专利名称：一种零序电流差动保护方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，具体涉及特高压输电线路零序电流差动保 护方法。
背景技术：
输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有 非常重要的地位。如果输电线路发生故障时，若不能及时切除或误切除， 则对主系统影响很大，容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事 故。
特高压输电线路担负输送大量电能的重要任务，是电力系统的重要枢 纽。由于特高压输电线路造价极为昂贵， 一旦因故障延时清除而遭到损坏， 检修难度大、时间长，对国民经济造成的直接和间接损失将十分巨大。因 此，对特高压输电线路保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出 了更高的要求。
基于基尔霍夫定律的电流差动保护，对于输电线路来讲，是一种理想 的保护原理。随着^f鼓机保护和通讯技术的发展，电流差动保护得到广泛的 应用。
目前，中国电网的电压等级正从500kV向1000kV发展，传统的继电 保护原理是建立在工频故障分量基础之上，利用集中参数建立模型实现的， 而实际上特高压长距离输电线路的分布参数(相对于集中参数而言)在故 障过程中，所产生的电容电流会对电流差动保护产生不可忽略的影响。电 压等级越高、线路越长，这种影响越大。特高压输电线路为了提高传输的 自然功率，减小线路表面的电场强度和电晕损耗，需要减少特高压输电线 路的波阻抗，即减小特高压输电线路的电感而增大电容，因此，使得特高 压长线路的分布电容电流很大。理论研究表明，对于600km, 1000kV特高压输电线路而言，其电容电流达到线路自然功率的76.35%，如此大的电容 电流，必然对特高压继电保护的动作特性产生很大的影响。理论分析可知， 目前分相电流差动保护的各种方案包括电容电流补偿等在特高压长线路中 都将受线路分布电容的影响，无法满足要求。
因此，如何针对目前特高压、长输电线路急需解决分布电容电流对差 动保护判据的影响，实现零序电流差动保护，是本领域技术人员需要解决 的技术问题。
发明内容
本发明提供一种零序电流差动保护方法，用于较好的解决分布电容电 流对零序电流差动保护的影响。
本发明提供一种零序电流差动保护方法，包括 预先在线路内选择一个参考点；
按滤序算法计算出所述线路两端的零序电流和零序电压；
利用长线方程将所述线路两端的零序电流和零序电压按相量形式
折算至参考点；
在参考点做零序电流差动保护判断；
判断故障发生在所述线路内时，控制所述线路两侧开关跳闸。 优选地，所述在参考点做零序电流差动保护判断的步骤具体为 在参考点采用参考点两侧的零序电流按差动判断公式进行零序差动保 护判断。
优选地，设所述线3各两端分别以m,"表示； 所述差动判断公式为
偶 (k/4
当^〉A成立时，判断存在故障；当0〈^〈3/p且^〉V6成立时，判 断对应的所述线路内存在故障；当^〉yfcA-A，且L》3/力成立时，判断对应的所述线^各内存在故障；
式中(表示差动量；
7" =1 4,。 +乙。I ，乙。为参考点A: w侧零序电流，/m为参考点A:"侧零序 电流，^为零序电流差动保护动作的定值；
^为制动量；
A =14"。_ 4)。 I,夂,&为制动系凄史。
优选地，所述零序电流差动保护动作的定值八，设定为0.05-0.2倍的 传输线的二次额定电流值。
优选地，所述制动系数^， ^设置为0.5-0.8。
优选地，所述按滤序算法计算出所述线路两端点的零序电流和零序 电压的步骤具体为
利用所述线路端点处安装的电流互感器和电压互感器测得电流和电压 的瞬时值；
通过傅氏算法求出各电气量的相量形式，再利用滤序算法滤出两端的 零序电流和零序电压。
优选地，所述滤序算法，以附端为例，4姿照如下式
^。《。+o膨
计算获得；
式中^。为m端所计算的零序电压的相量；4。为附端所计算的零序 电流的相量；
乙，4，乙分别为w侧a、 b、 c三相电流的相量形式；
^L, ^L分别为附侧a、 b、 c三相电压的相量形式。
优选地，所述利用长线方程将所述线^各两端的零序电流和零序电压
按相量形式折算至参考点的步骤具体为
利用以下的长线方程将两端零序电流和零序电压折算到参考点，以线
^各的m端为例，式中《,。为m端所计算的零序电压的相量；
4。为w端所计算的零序电流的相量；
《 。为参考点^的附侧的零序电压、4,。为参考点A的附侧的零序电
流;
;r。为线路的零序传播常数，y。 = VO。 + j^Z0)*(g。 + y C0) , 4。为
线路的零序波阻抗，zc0=v"+X)/(g0+>c0);
/为m端至参考点A:的距离；
c/2 ( ), W ()分别为双曲余弦和正弦函凄t;式中r。为线3各单位长度
零序电阻；丄。为线路单位长度零序感抗；g。为导线对地的单位长度的零序电导；c。为线路单位长度零序电容；
所述线路另 一个端点"做上述同样处理。
优选地，若有并联电抗器，所述零序电流4 2再减去并联电抗器的零序电流，两端各减去一半并联电抗器的零序电流。
优选地，所述线路中有串联补偿电容，或者有并联电抗器，所述参考点选在串联补偿电容或并联电抗器处；
所述线路中没有串联补偿电容，且没有并联电抗器，所述参考点选在所述线路内的任意位置。
本发明实施例所述零序电流差动保护方法包括预先在线路内选择一个参考点；按滤序算法计算出所述线路两端的零序电流和零序电压；利用长线方程将两端的零序电流和零序电压按相量形式折算至参考点；在参考点做零序电流差动保护判断；从而可以有效地解决分布电容电流对零序差动保护的影响。通过在参考点判断零序电流差动保护判断，可以判断出故障是否发生在所述线路内，当判断出发生在所述线路内时，可以控制所述线3各两侧开关3兆闸。
图1是本发明所述零序电流差动保护方法第一实施例流程图； 图2是本发明所述输电线路结构图。
具体实施例方式
本发明提供一种零序电流差动保护方法，用于较好地解决分布电容电 流对零序差动保护的影响。
传统的零序电流差动保护判据算法是采用线路两端保护安装处计算的 零序电流直接计算。
在1000kV特高压长线路上，分布电容电流^f艮大，极大的影响了电流
差动保护在外部故障时的安全性和内部故障时的可靠性。以集中参数为依 据，在光纤纵联差动保护装置安装处对分布电容电流按集中参数补偿的制 动判据的方法，不能从根本上解决分布电容电流影响的问题。而随着线路 长度的增加，为了补偿线路分布电容电流，在线路中有可能增加并联电抗 器，这种情况对传统的以端电流为基础的差动保护影响更加严重。
对于1000kV特高压长线路，由于线路分布电容电流的影响已经不能
忽略，因此，传统的以集中参数为依据，在光纤纵联差动保护装置安装处 做零序电流差动判据的算法从灵壽丈度考虑已经不能满足要求，而以集中参 数为依据，在线路两端基于稳态电容电流补偿的算法在某些情况下，会延 长光纤纵联差动保护装置的动作时间。
参见图1和图2,图1是本发明所述零序电流差动保护方法第一实施 例流程图，图2是本发明所述输电线路结构图。
本发明第 一 实施例所述零序电流差动保护方法，包括以下步骤 S100、预先在线路内选择一个参考点。
如图2所示为设有参考点A的特高压输电线路，筒称线路,。图2中 为在线路中有并联电抗器Z的线路，则参考点选择为并联电抗器的安装点 (以符号)t表示)。若无并联电抗器，则参考点可选择任意点l对于差动
保护，两端所选参考点应为一个点，即两端光纤纵联差动保护装置安装处 至参考点的距离之和为线路长度。S200、按滤序算法计算出所述线路两端点的零序电流和零序电压。 光纤纵联差动保护装置可以对互感器的电压电流波形釆样得到电压电 流瞬时值。
通过傅氏算法求出各电气量的相量形式； 通过滤序算法滤出两端的零序电流和零序电压； S300、利用长线方程将两端点的零序电流和零序电压按相量形式折 算至参考点。
通过长线方程将光纤纵联差动保护装置安装处计算出的零序电流和零 序电压按相量形式折算到参考点yt;参考点*两侧零序电流为乙,。人。。
以下^r述中的符号^:用如下电流互感器(简称TA,以下同)和电压 互感器(简称TV,以下同)。
光纤纵联差动保护装置可以利用光纤纵联差动保护装置安装处的TA 测得两端点的电流瞬时值，光纤纵联差动保护装置可以利用光纤纵联差动 保护装置安装处的TV测得两端点的电压瞬时值。
通过傅氏算法求出各电气量的相量形式，再利用滤序算法滤出两端的 零序电流和零序电压；以w端为例，滤序算法7>式如下
l附o - 1〃 " + U + l肌' (1 )
式中c^。为附端所计算的零序电压的相量； / 。为附端所计算的零序电流的相量；
t， L， 4为附侧a、 b、 c三相电流的相量形式；t^为 附侧a、 b、 c三相电压的相量形式；
利用以下公式即长线方程(2),将两端电流折算到参考点(以w端为 例)，w端按下式做相同处理。
<formula>formula see original document page 10</formula>式中《,。为m端所计算的零序电压的相量； / 。为w端所计算的零序电流的相量；
(。为参考点A的m侧的零序电压，4,。为参考点^的w侧的零序电
、'六'
;K。为线路的零序传播常数，y。 = VO。 + 7' Z0)*(g。 + 7 C0) ， Z。。为 线路的零序波阻抗，Zco一"o+X)/(go+加C。); /为w端至参考点A:的距离；
A ( )， A ()分别为双曲余弦和正弦函数；式中r。为线3各单位长度 零序电阻；丄。为线路单位长度零序感抗；g。为导线对地的单位长度的零序 电导；c。为线路单位长度零序电容。
所述线路另 一个端点"端点做上述同样处理。
由于长线方程(2)本身已经考虑了分布参数，因此，不需再专门对分 布电容电流进行补偿，由于零序电流可以反映所有的不对称故障，因此， 零序差动可作为现有差动的有力补充；另外，经补偿后的零序电流差动保 护灵敏度高，由于零序电流为故障分量，因此，零序差动不受负荷分量的 影响。
关于参考点A的选取的考虑，长线方程(2)电流差动保护可以适用于 任意长度的特高压输电线路，如果输电线路中间有串联补偿电容，或者有 并联电抗器，此时长线方程(2)在串联补偿电容或并联电抗器安装处不成 立，需将参考点/t选在串联补偿电容处，或并联电抗器处。
对于其他情况下，参考点;t点的选取不受任何限制，选定参考点A点后，
分别对于w端至A:点，w端至/t点利用长线方程(2)计算零序电流，就可
以很容易的实现零序差动保护算法，此算法对于微机保护的采样间隔，光 纤通道的传输时间都没有很苛刻的要求，现有微机保护都很容易做到。
S400、在参考点A:做零序电流差动保护判断；判断是否为所述线路 内故障，如是执行步骤S500,否则确定故障发生在所述线路外。
在参考点*采用零序电流4,,。人。按多种传统差动公式进行零序差动内故障，即图2中的
例如零序电流差动保护判断公式(3 ):
线路内。
4>私
电流，A为零序电流差动保护动作的定值，通常设定为(0.05-0.2 )倍的传 输线的二次额定电流值。
厶为制动量；
4 。-4。1， &， y^为制动系数。制动系数A, ^通常设置为0.5-0.8。 当^〉A成立时，判断存在故障；当(H<34 ,且/^A^成立时，判断 对应的所述线路内存在故障；当^〉^A-A ,且4》3^成立时，判断对应 的所述线路内存在故障。
S500、确定故障发生在所述线路内时，控制所述线路的两侧开关跳闸。 首先将两端电压(以m端为例)、电流4,(下标0 = ",6,)4要滤序 算法滤出两侧的零序电流/ ,。和零序电压0 。，"端为4和《。，再由长线 方程将两端零序电流折算到参考点Hm端为乙。，w端为乙。)，从而可以 有效地解决分布电容电流对差动保护的影响。本发明实施例所述零序电流 差动保护方法可以通过零序电流差动保护判断，可以判断出故障是否发生 在所述线路内，当判断出发生在所述线路内时，可以控制所述线路两侧开 关跳闸。
本发明实施例所述零序电流差动保护方法，由于采用了分布参数计算， 因此，不受线路上分布电容的影响，因此，对于接地故障，尤其是高阻接 地故障，具有很好的应用价值。
12端至和 从"端至"禹足长线方程(2),根据基尔霍夫电流定律可知，在正常运行时， 线路上应无零序差动电流，因此在A点零序差动量为零。正常情况下，光纤纵联差动保护装置不会误动，保护范围内即m"线路 内故障时，若故障发生在n端至A点之间，从w端至/c点满足长线方程，但 从"端至A:点由于故障点的存在，不满足长线方程，但由理论分析可知，此 时由两端光纤纵联差动保护装置安装处，按长线方程(2)折算到参考点^ 点的零序电流的动作量和制动量满足差动保护的动作判据。
权利要求
1、一种零序电流差动保护方法，其特征在于，所述方法包括预先在线路内选择一个参考点；按滤序算法计算出所述线路两端的零序电流和零序电压；利用长线方程将所述线路两端的零序电流和零序电压按相量形式折算至参考点；在参考点做零序电流差动保护判断；判断故障发生在所述线路内时，控制所述线路两侧开关跳闸。
2、 根据权利要求1所述的零序电流差动保护方法，其特征在于，所述 在参考点做零序电流差动保护判断的步骤具体为在参考点采用参考点两侧的零序电流按差动判断公式进行零序差动保护判断。
3、 根据权利要求2所述的零序电流差动保护方法，其特征在于，设所 述线路两端分别以m,w表示；所述差动判断^^式为偶 (k^当4〉A成立时，判断存在故障；当o〈^〈3/p且/,>^^成立时，判断 对应的所述线路内存在故障；i/rf>^A-A，且/^^3A成立时，判断对应的 所述线路内存在故障；式中^表示差动量；^H乙。+4J, 4。为参考点Aw侧零序电流，4。为参考点^"侧零序电 流，^为零序电流差动保护动作的定值； ^为制动量；7A =1 4 。 _ 4r。 I , ^ , 为制动系凄允。
4、 根据权利要求3所述的零序电流差动保护方法，其特征在于， 所述零序电流差动保护动作的定值A,设定为0.05-0.2倍的传输线的二次额定电流^直。
5、 根据权利要求3所述的零序电流差动保护方法，其特征在于， 所述制动系数&， ^设置为0.5-0.8。
6、 根据权利要求1所述的零序电流差动保护方法，其特征在于，所述按滤序算法计算出所述线路两端点的零序电流和零序电压的步 骤具体为利用所述线路端点处安装的电流互感器和电压互感器测得电流和电压 的瞬时值；通过傅氏算法求出各电气量的相量形式，再利用滤序算法滤出两端的零 序电流和零序电压。
7、 根据权利要求6所述的零序电流差动保护方法，其特征在于，所述滤序算法，以附端为例，按照如下公式 々d+U+4计算获得；式中^。为m端所计算的零序电压的相量；4。为附端所计算的零序电 流的相量；乙，4， 4分别为m侧a、 b、 c三相电流的相量形式； 夂。，夂'.分别为w侧a、 b、 c三相电压的相量形式。
8、 根据权利要求7所述的零序电流差动保护方法，其特征在于， 所述利用长线方程将所述线路两端的零序电流和零序电压按相量形式折算至参考点的步骤具体为利用以下的长线方程将两端零序电流和零序电压折算到参考点，以线路 的m端为例，<formula>formula see original document page 3</formula>式中《,。为w端所计算的零序电压的相量; 4。为w端所计算的零序电流的相量；为参考点*的附侧的零序电压、为参考点*的w侧的零序电流； y。为线路的零序传播常数，^ = *0 + /"o"(g。 + >c0) , z。。为线路的零序波阻抗，zd0+-0)/(g0+>c0);/为w端至参考点yt的距离；c/z ( ), A ()分别为双曲余弦和正弦函数；式中r。为线路单位长度零序电阻；丄。为线路单位长度零序感抗；g。为导线对地的单位长度的零序电导； c。为线路单位长度零序电容；所述线路另 一个端点"做上述同样处理。
9、 根据权利要求8所述的零序电流差动保护方法，其特征在于， 若有并联电抗器，所述零序电流4 2再减去并联电抗器的零序电流，两端各减去一半并耳关电抗器的零序电流。
10、 根据权利要求1所述的零序电流差动保护方法，其特征在于， 所述线路中有串联补偿电容，或者有并联电抗器，所述参考点选在串联补偿电容或并联电抗器处；所述线路中没有串联补偿电容，且没有并联电抗器，所述参考点选在 所述线路内的任意位置。
全文摘要
本发明公开了一种零序电流差动保护方法，所述方法包括预先在线路内选择一个参考点；按滤序算法计算出所述线路两端的零序电流和零序电压；利用长线方程将所述线路两端的零序电流和零序电压按相量形式折算至参考点；在参考点做零序电流差动保护判断；判断故障发生在所述线路内时，控制所述线路两侧开关跳闸。本发明提供一种零序电流差动保护方法，用于较好的解决分布电容电流对零序电流差动保护的影响。
文档编号H02H7/26GK101673941SQ200910168258
公开日2010年3月17日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者刘洪涛, 徐振宇, 杜兆强, 秦应力, 黄少锋 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;国家电网公司