专利名称：一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方法
技术领域：
本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，尤其涉及到一种带并联电抗 器的输电线路永久性故障判别方法。
背景技术：
自动重合闸技术是确保电力系统稳定和供电连续性的重要举措之一。尤其 随着输电电压等级的提高，相间绝缘距离的增大，超高压输电线路故障中超过 90%为单相接地短路，而其中80%以上又为瞬时性故障。因此采用单相重合闸技 术对于快速恢复供电和维持系统稳定性意义重大。但是当前的单相重合闸都是 经固定时间重合，其动作存在盲目性；若重合于永久性故障，则会给电力系统 带来比正常短路还要严重的冲击，影响电力系统的安全稳定运行，同时也严重 地威胁着主要电气设备的安全。为了最大程度上消除重合于永久性故障时给电 力系统带来的危害，必须在重合之前判断线路故障是永久性还是瞬时性，瞬时 性故障时重合，永久性故障时不重合，即自适应重合闸。相关文献对输电线路单相自适应重合闸的永久性故障判别原理作了研究。 目前主要有基于故障相电压特性和瞬时性故障电弧特性这两种方法，前者利用 了电容耦合电压特性区分瞬时性故障和永久性故障，其灵敏度和耐过渡电阻能 力与线路长度密切相关，而由于并联电抗器对于超高压输电线路的补偿作用，断 开相电容耦合电压较低，线路电压互感器(TV)难以准确获取该电压，导致电压 判别方法无法有效应用；后者主要利用故障暂态高频信号特征来区分瞬时性故障 和永久性故障，易受电弧熄弧过程、高频信号获取精度以及故障状态的影响，判 别不可靠。目前这两种方法都不能有效用于带并联电抗器的输电线路。
发明内容
本发明的目的是要提供一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方 法，以克服现有技术存在的不能有效用于带并联电抗器的输电线路的缺点。为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是 一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方法，依次包括下述步骤1) 单相故障发生后，由保护装置选相元件确定故障相；2) 仅利用并联电抗器的电流量与中性点小电抗器电流量构造判据，计算动 作值；3) 计算出的动作值小于整定值时，则判为瞬时性故障，重合闸重合动作; 计算出的动作值大于整定值时，则判为永久性故障，重合闸不重合。上述步骤2)中，判据是电流幅值比判别方法该方法是根据本侧保护获 取并联电抗器A、 B、 C三相电流采样值，进而得出故障相并联电抗器电流相量 和中性点小电抗电流相量，并求出其幅值比。上述步骤2)中，判据是差电流判别方法该方法是以电弧熄灭后的瞬时 性故障模型为计算模型，根据单端电气量求取故障相并联电抗器电流，并计算 所求电抗器电流与实测电流之差与中性点小电抗电流量的比值。与现有技术相比，本发明具有以下优点1. 本发明的方法避免了利用幅值小、测量精度低的断开相电压，充分地利 用了测量精度高的并联电抗器电流量。这主要是因为电抗器保护的电流互感器 测量小电流时具有很高的精度，而对于幅值小的断开相电压由线路电压互感器 测量存在较大的误差。因此，本发明判别方法较采用电压量的方法来说，判别 精度高且可靠。2. 本发明仅仅利用本侧电气量，对侧的电气量根据已知量间接求出，降低了对信号传输通道的要求。同时，在利用本侧电气量求解对侧电气量的过程中， 忽略了断开相的影响，简化了计算过程，能够很好地满足对判别的精度要求。3. 本发明提供了两种基于并联电抗器电流量的判别方法。电流幅值比方法 用于较短线路的永久性故障判别，判别原理简单，灵敏度和判别精度高；差电 流方法由于其补偿了线路的分布电容的影响，因此适用于不同长度的线路的永 久性故障判别，尤其是长线路时其灵敏度高于电流幅值比方法。4. 本发明适用于一端、两端带并联电抗器线路，可以作为带并联电抗器输 电线路单相自适应重合闸的一个性能完善的故障性质判别元件。原理上不受线 路长度、故障点位置、过渡电阻、负荷电流的影响。
图1为瞬时性故障和永久性故障的电流回路示意图； 图2为瞬时性故障下故障相断开后(电弧熄灭后)的v型等值电路； 图3、图4为单相故障性质判别的流程图；图5为微机保护的硬件结构框图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。 图1给出一端带并联电抗器线路A相发生单相接地故障时的断开相的电流回 路示意图。其中^为流过故障相A相并联电抗器的电流，/ 。为流过中性点小电 抗器的电流，c。为线路的自感电容，z。、 i。为并联电抗器和中性点小电抗器电 感值，《。、《h、 L为故障时N端三相电压。图l (a)所示为瞬时性故障时电弧熄灭后的电流回路示意图，显而易见， 此时电流通过并联电抗器A相、中性点小电抗器和M端A相对地电容形成回路；而 对于图l (b)所示的永久性故障电流回路示意图来说，电流通过并联电抗器A 相、中性点小电抗器和故障点处的过渡电阻形成回路。1、电流幅值比的判别方法电流幅值比判别方法适用于较短线路的单相故障性质的判别，此时线路的 分布电容的影响可忽略不计。当金属接地时，其中，A、"。为并联电抗器和中性点小电抗器感抗。 同理，当通过过渡电阻&接地时，可等效为-<formula>formula see original document page 5</formula>由式(2)可知，随着过渡电阻A的增大，|/一/|/ 。|的值逐渐减少，当^ —co时， 可视为瞬时故障，卩一f。l值减到最小。因此以瞬时故障时|/一/|/ 。|值作为整定值^^，考虑模型简化、计算误差等 因素的影响，按下式确定整定值，K/5ZI "W卩"oi卜卩"。1 ， (3)其中可靠系数^-l.W.2。利用并联电抗器和中性点小电抗器上装设的电流互感器(TA)获取发生故 障时的U、八。用来计算幅值比|/一/|/ 。|。 因此，对应的判据为M,|/ 。|"DZ1 (4) 式(4)成立就判为瞬时性故障，重合闸动作；否则，判为永久性故障，重 合闸不重合。2、差电流的判别方法差电流判别方法补偿了线路分布电容影响，不仅可以用于短线路，也可以 用于长线路。在线路发生单相接地故障时，无论发生瞬时性故障还是永久性故障，都以瞬时性故障为参考模型，在已知本侧(N侧)中性点小电抗器电流/ 。和 健全相电压《P f4.的情况下求取并联电抗器故障相电流L。 由图2所示的A相T模型等值电路求解乙，即4 = 4axl + U +八ad + 4aM = &[d +1),2〗+ + t> c)/2]" "A。( 5 )其中，《,为A相全线路电感电压，《。为N侧并联电抗器中性点等效电压源 电压，、、*2、 *3、"为A相等值的相应等值导纳值。对侧(M侧)健全相端电压 fU、 t^由N端电气量间接求出。分析可知，瞬时性故障时，故障模型和参考模型一致，此时并联电抗器故 障相求取电流L应与实际测量电流L相等，即乙-4 =o。而永久性故障时， 故障模型和参考模型不一致，此时并联电抗器故障相求取电流lw应与实际测量 电流/皿不相等，即L-L^。因此可以据l^-/一来区分瞬时性故障和永久性故障。为消除模型简化、计算误差等因素的影响，提高该方法的可靠性，整定值 按下式确定其中，可靠系数^2=0.05~0.1。因此，可以给出如下形式的判据<formula>formula see original document page 7</formula>式(7)成立时，即判为瞬时性故障，重合闸进行合闸动作；式(7)不成 立时，判为永久性故障，重合闸不动作。对于两端带并联电抗器的输电线路，前述判别方法同样适用，电流幅值比 方法的判别思路与一端带并联电抗器输电线路完全一致，对于差电流判别方法 的主要是求取断开相并联电抗器电流的算法需在一端带并联电抗器线路算法的 基础之上稍作改变。图3所示为本发明的电流幅值比方法进行单相故障性质判别的流程1、 由选相元件确定单相故障相；2、 首先保护装置采集得到故障相并联电抗器电流量i，、中性点小电抗器,w。 转化成相量形式；、/ 。，得到对应的幅值l;卜|/ 。|，计算电流幅值比<formula>formula see original document page 7</formula>3、 与整定值x^进行比较，满足式(4)成立就判为瞬时性故障；否则， 判为永久性故障；如果判定为瞬时性故障，则发重合命令，断路器重合；如果 判为永久性故障，则重合闸不动作，断路器继续处于断开状态。图4所示为本发明的差电流的方法进行单相故障性质判别的流程1、 由选相元件确定单相故障相；2、 将保护装置采集得到两非故障相电压量"",、" 2，电流量&、 ，i2，断开 相并联电抗器电流,^、中性点小电抗器电流, 。转化成相量形式；据计算模型 求取断开相并联电抗器电流；；计算差电流|; -;|和整定值&卩 。|;3、 将|;-;I与整定值K^进行比较，满足式(7)成立就判为瞬时性故障;否则，判为永久性故障；如果判定为瞬时性故障，则发重合命令，断路器重合; 如果判为永久性故障，则重合闸不动作，断路器继续处于断开状态。上述分析表明，本发明的判别方法采用了基于电流量的判别原理，且在单 相故障在瞬时性故障和永久性故障情况下，两者故障回路和对应的等效模型有 着鲜明的区别，对应的电流幅值比和差电流有着明显的区别，根据这一特点就能够可靠、有效地区分线路发生的单相故障是瞬时性故障还是永久性故障。依据该方法构建的距离继电器参见图5，虚线框内为本发明的硬件结构框 图，由数据采集系统、微机主系统、输出系统三部分构成，本发明的判别方法 通过编制程序在微机主系统实现。现以一端带并联电抗器的线路为例进行说明， 对于两端带并联电抗器的输电线路，分析思路完全相同。以图5中N侧保护装置为例，输入量为健全电压量、电流量及并联电抗器电 流量，其中健全相电压由线路侧电压互感器TV获取，健全相电流由线路侧电流 互感器TA获取，并联电抗器A、B、C三相电流由电抗器保护的电流互感器TA获取。 健全相的电压、电流量以及A、 B、 C三相并联电抗器电流的模拟量经低通滤波、 采样保持和A/D转换后，得到对应的数字量，由微机主系统采用相应的数字滤波 器计算出输入电气量的相量；然后由判别元件采用的电流幅值比算法和差电流 算法分别计算出电流幅值比和差电流幅值，据计算结果判断线路发生的单相故 障是瞬时性故障还是永久性故障。
权利要求
1、一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方法，依次包括下述步骤1)单相故障发生后，由保护装置选相元件确定故障相；2)仅利用并联电抗器的电流量与中性点小电抗器电流量构造判据，计算动作值；3)计算出的动作值小于整定值时，则判为瞬时性故障，重合闸重合动作；计算出的动作值大于整定值时，则判为永久性故障，重合闸不重合。
2、 如权利要求1所述的一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方 法，其特征在于所述步骤2)中，判据是电流幅值比判别方法，该方法是根 据本侧保护获取并联电抗器A、 B、 C三相电流采样值，进而得出故障相并联电 抗器电流相量和中性点小电抗电流相量，并求出其幅值比。
3、 如权利要求1所述的一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方 法，其特征在于所述步骤2)中，判据是差电流判别方法，该方法是以电弧 熄灭后的瞬时性故障模型为计算模型，根据单端电气量求取故障相并联电抗器 电流，并计算所求电抗器电流与实测电流之差与中性点小电抗电流量的比值。
全文摘要
本发明涉及电力系统输电线路继电保护领域，尤其涉及到一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方法。本发明的目的是要克服现有技术存在的不能有效用于带并联电抗器的输电线路的缺点。为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是一种带并联电抗器的输电线路永久性故障判别方法，依次包括下述步骤单相故障发生后，由保护装置选相元件确定故障相；仅利用并联电抗器的电流量与中性点小电抗器电流量构造判据，计算动作值；计算出的动作值小于整定值时，则判为瞬时性故障，重合闸重合动作；计算出的动作值大于整定值时，则判为永久性故障，重合闸不重合。本发明具有判别精度高且可靠的优点。
文档编号H02H7/26GK101242095SQ200810017500
公开日2008年8月13日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者索南加乐, 贠保记, 邵文权 申请人:西安西瑞保护控制设备有限责任公司;西安交通大学