CN1625008A - 输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，以电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和相位判据四种判据为依据，其特征在于：如果输电线路为瞬时故障，以上述四种判据均对故障性质进行判定：当输电线路发生一般的瞬时性故障情况下，利用电压判据判定故障性质；当输电线路发生断开相电压很低故障时，利用补偿电压判据、组合补偿判据与电压判据进行综合判断，对于重负荷长距离输电线或带并联电抗器的线路，以基于相位判定的相位判据进行故障判断；如果输电线路发生永久故障，以四种判据的综合判断结果，判断是否进行重合闸操作。本方法克服了自动重合闸盲目重合的缺陷，实现了瞬时故障和永久故障的自动判别，及达到了最优的判别效果。

Description

输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法

                            技术领域

本发明涉及电力系统输电线路自动重合闸控制方法，特别是涉及了一种输电线路单相自适应重合闸综合判定的实现方法。

                            背景技术

自动重合闸技术作为保证电力系统安全供电和稳定运行的重要措施之一，目前在架空输电线路上获得普遍的应用。使用自动重合闸的目的是为了在瞬时性故障消除后自动投入线路重新运行，在最短时间内恢复系统的正常运行状态。然而目前的自动重合闸装置都是在断路器跳闸后盲目进行重合的，它不能够判断故障是瞬时性故障还是永久性故障。因此，当重合于永久性故障时，不仅不能恢复系统的正常供电，而且因再次重合于故障所导致的对系统稳定和电气设备所造成的危害，将超过正常运行状态下发生短路时对系统的危害，同时，还可能因此破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至瓦解。为此，业界一直在寻求避免重合于永久故障的方法，这就对实现自适应的重合闸提出了需求。在电力线路发生的各类故障中，单相接地故障约占有80％以上，因此研究单相自适应重合闸装置具有重大的实际意义。

单相自适应自动重合闸装置的主要任务就是对故障性质的可靠识别，即对瞬时性故障或永久性故障进行预先判断，以确定重合闸是否重合。当判断故障为瞬时性时，表明可以重合，否则，不予重合，以此避免传统单相自动重合闸在重合时的盲目性。

单相自适应重合闸技术发展十几年来，取得了许多理论成果，其中典型的是电压判别方法，该方法解决了无并联电抗器补偿的线路的单相自适应重合问题，但是却也存在误判的可能。如对于重负荷长距离输电线路，线路互感电压很大，电压判据可能误判；对于带并联电抗器补偿的线路，并联电抗器使得故障相恢复电压很小，因此电压判据也存在误判的可能。为此需要研究发明更加全面可靠的单相自适应重合闸综合控制方法。

                            发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，对基于电压幅值原理的电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和基于相位判定原理的相位判据等多个判据进行综合，得到互补的判据结果，从而可靠区分输电线路的故障性质。

本发明提出一种输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，以基于电压幅值原理的电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和基于相位判定原理的相位判据四种判据为依据，该方法包括以下步骤：

如果输电线路发生的是瞬时故障，则上述四种判据均对故障性质进行判定，包括：

当输电线路发生一般瞬时性故障情况下，利用电压判据判定故障性质；

当输电线路所发生的故障为断开相电压很低时，；利用补偿电压判据、组合补偿判据与电压判据进行综合判断，对于重负荷长距离输电线或接有并联电抗器的线路，利用基于相位判定的相位判据进行故障判断。

如果输电线路发生的是永久故障，则以上述四种判据的综合判断结果，判断是否进行重合闸操作。

与现有技术相比，本方法适用范围广，不仅通过单相自适应重合闸解决了自动重合闸盲目重合的缺陷，而且实现了瞬时性故障和永久性故障的自动判别，使重合闸功能得到了最大程度的发挥，各种不同的判据配合达到最优的判别效果。

下面将结合实施例，并参照附图进行详细说明，以便对本发明进行更深入的说明。

                            附图说明

图1为本发明的根据综合判据进行单相自适应重合闸处理流程示意图。

图2为本发明的瞬时性故障时线路两端电压的矢量关系示意图。

                          具体实施方式

为了克服现有技术中只以电压幅值作为重合闸动作判据的缺点，本发明提出了一种对多个判据进行综合判断以控制重合闸动作的方法，这多个判据包括基于电压幅值原理的电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和基于相位判定原理的相位判据；各判据之间采用互补的判别方式，单相自适应重合闸的综合判据流程如图1所示：首先，利用电压判据判断，步骤401；判断此时线路是否发生瞬时性故障，步骤402；如果是，则电压判据确定是否需要重合闸动作，以便消除该瞬时性故障，步骤412；利用补偿电压判据判断，步骤403；判断此时线路是否发生瞬时性故障，步骤404；如果是，则补偿电压判据确定是否需要重合闸操作，以便消除该瞬时性故障，步骤412；利用组合补偿电压判据判断，步骤405；判断此时线路是否发生瞬时性故障，步骤406；如果是，则组合补偿电压判据确定是否需要重合闸操作，以便消除该瞬时性故障，步骤412；利用相位判据判断，步骤407；判断此时线路是否发生瞬时性故障，步骤408；如果是，则相位判据确定是否需要重合闸操作，以便消除该瞬时性故障，步骤412；反之，如果判断结果不是瞬时性故障，则将上述四种判据，即电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和相位判据四种判据的判断结果结合起来，进行综合判断，步骤409；进一步判断以上四种情况下遇到的是否为永久性故障，步骤410；如果不是永久性故障，则在重合闸之前允许的判定时间内，循环进行上述判定，如果是永久性故障，则闭锁重合闸，不进行重合。

上述流程表明，如果输电线路发生的是瞬时故障，则可将单独根据上述电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和相位判据四种判据的判断结果，作为是否重合闸动作是否执行的依据；如果输电线路发生的是永久故障，则需要将上述四中判据的判断结果综合考虑，方能得出是否进行重合闸操作的结论。

各判据之间采用互补的判别方式，可靠区分故障性质，适用范围广；根据不同的现场情况，通过写入“控制字”，可以使不同的判据配合达到最优的判别效果。

下面通过具体实施例，来详细说明本发明的技术方案：

(1).单相瞬时性故障时的恢复电压特性

以A相故障为例，当瞬时故障发生后，线路故障相两端断开，随着短路点电弧熄灭，输电线路转入了两相运行状态。故障相是电磁耦合电压_xL和电容耦合电压_y的矢量和：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)Z_{m}L$

${\stackrel{\·}{U}}_y=({\stackrel{\·}{U}}_B+{\stackrel{\·}{U}}_C)\·\frac{j{X}_0}{j{X}_m+2j{X}_0}$

式中Z_M为线路单位长度互感，L是线路全长；X₀是相对地阻抗；X_m是相间阻抗。

将线路分布参数以T型等效，可得瞬时性故障时线路两端电压的矢量关系如图2所示。θ为功率因数角。

(2).单相永久性故障时的故障相电压特性

永久性故障情况下，断开相电压由互感电压和接地点位置决定。

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xl}}=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)Z_{m}l$

其中，l是故障点距线路首端的长度。

(3).单相自适应重合闸相位判据的提出

将线路分布参数以T型等效，则在瞬时性故障情况下，断开相电压可以表示为：

$\stackrel{\·}{U}=\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}+{\stackrel{\·}{U}}_y$

由前述可知，电容耦合电压_y与健全相电压的矢量和(_B+_C)是同相的，而电磁耦合电压_xL与(_B+_C)的夹角是。其中是互感的阻抗角与功率因数角θ的差，其值接近于90度。

与瞬时性故障情况下的故障特性截然不同的是，在永久性故障情况下，断开相电压主要由电磁耦合形成，其大小与故障点位置等因素有关，其相位则与电磁耦合电压相位近似相等。基于这种不同相位特性，提出了区分瞬时性故障与永久性故障的相位判别方法：

在瞬时性故障情况下，由相位判据计算出的值即_xL超前于(_B+_C)的角，即互感的阻抗角与功率因数角θ的差。所以设定值_dz，_dz是互感的阻抗角与功率因数角θ的差，是可以计算出来的。其值接近于90°。只要与_dz相近，可以判断该故障为瞬时性故障。

在永久性故障情况下，＝l_xL；所以 $\stackrel{\·}{U}-\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}=(l-\frac{1}{2}){\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}},$ 可见，由相位判据计算出的值始终为0°；当故障恰好发生在线路的中间，即 $l=\frac{1}{2},$ $\stackrel{\·}{U}-\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}=0,$ 可直接判断出故障为永久性故障，因为瞬时性故障由于有电容耦合电压的存在，不满足这个等式。

根据上述推导结果，本发明提出了综合判据包括基于电压幅值原理的电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和基于相位判定原理的相位判据；各判据之间采用互补的判别方式，可靠区分故障性质，适用范围广；根据不同的现场情况，通过写入“控制字”，可以使不同的判据配合达到最优的判别效果。

本发明不仅完成了对单相自适应重合闸理论的探索，而且成功提出了可实际应用于电力系统输电线的单相自适应重合闸的综合判据，填补了该领域的空白，具有开创性的重要意义。

Claims (7)

1.一种输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，以基于电压幅值原理的电压判据、补偿电压判据、组合补偿电压判据和基于相位判定原理的相位判据四种判据为依据，其特征在于：

如果输电线路发生的是瞬时故障，上述四种判据均对故障性质进行判定，一般瞬时性故障情况下故障断开相电压一般高于全线互感电压，此时电压判据可准确判定故障性质；但当故障断开相电压很低，此时补偿电压判据、组合补偿判据对电压判据都能进一步弥补电压判据误判的可能，尤其对于重负荷长距离输电线或接有并联电抗器的线路，基于相位判定的相位判据更能弥补其他判据可能误判的不足。

如果输电线路发生的是永久故障，则以上述四种判据的综合判断结果，判断是否进行重合闸操作。

2.如权利要求l所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，其特征在于，根据不同的现场情况，通过写入控制字可投入相应的判据，使不同的判据相互配合达到最优的判别效果。

3.如权利要求l所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法。其特征在于，所述判断输电线路发生瞬时故障的步骤，是通过计算瞬时故障相电压来实现的，即电磁耦合电压

和电容耦合电压

的矢量和：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)Z_{m}L,{\stackrel{\·}{U}}_y=({\stackrel{\·}{U}}_B+{\stackrel{\·}{U}}_C)\·\frac{j{X}_0}{j{X}_m+2j{X}_0}.$

4.如权利要求l所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，其特征在于，所述判断输电线路发生永久故障的步骤，是通过计算永久故障相电压来实现的，即断开相电压由互感电压和接地点位置决定， ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xl}}=({\stackrel{\·}{I}}_B+{\stackrel{\·}{I}}_C)Z_{m}l,$ 其中l是故障点距线路首端的长度。

5.如权利要求3所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，其特征在于，所述瞬时故障的相位判别方法包括以下步骤：

根据公式

由相位判据计算出的值即 超前于

的角，互感的阻抗角与功率因数角θ的差；

获取互感的阻抗角与功率因数角θ的差的设定值_dz；

若与_dz相近，即可以判断该故障为瞬时性故障。

6.如权利要求5所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，其特征在于，_dz的值接近于90°。

7.如权利要求4所述的输电线路单相自适应重合闸综合判据实现方法，其特征在于，所述永久故障的相位判别方法包括以下步骤：

根据公式

由相位判据计算出的值即

超前于

的角，互感的阻抗角与功率因数角θ的差；

若上述公式计算出的值始终为0°，则表明当前故障恰好发生在线路的中间，即 $\stackrel{\·}{l}=\frac{1}{2},\stackrel{\·}{U}-\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xL}}=0;$

可以判断当前故障为永久性故障。

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