专利名称：同杆并架双回线保护的故障选相方法
技术领域：
本发明属于电学领域、具体涉及一种同杆并架双回线保护的故障选相方法。
背景技术：
同杆并架双回线由于具有节省出线走廊、输送容量大、投资少、见效快、可提高供 电可靠性、运行维护简单等优点，能很好地适应现代电力系统可靠、经济、输电容量大等要 求，所以得到了广泛的应用。然而同杆并架双回线路的故障种类很复杂，故障多达120种， 包括单回线故障22种，跨线故障98种。对于继电保护来说，当双回线发生故障时，从如此 复杂的故障类型中准确选出故障相别对于保护的正确动作具有至关重要的作用。目前，微机保护中常用的选相原理主要有两类相电流差突变量选相及稳态量选 相。相电流差突变量选相原理通过比较三个相电流差的突变量值的大小来实现来判断故障 相，相电流差突变量选相元件具有不受负荷电流的影响，动作迅速灵敏的优点，一般作为故 障初期的选相元件；缺点是长线路末端带过渡电阻单相接地时灵敏度不足。因此三相电流 大小及相位将影响选相结果。双回线的跨线故障与单回线故障情况不同，后者的非故障相 电流故障前后变化较小，而前者的非故障相如果是邻线的同名跨线故障相，则存在由两侧 电源提供的故障电流(在出口故障时电流仅由对侧电源提供)，并且如果线路输送的负荷 很重，则负荷也会压至该相，这些都将影响此种选相元件的动作性能。由于同杆并架双回线 路故障后非故障线电流的变化，这种选相原理用于同杆双回线时动作性能不可避免地会受 到一定的影响。稳态量选相原理主要有阻抗选相、序电流选相等。阻抗选相主要依据阻抗测量元 件的测量结果来确认故障相，在大多数简单故障下能正确选择故障相。但它受系统运行方 式、故障点过渡电阻的影响较大，选相结果往往不理想。应用于同杆并架双回线时要采用同 时计算6个阻抗测量元件的方法来判断故障相，一般情况下发生跨线故障时可正确选相， 但计算量太大，且无法判断出口跨线故障类型(此时两相或三相电压为零)。序电流选相是采用故障电流序分量相对相位关系的选相方法，具有受故障点过渡 电阻的影响小且不受负荷电流影响等优点，因而在单回线中得到了广泛应用，常作为保护 的后续故障选相元件，但它用于同杆并架双回线系统时具有无法区别区内相间故障和跨线 故障的缺点，这主要表现在(1)当同杆双回线路两侧电源大小差异较大时，靠近小电源侧 发生含非同名相单相跨线故障，本侧非故障相电流(是邻线同名故障相)可能接近或超过 故障相电流，导致序电流相位变化不能反映故障情况，当线路较短时这种情况更恶劣。(2) 对于单相跨两相(含同名单相)的故障情况，则处于两相故障的线路可能误选相，其原因是 这种跨线故障中两相故障的线路呈不完全的相间短路(或接地)特征，即同名相故障电流 只有另一故障相的一半左右，使负序零序电流相位差可能落入错误的故障相区。可见，目前的输电线路的故障选相方法应用于同杆并架双回线路故障选相时存在 着选相结果不准确(某些特殊情况下会出现误判)且计算量过大等缺点，由于同杆双回线 路的故障类型的特殊性，在单回线上广泛应用的选相方法目前难以满足同杆双回线保护的选相要求。
发明内容
本发明的任务是提出一种同杆并架双回线保护的故障选相方法，该方法可以提高 同杆并架双回输电线路故障选相尤其是跨线故障时的准确选相问题的准确性且计算量较本发明所提出的同杆并架双回线保护的故障选相方法由低压选相元件和基于故 障分量方向的选相判据构成；(1)首先由低压相元件％ ，选出故障相，式中 为双回线A、B，C三相的电压值中的任一项，Uset为设定的电压门槛定值；(2)然后用基于故障分量方向的判据& =arg#<0°，判别出是故障类型，
<P式中，△ 和A/-分别为由式(1)低电压选相元件选出的故障相别的故障分量电压 和电流，&为二者之间的相角差；当同时满足步骤(1)和步骤(2)时，判定故障相识为区内故障相，保护动作，否则若 仅满足(1)式，则判定故障相P为区外故障，保护不动作。该适用于同杆并架双回线的基于故障分量方向的综合选相元件的设定的电压门 槛值uset整定为整定为0. 4Un 0. 7Un，Un为额定电压值。本发明提出的选相方法同现有的选相方法相比，由于采用了对于单回线故障和双 回线跨线接地及不接地故障都具有较高灵敏度的低电压判据，当某相电压低于设定值时， 即可判断出该相出现了接地或短路故障，但无法区别出区内故障或区外故障，然后利用基
MJ, 。
于故障相电压、电流的故障分量方向的判据& =arg#<0，即可区分出区内故障与区外故
AU 。AC>
障，当时判区内故障，若&则判区外故障，根据选出的故障相
别，即可区分出同杆并架双回线路的跨线故障与不跨线故障。
图1为本发明选相流程图；图2为本发明在双回线跨线故障时看成单回线区内、外同时存在故障点的复杂故 障系统示意图；图3为利用叠加原理来分析的图1所示复杂故障的故障附加网络示意图。
具体实施例方式本发明所提出的适用于同杆双回线的的基于故障分量方向的综合选相元件具体 的选相流程如下图2中假定双回线发生IAIIBG(请对字母的含义给于解释)跨线接地故障，对于 保护TA可以将IIBG接地故障看成是区外接地故障，从而可以等效为单回线上区内、外同时
4存在故障点的复故障，由于故障点分别位于保护TA的两侧，因而母线两侧保护所感受到的 电流方向不同，采用相电流差突变量选相元件时会导致电流量元件动作异常，从而不能清 晰地区分区内故障相别。采用基于故障分量方向的综合选相元件时，对于全相正常运行线 路，发生区内、外故障时，对于引入保护装置的测量电压而言，图中所示的复故障是没有意 义的，和&可以认为是电气距离上的一点，如果采用电压量来实现选相，其选相结果必将 是发生故障的两相别。另外，采用电压量选相元件较电流量选相元件在出口故障和弱馈端 故障时更可靠、准确。因为弱馈端故障时，电流量元件灵敏度不足，而电压元件不受影响；对 于大容量出口短路情况，由于故障电流以及直流衰减分量较大，可能会导致TA饱和，电流 波形发生畸变，从而影响选相准确度，在此情况下，电压选相元件正好最灵敏；综合以上分 析可知，电压选相元件能够可靠、准确地选出区内、外复故障发生接地的两相别。
图3所示的故障附加网络图中，接地故障点处增加附加电压源，大小等于故障前 正常运行期间故障点处的电压值，方向反向，图中的、△ 2分别为区内故障点和区外 故障点4处的故障附加电压源，八氏3^乂4，从,^，八4分别为1端线路保护测量到的电 压、电流故障分量，此故障分量为两故障附加电压源共同作用的结果。假定附加电压源yi 产生的电流故障分量与电压故障分量分别为A/〗、Ai'B、Ai'c>么《，附加电压源八 2产生
的电流故障分量与电压故障分量分别为a/〗、A/〗、A/c% AR，则有
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中沙=為丛匚。假设故障相为A、B相接地故障，忽略故障点到保护安装处电阻的 情况下，则有UA 0 < Uset, UB^0< US6t，采用电压选相元件选出故障相A、B后，两故障相 电压突变量与故障相电流突变量之间构成的方向元件为
<formula>formula see original document page 5</formula> 由叠加原理可得
<formula>formula see original document page 5</formula>
(5) 图中在出口或近端跨线故障情况下，可以认为
<formula>formula see original document page 5</formula>因此有
tdJA AU'a
AUB AUln\R . s(7)
<formula>formula see original document page 6</formula> 由于位于保护的正向，为区内故障，故有
<formula>formula see original document page 6</formula>式中，Z1M、Z2M、Z0M分别为M处测得的系统正序、负序、零序阻抗。同理，由于f2位于保护的背侧，为区外故障，故有
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中AW,，U"B2, U"m, M"m, I"B1,仏分别为以B相为参考相的故障分量电 压、电流，々为以A相为参考相的零序电流，且/〗。=々，Zn、Z1N分别为线路和N处的正序阻抗。以上两式中/丨和广分别是由故障源f\、f2单独作用是产生的零序电流。一般情况 下，区外故障源产生的零序电流至少要流过保护区内的整条线路以及对侧的系统，而区内 故障源产生的零序电流则只需流过本侧的系统阻抗，故区外故障源产生的零序电流走过的 零序通路的阻抗也会大一些，所以区内故障源产生的零序电流一般会远大于区外故障源产 生的零序电流。但在保护安装处所能测到的零序电流则是々与々叠加后的综合量，即夂二夂+々，从 而无法分别得到和々。这样的话，无论是用A代替式⑶中的忍，还是代替式(9)中的/;'，都 会使得以上两式不再成立。例如，当A远大于广时，即保护安装处的零序电流主要由区内故 障源提供，此时，若用/。代替式(8)中的力在一定程度上是可行的(/。中/丨占主要成份)；但若 用/。代替式(9)中的々时却是不可行的，用/。代替/J无论在大小上还是方向上都将对式(9)产生严重影响，以致在使用<formula>formula see original document page 7</formula>来判方向时会发生误判。 一般情况下，跨线故障多发生在出口或近端，且一般不经过渡电阻，为此仅考虑出 口处的直接接地跨线故障。在这种情况下，可以认为故障相的电流突变量与该故障源提供 的零序电流基本是同相位的，即A基本与屹同相位，广基本与砣同相位。因此可以考虑用屹 来代替A<formula>formula see original document page 7</formula>，用<formula>formula see original document page 7</formula>来代替<formula>formula see original document page 7</formula>，则可以得到<formula>formula see original document page 7</formula>其中<formula>formula see original document page 7</formula>为比例系数，且为正的实数。综合以上公式推导，我们可以得到<formula>formula see original document page 7</formula>通常电路呈感性，arg(Z1M)、arg(Z1N)、arg(Z1L)均大于零，kA、kB为正的实数，因此 e A < 0，可以判断出A相出现了区内故障；e B > 0，可以判断出B相出现了区外故障，因此 由上式(11)可以看出，用电压选相元件选出的故障相，其相电压突变量与相电流突变量之 间的相角呈现出明显的方向性，从而很容易选出区内故障相，使保护可以有选择的切除区 内故障相。
权利要求
一种同杆并架双回线保护的故障选相方法，其特征在于该方法的步骤如下(1)首先由低压相元件判据选出故障相，式中为双回线A、B，C三相的电压值中的任一项，Uset为设定的电压门槛定值；(2)然后用基于故障分量方向的判据判别出故障类型，式中，和分别为由式(1)低电压选相元件选出的故障相别的故障分量电压和电流，为二者之间的相角差；当同时满足步骤(1)和步骤(2)时，判定故障相为区内故障相，保护动作，否则若仅满足(1)式，则判定故障相为区外故障，保护不动作。F2009100646554C0000011.tif,F2009100646554C0000012.tif,F2009100646554C0000013.tif,F2009100646554C0000014.tif,F2009100646554C0000015.tif,F2009100646554C0000016.tif,F2009100646554C0000017.tif,F2009100646554C0000018.tif
2.如权利要求1所述同杆并架双回线保护的故障选相方法，其特征在于，设定的电压门槛值Uset整定为0. 4Un 0. 7Un，，Un为额定电压值。
全文摘要
本发明提出的同杆并架双回线保护的故障选相方法，该方法的步骤如下(1)首先由低压相元件判据选出故障相，式中为双回线A、B，C三相的电压值中的任一项，Uset为设定的电压门槛定值；(2)然后用基于故障分量方向的判据判别出故障类型，式中，和分别为由式(1)低电压选相元件选出的故障相别的故障分量电压和电流，为二者之间的相角差；当同时满足步骤(1)和步骤(2)时，判定故障相为区内故障相，保护动作，否则若仅满足(1)式，则判定故障相为区外故障，保护不动作。
文档编号G01R31/08GK101814730SQ20091006465
公开日2010年8月25日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者孟远景, 李瑞生, 樊占峰, 樊龙, 索南加乐, 鄢安河 申请人:河南省电力公司;许继电气股份有限公司