专利名称：输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法
技术领域：
本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，特别是涉及到一种输电线路单相自 适应重合闸相位比较判别方法。
背景技术：
自动重合闸技术是保证电力系统安全供电和稳定运行的重要措施之一。由于超高 压输电线路上发生的故障绝大多数都是瞬时性故障，在故障消除后将线路重新投入运行， 可以有效提高电力系统的稳定性以及对用户的供电质量，因此自动重合闸技术在目前的电 力系统中得到了广泛的应用。在电力线路发生的各种故障中，单相接地故障约占有80%以 上，因此研究单相自动重合闸技术是非常具有现实意义的。但目前的单相自动重合闸技术 都是在断路器跳间后，经过固定时间延迟后盲目重合，若重合于永久性故障将给电网带来 第二次冲击，其危害程度甚至可能超过在正常情况下的短路故障。因此如果能够在断路器 合闸前准确判断输电线路的故障性质，使得断路器只重合于瞬时性故障将具有重大的实际
眉、ο单相自适应重合闸技术就是利用故障相断开后，在断开相上的电气量特征来判断 故障的性质，以确定重合闸是否重合，即当线路故障判断为瞬时性故障时允许重合，而判 断为永久性故障时不允许重合，这样就避免了重合闸动作的盲目性。目前，单相自适应重合 闸的判别方法主要有针对不带并联电抗器输电线路的电压判别法和针对带并联电抗器输 电线路的电流判别法。电压判别法利用电容耦合电压特性区分瞬时性故障和永久性故障， 其灵敏度与过渡电阻、线路长度都有关联，由于受电磁耦合电压的影响，电压判别法存在误 判的可能。而对于带并联电抗器的输电线路由于并联电抗器的影响，断开相上的电气量都 具有拍频特性，采用电压判别法和电流判别法都有误判的可能。因此，需要研究更加全面可 靠的单相自适应重合间控制方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种误判机率低、适用于不带并联电抗器输电 线路的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，以克服现有技术方案存在的不足。本发明的技术方案是输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法包括以下步 骤1)采集线路一侧的电压和电流值，并将其变换为相量形式；2)由线路保护装置中的选相元件确定故障相别；3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的计算故障 相端电压值^以计算故障相端电压值&为基数分别减欠压补偿量和过压补偿量，并将计算 故障相端电压值减欠压补偿量的值G与计算故障相端电压值减过压补偿量的值A相比；4)如果步骤3)中的相比值的相量相角差值小于整定值，则判为永久性故障，重合 闸禁止重合；否则，则判为瞬时性故障，重合闸出口动作；
所述的瞬时性故障计算模型是& =。+G_^^，其中&为瞬时性故障模型计算相端 电压值，t为故障点的电容耦合电压，为线路故障相的电磁耦合电压。所述的瞬时电容耦合电压A的计算模型为+其中广和.为非 故障相电压，Cffl为线路相间等效电容，c0为线路相对地等效电容。所述的线路故障相的电磁耦合电压的计算模型为《I = + ，其中Zm为 输电线路单位长度的互感；L为线路的长度，iB和ie分别为非故障相电压。所述的减欠压补偿量和过压补偿量是指瞬时性故障下能使&和巧间的角度为 180°电压值。所述的欠压补偿量为G 5之+0.5^ .过压补偿量为+0.5^
，o根据系统的不同，整定值灼，的取值范围为90° 120°。与现有技术相比，本发明具有以下优点1.本发明通过设立一个瞬时性故障模型，利用计算故障相端电压值减欠压补偿量 的值G与计算故障相端电压值减过压补偿量的值巧相比的比值，这样仅利用单端量即可完 成故障性质的判断，不需要对侧的信息，使得本发明检测与判断的有效性不依赖于通信通 道的完整性，同时不需要故障测距装置提供故障点信息，使自适应重合闸的控制可以更加
安全可靠。2.本发明适用于不带并联电抗器的输电线路，原理上不受输电线路长度，故障点 位置，过渡电阻大小以及输电线路健全相负荷电流的影响。
图1为本发明的单相自适应重合闸故障性质判别流程图；图2为瞬时性故障时单相断开后的等效电路图；图3为瞬时性故障情况下线路两端电压的关系示意图；图4为图3的矢量关系图；图5为永久性故障时断开相端电压经补偿后的永久金属性故障时示意图；图6为永久性故障时断开相端电压经补偿后的永久金属性故障时的相位示意 图；图7为永久性故障时断开相端电压经补偿后的经过渡电阻Rg永久性接地故障时 示意图；图8为永久性故障时断开相端电压经补偿后的经过渡电阻Rg永久性接地故障时 的相位示意图。
具体实施例方式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电气量特征如图2所示，以A相故障为例，瞬时性故障发生时故障相断开，当短路点电弧熄灭后，线路转为两相运行状态。故障相和健全相之间存在电容耦合电压^和电磁耦合电压^^
y，
故障相端电压是&和的矢量之和，&和分别为 上式中，Zm为输电线路单位长度的互感；L为线路的长度；Cm和Ctl分别为相间等效 电容和相对地等效电容。(2)单相永久性故障时的电气量特征永久性故障时，故障线路的端电压可以看成是故障点的电容耦合电压&与线路至 故障点的电磁耦合电压Ai的矢量之和。
上式中，Zm为输电线路单位长度的互感；1为线路首端至故障点的长度；Cm和Ctl分 别为相间等效电容和相对地等效电容，Rg为接地电阻。(3)单相自适应重合闸的新型相位比较判别方法由图3和图4可知，在瞬时性故障情况下，断开相的端电压&可以表示为U =1)^+0.50^(5)令电压补偿量和用于比相的电压G减分别为 则在瞬时性故障情况下，可以推导出 因此，在瞬时性故障情况下，巧和A之间的角度为180°。在永久性接地故障时，可以推导出下式
「00481 i ■ ■ ■ ■ _ ■ ■■
2 = U - U η = U厂 \ 5U广 U a - MU xl(9)因此，在永久性故障情况下，G和巧之间的角度要远小于180°。图5和图6为永久金属性故障时G和巧之间相位示意图，由图中可以看出，随着功 率因数角θ的增加(功率因数角最大可以取θ =45° )，在功率因数角为45°时，G和巧 之间的夹角δ最大达到了 65°，而在功率因数角为0°时，δ仅为30°。图7和图8为经 过渡电阻Rg永久性接地故障时么和巧之间相位示意图，由图中可以看出，在功率因数角为45°时，S最大为50°左右。因此，可以根据G和巧之间的相角差将瞬时性故障和永久性 故障完全区别开来。为了消除模型简化、计算误差等因素的影响，提高该方法的可靠性，整定值灼根据 实际情况可以取为90° 120°。基于上述分析，本文提出了基于电压补偿原理的单相自适应重合闸新型判据，判
据如下 如果上式成立，则判为永久性故障，禁止重合闸动作；否则判为瞬时性故障，允许 重合闸出口动作。由于整定值的确定充分考虑了接地电阻和电磁耦合电压的影响，因此该 判据可以克服现有单相自适应重合闸电压判据的缺点，不受系统运行方式、接地电阻和电 磁耦合电压的影响。本发明的流程如图1所示1)实时采集输电线路一侧的各相电压和电流；2)由线路保护元件进行故障选相；3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的电容耦合 电压&，电磁耦合电压以及电压补偿量j”和用于比相的电压^ 。4)如果式(10)满足，则判为永久性故障，禁止重合闸动作；否则判为瞬时性故障， 允许重合闸动作出口。由上述分析可知，本发明判据的实质是利用瞬时性故障情况下故障相端电压具有 明确特性为依据，该判据通过对实际测量的断开相端电压分别进行两种适当的补偿，获得 用于比相的两个相量，保证在瞬时性故障时两者反向；而在永久性故障时，两者接近于同 向。由于永久性故障和瞬时性故障时的端电压在补偿后具有明显不同的特性，据此可以将 永久性故障和瞬时性故障有效区分开来。本发明原理清晰、实用，克服了以往单相自适应重合闸控制方法易受接地电阻、负 荷电流影响的缺点，能够适应系统的多种运行方式，并且只利用了线路的单端信息，不需要 故障测距装置，易于实现。因此，本发明具有重要的理论价值和实际应用价值。
权利要求
一种输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)采集线路一侧的电压和电流值，并将其变换为相量形式；2)由线路保护装置中的选相元件确定故障相别；3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的计算故障相端电压值以计算故障相端电压值为基数分别减欠压补偿量和过压补偿量，并将计算故障相端电压值减欠压补偿量的值与计算故障相端电压值减过压补偿量的值相比；4)如果步骤3)中的相比值的相量相角差值小于整定值，则判为永久性故障，重合闸禁止重合；否则，则判为瞬时性故障，重合闸出口动作。F2009103111912C0000011.tif,F2009103111912C0000012.tif,F2009103111912C0000013.tif,F2009103111912C0000014.tif
2.如权利要求1所述的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，其特征在于所述的瞬时性故障计算模型是& = t，其中&为瞬时性故障模型计算相端电压值， U.为故障相中点的电容耦合电压，为故障相的电磁耦合电压。
3.根据权利要求2所述的输电线路单相自适应重合间相位比较判别方法，其特征在于所述的瞬时性故障的电容耦合电压〃的计算模型为^^(A + t)^^其中y和.u rCn + 2CM， UB uc为非故障相电压，Cffl为线路相间等效电容，c0为线路相对地等效电容。
4.根据权利要求2所述的输电线路单相自适应重合闸相位较判别方法，其特征在于 所述的线路故障相的电磁耦合电压的计算模型为《I = & +V)&i，其中Zm为输电线路单位长度的互感；L为线路的长度，iB和、分别为非故障相电流。
5.如权利要求1所述的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，其特征在于 所述的减欠压补偿量和过压补偿量是指瞬时性故障下能使^和t之间的角度为180°电压值。
6.如权利要求2所述的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，其特征在于 所述的欠压补偿量为之.过压补偿量为& +0.5^1o
7.如权利要求1所述的输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，其特征在于 整定值灼的取值范围为90° 120°。
全文摘要
本发明公开了一种输电线路单相自适应重合闸相位比较判别方法，该方法包括以下步骤1)采集线路一侧的电压和电流值，并将其变换为相量形式；2)由线路保护装置中的选相元件确定故障相别；3)利用瞬时性故障模型计算当前系统运行状态下发生瞬时性故障时的计算故障相端电压值，以计算故障相端电压值为基数分别减欠压补偿量和过压补偿量，并将计算故障相端电压值减欠压补偿量的值与计算故障相端电压值减过压补偿量的值相比；4)如果步骤3)中的相比值的相量相角差值小于整定值，则判为永久性故障，重合闸禁止重合；否则，则判为瞬时性故障，重合闸出口动作。
文档编号G01R31/08GK101877479SQ20091031119
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者赵庆明 申请人:贵州电力试验研究院