一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法
【专利摘要】本发明涉及一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；所述方法包括以下步骤：确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量和相电压余弦分量；确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。本方法可以作为距离保护III段的开放条件，满足该开放条件，且测量阻抗位于距离保护动作区内时，距离保护动作。过负荷情况下，可靠闭锁距离保护。本方法无需整定，由输电线路保护装置内部实现。
【专利说明】一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种识别负荷与故障的距离保护方法方法，更具体涉及一种输电线路 中通过识别过负荷与故障的距离保护方法。
【背景技术】：
[0002] 在电力系统输电线路中，过负荷是一类较常见的异常运行状态，可分为正常过负 荷和事故过负荷。正常过负荷是指线路承载超过正常运行时的最大负荷；事故过负荷是指 输电断面的一条或多条线路发生故障或无故障跳闸，造成潮流转移导致其他运行线路潮流 增加，超过正常运行时最大负荷，也可称之为潮流转移过负荷。系统长期过负荷或严重过负 荷运行，将对电网和设备安全造成严重威胁，增加大停电事故风险。
[0003] 正常情况下，过负荷是由调度部分从系统层面进行协调，当系统处于紧急状况时， 由安全稳定系统进行切机切负荷及电压、频率紧急控制以维持稳定。然而大停电从来都不 会按预想发生，"8. 14"美加和"9. 28"意大利停电事故中的调度、安稳控制系统的故障和疏 忽就是很好的例证。这也暴露了继电保护和安全稳定控制及调度之间的问题：在采取措施 或措施生效之前，快速动作的继电保护已切除了过负荷元件，进一步加剧了潮流转移和系 统振荡。
[0004] 从事故起始慢过程发展到系统失稳振荡，进入事故扩大的快过程阶段，随后系统 解列崩溃，大停电无可避免。整个过程中都伴随着过负荷相关的继电保护动作。正常过负 荷情况下，可能因线路电压降低、电流增大（低阻抗）而引发保护不合理动作跳闸，可能也 因线路过载发热、弧垂增大进而引起短路跳闸。潮流转移过负荷情况下，保护可能误把潮流 转移当作故障，切除非故障过负荷线路，导致更大规模的潮流转移，进一步增加系统失稳的 风险，也可能造成潮流转移过负荷线路因过载弧垂增大而引发短路跳闸。这样的案例在各 大停电事故中比比皆是，其中，正常过负荷引发的继电保护跳闸往往是大停电事故倒下的 第一张多米诺骨牌，而潮流转移过负荷引发的保护跳闸却是连锁跳闸的直接推手，推波助 澜了系统崩溃的进程。
[0005] 分析过负荷特征及距离保护应对过负荷措施一般基于阻抗平面，通过分析负荷阻 抗的大小，比较负荷阻抗与距离保护的动作区之间的相对位置，人为设置负荷限制线（高 旭，胥桂仙，郭登峰，牛四清，华北电网重潮流线路负荷限制电阻整定方法，电力系统自动 化，2007,31(5) :94-96，104)防止距离保护在过负荷情况下发生误动，但是由于负荷是变 化的，随着的负荷不断增大，负荷阻抗不断减小，仍然有可能进入距离保护动作区，造成距 离保护误动作，另一方面，固定的负荷限制线整定时考虑系统最严重的过负荷情况，削弱了 距离保护的动作性能，尤其是距离保护的耐受过渡电阻能力，在轻载情况下发生高阻故障 时距离保护无法动作，而且负荷限制线人为设定，存在误整定的风险，整定值的大小对于保 护的动作性能影响很大，整定值太大，系统发生过负荷，距离保护易误动，整定值太小，距离 保护的动作性能受影响。在大停电事故发展期间，系统潮流快速转移，线路负荷急速增大， 远远超过整定时计及的正常最大负荷，距离保护误动不可避免，所以通过固定的负荷限制 线无法阻止过负荷情况下距离保护误动作，同时在阻抗平面上分析距离保护应对过负荷策 略存在局限性。
[0006] 故提出一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，以解决上述问 题。
【发明内容】
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[0007] 本发明的目的是提供一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，该 方法作为距离保护III段的开放条件，满足该开放条件，且测量阻抗位于距离保护动作区 内时，距离保护动作；在过负荷情况下，可靠闭锁距离保护。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种输电线路中通过识别过负荷与 故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距离保护和接地距离保护；所述方法包括以 下步骤：
[0009] (1)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦 分量和相电压余弦分量；
[0010] (2)确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电 压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量；
[0011] (3)判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。
[0012] 本发明提供的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，用下式确 定所述步骤（2)中的正序电压余弦分量突变量：
[0013]
【权利要求】
1. 一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，所述距离保护包括相间距 离保护和接地距离保护；其特征在于：所述方法包括以下步骤： (1) 确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量、线电压余弦分量 和相电压余弦分量； (2) 确定输电线路距离保护启动后保护安装处的正序电压余弦分量突变量、线电压余 弦分量突变量和相电压余弦分量突变量； (3) 判断距离保护启动后的输电线路的故障类型。
2. 如权利要求1所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：用下式确定所述步骤（2)中的正序电压余弦分量突变量： AUiicoscpi尸Uiicosipii I启动后-Uiicosipiil启动前 其中，Uil为以输电线路中的i相为基准的正序电压，φη为以i相为基准的正序电压Un 与流过保护安装处的正序电流Iil的夹角，i=A或B或C; 用下式确定所述线电压余弦分量突变量： AUijC0S(pij=UijC0S(pij|启动后-UijC0S(pij|启动前 其中，Uu为保护安装处的线电压，(Pij为保护安装处线电压Uu与流过保护安装处线电 流L的夹角； 用下式确定所述相电压余弦分量突变量通过： AUiC〇s(pi=UiC〇s(pi|启动后-UiC〇s(pi|启动前 其中，Ui为保护安装处的相电压，(pi为保护安装处相电压Ui与流过保护安装处相电流Ii的夹角。
3. 如权利要求2所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：所述步骤（3)分别在所述距离保护启动20ms以内和大于20ms对所述故障类型进 行判断；所述故障类型包括对称故障、相间故障和单相接地故障。
4. 如权利要求3所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：当所述距离保护启动在20ms以内，分别通过所述正序电压余弦分量突变量、线电 压余弦分量突变量和相电压余弦分量突变量各自的判据进行判断故障类型。
5. 如权利要求4所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：所述正序电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为对称故障，并开放所有距 离保护ΠΙ段： AUicosq>i> K3 其中，标么值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu,K3 = 0. 5pu； 否则进行所述相间故障的判断。
6. 如权利要求5所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：所述线电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为相间故障，并开放相间距离 保护ΠΙ段： AUijeosepij > K6 其中，AUijeosq^为标么值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu,K6 = 0. 5pu； 否则进行所述单相接地故障的判断。
7. 如权利要求6所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：所述相电压余弦分量突变量若满足下式，则所述故障为单相接地故障的判断，并开 放接地距离保护III段： AUiC〇sq>i> K9 其中，AUiCoscp1S标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值pu，K9 = 0· 3pu〇
8. 如权利要求3所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其特 征在于：当所述距离保护启动大于20ms，分别通过所述距离保护启动后的正序电压余弦分 量、线电压余弦分量和相电压余弦分量各自的判据进行判断故障类型。
9. 如权利要求8所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其 特征在于：所述距离保护启动后，所述正序电压余弦分量若满足下式，则所述故障为对称故 障，并开放所有距离保护ΠΙ段： Kl<Ui,coS9i,<K2 其中，UiiCOS(pii为标么值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标么值PU,Kl= -〇·lpu，K2 = 0· 4pu; 否则进行所述相间故障的判断。
10. 如权利要求9所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其 特征在于：所述距离保护启动后，所述线电压余弦分量若满足下式，则所述故障为相间故 障，并开放相间距离保护ΠΙ段： K4<UijC〇S9ii< K5 其中，UijCOSCpij为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源线电势，单位标幺值pu，K4 = -〇·lpu，K5 = 0· 4pu; 否则进行所述单相接地故障的判断。
11. 如权利要求10所述的一种输电线路中通过识别过负荷与故障的距离保护方法，其 特征在于：所述距离保护启动后，所述相电压余弦分量若满足下式，则所述故障为单相接地 故障，并开放接地距离保护ΠΙ段： K7<UiC〇s(pi< K8 其中，UiCOSCPi为标幺值，其基准值为保护安装侧对应的电源相电势，单位标幺值PU，K7 = -〇·lpu，K8 = 0· 7pu。
【文档编号】G01R31/02GK104269831SQ201410545533
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】柳焕章, 周泽昕, 王德林, 王兴国, 刘宇, 李锋, 杜丁香 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 华中电网有限公司, 国网浙江省电力公司