CN104253420B

CN104253420B - 一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法

Info

Publication number: CN104253420B
Application number: CN201410465518.2A
Authority: CN
Inventors: 郝治国; 张世锋; 张军; 黄鸣宇; 晁光
Original assignee: Xian Jiaotong University; Electric Power Research Institute of State Grid Ningxia Electric Power Co Ltd
Current assignee: Xian Jiaotong University; Electric Power Research Institute of State Grid Ningxia Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: CN104253420A

Abstract

本发明公开了一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法，首先，基于已有的故障选相方法准确辨识不换位同塔双回线的故障相别；其次，利用实际杆塔结构得到的六相阻抗矩阵计算出平均自阻抗、相间互阻抗、线间互阻抗以及虚拟的线路正序阻抗和零序阻抗；然后根据本发明中提出的距离保护算法对所发生的故障类型进行故障计算，且对各故障相的保护区域进行分相整定；本发明方法可以使不换位同塔双回线的距离保护工作在优良状态且对保障电力系统的安全稳定运行有着重要的现实意义。

Description

一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及不换位同塔双回线路的继电保护技术领域，具体涉及一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法。

背景技术

目前同塔双回线在高压电网中得到了日益广泛的应用，而距离保护作为线路主流后备保护之一对同塔双回线路安全运行起着极其重要的作用。理想换位的同塔双回线路之间存在零序互感，在此作用下接地距离保护的动作范围会超越和缩短，给继电保护带来了很多实际工程问题。通过引入邻线零序电流补偿可以较好的解决接地距离保护的动作范围超越和缩短的问题，但其需要引入另一回线的电气量，目前还没有得到现场应用。但可以预见，随着数字化变电站的发展以及电子化互感器的广泛应用，这种带补偿算法会得到工程界的重视。

理想换位同塔双回线发生故障时，保护的距离元件经另线零序电流补偿后能较为准确的计算保护安装处到故障点的阻抗。但是工程应用中对于短程输电线路或者高压尤其超高压线路，出于技术上和经济上的考虑，线路往往不进行完全的换位，此时保护的测量阻抗不仅仅受零序互感的影响，同时还受正序互感和负序互感的作用，距离元件经零序补偿后又会表现出一些复杂的特性，其不同相别故障时的距离保护范围会表现出明显的缩短和超越，难以满足高压大电网不换位同塔双回线的后备保护要求，对电网的安全稳定运行埋下了较大的安全隐患。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法，能够免疫于不换位线路的不对称性，且针对各种故障类型都能很快的计算出故障阻抗和距离保护的动作特性，极大得提高了保护的可靠性和选择性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤一：当选相模块启动后，通过电压互感器和电流互感器采集不换位同塔双回线保护安装处的电压以及两回线的电流

步骤二：根据已有的故障选相方法准确辨识不换位同塔双回线的故障相别；

步骤三：基于实际杆塔结构及导线参数求取出六相阻抗矩阵M，分别计算双回线平均自阻抗Z_L、相间互阻抗Z_S及线间互阻抗Z_m，进而得出虚拟正序阻抗Z₁和零序阻抗Z₀，此处各阻抗的求解如下：

上述六相阻抗矩阵M中：1和2分别指代两回线第I回线和第II回线，A、B和C分别指代线路相别A相、B相和C相；

Z_L＝1/6*(Z_1A+Z_1B+Z_1C+Z_2A+Z_2B+Z_2C) (1)

Z_S＝1/6*(Z_1AB+Z_1BC+Z_1CA+Z_2AB+Z_2BC+Z_2CA) (2)

Z₁＝Z_L-Z_S (3)

Z₀＝Z_L+2Z_S (4)

Z_m＝1/9*(Z_12AA+Z_12BB+Z_12CC+Z_12AB+Z_12BC+Z_12CA+Z_21AB+Z_21BC+Z_21CA) (5)

步骤四：①当故障选相判定为发生单回线接地故障时，式(6)给出了I回线A相接地故障时的故障阻抗计算方法，其它类单相接地故障计算方法相同；

其中：表示第II回线的零序电流，且距离保护中使用故障相线路全长自阻抗的80％作为距离一段的保护定值；

②当故障选相判定为发生单回线线间故障时，式(8)给出了I回线AB相间故障时的故障阻抗计算方法，其它类单回线相间故障计算方法相同；

此时，使用线路全长计算值的80％作为距离一段的定值；

③当故障选相判定为发生跨线故障时，式(9)给出了I回线A相和II回线B相间跨线故障时的故障阻抗计算方法，其它类跨线故障计算方法相同；

其中：

其中：表示第I回线的零序电流，K为零序补偿系数，K₀为互感补偿系数，距离保护中使用线路全长虚拟正序阻抗的80％作为距离保护一段的定值；

步骤五：根据计算得到的故障阻抗值判别距离保护的动作情况。

本发明和现有技术相比较，具备如下优点：

本发明方法直接基于两回线电气量信息及六相阻抗矩阵得到了单回线单相接地故障、单回线相间故障及跨线故障时故障阻抗的计算方法，综合使用平均自阻抗、相间互阻抗、线间互阻抗及虚拟正序阻抗和零序阻抗来进行计算，从何避开了传统序分量法在不换位线路故障分析中各序分量相互耦合作用的影响，以此得到了免疫于线路不对称性的距离保护算法。

附图说明

图1是适用于本发明方法的一种线路示意图。

图2是实现本发明方法的流程图。

图3是根据不同故障点求取出的测量阻抗绘制出其故障阻抗轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，给出了双端共母线的不换位330kV/100km同塔双回线仿真模型，M侧系统正序阻抗为1.0914+j12.45Ω，零序阻抗为5.187+j22.574Ω，N侧系统参数与M侧相同，同塔双回线按相序IBCA-IICAB布置且全程不换位，其六相阻抗矩阵为：

当线路发生各种故障类型时，使用本发明提出的距离保护方法。此处，对双回线跨线故障进行测试计算，从15km到85km每隔10km设置一个IA-IIB相间故障点，然后使用本发明提出的距离保护算法对距离保护性能进行分析。

如图2所示，一种用于区分不换位同塔双回线路故障类型的方法，包括以下步骤：

步骤二：根据已有的故障选相方法准确辨识不换位同塔双回线发生了IA-IIB跨线故障；

步骤三：根据上述已知的六相阻抗矩阵分别计算双回线平均自阻抗Z_L为0.0818+j0.4311Ω、相间互阻抗Z_S为0.0620+j0.1733Ω及线间互阻抗Z_m为0.0613+j0.1451Ω，进而得出虚拟正序阻抗Z₁为0.0198+j0.2578Ω和零序阻抗Z₀为0.2058+j0.7777Ω；

步骤四：由于故障选相程序已经判定为线路发生了IA-IIB跨线故障，所以根据式(9)计算不同故障点时的测量阻抗值；此时K为0.6866-j0.1878且K₀为0.5777-j0.1934，同时取线路全长虚拟正序阻抗的80％也即1.5840+j20.6240Ω作为距离一段的保护定值；

步骤五：根据不同故障点求取出的测量阻抗绘制出其故障阻抗轨迹图如图3所示。

如图3所示，为了说明该计算方法的准确性，同样做出了不同故障点实际虚拟阻抗的轨迹作为对比，仿真结果表明，使用式(9)计算的故障阻抗呈现略小的负误差特性，但基本不会造成线路故障超越的现象，其测量阻抗轨迹能很好地跟踪实际阻抗的轨迹，距离元件能很好地反映区内发生的跨线故障。

Claims

1.一种用于不换位同塔双回线路的距离保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

M = [\begin{matrix} Z_{1 A} & Z_{1 A B} & Z_{1 A C} & Z_{12 A A} & Z_{12 A B} & Z_{12 A C} \\ Z_{1 B A} & Z_{1 B} & Z_{1 B C} & Z_{12 B A} & Z_{12 B B} & Z_{12 B C} \\ Z_{1 C A} & Z_{1 C B} & Z_{1 C} & Z_{12 C A} & Z_{12 C B} & Z_{12 C C} \\ Z_{21 A A} & Z_{21 A B} & Z_{21 A C} & Z_{2 A} & Z_{2 A B} & Z_{2 A C} \\ Z_{21 B A} & Z_{21 B B} & Z_{21 B C} & Z_{2 B A} & Z_{2 B} & Z_{2 B C} \\ Z_{21 C A} & Z_{21 C B} & Z_{21 C C} & Z_{2 C A} & Z_{2 C B} & Z_{2 C} \end{matrix}]

Z_L＝1/6*(Z_1A+Z_1B+Z_1C+Z_2A+Z_2B+Z_2C) (1)

Z_S＝1/6*(Z_1AB+Z_1BC+Z_1CA+Z_2AB+Z_2BC+Z_2CA) (2)

Z₁＝Z_L-Z_S (3)

Z₀＝Z_L+2Z_S (4)

Z_m＝1/9*(Z_12AA+Z_12BB+Z_12CC+Z_12AB+Z_12BC+Z_12CA+Z_21AB+Z_21BC+Z_21CA) (5)

步骤四：①当故障选相判定为发生单回线接地故障时，式(6)给出了第I回线A相接地故障时的故障阻抗计算方法，其它类单相接地故障计算方法相同；

Z_{d} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{A}}{({\overset{\cdot}{I}}_{L A} + {\overset{\cdot}{I}}_{1 B} \cdot \frac{Z_{1 A B}}{Z_{1 A}} + {\overset{\cdot}{I}}_{1 C} \cdot \frac{Z_{L A C}}{Z_{1 A}} + \frac{3 \cdot Z_{m} {\overset{\cdot}{I}}_{20}}{Z_{1 A}})} - - - (6)

3 {\overset{\cdot}{I}}_{20} = {\overset{\cdot}{I}}_{2 A} + {\overset{\cdot}{I}}_{2 B} + {\overset{\cdot}{I}}_{2 C} - - - (7)

②当故障选相判定为发生单回线线间故障时，式(8)给出了第I回线AB线间故障时的故障阻抗计算方法，其它类单回线线间故障计算方法相同；

Z_{x} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{A} - {\overset{\cdot}{U}}_{B}}{({\overset{\cdot}{I}}_{1 A} - {\overset{\cdot}{I}}_{1 B})} - - - (8)

此时，使用线路全长计算值的80％作为距离一段的定值；

③当故障选相判定为发生跨线故障时，式(9)给出了第I回线A相和第II回线B相间跨线故障时的故障阻抗计算方法，其它类跨线故障计算方法相同；

Z_{k} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{A} - {\overset{\cdot}{U}}_{B}}{{\overset{\cdot}{I}}_{1 A} - {\overset{\cdot}{I}}_{2 B} + (3 K - K_{0}) ({\overset{\cdot}{I}}_{10} - {\overset{\cdot}{I}}_{20})} - - - (9)

其中：

3 {\overset{\cdot}{I}}_{10} = {\overset{\cdot}{I}}_{1 A} + {\overset{\cdot}{I}}_{1 B} + {\overset{\cdot}{I}}_{1 C} - - - (10)

K = \frac{Z_{0} - Z_{1}}{3 Z_{1}} - - - (11)

K_{0} = \frac{Z_{m}}{Z_{1}} - - - (12)