专利名称：一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法。
背景技术：
高压输电线路电流差动保护已广泛应用于电力系统中。为消除输电线路电容电流对差动保护的负面影响，一般是采用补偿电抗器或采用相量补偿方法，诸多文献对电容电流的补偿方法及电流差动保护原理做了研究。但是，补偿电抗器的投切状态由电力系统运行方式确定，电流差动保护装置在系统运行过程中难以确切的得知电抗器的运行状态，致使输电线路的电容电流补偿方法带有一定的盲目性，影响保护装置的可靠动作。而且，上述高压输电线路电流差动保护方法或原理一般都需要知道线路电容参数和补偿电抗器参数，这样就增加了线路保护设计的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，它不是力图在输电线路保护中消除电容电流的影响，而且能够简化输电线路纵联保护设计，提高保护装置可靠性。
本发明的原理是通过计算本侧三相的故障分量电压相量
、电流相量
，和同时刻的对侧的三相的故障分量电压相量
、电流相量
，然后计算出故障分量综合阻抗Zcd，根据故障分量综合阻抗模值与定值的大小关系来区分线路段内是否有故障存在，从而控制保护装置的动作。三相故障分量的计算即采用故障后数据减去故障前数据的方法，将得到故障分量数据，使用全周傅立叶算法，计算出故障分量相量。故障分量综合阻抗Zcd的计算是根据本侧和对侧三相故障分量电压相量和电流相量，得到故障分量综合阻抗Zcd，，其中 本发明的技术方案是这样实现的，一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，在其保护高压传输线路段的两侧设置有第一、第二保护装置，两保护装置之间具有通信信道，其特征在于， 首先，第一保护装置采样本侧三相电压和电流值，计算本侧三相故障分量电压相量
和电流相量
，并通过通信信道，获取第二保护装置提供的对侧相同时刻的三相电压和电流值，计算对侧三相故障分量电压相量
和电流相量
； 其次，根据本侧和对侧三相故障分量电压相量和电流相量，计算故障分量综合阻抗Zcd，其中； 最后，进行判定，如果|Zcd|＜Zset、，Zset为阻抗定值，且，Iset为电流定值，则确定该线路段内发生了故障，第一保护装置动作。
同理，第二保护装置类似的执行上述步骤，然后产生动作。
所述Zset为阻抗定值，整定原则为Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc为2倍的全线等效容抗，所述Iset为电流定值，整定原则为Iset一般可取(0.2-0.5)In，In是线路本侧电流互感器二次额定值。
所述Iset为电流定值，优选Iset取0.2In，In是线路本侧电流互感器二次额定值。
本发明中故障分量综合阻抗Zcd为线路段两侧的故障分量电压相量和与故障分量电流相量和的比值。通过计算故障分量综合阻抗，根据故障分量综合阻抗模值的大小关系来区分线路段内是否有故障。本发明的优点在于，该方法不需要对电容电流进行补偿，可以用于带或不带电抗器补偿的线路，同时在原理上也不受过渡电阻的影响。
下面结合
和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是本侧、对侧线路保护装置连接图。
图2是mn段线路内部故障时的短路附加状态图。
图3是mn段线路外部故障时的短路附加状态图。
图4是本发明的逻辑判断框图，图中“&”代表“与”，“+”代表“或”，只有在满足逻辑框图所示逻辑条件时判断为线路故障，发出跳闸指令。
图5是仿真模型系统图。
具体实施例方式 参照图1，为了保护高压传输线路段mn，在其m侧和n侧分别设置有线路保护装置m、n。线路的保护装置具有数据处理功能和通信功能，能够采样本侧的三相电压和电流，控制本侧的执行机构。线路的保护装置m、n通过光纤通信。以线路保护装置m为例，高压传输线路段m侧即为本侧，高压传输线路段n侧即为对侧，线路保护装置m采样本侧的三相电压和电流，同时通过光纤信道获取同时刻对侧的三相电压和电流，然后进行数据处理来控制本侧的执行机构。线路保护装置n保护原理与控制同线路保护装置m。
图2为mn段线路内部故障时短路附加状态图，即为双侧电源供电模型在线路上F点发生故障时的故障附加状态图，线路采用∏型等值电路模型。图中，Zm、Zn为线路两侧电源阻抗，Z1m、Z1n分别为故障点两端的线路阻抗，ZC为两倍的线路等值容抗，
为F点的故障分量电势，
为流过故障支路的电流，RF为过渡电阻，
和
分别为线路m、n处的故障分量电压和电流，故障分量综合阻抗为式中， 当mn段线路内发生故障时，相对于故障分量差动电流，线路等效电容中流过的电流是很小的，因此，下面分析中，忽略了电容的影响。定义故障点两侧的阻抗分别为Z1＝Zm+Z1m，Z2＝Zn+Z1n，则 可以得出，故障分量综合阻抗 在高压系统中，电源阻抗和线路阻抗的阻抗角都接近90°，设Z1、Z2、ZmZn的阻抗角近似相等，且因Zm＜Z1、Zn＜Z2，如将上式中的Zm取值为Z1，Zn取值为Z2，可以得到Zcd的上限，即 Zcd＜2Z1Z2/(Z1+Z2)，Zcd＜2×(Z1//Z2)，Zcd＜min{2Z1，2Z2} 即当线路上发生保护区内部(mn段线路内)故障时，相对应故障分量综合阻抗的Zcd反映了电源阻抗及线路阻抗，其模值较小，而且它与过渡电阻的大小无关。图3为发生mn段线路外部故障时的短路附加状态图，图中
分别为流过线路两端等效电容的故障分量电流。
故障分量差动电流为 故障分量综合阻抗为 即保护区外部(mn段线路外部)故障时，Zcd和Zc相等，相对于系统电源阻抗和线路阻抗，它是一个较大的数值。
从上面的分析可知，当线路上发生保护区外部故障时，|Zcd|在理论上等于|Zc|。发生保护区内部故障时，相对应的|Zcd|反映系统电源阻抗及线路阻抗，远小于|Zc|。因此，根据|Zcd|的大小可以来区分线路保护区内部、外部故障，而且在原理上不受过渡电阻的影响，不需要对电容电流进行补偿，可以用于带或不带电抗器补偿的线路。
另外，对于弱馈及单端供电线路，仍然可以应用本原理。弱馈线路的特点是弱馈侧系统阻抗较大，而单端供电线路的受电侧的阻抗较大，二者有类似之处。根据前面的分析，当线路上发生故障时，故障相的故障分量综合阻抗的最大数值是min{2Z1，2Z2}，它是一部分线路阻抗与线路两端电源阻抗中较小的阻抗的和，远小于线路容抗。可见，本发明可以顺利应用于弱馈线路和单端供电线路。
综上所述，本发明判据为
Zset为阻抗定值，Iset，为电流定值。根据前面的理论分析，当被保护线路段上没有故障时，对应的故障分量综合阻抗为线路的等效电容阻抗，数值较大；而当线路上发生故障时，对应的故障分量综合阻抗与系统阻抗和线路阻抗处于同一个数量级，相对于线路容抗，它的数值较小。当将Zset的整定范围取为(0.5-0.6)×|Zc|时，当被保护线路上没有故障时，该判据不会误动，当被保护线路上有故障时，该判据可以可靠动作。因此，本发明中的阻抗定值Zset的整定原则可以确定为Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|。
是故障分量差动电流，在系统正常运行时，
理论上为零，Iset为电流定值。一般Iset可取(0.2-0.5)In，优选取0.2In已有足够的安全性，In是线路电流互感器二次额定值。
参照图4，如果
说明线路上A相存在故障；如果
说明线路上B相存在故障；如果
说明线路上C相存在故障。
如附图4(a)所示，如果
说明线路上A相存在故障，即“ZCDA动作”有输出；如果
说明线路上B相存在故障，则“ZCDB动作”有输出；如果
说明线路上C相存在故障，则“ZCDC动作”有输出；其中Zcda、Zcdb和Zcdc分别为A相、B相和C相故障分量综合阻抗，
和
分别为A相、B相和C相故障分量差动电流。Zset为阻抗定值，整定原则为Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc为2倍的全线等效容抗，Iset为电流定值，一般可取(0.2-0.5)In，已经足够满足装置的可靠性要求。
如附图4(b)所示，如果“ZCDA动作”有输出，同时“ZCDB动作”和“ZCDC动作”没有输出，说明线路上仅A相存在故障，保护装置去跳开A相；如果“ZCDB动作”有输出，同时“ZCDA动作”和“ZCDC动作”没有输出，说明线路上仅B相存在故障，保护装置去跳开B相；如果“ZCDC动作”有输出，同时“ZCDA动作”和“ZCDB动作”没有输出，说明线路上仅C相存在故障，保护装置去跳开C相。
如附图4(c)所示，如果“ZCDA动作”有输出，同时“ZCDB动作”有输出；或者“ZCDB动作”与“ZCDC动作”同时有输出；或者“ZCDC动作”与“ZCDA动作”同时有输出；说明线路上两相或三相同时存在故障，保护装置去跳开三相。
下面给出了本发明电磁暂态仿真程序(EMTP)的结果。如附图5所示，系统电压等级为500kV，线路采用分布参数模型。正序参数r1＝0.01958Ω/km，l1＝0.8192mH/km，c1＝0.0135uF/km；零序参数r0＝0.1828Ω/km，l0＝2.74mH/km，c0＝0.0092uF/km。线路长度为400km，m、n侧正序和零序系统阻抗分别为Zm1＝4.3578+j49.8097，Zm0＝1.1+j16.6，Zn1＝2.1788+j24.9048，Zn0＝0.436+j8.02，阻抗的单位为欧姆。
仿真中，分别在K1、K2、K3、K4四个点模拟各种金属性故障和带过渡电阻接地故障，K1靠近线路m端出口内侧，K2位于线路中点，K3靠近线路n端出口内侧，K4位于线路n端出口外侧，计算时采用傅立叶滤波算法。表1列出了在K1、K2、K3、K4四个点发生不同类型金属性故障时的三相综合阻抗计算结果，其中|Zcda|、|Zcdb|、|Zcdc|分别代表A、B、C三相的综合阻抗的模值。表2列出了线路在B相发生经不同过渡电阻接地故障时的仿真结果，其中RF表示接地过渡电阻的数值，分别取100Ω、300Ω、400Ω和500Ω，Icdb为故障时B相的全量差动电流，
和
分别为m侧和n侧的B相电流相量。当
小于12.5A，
小于500V时，说明在该相线路上没有故障，而且数值太小，计算综合阻抗没有意义，设置为无效标‘□’。
表1 从表1可见，对于内部故障时的健全相和外部故障时的各相，|Zcd|的数值在1000Ω左右。对于线路上发生内部故障时的故障相，|Zcd|一般为数十欧姆，二者有明显的差别。
表2 从表2可以看出，对于故障相B相，在同一点上发生经不同的过渡电阻故障时，|Zcd|的数值基本没有变化，可见，|Zcd|不受过渡电阻的影响。
为了与传统电流差动保护的性能作比较，表2中还列出了故障相B相的全量差动电流。系统正常运行时的电容电流约为500A，为了避免误动，传统电流差动保护的电流门槛一般要按照躲开2倍的电容电流进行整定，对于本模型，应整定为1000A。但是从表2可知，当接地电阻为300Ω时，故障相的全量差动电流已经小于1000A，传统的电流差动保护已经不能可靠动作。而基于本发明的纵联保护原理，动作量|Zcd|不受接地电阻的影响，且定值中的Iset可以取得比较小，例如取值为250A时，已经足以保证可靠性。从表2可知，当接地电阻为500Ω时，全量差动电流为500A，而保护区内部故障时，故障分量差动电流和全量差动电流近似相等，基于本发明的纵联保护仍可以可靠动作。对比可知，本发明的抗过渡电阻能力较强。
权利要求
1.一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，在其保护高压传输线路段的两侧设置有第一、第二保护装置，两保护装置之间具有通信信道，其特征在于，
首先，第一保护装置采样本侧三相电压和电流值，计算本侧三相故障分量电压相量
和电流相量
，并通过通信信道，获取第二保护装置提供的对侧相同时刻的三相电压和电流值，计算对侧三相故障分量电压相量
和电流相量
；
其次，根据本侧和对侧三相故障分量电压相量和电流相量，计算故障分量综合阻抗Zcd，其中
最后，进行判定，如果|Zcd|＜Zset，Zset为阻抗定值，且Iset为电流定值，则确定该线路段内发生了故障，第一保护装置动作。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，其特征在于，所述Zset为阻抗定值，整定原则为Zset＝(0.5-0.6)×|Zc|，Zc为2倍的全线等效容抗，所述Iset为电流定值，整定原则为Iset取(0.2-0.5)In，In是线路本侧电流互感器二次额定值。
3.根据权利要求2所述的一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，其特征在于，所述Iset为电流定值，Iset，取0.2In，In是线路本侧电流互感器二次额定值。
全文摘要
本发明涉及电力系统继电保护领域，公开了一种电力系统高压输电线路纵联保护判定方法，包括在其保护高压传输线路段的两侧设置有第一、第二保护装置，两保护装置之间具有通信信道，通过计算本侧三相的故障分量电压相量△Um、电流相量△Im，和同时刻的对侧的三相的故障分量电压相量△Un、电流相量△In，然后计算出故障分量综合阻抗Zcd，(见图中公式)，根据故障分量综合阻抗模值与定值的大小关系来区分线路段内是否有故障存在，从而控制保护装置的动作。
文档编号H02H7/26GK101227084SQ200810017248
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者索南加乐, 凯 刘, 康小宁 申请人:西安交通大学