WO2014139382A1

WO2014139382A1 - 基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法

Info

Publication number: WO2014139382A1
Application number: PCT/CN2014/073109
Authority: WO
Inventors: 曾惠敏
Original assignee: 国家电网公司; 国网福建省电力有限公司; 国网福建省电力有限公司检修分公司
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN103199509A; CN103199509B

Abstract

一种基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法。包括：测量输电线路一侧m变电站保护安装处参考相的正序基频电压、正序基频电流和另一侧n变电站保护安装处参考相的正序基频电压、正序基频电流。利用长线方程，由m/n变电站保护安装处参考相的正序基频电压、正序基频电流推算n变电站保护安装处参考相的正序基频电压和正序基频电流，计算式(I)领先式 (II) 的相角θ _mn以及式 (III) 领先式 (IV) 的相角θ _nm。若满足θ _mn＜0°且θ _nm＞0°，则判断m变电站和n变电站之间输电线路发生故障。该方法的动作性能不受过渡电阻、故障位置、故障类型和负荷电流等因素影响，能可靠检测被保护线路内部是否发生故障，具有很强的工程实用价值。

Description

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法。

背景技术

继电保护作为保障电网安全稳定运行的第一道防线，其准确快速动作对隔离故障和防止事故蔓延至关重要。传统后备保护基于本地电气量构成，需通过离线预设定值进行配合，以保证保护动作的选择性。该模式存在的突出问题是保护整定复杂、动作延时长，已难以满足现代复杂电网的安全稳定要求。在大范围潮流转移情况下，远后备保护容易连锁误动，进而加速电网崩溃。

近年来，随着广域测量技术的发展及其在中国电网的推广应用，中国电网所有 500kV及以上电压等级变电站和 60MW发电厂都安装了同步相量测量单元 (phase measurement unit, PMU), 一些重要的 330kV、 220kV枢纽变电站也安装了 PMU，因此，基于广域信息电网保护的研究受到了广泛关注。其中，基于广域信息的输电线路故障识别是基于广域信息电网保护的核心组成部分。汪华、张哲和尹项根等人发表的《基于故障电压分布的广域后备保护算法》采用集总参数建模，利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值估算另一侧的电压故障分量，以估算值与测量值的比值构成保护判据。该方法因采用集总参数建模，原理上受线路分布电容的影响；该方法因与系统阻抗参数有关，原理上受系统运行方式的影响。从目前中国电网安装 PMU情况来看，有装设 PMU的变电站之间的输电线路电压等级高，输电线路电压、电流传输过程具有明显的波过程，分布电容对线路故障识别的影响不能忽略。现代电网运行情况复杂，系统运行方式对线路故障识别的影响也不容忽视。因此，基于广域信息平台，研究一种能可靠准确识别线路故障的继电保护方法具有很强的工程实践意义。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提出一种用于可靠检测被保护输电线路内部是否发生故障的基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法，其要点在于，包括如下步骤：

(1) 提供一种保护装置，其测量变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压 ϋ_ηφ 和正序基频电流/^ i；测量 n变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压 t 和正序基频电流 _{1 ;} 其中， 0=A相或 B相或 C相；

(2) 保护装置利用其测量到的输电线路双端电气量计算^ 、 ϊ_→ , ϋ_→ ϊ_→λ ： ύ_→ι = ύ_Μφ1 cosh(Y _mn)-i_m^Z_cl smh(Y _mn)

ϋ _Μ = ύ _Α, cosh(r,/ ) - / .,Ζ , sinh(r,/ ) = cosh W漏）— ύ_ηφ1 smh(Y _mn)/ Z_cl 其中， /_m(il分别为 w变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压和正序基频电流； ύ_ηφΧ / 分别为《变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压和正序基频电流；为输电线路正序传播系数；为输电线路正序波阻抗； /„„为连接变电站和《变电站的输电线路长度； 0=A相或 B相或 C相； cosh(.)为双曲余弦函数； sinh(.)为双曲正弦函数。

( 3 )保护装置计算 ύ_→ ― ϋ_ηφ1领先 i _φ + ϊ_ηφ 的相角 Θ 和 ii_m ― ϋ_→ι领先 + i_→l 的相角；

(4) 保护装置判断^„„ < o°且 _m〉0°是否成立，若成立，则判断变电站和《变电站之间输电线路发生故障。

本发明的特点及技术成果：本发明方法物理模型采用分布参数模型，不受分布电容的影响，适用于任何电压等级特别是超高压、特高压输电线路故障继电保护；本发明方法原理上消除了过渡电阻和负荷电流的影响，具有很强的耐受过渡电阻和抗负荷电流影响的能力。本发明方法不需要系统阻抗参数，不受系统运行方式的影响。本发明方法能可靠检测输电线路内部是否发生故障。

附图说明

图 1为应用本发明的超高压线路输电系统示意图。

图 2 为、《两侧等效电源相角差 δ =20 ° 时，输电线路距变电站 180km处发生 C相金属性接地短路后 150个采样点内^„和 _m的变化曲线。

图 3为、《两侧等效电源相角差 δ =50 ° 时，输电线路距 m变电站 270km处发生 AB 相间短路再金属性接地故障后 150个采样点内^„和 _m的变化曲线。

图 4为、《两侧等效电源相角差 δ =50 ° 时，输电线路距 m变电站 100km处发生 BC 相间短路后 150个采样点内^„和 _m的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照附图 1，超高压线路输电系统为典型的双端供电系统，两侧母线分别为供电电源和《供电电源，输电线路长度为 /_m„=300km。线路、《两侧等效电源相角差为 δ，线路 m、 n两侧电源幅值分别为 1.05倍的标么值和 1倍的标么值。线路参数采用中国京津唐 500kV输电线路参数：

线路正序参数： Α=0.02083Ω/1αη， Z!=0.8948mH/ km, Οι = 0.012 9 μΡ/1αη, Gi= 0 s/km 线路零序参数： = 0.1148 Ω/1αη， Ζ₀ =2.2886 mH /km, C。=0.00523 F/km， G₀= 0 s/km m系统正序系统等值阻抗： Z_ml=4.2643+j85.1453 Ω

m系统零序系统等值阻抗： Z_m。=0.6+j29.0911 Q

n系统正序系统等值阻抗： Z„尸 7.9956+」' 159.6474Ω

η系统零序系统等值阻抗： Ζ„₀=2.0+』'37.4697Ω

本实施例中 m侧变电站和 n侧变电站的正序基频电气量分别由安装在该二者变电站的同步相量测量单元 (phase measurement unit, PMU)测量得到，测量数据经数据传输通道传送给输电线路保护装置，由保护装置采用本发明方法对被保护线路是否发生故障进行检测。本实施例中选取 A相为参考相，以输电线路距 m变电站 180km处发生 C相金属性接地短路后第 150个采样点数据的计算过程为例说明本发明方法实施例的具体步骤如下：

1) 测量线路在 m变电站保护安装处的 A相正序基频电压 _mA1和 A相正序基频电流

/_mA1；测量线路在"变电站保护安装处的 A相正序基频电压 „^和 A相正序基频电流 /„_A1，作为输入量：

m_A1 = 64.621 - J236.9 kV_; i_mM = -0.55991 - j0.54807 kA_; ϋ_ιιΜ = 33.118 - j219.35 kV_;

7„_A1 = -0.45373 +j 0.15515 kA_;

2) 计算输电线路参数：

正序波阻抗： =、m =263.55 -]9.7511Ω 正序传播系数：

=0.00003951 +j0.001068 其中，为电力系统角频率。

3

_: U_mAl cosh( y _mn ) - I_mAlZ_cl sinh( _7ll_mn ) = 20.162 - j 174.89 kV_; i_m„M = L_Al cosh( _{r mn} ) - U_mAi sinh( γΙ ) I Z_cl = -0.81243 - j 0.59989 kA;

4 计算 ^和

U_nmM = U_nAl cosh( y _mn ) - I_nAlZ_cl sinh( _7ll_mn ) = 47.855 - j 171.4 kV_; ,,,,ΑΙ = i_nAl cosh( y _mn ) - ϋ„_ΑΙ sinh( _7ll_mn ) I Z_cl = -O.69335 + j 0.10565 kA_;

5) 计算 _{A1 A1}和 _m„_A1 + „_{A1 :}

^-^ = -12.956 + J44.46 kV_;

6) 计算^„_{A A1}领先 ^ + ^的角度 -12.956 + j44.46

Θ = Arg 93.109 ⁰ < 0(

-1.26616 - j0.44474

7) 计算 _mAl - Al禾口 _mAl + Al ^:

=16.766- j65.5 kV_;

A₁+ _A1 = -1.25326 - j0.44242 kA;

8) 计算 ^UnmAl领先 ^mAl + ¹ nm Al的角度

16.766 - j65.5

Θ = Arg 84.913 ⁰ > 0^C

-1.25326 - j0.44242

满足^„„ < 0°且^ ^ > 0°，因此，本发明方法可靠检测到被保护线路内部发生故障。图 2给出了 n两侧等效电源相角差 δ =20° 时，距 m变电站 180km处 C相金属性接地短路后 150个采样点内^„„和 _m的变化曲线。图 3为、《两侧等效电源相角差 δ =50° 时，即在输电线路重负荷情况下，距变电站 270km处发生 ΑΒ相短路再金属性接地故障后

150个采样点内^„„和^„的变化曲线。图 4为、《两侧等效电源相角差 δ =50° 时，即在输电线路重负荷情况下，距 m变电站 100km处发生 BC相短路后 150个采样点内 Θ 和 Θ 的变化曲线。由图 2、图 3和图 4可知，被保护线路内部发生不同类型故障时，本发明方法能可靠检测到被保护线路内部发生了故障。

表 1给出了、《两侧等效电源相角差 δ =20° 时，距变电站不同位置发生不同类型故障时本发明方法检测被保护线路的故障发生情况。

表 1 距变电站不同位置发生不同类型故障时本发明方法检测被保护线路的故障发生情况

(m «两侧等效电源相角差 δ =20° )

距 m变电站不同位置故障

故障 20km 50km 100km 180km 220km 类型 Θ mn/° Θ nm〃 θηιη〃 Θ nm〃 θηιη〃 Θ nm〃 θηιη〃 Θ nm〃 θηιη〃 Θ nm〃

AG - 94.232 84.304 - 94.217 85.214 - 94.234 85.611 -94.336 85.766 - 94.441 85.771

BG -93.751 77.709 -93.795 83.145 - 93.282 83.786 -95.802 86.778 -97.955 87.132

CG - 94.722 90.356 -94.68 87.367 -93.687 84.506 - 93.109 84.913 - 92.088 84.851

AB -93.556 77.851 -94.156 84.95 -94.804 86.768 -95.671 86.731 -94.368 85.727 BC - 93. 158 70. 484 - 94. 299 85. 564 -95. 878 88. 831 -96. 046 86. 913 -88. 434 83. 505

CA - 94. 453 86. 786 -94. 597 86. 904 -94. 575 -93. 726 85. 338 - 91. 541 84. 551

ABG 83. 902 - 94. 456 86. 279 -94. 641 86. 426 -94. 852 86. 133 - 93. 48 85. 392

BCG -93. 536 75. 749 - 94. 286 85. 511 - 95. 411 87. 91 - 95. 515 86. 581 - 90. 43 84. 172

CAG - 94. 453 86. 833 - 94. 474 86. 368 -94. 388 85. 909 - 94. 297 85. 734 -93. 583 85. 412

ABCG -93. 722 78. 399 -94. 35 85. 805 - 95. 085 87. 289 -95. 147 86. 328 -91. 453 84. 595

由表 1可知，距变电站不同位置发生不同类型故障后，保护判据^„„ < 0°且^„ > 0° 都满足，因此，本发明方法准确可靠地检测到被保护线路内部发生了故障。表 2给出了 n两侧等效电源相角差 δ =50° 时，距 m变电站不同位置发生 A相经不同过渡电阻接地短路时，本发明方法检测被保护线路的故障发生情况。

表 2距变电站不同位置发生 A相经不同过渡电阻接地短路时本发明方法检测被保护线路的故障发生情况

( m、 «两侧等效电源相角差 δ =50° )

由表 2可知，距变电站不同位置发生 A相经不同过渡电阻接地短路后，保护判据 ™ < 0°且^ ^ > 0°都满足，因此，本发明方法准确可靠地检测到被保护线路内部发生了故障。由上述可知，本发明方法的动作性能不受过渡电阻、故障位置、故障类型和负荷电流等因素影响，能可靠检测被保护线路内部是否发生故障，具有很强的工程实用价值。以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、基于双端正序基频分量的输电线路故障继电保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 提供一种保护装置，其测量 m变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压

^ 和正序基频电流 ^ i；测量《变电站保护安装处的 ^相输电线路的正序基频电压和正序基频电流其中， 0=A相或 B相或 C相；

(2) 保护装置利用其测量到的输电线路双端电气量计算 i ύ_→λ i_→： ΰ_→ι = ϋ_ηφλ cos (y _mn)-i_m^z_cl sm (y _mn)

U_→l = ϋ_ηφλ coshd) - ΐ_ηφχ^Ζοχ sinh(^/_mn)

其中， ϋ_Μφ 分别为变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压和正序基频电流； ύ_ηφΧ、分别为《变电站保护安装处的 0相输电线路的正序基频电压和正序基频电流；为输电线路正序传播系数；为输电线路正序波阻抗； /„„为连接变电站和《变电站的输电线路长度； 0=A相或 B相或 C相； cosh(.)为双曲余弦函数； sinh(.)为双曲正弦函数；

( 3 )保护装置计算 ϋ_→ι - ϋ_ηφ1领先 i_→l + ϊ_ηφ1的相角 Θ腿禾口 ύ_Μφ1 - ύ_→ι领先 i + i_→l 的相角；

(4) 保护装置判断^„„ <0°且 _m〉0°是否成立，若成立，则判断变电站和《变电站之间输电线路发生故障。