CN111817273A - 基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法。采用分布参数和六序分量法精确描述特高压同杆并架双回线路的物理特性，计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的电压降幅值，利用特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障距离与电压降幅值呈双曲正切函数关系直接计算故障阻抗幅值，利用故障阻抗幅值与整定阻抗幅值构成继电保护判据。本发明消除了过渡电阻和负荷电流、线间零序互感对保护动作性能的影响；采用分布参数和六序分量法建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护。

Description

基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护 方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法。

背景技术

根据国家电网有限公司发布的《统一坚强智能电网研究报告》， 2020年前将建成特高压交流输电线路4.7万公里，基本建成以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的国家电网格局。建立特高压交流输电线路可实现将煤炭、水能资源就地发电，以电能形式通过特高压交流输电线路向经济发达地区输送电能，从而有助于缓解当前中国用电紧张的局面。

特高压交流输电线路所需要的输电走廊宽，占用耕地面积大，而我国人均耕地少，二者存在矛盾。因此，发展特高压交流输电技术的同时，国家电网公司也大力发展特高压同杆并架双回输电技术。特高压同杆并架双回线路共用输电杆塔，具有输电走廊窄、节约土地、建设速度快、输送能力强、节省投资等优点，能够很好地满足现代电力系统对供电可靠性和大容量输电等要求，同时又很好地缓解了电网发展与当前土地供应紧张的局面。

距离保护由于受电力系统运行方式和结构变化影响小，能瞬间有选择性的切除输电线路各种故障，在电力系统输电线路保护中获得了广泛的应用。高压输电线路上距离保护被用作输电线路主保护，同杆并架双回输电线路、超/特高压交流输电线路上距离保护被用作线路后备保护。目前电力系统输电线路广泛应用的距离保护主要包括工频变化量距离保护和阻抗距离保护。

工频变化量距离保护通过反应工作电压幅值突变量构成距离保护，该方法具有受电力系统运行方式影响小和抗过渡电阻能力强等优势。但由于该方法所采用的工作电压幅值突变量仅在故障初期存在，无法用作超/特高压交流输电线路的后备保护。

阻抗距离保护根据测量阻抗大小反映故障距离长度以区分故障点位于保护区内或是位于保护区外。阻抗距离保护由于受电力系统运行方式和结构变化影响小，用于计算测量阻抗的电气量为全故障分量，适用于整个故障过程。因此，阻抗距离保护既可用于高压输电线路主保护，也可用作同杆并架双回输电线路、超/特高压交流输电线路的后备保护。

传统接地阻抗距离保护采样集总参数建模，前提假设接地故障点残压为零，通过故障相电压和故障相电流的比值计算测量阻抗，并根据测量阻抗大小来反映故障点的远近以决定是否发出跳闸信号。实际上，在电力系统中，除了人为构造的金属性接地短路故障外，接地故障点残压几乎不可能为零，因此，接地故障点残压会对接地距离保护动作性能造成严重的影响。

实际电力系统中，特高压同杆并架双回线路的电压、电流传输过程具有明显的波过程，沿线分布电容电流大，对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。考虑线路沿线分布电容的影响，测量阻抗与故障距离呈双曲正切函数关系，双曲正切函数特性决定了阻抗继电器耐过渡电阻能力差，过渡电阻所带来的附加阻抗将严重影响阻抗继电器的动作性能，容易造成保护的误动或拒动，严重危害着电网的安全。

特高压同杆并架双回线路具有很强的线间零序互感，受线间零序互感影响，采用集总参数建模的传统接地阻抗距离保护容易误动跳开正常相，造成故障扩大，给电网安全造成更大的冲击。

特高压同杆并架双回线路往往输送大容量负荷，是重负荷输电线路，重负荷电流会使阻抗距离保护的动作灵敏度降低，重负荷电流对阻抗距离保护动作性能的影响不能忽略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法,用分布参数和六序分量法精确描述特高压同杆并架双回线路的物理特性，计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的电压降幅值，利用特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障距离与电压降幅值呈双曲正切函数关系直接计算故障阻抗幅值，利用故障阻抗幅值与整定阻抗幅值构成继电保护判据。本发明方法算法模型中考虑接地故障点残压、线间零序互感的影响，测量到的故障阻抗真实反应故障距离，消除了过渡电阻和负荷电流、线间零序互感对保护动作性能的影响；本发明方法采用分布参数和六序分量法建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护。

本发明采用以下方案实现：一种基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：继电保护装置测量特高压同杆并架双回线路保护安装处的故障相电压

故障相电流

故障相同向零序电流

故障相反向负序电流

和故障相反向零序电流

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相；

步骤S2：继电保护装置计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障阻抗幅值|Z_φ|：

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B 相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相；

k_T(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的正向零序电流补偿系数：

k_F(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的反向零序电流补偿系数：

l_set为特高压同杆并架双回线路保护整定范围，通常取特高压同杆并架双回线路全长的80％-90％；

sh(.)为双曲正弦函数；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

Z₀为特高压同杆并架双回线路保护安装处的系统零序等值阻抗；

Z_c1、γ₁分别为特高压同杆并架双回线路的同向正序波阻抗、同向正序传播系数；

Z_cT0、γ_T0分别为特高压同杆并架双回线路的同向零序波阻抗、同向零序传播系数；

Z_cF0、γ_F0分别为特高压同杆并架双回线路的反向零序波阻抗、反向零序传播系数；

为Z_c1th(γ₁l_set)的相角；

α为

领先

的角度，

θ为

领先

的角度，

步骤S3：继电保护装置判断|Z_φ|＜|Z_c1th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则继电保护装置发出跳闸信号，跳开特高压同杆并架双回线路故障相两端的断路器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明方法算法模型中考虑接地故障点残压、线间零序互感的影响，测量到的故障阻抗真实反应故障距离，消除了过渡电阻和负荷电流、线间零序互感对保护动作性能的影响；本发明方法采用分布参数和六序分量法建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护。

附图说明

图1为本发明实施例的特高压同杆并架双回线路输电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的特高压同杆并架双回线路输电系统示意图。图1中，PT为电压互感器，CT为电流互感器，z_m为特高压同杆并架双回线路Ⅰ回线路与Ⅱ回线路的线间零序互感。

继电保护装置测量特高压同杆并架双回线路保护安装处的故障相电压

故障相电流

故障相同向零序电流

故障相反向负序电流

和故障相反向零序电流

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相。

计算

领先

的角度，

计算

领先

的角度，

计算Z_c1th(γ₁l_set)的相角

计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障阻抗幅值|Z_φ|：

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B 相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相；

k_T(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的正向零序电流补偿系数：

k_F(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的反向零序电流补偿系数：

l_set为特高压同杆并架双回线路保护整定范围，通常取特高压同杆并架双回线路全长的80％-90％；

sh(.)为双曲正弦函数；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

Z₀为特高压同杆并架双回线路保护安装处的系统零序等值阻抗；

Z_c1、γ₁分别为特高压同杆并架双回线路的同向正序波阻抗、同向正序传播系数；

Z_cT0、γ_T0分别为特高压同杆并架双回线路的同向零序波阻抗、同向零序传播系数；

Z_cF0、γ_F0分别为特高压同杆并架双回线路的反向零序波阻抗、反向零序传播系数。

继电保护装置利用分布参数模型计算整定阻抗幅值|Z_c1th(γ₁l_set)。

继电保护装置判断|Z_φ|＜|Z_c1th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则继电保护装置发出跳闸信号，跳开特高压同杆并架双回线路故障相两端的断路器。

本发明方法采用分布参数和六序分量法精确描述特高压同杆并架双回线路的物理特性，计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的电压降幅值，利用特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障距离与电压降幅值呈双曲正切函数关系直接计算故障阻抗幅值，利用故障阻抗幅值与整定阻抗幅值构成继电保护判据。本发明方法算法模型中考虑接地故障点残压、线间零序互感的影响，测量到的故障阻抗真实反应故障距离，消除了过渡电阻和负荷电流、线间零序互感对保护动作性能的影响；本发明方法采用分布参数和六序分量法建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种基于六序分量法特高压同杆并架双回线路接地故障继电保护方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1:继电保护装置测量特高压同杆并架双回线路保护安装处的故障相电压

故障相电流

故障相同向零序电流

故障相反向负序电流

和故障相反向零序电流

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相；

步骤S2:继电保护装置计算特高压同杆并架双回线路保护安装处到接地故障点的故障阻抗幅值|Z_φ|：

其中，φ＝特高压同杆并架双回线路的Ⅰ回线路A相、Ⅰ回线路B相、Ⅰ回线路C相、Ⅱ回线路A相、Ⅱ回线路B相、Ⅱ回线路C相；

k_T(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的正向零序电流补偿系数：

k_F(l_set)为特高压同杆并架双回线路保护整定范围处的反向零序电流补偿系数：

l_set为特高压同杆并架双回线路保护整定范围，通常取特高压同杆并架双回线路全长的80％-90％；

sh(.)为双曲正弦函数；ch(.)为双曲余弦函数；th(.)为双曲正切函数；

Z₀为特高压同杆并架双回线路保护安装处的系统零序等值阻抗；

Zc1、γ₁分别为特高压同杆并架双回线路的同向正序波阻抗、同向正序传播系数；

Z_cT0、γ_T0分别为特高压同杆并架双回线路的同向零序波阻抗、同向零序传播系数；

Z_cF0、γ_F0分别为特高压同杆并架双回线路的反向零序波阻抗、反向零序传播系数；

为Z_c1th(γ₁l_set)的相角；

α为

领先

的角度，

θ为

领先

的角度，

步骤S3:继电保护装置判断|Z_φ|＜|Z_c1th(γ₁l_set)|是否成立，若成立，则继电保护装置发出跳闸信号，跳开特高压同杆并架双回线路故障相两端的断路器。

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