专利名称：输电线路距离保护方法
技术领域：
本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，尤其涉及一种输电线距离保护方法。
背景技术：
距离保护是电力系统输电网络中应用最为广泛的保护方法。高压输电线路采用距离保护作为线路主保护，超、特高压输电线路上采用距离保护作为线路的后备保护，有的线路还采用距离纵联保护作为超、特高压线路主保护。目前电力系统输电线路广泛应用的距离保护包括以测量阻抗为基础的距离保护以及工频变化量距离保护。
以测量阻抗为基础的距离保护是通过测量短路点至保护安装处的距离长度来区分区内外故障。它具有受系统运行方式影响小等优点，但该方法的距离保护受系统振荡的影响很大，而且当输电线路发生经过渡电阻故障时，距离保护测量阻抗会受过渡电阻的影响使得保护发生超越或拒动问题。另外，该距离保护应用于特高压远距离输电线路时，由于线路呈显著的分布参数特性，因此测量阻抗不与故障距离成正比，使得距离保护的整定复杂；同时线路电容电流很大，可能影响距离保护的正确动作。
工频变化量距离保护是通过反应工作电压幅值突变而构成的距离保护方法。该方法具有受系统振荡的影响较小，抗过渡电阻能力较强的优点。但该方法利用的工作电压的突变量仅在故障初期存在，因此该保护不能可靠实现超、特高压输电线路后备保护。同时，由于特高压输电线路分布参数特性，使得工频变化量距离保护可能发生超越现象。
因此，针对输电线路的自身特点以及对继电保护的要求，需要研究性能更佳、更实用的距离保护方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的输电线路距离保护方法的各种缺陷，提出一种能够克服电容电流对保护的影响，避免传统距离保护可能存在的拒动或超越现象，并能在故障发生后始终对故障性质进行判断，判定结果更为可靠的输电线距离保护方法。
线路的贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型，它反映了输电线路内部无故障时线路两点之间电压电流的关系。本发明提出的是一种基于贝瑞隆模型的负序以及正序突变量距离保护方法。负序距离保护用于保护线路除三相故障之外的其他各种故障类型，而正序突变量距离保护专门用于保护线路发生三相故障的情况，因此用负序和正序突变量相结合可以实现完整的距离保护。二者的方法完全一致，均以线路贝瑞隆模型为基础。
本发明提出的距离保护方法，包括如下步骤(1)当线路正常时，继电保护装置实时采集输电线路首端即保护安装处的电压值和电流值，并利用贝瑞隆模型实时计算保护范围末端的正序线电压值；(2)当线路发生故障时，继电保护装置仍然实时采集输电线路首端的电压值和电流值，同时由故障选相元件区分故障类型；(3)如果故障类型为单相故障，首先根据步骤(2)实时采集到的首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的负序电压值，并称之为保护动作值；同时计算出保护范围末端的三相电压；再令故障相电压为0，由该三相电压计算负序电压值，并称之为保护定值；如果故障类型为相间故障或相间接地故障，首先根据步骤(2)实时采集到的首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的负序线电压值，并称之为保护动作值；同时计算出保护范围末端的三个线电压；再令相间故障对应的线电压为0，由该三个线电压计算负序线电压值，并称之为保护定值；否则，当前故障必然是三相故障，由步骤(1)计算得到的故障前正常运行时的保护范围末端的正序线电压值作为保护定值；根据步骤(2)采集到的故障后首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的正序线电压值，并称之为保护动作值；(4)将由步骤(3)计算出的保护动作值与保护定值相比较，如果保护动作值小于保护定值，则判断当前故障发生在保护范围之外；如果保护动作值大于保护定值，则判断当前故障发生在保护范围之内；否则，判断故障恰好发生在保护范围末端。
利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的各个相电压可按照下列方法进行(1)利用继电保护装置实时采集各个电压和电流相量；(2)进行相—模变换，将电压、电流相量转换为模量；(3)将转换为模量的电压、电流采样值代入贝瑞隆方程，计算保护范围末端的各个模电压值；(4)将计算得到的保护范围末端的各个模电压进行模—相变换，计算得到三相电压。
利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的各个线电压可按照下列方法进行(1)利用继电保护装置实时采集三线电压值和线电流值；(2)进行相—模变换，将三线电压值、线电流值转换为模量；(3)将转换为模量的线电压、线电流采样值代入贝瑞隆方程，计算保护范围末端的各个模线电压值；(4)将计算得到的保护范围末端的各个模电压进行模—线变换，计算得到三线电压。
与现有技术相比，本发明具有突出的优点
1.基于贝瑞隆模型的负序距离保护以及正序突变量保护不受线路分布参数的影响，在金属性故障情况下具有明确的保护范围。而以测量阻抗为基础的传统距离保护的测量阻抗不能准确反映故障距离；工频变化量距离保护应用于超、特高压长线路时存在超越问题。本发明从方法上均克服了以上缺点。
2.传统距离保护受系统振荡的影响，工频变化量距离保护受系统振荡影响小，而本发明的距离保护方法从方法上利用的是纯故障分量中的序分量，因此从方法上避免了系统振荡的影响。
3.以测量阻抗为基础的传统距离保护安装于线路的送电端和受电端时，由于负荷电流的影响可能导致距离保护在高阻故障时判定出现拒动或超越问题。而本发明的距离保护方法利用负序分量和正序突变量，因此不受负荷电流的影响，从方法上保证该方法的距离保护在不同安装位置具有一致的动作特性。
4.工频变化量距离保护利用的是故障突变量，该突变量仅在故障初期存在，因此其保护判定的可利用时间很短。而本发明中的负序距离保护中的负序分量在故障后始终存在，因此其判定可用时间长，可构成超、特高压输电线路良好的后备保护方案。
图1为本发明的保护方法在线路不同地点发生故障时的判定结果示意图。
图2为本发明的保护方法进行单相故障判定的流程示意图。
具体实施例方式
本发明提出了一种基于线路贝瑞隆模型的负序距离保护以及正序突变量距离保护。其中负序距离保护用于保护线路除三相故障之外的其他各种故障类型，而正序突变量距离保护专门用于保护线路发生三相故障的情况，作为负序距离保护的补充。因此负序以及正序突变量距离保护相结合构成了输电线路完善的距离保护新方案。
下面结合附图和实施例对本发明做详细的介绍。在详细介绍之前，首先对贝瑞隆模型做一简单介绍。
1.输电线路贝瑞隆模型输电线路各相之间有耦合关系，通过一定的转换矩阵可将相电压、电流及线路参数等转换为模分量。贝瑞隆模型是在每一模量上均成立的线路等值模型。
设um、im和un、in分别为线路两端的电压、电流模分量，电流正方向定义为由母线流向线路。由贝瑞隆模型可得[um(t) im(t)]T＝T[un(t) in(t)]T(1)传输矩阵T是由线路参数决定的二维矩阵。在实际应用中，只要将保护安装处的相量umφ、imφ(Φ＝a、b、c)通过转换矩阵S转换为模量umi、imi(i＝0、1、2)，这样就建立了线路上任一点电压电流与保护安装处电压电流之间的关系。
郭征，贺家李发表在电力系统自动化，2004，28(11)的论文“输电线纵联差动保护的新原理”，对贝瑞隆模型做了更为详尽的介绍。
2.负序距离保护的方法负序距离保护适用于保护除三相故障外的各种不对称故障类型(包括单相接地故障、两相相间故障、两相接地故障)。设负序距离保护I段的保护范围为线路从母线M处到y点之间的长度lset。负序距离保护安装处采集到的电压、电流分别为uMa，uMb，uMc，iMa，iMb，iMc。
对于不同类型的故障(除三相故障)，负序距离保护的判定方法是完全一致的。唯一区别在于单相与两相故障情况下负序分量的求取有所不同单相接地故障时负序距离保护中的负序电压、电流分量采用相电压转换求取负序分量；两相相间故障以及两相接地故障情况下负序电压、电流分量采用线电压转换求取负序分量。负序距离保护的判定方法如下线路发生故障时，故障点负序电压 的幅值最高。假设线路发生A相接地故障时，将保护安装处采集到的相电压、电流解耦分解成序分量，按照贝瑞隆线路方程和保护安装处的负序电压和电流即可计算出保护范围末端y点的负序电压 以及y点的三相电压 保护选相元件判定当前是A相故障，则设保护范围末端的y点发生金属性接地故障，即U·ya=0]]>由相电压向量 计算出y点的负序电压 分析可知U·y2′≈U·k2.]]>因此，当故障就发生在保护范围末端y点时，可知UY2′=Uy2;]]>当故障发生在区外时，UY2′>Uy2;]]>当故障发生在区内时，UY2′<Uy2;]]>分析结果如图1所示。
假设线路发生AB相间故障或AB相间接地故障时，将保护安装处采集到的线电压、电流解耦分解成序分量，按照贝瑞隆线路方程即可计算出保护范围末端y点的负序线电压 以及三个线电压 保护选相元件判定当前是AB相故障，则可认为U·yab=0,]]>由线电压向量 计算出y点的负序线电压 其他判断与单相故障的负序距离判定完全一致。
因此，负序距离保护的判据如下 3.正序突变量距离保护的方法负序距离保护可以适用于除三相故障之外的任何故障类型。当三相故障时，负序电压不存在，因此负序距离保护不能保护三相故障。针对三相故障，可采用正序突变量距离保护。该方法与负序距离保护完全相同，差别仅仅在于该方法是计算正序电压的突变量。
该方法的判定方法如下线路正常运行时，保护实时计算保护范围末端的正序电压 当线路发生故障后，将保护安装处采集到的线电压、电流解耦分解成序分量，按照贝瑞隆线路方程和保护安装处的正序电压和电流即可计算出保护范围末端y点的正序电压 判定方法同负序距离保护一致，即当故障就发生在保护范围末端y点时，可知UY1′=Uy1;]]>当故障发生在区外时，UY1′>Uy1;]]>当故障发生在区内时，UY1′<Uy1.]]>负序距离保护与正序突变量距离保护的方法实现完全一致，这里以负序距离保护的单相故障判定为例说明本发明进行故障判定的流程，如图2所示1.首先对继电保护装置实时采集到的电压uMa，uMb，uMc，电流iMa，iMb，iMc进行相—模变换，将电压、电流相量转换为模量。相—模变换矩阵可选择对称分量法变换矩阵、凯伦贝尔变换矩阵等。
2.将转换为模量的电压、电流采样值代入贝瑞隆方程式(1)，计算保护范围末端y点的各模电压值。
3.将计算得到的y点的各模电压进行模—相变换，计算得到y点的三相电压 4.计算得到y点的负序电压 5.根据保护选相结果，计算得到保护定值 比如保护判定当前故障是A相故障，则设U·ya=0,]]>由相电压向量 计算出保护定值 6.当Uy2≥Uy2′]]>时，保护判定当前故障发生在包括保护边界在内的保护范围内；当Uy2<Uy2′]]>时，保护判定当前故障发生在保护范围外。
7.如果判定故障发生在保护范围内，则继电保护装置发出跳闸命令，切除故障；如果判定故障发生在保护范围外，则继电保护装置不动作。
上述流程表明，本发明基于较为精确的输电线路贝瑞隆模型，计算保护范围末端负序电压 和保护定值 分析可知在区内外故障时， 和 的幅值具有鲜明的大小关系，因此，通过判定二者的幅值大小即可准确判定线路故障是否发生在距离保护的保护范围内。
权利要求
1.一种输电线路距离保护方法，其特征在于，包括以下步骤(1)当线路正常时，继电保护装置实时采集输电线路首端处的电压值和电流值，并利用贝瑞隆模型实时计算保护范围末端的正序线电压值；(2)当线路发生故障时，继电保护装置仍然实时采集输电线路首端的电压值和电流值，同时由故障选相元件区分故障类型；(3)如果故障类型为单相故障，首先根据步骤(2)实时采集到的首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的负序电压值，并称之为保护动作值；同时计算出保护范围末端的三相电压；再令故障相电压为0，由该三相电压计算负序电压值，并称之为保护定值；如果故障类型为相间故障或相间接地故障，首先根据步骤(2)实时采集到的首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的负序线电压值，并称之为保护动作值；同时计算出保护范围末端的三个线电压；再令相间故障对应的线电压为0，由该三个线电压计算负序线电压值，并称之为保护定值；否则，当前故障必然是三相故障，由步骤(1)计算得到的故障前正常运行时的保护范围末端的正序线电压值作为保护定值；根据步骤(2)采集到的故障后首端电压值和电流值，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的正序线电压值，并称之为保护动作值；(4)将由步骤(3)计算出的保护动作值与保护定值相比较，如果保护动作值小于保护定值，则判断当前故障发生在保护范围之外；如果保护动作值大于保护定值，则判断当前故障发生在保护范围之内；否则，判断故障恰好发生在保护范围末端。
2.根据权利要求1所述的输电线路距离保护方法，其特征在于，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的各个相电压的方法包括下列步骤(1)利用继电保护装置实时采集各个电压和电流相量；(2)进行相-模变换，将电压、电流相量转换为模量；(3)将转换为模量的电压、电流采样值代入贝瑞隆方程，计算保护范围末端的各个模电压值；(4)将计算得到的保护范围末端的各个模电压进行模-相变换，计算得到三相电压。
3.根据权利要求1所述的输电线路距离保护方法，其特征在于，利用贝瑞隆模型计算保护范围末端的各个线电压的方法包括下列步骤(1)利用继电保护装置实时采集三线电压值和线电流值；(2)进行相-模变换，将三线电压值、线电流值转换为模量；(3)将转换为模量的线电压、线电流采样值代入贝瑞隆方程，计算保护范围末端的各个模线电压值；(4)将计算得到的保护范围末端的各个模电压进行模-线变换，计算得到三线电压。
全文摘要
本发明属于电力系统输电线路继电保护领域，涉及一种输电线距离保护方法。本发明提出的是一种基于贝瑞隆模型的负序以及正序突变量距离保护方法，负序距离保护用于保护线路除三相故障之外的其他各种故障类型，而正序突变量距离保护专门用于保护线路发生三相故障的情况，因此用负序和正序突变量相结合可以实现完整的距离保护，二者的方法完全一致，均以线路贝瑞隆模型为基础。本发明提出的距离保护方法，克服了电容电流对保护的影响，避免传统距离保护可能存在的拒动或超越现象，并能在故障发生后始终对故障性质进行判断，判定结果可靠。
文档编号H02H3/28GK1933270SQ20061001314
公开日2007年3月21日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者贺家李, 李斌, 李永丽 申请人:天津大学