将其相位与对应相母线电压的相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则判为正向故障，否则判为反向故障，返回至原测量程序。②若故障电流分量幅值次大者与最大者相比小于设定值，则还应将幅值次大者其相位与对应相母线电压的相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则同样判为正向故障，否则判为反向故障，返回至原测量程序。③在①的条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量最大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则故障电流分量相位与该相母线电压的相位接近(相位差小于设定值)的单相线路为故障线。在②的条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值次大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量次大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值次大者与同相另一条单相线的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则故障电流分量相位与该相母线电压的相位接近的单相线路为故障线。若故障发生在线末端(设为N端)则始端(设为M端)，M侧故障相两线故障电流大小、相位相近，无法判别故障线，但N端保护可以正确判别并动作，当N端故障线跳开后，M端故障线的电流分量增大，同相非故障线的故障电流下降，故障线故障电流分量的相位与该相母线电压的相近，于是M端可跳故障单相线，也可用N端远方跳闸信号跳M侧的单相故障线。

附图说明

图1是同杆/平行双回线高阻接地保护装置的应用原理。

图2是同杆/平行双回线高阻接地保护装置的构成。

图3是同杆/平行双回线高阻接地保护装置的计算和逻辑运算框图，框图分两页，两页中的①为同一点；②、③也一样。

具体实施方式

本发明专利的实际应用按图1：同杆/平行双回线高阻接地保护装置(7)中的数字信号采集模块采集电流互感器(1)传过来的平行或同杆双回线I(4)和II(5)的三相交流电流信号将其转换为数字信号，同时采集电压互感器(6)传过来的发电厂或变电站母线(3)的三相交流电压信号将其转换为数字信号；装置(7)中的数字处理模块通过数值计算和逻辑运算判断平行或同杆双回线I或II是否发生高阻接地故障和故障所在的线路以及故障相，如果计算判定其中有一条线路的某相发生高阻接地故障，则高阻接地保护装置(7)给开关操作机构和综合重合闸装置(8)发出对该故障线路故障相的跳闸信号，通过高压断路器(2)切断故障线路故障相的故障电流。

高阻接地保护装置结构(图2)：由信号采集系统(1)采集的数字信号，经过数值计算和逻辑运算系统(2)计算出电流和电压的幅值和相位，通过逻辑运算判断故障线路；而后通过信号输出\输入系统(3)给开关操作机构和综合重合闸装置发出使该故障线路故障相的跳闸信号，通过高压断路器切断故障线路故障相的故障电流；开关量信息由(3)输入。

本发明专利的数值计算和逻辑运算框图见图3。因单线高阻接地时，电流变化小(为故障分量与负荷分量之和)，在仪表用的0.5级电流互感器的测量范围内。为保证测量精度，应从仪表用的0.5级及以上精度的电流互感器上采集电流信号。在采样时，用14位及以上的高精度的A/D转换器，每周采样点数应满足高精度测量的要求，采样时间间隔应跟踪电网频率的变化(可以利用电压采样值跟踪电网频率的变化)。

利用电流突变量启动该保护装置的线路故障处理过程。因单线接地后，在原负荷电流分量中叠加了故障分量，引起了测量电流相位和幅值发生变化，用当前电流采样值与前一周波的电流采样值比较可以区别这种变化，保护故障处理过程启动后，用故障前、后多周波的电流采样值的傅里叶算法计算出故障前和故障后电流和故障后电压的幅值和相位，计算出故障电流分量。也可采用其它的模拟电路实现该功能。

保护故障处理过程的逻辑运算过程：①选出同杆/平行双回线6个故障电流分量中的幅值最大者，将其相位与对应相母线电压的相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则判为正向故障，否则判为反向故障，返回至测量程序。②若故障电流分量幅值次大者与最大者相比小于设定值，则还应将幅值次大者的相位与对应相母线电压的相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则同样判为正向故障，否则判为反向故障，返回至测量程序。③在①的条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量最大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则两者中故障电流分量相位与该相母线电压的相位接近(相位差小于设定值)的单相线路为故障线，否则返回采样程序。在②的条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值次大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量次大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值次大者与同相另一条线的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则两者中故障电流分量相位与该相母线电压的相位接近的单相线路为故障线，否则返回采样程序。若故障发生在线末端(设为N端)则始端(设为M端)，M侧故障相两线故障电流分量幅值、相位相近，无法判别故障线，但N端保护可以正确判别并动作，当N端故障线跳开后，M端故障线的故障电流增大，同相非故障线的故障电流下降，故障线故障电流分量相位与该相母线电压相位相近，于是M端可跳故障单相线，也可用N端远方跳闸信号跳M侧的单相故障线。以上提出的保护的动作过程可以保证在平行双回线区外故障时，不会因为两线路因参数不同而误发出跳闸信号。与其他线路保护装置和重合闸配合：由于单线高阻接地故障信号小，易受区外故障的干扰，可以利用其他线路保护回路启动闭锁。一旦发生区内外大电流故障，就将单线高阻接地保护功能闭锁。单线高阻接地保护选出故障线后，将故障线的信息传给微机型综合重合闸装置，通过微机型综合重合闸跳故障线的单相线路。微机型综合重合闸重合时应考虑两侧保护启动跳闸和断路器跳闸的时间差，或者采用检测线路无压后再重合。也可采用其它的重合闸装置完成该项功能。单回线运行时退出该保护。

单线高阻接地保护可设计成小型仪器装在仪表盘上，通过串型接口与该线路的微机保护通讯作为其功能上的补充。也可以在现有的高压同杆/平行双回线微机保护硬件的基础上增加软件以实现该发明专利的功能。

该专利的软件由测量数值计算，逻辑判断和信号输出三部分组成。

1)测量数值计算部分：对被保护线路的二次电流和二次电压进行同时精确测量，获取其幅值和相位。

2)逻辑运算系统能执行上文的判断逻辑。

3)信号输出，输入部分能执行逻辑判断部分的结果，发出对故障线路的跳闸信号，输入开关量信息。

高压同杆双回线输电线单线高阻接地保护例

故障前电压U_ML＝128+j0(KV)，故障前电流I_ML1＝I_ML2＝0.4-j0.2(KA)；线路长L＝360KM每60KM换位一次。由于非故障线的电流和电压变化极小，故仅列出故障相电压(KV)和故障相I，II回线的故障电流分量(A)。其中I回线的A相为故障线。计算结果如下：

算例1故障电阻为800欧

X 近侧电压近侧电流I 近侧电流II 远侧电压远侧电流I 远侧电流II

50 127.0∠-1 131.7∠-4 11.2∠179 105.9∠-22 26.0∠-2 12.8∠-9

180 127.3∠1 76.3∠-13 3.8∠-15 105.0∠-23 70.3∠-13 2.2∠172

350 127.6∠0 21.7∠-22 18.2∠-21 104∠-23 111∠-22 16.4∠160

算例2故障电阻为500欧，

50 127.0∠-2 196.8∠-7 14.4∠178 105.5∠-23 51.4∠-6 17.0∠-3

180 127.0∠-1 121.3∠-15 6.1∠-16 104.8∠-24 111∠-16 3.5∠170

350 127.6∠-1 34.6∠-22 28.8∠-23 103.8∠-25 177∠-24 26.1∠158

计算结果中：X为近侧到故障电距离单位公里；电压单位千伏；电流单位安，为故障电流分量；∠后表示角度。

按本发明专利提供的方法，从以上两种故障电阻的算例结果看出：

1}近处(50Km)故障时，近侧的高阻接地保护会正确发出跳闸信号；远侧高阻接地保护也会正确发出跳闸信号；但如果故障点接近本侧母线时，远侧高阻接地保护可能不会正确发出跳闸信号，要等本侧故障线断路器跳闸后才能正确发出跳闸信号。

2}在中点处(180Km)故障时，两侧高阻接地保护均会正确发出跳闸信号。

3)在远处靠近发电厂或变电站母线故障时，远侧高阻接地保护会正确发出跳闸信号；近侧的高阻接地保护不会正确发出跳闸信号，要等远侧故障线断路器跳闸后近侧的高阻接地保护才能正确发出跳闸信号。

计算结果表明按本发明专利提供的方法正确。

本产品的优点及用途：

本发明专利适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路时的保护。上述的双回线的始端和末端同相线路并联。本发明专利提出的方法具有很高的灵敏度，可以在上述线路高阻接地故障的初始阶段，当常规的线路保护因故障电流太小不能动作时，能迅速判别故障线路，发出跳闸信号，切除故障或启动重合闸的跳合闸程序及时切除故障，可以极大的提高重合闸的成功率，减小对系统的冲击和设备损害，对电网的安全运行具有很高的实用价值。本发明专利的另一优点是功能不受线路分布电容的影响，可用于220KV和500KV及以上电压等级，长距离输电，电容电流很大的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路时的保护。

产品的使用过程或方式：按该发明专利设计的保护装置按图1在被保护线路的两端各安装一台，各自独立工作；装置测量被保护线路母线的三个相电压和双回线的6个相电流。跳闸信号引出接入双回线的跳闸装置，使其能按要求仅跳开故障单相线路。可以在原有线路保护装置上附加按上述原理设计的软件和硬件实现该专利的功能。

Claims

1.一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是包括下列内容：

从仪表用的0.5级及以上精度的电流互感器上采集电流信号。在采样时，用14位及以上的高精度的A/D转换器，每周采样点数应满足高精度测量的要求(24点以上)，采样时间间隔应跟踪电网频率的变化(可以利用电压采样值跟踪电网频率的变化)。

利用电流突变量启动该保护装置的线路故障处理过程。用当前电流采样值与前一周波的电流采样值比较可以区别这种变化。保护故障处理过程启动后，利用故障前、后多周波的电流采样值和电压采样值的傅里叶算法计算出故障前和故障后电流和故障后电压的幅值和相位；用故障后电流相量减去故障前电流相量得到故障电流分量并计算出故障电流分量的幅值和相位。也可采用其它的模拟电路实现该功能。

保护故障处理过程的逻辑运算过程：①选出同杆双回线或平行双回线6个故障电流分量中的幅值最大者，将其相位与对应相母线电压相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则判为正向故障，否则判为反向故障，返回至原测量程序。②若故障电流分量幅值次大者与最大者相比小于设定值，则还应将幅值次大者相位与对应相母线电压的相位比较，如果相位接近(相位差小于设定值)，则同样判为正向故障，否则判为反向故障，返回至原测量程序。③在①条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量最大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值最大者与另一条线对应相的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则两者中故障电流分量相位与该相母线电压相位接近(相位差小于设定值)的单相线路为故障线。在②的条件下，若判为正向故障，将故障电流分量幅值次大者与另一条线对应相的故障电流分量幅值比较，若大于设定值则判为区内故障，且故障电流分量次大的单相线路为故障线。若小于设定值将故障电流分量幅值次大者与同相另一条线路的故障电流分量的相位比较若两者相位接近相反(相位差大于设定值)，则两者中故障电流分量相位与该相母线电压的相位接近的单相线路为故障线。若故障发生在线末端(设为N端)则始端(设为M端)，M侧故障相两线故障电流分量幅值大小、相位相近，无法判别故障线，但N端保护可以正确判别并动作，当N端故障线跳开后，M端故障线的电流分量增大，故障相非故障线的故障电流下降，故障线故障电流分量的相位与该相母线电压的相位相近，于是M端可跳故障相的单相故障线，也可用N端远方跳闸信号跳M侧的单相故障线。

2.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，同杆双回或平行双回线的3相6条线中有一条线经200欧以上的电阻接地，故障电流小到常规线路保护不能正确动作的情况。

3.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，适用于分布电容很大的超高压线路和长距离输电的线路。

4.据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，所述的输电线路为三相线路，所述的电压和电流为每一相上的电压和电流。并可以分相跳闸。

5.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，两条同杆双回或平行双回输电线路的三相分相并联运行。

6.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，相位接近(相位差小于设定值)指相位差的绝对值在零度至45度之间；相位接近相反(相位差大于设定值)指相位差的绝对值在135度至180度之间；幅值比较时，设定值在1.5以上；设定值可以根据实际需要在上述范围灵活设定。

7.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，多周波的电流采样值和电压采样值的傅里叶算法指利用电流或电压2周波及以上的采样数据采用傅里叶算法计算出电流和电压的相量。

8.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，平行双回输电线路的两线参数可以不相同。同杆双回线输电线路的两线参数基本相同，误差在5％以内。

9.根据权利要求1所述的一种适用于110KV及以上电压等级的同杆双回线或平行双回线单线经高接地电阻对地短路的保护方法，其特征是，也可以在现有的高压同杆/平行双回线微机保护硬件的基础上增加软件以实现该发明专利的功能。