一种多级串供型输电线路距离保护误动改进方法

本发明涉及电力系统配电网继电保护领域,尤其涉及一种多级串供型输电线路距离保护误动的改进方法。

背景技术：

我国西部如青海省，西藏、新疆等自治区，池域广阔，人烟稀少，自然条件比较恶劣，为保证各族人民的生产、生活用电，不得不采取长距离供电方式。由于青藏地区的用电地区较为分散，同时有些区域发展相对缓慢，电源建设速度慢于电网建设速度，电网投资建设过早或者负荷释放过慢的等方便的原因，从而导致了部分110kv输电线路轻载运行的结果，逐渐形成了“长线路、轻负载、多级串供”的输电模式。

在单电源多级串供长距离输电线路中，当保护安装处近区发生区外单相接地故障时，此时测量阻抗落入小矩形动作区，负序方向元件由于分布电容的影响判定为正方向，可能导致保护误动作，严重威胁了输电线路的稳定可靠运行。因此，对多级串供型输电线路的距离保护进行改进，保证距离保护保护不误动，对保证输电线路安全性和可靠性至关重要。

为了消除分布电容对保护的影响，在超高压输电线路保护中，常采用电容电流补偿的方法。《基于电容电流半补偿的高压电力电缆分相电流差动保护研究》(来源：丁蕾,房鑫炎.基于电容电流半补偿的高压电力电缆分相电流差动保护研究[j].电网技术,2005(04):45-49.)提出了一种电容电流半补偿的分相电流差动保护方法，该方法有效降低保护动作电流，防止了区外短路时保护的误动，但上述方法均针对双端电源输电线路，且需要线路两端的电气量。因此，为保证多级串供输电线路的安全性和可靠性，对原有距离保护提出一种改进方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种针对多级串供型输电线路距离保护误动的改进方法，本方法在传统负序方向元件判据的基础上提出了一种基于正序电流和负序电流之间相位关系的故障方向判据，并给出了正方向的动作区间。该方向判据不受过渡电阻的影响，解决了保护近区发生区外故障时距离保护误动的问题。本发明的技术方案如下：

一种多级串供型输电线路距离保护误动的改进方法，在距离保护中负序方向元件判据的基础上提出基于正序电流和负序电流之间相位关系的故障方向判据。步骤如下：

(1)采集多级串供型输电线路在发生故障后的保护处测得的正序电流负序电压负序电流

(2)计算负序方向元件判据和基于正序电流和负序电流之间相位关系的故障方向判据的值；

(3)判断故障方向，在保护安装处近区发生单相接地故障时，多边形距离保护的测量阻抗落入小矩形区时，当且仅当同时满足以下两个条件时，判定为正方向：

如不满足上述两个条件，则判定为反方向。

本发明针对多级串供型长距离输电线路在现场出现保护安装处近区发生区外单相接地故障时保护误动的问题，在传统负序方向元件判据的基础上，基于正序电流与负序电流的相位关系特性，提出了一种新的距离保护方向判据。与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明基于保护处正序电流与负序电流的相位关系特性，提出了一种适用于多边形特性的距离保护方向判据，该方向判据不受被保护线路等效阻抗性质的影响。

(2)本发明方法仅适用了单端电流量。

附图说明

图1为多级串供型输电线路示意图。图中a、m、n、d表示母线；线路am配置保护s1、线路mn配置保护s2、线路nd配置保护s3；k1为保护s2近区区内发生接地故障点、k2为保护s2近区区外发生接地故障点。

图2为保护s2近区发生区内单相接地故障复合序网图。

图3为保护s2近区发生区外单相接地故障复合序网图。图中为系统等值电势；为故障点处正序等效电压、为故障点处负序等效电压、为故障点处零序等效电压；为流过保护s2的正序电流、为流过保护s2的负序电流、为流过保护s2的零序电流；为故障点出的正序故障电流、为故障点出的负序故障电流、为故障点出的零序故障电流；z1为故障点右侧正序等效阻抗、z2为故障点右侧负序等效阻抗、z0为故障点右侧零序等效阻抗；rf为故障点的过渡电阻。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

一种多级串供型输电线路距离保护误动的改进方法，主要是在原有距离保护中传统负序方向元件判据的基础上提出了一种基于正序电流和负序电流之间相位关系的故障方向判据。其具体步骤如下：

如图1所示，现有电网中多级串供型输电线路常采用单电源向多个变电站供电，两变电站之间的输电线路较长，且各变电站所供负载较轻。在保护s2近区发生区内单相接地故障和区外单相接地故障时，根据单相接地故障的边界条件可得复合序网图如图2、图3所示。

根据图2和图3的复合序网图分析，分别可得到在保护s2近区发生区内单相接地故障和区外单相接地故障时保护s2处的正序电流和负序电流

分析在保护s2近区发生区内单相接地故障和区外单相接地故障时，的相位的取值范围，给出其正方向的动作区间。

由于近区故障的故障点距离保护安装处的长度远小于线路的长度，故可忽略故障点位置的影响。由于单相接地故障的边界条件满足：

在保护s2近区发生区内单相接地故障时，可得到流过保护s2处的正序电流和负序电流分别为：

单相接地故障时故障点的正负序电流满足：

可得保护s2近区发生区内单相接地故障时，保护s2处正序电流和负序电流的比为：

在保护s2近区发生区外单相接地故障时，可得到流过保护s2处的正序电流和负序电流分别为：

单相接地故障时故障点的正负序电流满足式(4)，可得保护s2近区发生区外单相接地故障时，保护s2处正序电流和负序电流的比为：

考虑到多级串供型输电线路中轻负载的特点，故障点右侧的等效阻抗远大于系统等效阻抗和线路阻抗，即：

则有：

在分析中假设故障点右侧的正序等效阻抗等于负序等效阻抗：

z1＝z2(11)

则可得到在保护s2近区发生区内单相接地故障时，保护s2处正序电流和负序电流的相位关系为：

设故障点右侧的正序等效阻抗z1的阻抗角的大小为θn，zm2+zm0的阻抗角的大小为αn，zm2+zm0+z1+3rf的阻抗角的大小为βn。规定感性阻抗阻抗角为正值，容性阻抗阻抗角为负值。故可得：

当发生金属性接地故障时，rf＝0，此时假设arg(zm2+zm0+z1)＝βn0，则可得：

当rf→∞，此时：

当过渡电阻rf从0开始增大时，若βn0＞0，βn会随着过渡电阻增大而减小，当rf→∞时，βn＝0，故此时的取值范围为[-θn,βn0-θn]；若βn0＜0(在轻载长输电线路中故障点右侧的正序等效阻抗z1可能会呈容性，阻抗角为负值。所以zm2+zm0+z1的阻抗角βn0可能会出现小于0的情况)，βn会随着过渡电阻增大而增大，当rf→∞时，βn＝0，此时的取值范围为[βn0-θn,-θn]；若βn0＝0，βn不受过渡电阻的影响，的角度始终为βn0-θn。

由分析可知，βn0-θn的取值范围为[0,90°]。而故障点右侧的正序等效阻抗z1呈感性时，θn的取值范围为[0,90°]；故障点右侧的正序等效阻抗z1呈容性时，θn的取值范围为[-90°,0]。故可知当保护s2近区发生区内单相接地故障时，保护s2处的正序电流与负序电流的相位关系始终满足：

由式(9)、式(10)、式(11)则可得到在保护s2近区发生区外单相接地故障时，保护s2处正序电流和负序电流的相位关系为：

假设变电所m系统侧负序等效阻抗zm2的阻抗角的大小为θm，arg(zm2+zm0+3rf)＝βm。故可得：

当发生金属性接地故障时，rf＝0，此时假设arg(zm2+zm0)＝βm0，则可得：

当rf→∞，此时：

当过渡电阻rf从0开始增大时，由于zm2+zm0是呈感性的，故βm0＞0，βm会随着过渡电阻增大而减小，当rf→∞时，βm＝0。故此时的取值范围为[-180°-θm,-180°+βm0-θm]。

由于变电所m系统侧负序等效阻抗zm2和零序等效阻抗zm0都呈感性，θm的取值范围为[0,90°]，βm0的取值范围为[0,90°]，故可得βm0-θm的取值范围为[-90°,90°]。故当保护s2近区发生区外单相接地故障时，保护s2处的正序电流与负序电流的相位关系满足：

由上述分析可知，单电源多级串供型输电线路中在保护安装处近区发生区内单相接地故障时，保护安装处的正序电流与负序电流的相位关系随着故障点过渡电阻的变化始终在区间[-90°,90°]内，而在保护安装处近区发生区外单相接地故障时，保护安装处的正序电流与负序电流的相位关系随着故障点过渡电阻的变化始终在区间[-270°,-90°]内。

本发明根据此特性在原有距离保护发生近区故障时负序方向元件判据的基础上，提出了一种在单相接地故障时基于保护安装处的正序电流与负序电流相位关系的方向判据。当多边形距离单相接地故障的保护测量阻抗落入小矩形区时，其正方向判据为：

上述虽然结合具体的实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。