利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法

摘要

本发明公开了一种利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，在线路故障跳闸后，依据故障选相结果，选取不同的相模变换矩阵将相系统变换至模系统进行分析；判别故障性质的起始时刻为并联电抗器模电流中检测不到工频分量的时刻；在判别时间内，依据并联电抗器1模、2模和0模电流振荡频率特征来区分永久性故障与瞬时性故障。本方法能够在三相重合闸之前对故障性质进行识别，若判为永久性故障则不进行重合闸，避免了重合于永久性故障给系统和设备带来二次冲击。

权利要求

1.利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，其特征在于，并联电抗器装设于输电线路单侧或双侧，所述三相自适应重合闸方法使用在带并联电抗器侧，包括以下步骤：

1)输电线路跳闸后采集并联电抗器三相电流，并判别故障是否为BC两相短路；如果是BC两相短路采用T'对采集的并联电抗器三相电流进行相模变换，如果不是BC两相短路采用T对并联电抗器三相电流进行相模变换；

2)测量并联电抗器模电流频率，找出并联电抗器模电流中工频分量消失时刻；

3)在判别时间内，如果从判别时间内的某个时刻起至判别时间结束，并联电抗器的各模电流满足判据，则判为瞬时性故障；不能判为瞬时性故障则判为永久性故障；如果是瞬时性故障进行三相重合闸，如果是永久性故障不进行三相重合闸；

步骤1)中相模变换运用的变换矩阵，与故障选相结果有关，若故障不为BC两相短路，变换矩阵为 若故障为BC两相短路，变换矩阵为步骤3)具体为：在判别时间内，如果从判别时间内的某个时刻起至判别时间结束，并联电抗器的各模电流仅含一种低频成分且满足 则判为瞬时性故障，其中f1_est、f2_est和f0_est分别为测得的并联电抗器1模、2模和0模电流频率，K为裕度系数；不能判为瞬时性故障则判为永久性故障；如果是瞬时性故障进行三相重合闸，如果是永久性故障不进行三相重合闸；

在输电线路两侧均跳闸且故障点电弧熄灭后，并联电抗器各模电流仅含一种低频成分，1模电流振荡频率为 2模电流振荡频率为f1，0模电流振荡频率为其中L1为从故障点向系统看进去的1模或2模网络等效电感，C1为从故障点向系统看进去的1模或2模网络等效电容，L0为从故障点向系统看进去的0模网络等效电感，C0为故障点向系统看进去的0模网络等效电容；

判别时间的起始时刻为并联电抗器模电流中工频分量消失时刻。

2.根据权利要求1所述的利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，其特征在于，K为[0.05，0.1]内的任意数。

3.根据权利要求1所述的利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，其特征在于，判别时间大于输电线路瞬时性故障时故障点的熄弧时间。

说明书

利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法

技术领域

[0001] 本发明属于输电线路重合闸领域，具体涉及一种利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法。

背景技术

[0002] 传统的自动重合闸在动作前不区分瞬时性与永久性故障。在线路发生瞬时性故障跳闸后，通过自动重合闸，能够快速恢复供电，但当重合于永久性故障时，会给电力系统造成二次冲击，加速设备的损坏。因此，研究具有故障性质识别能力的自适应重合闸具有重要意义。

[0003] 目前，单相自适应重合闸的研究较为成熟。单相重合闸采取单相故障跳开单相，经过固定延时重合单相的策略。未发生故障的两相能继续运行，从而提高了供电可靠性和系统稳定性。但单相重合闸存在一些问题，如：1)潜供电流使得故障点不易熄弧；2)非全相运行时电气量中存在负序和零序分量。因此，在系统联系较为紧密的地区，常采用三相重合闸。一般三相重合闸之前不对故障性质加以判别，如果重合于永久性故障，有可能给系统和设备带来二次冲击。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，使得在输电线路三相重合闸之前能够对故障性质加以判别，避免重合于永久性故障给系统和设备带来二次冲击。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：

[0006] 利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，并联电抗器装设于输电线路单侧或双侧，所述三相自适应重合闸方法使用在带并联电抗器侧，包括以下步骤：

[0007] 1)输电线路跳闸后采集并联电抗器三相电流，并判别故障是否为BC两相短路；如果是BC两相短路采用T'对采集的并联电抗器三相电流进行相模变换，如果不是BC两相短路采用T对并联电抗器三相电流进行相模变换；

[0008] 2)测量并联电抗器模电流频率，找出并联电抗器模电流中工频分量消失时刻；

[0009] 3)在判别时间内，如果从判别时间内的某个时刻起至判别时间结束，并联电抗器的各模电流满足判据，则判为瞬时性故障；不能判为瞬时性故障则判为永久性故障；如果是瞬时性故障进行三相重合闸，如果是永久性故障不进行三相重合闸。

[0010] 进一步的，步骤1)中相模变换运用的变换矩阵，与故障选相结果有关，若故障不为BC两相短路，变换矩阵为 若故障为BC两相短路，变换矩阵为

[0011] 进一步的，步骤3)具体为：在判别时间内，如果从判别时间内的某个时刻起至判别时间结束，并联电抗器的各模电流仅含一种低频成分且满足 则判为瞬时性故障，其中f1_est、f2_est和f0_est分别为测得的并联电抗器1模、2模和0模电流频率，K为裕度系数；不能判为瞬时性故障则判为永久性故障；如果是瞬时性故障进行三相重合闸，如果是永久性故障不进行三相重合闸；

[0012] 在输电线路两侧均跳闸且故障点电弧熄灭后，并联电抗器各模电流仅含一种低频成分，1模电流振荡频率为 2模电流振荡频率为f1，0模电流振荡频率为其中L1为从故障点向系统看进去的1模或2模网络等效电感，C1为从故障点向
系统看进去的1模或2模网络等效电容，L0为从故障点向系统看进去的0模网络等效电感，C0为故障点向系统看进去的0模网络等效电容。

[0013] 进一步的，K可取[0.05，0.1]内的任意数。

[0014] 进一步的，判别时间的起始时刻为并联电抗器模电流中工频分量消失时刻。

[0015] 进一步的，判别时间大于输电线路瞬时性故障时故障点的熄弧时间。

[0016] 并联电抗器模电流频率特征，对于瞬时性故障，在两侧均跳闸且故障点电弧熄灭后，并联电抗器各模电流仅含一种低频成分，1模电流振荡频率为 2模电流振荡频率为f1，0模电流振荡频率为 其中L1为从故障点向系统看进去的1模或2模
网络等效电感，C1为从故障点向系统看进去的1模或2模网络等效电容，L0为从故障点向系统看进去的0模网络等效电感，C0为故障点向系统看进去的0模网络等效电容。

[0017] 并联电抗器模电流频率特征，对于永久性故障，在两侧均跳闸后，并联电抗器模电流振荡频率与故障类型有关，共有三种可能，或者不存在低频成分，或者存在拍频，或者1、2、0模电流均只含一种低频成分但分别不为f1、f1、f0。

[0018] 进一步的，所述并联电抗器模电流频率特征，是利用故障边界条件，由相模变换，得到复合模网络，进而分析得出的。

[0019] 进一步的，所述判别时间的起始时刻为线路两侧都跳闸时刻。

[0020] 进一步的，所述线路两侧都跳闸时刻为本侧并联电抗器模电流中检测不到工频分量时刻。

[0021] 进一步的，对所述判别时间的要求是该时间须大于通常情况下瞬时性故障时故障点的熄弧时间，以保证不会因为故障点未熄弧而误判为永久性故障。

[0022] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明一种利用并联电抗器模电流频率特征的三相自适应重合闸方法，在重合之前进行故障性质判别，能避免重合于永久性故障给系统和设备带来二次冲击。

附图说明

[0023] 图1为两端带并联电抗器输电系统示意图；

[0024] 图2为从故障点向系统看进去的1模网络图；

[0025] 图3为瞬时性故障的复合模网络；其中图3(a)为时域；图3(b)为复频域；

[0026] 图4为永久性BG故障的复合模网络；其中图4(a)为时域；图4(b)为复频域；

[0027] 图5为瞬时性AG故障(＝300)时M侧并联电抗器的模电流及低频振荡频率；其中图5(a)为1模电流；图5(b)为1模低频振荡频率；图5(c)为2模电流；图5(d)为2模低频振荡频率；图5(e)为0模电流；图5(f)为0模低频振荡频率；

[0028] 图6为本方法的判别流程图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

[0030] 图1为两端带并联电抗器输电系统。图1中Gm和Gn分别表示两端的交流电源，Xm和Xn为交流电源的等值阻抗，Lp1、Lp2和Ln1、Ln2分别为并联电抗器和中性点小电抗器的电感值。

[0031] 采用凯伦贝尔公式将电气量从相域变换至模域，变换公式为：

[0032]

[0033] 两端跳闸后，由于线路电抗远小于并联电抗器的电抗和线路电容的容抗，在模网络中可以忽略，故可认为模电流频率不受故障位置的影响。系统的1模网络如图2所示。2模网络与1模网络相同，0模网络也与1模网络类似，仅模网络参数不同。用L1、L2和L0分别表示从故障点向系统看进去的1模、2模和0模网络等效电感，用C1、C2和C0分别表示从故障点向系统看进去的1模、2模和0模网络等效电容，假设两端并联电抗器参数相同，则L1＝L2＝Lp1/2，L0＝(Lp1+3Ln1)/2，而C1、C2和C0为线路电容等效1模、2模和0模值。

[0034] 下面由故障边界条件，分析复合模网络，进而分析并联电抗器模电流振荡频率。

[0035] 对于瞬时性故障，两端跳闸且故障点熄弧后，故障点三相电流ia、ib、ic满足：

[0036] ia＝ib＝ic＝0

[0037] 变换至模量i1、i2、i0后，模量满足

[0038] i0＝i1＝i2＝0

[0039] 复合模网络为开路网络，时域和复频域形式分别如图3(a)和3(b)所示，图中Ii′(s)形如 αi、βi为与初值有关的常数(i＝1,2,0)。

[0040] 在复频域形式的复合模网络中求解并联电抗器1模电流为

[0041]

[0042] 则可知其振荡频率为

[0043] 类似地，可得2模和0模电流振荡频率。

[0044] 对于永久性故障，以BG故障为例，在线路两端跳闸后，故障点B相电压ub为0，AC两相电流ia、ic为0，即

[0045]

[0046] 变换至模量，并且分析得到复合模网络如图4所示，进而可由图4解得并联电抗器各模电流及其振荡频率。

[0047] 各种故障类型下的振荡频率如表1所示。表中，“\”表示不存在低频分量。

[0048] 表1并联电抗器模电流中低频分量的振荡频率

[0049]

[0050]

[0051] 表1是采用T进行相模变换得到的结果。由表1可知，BC两相瞬时性与永久性故障时振荡频率相同，无法根据频率特征区分。由于ABC三相循环对称，若置换T的列，即在故障选相结果为BC两相时采用如下变换矩阵

[0052]

[0053] 则BC两相永久性故障下的模电流振荡频率将与表1中AB永久性故障下的频率相同，即1模电流不含振荡频率，而BC两相瞬时性故障下的模电流振荡频率仍如表1所示。

[0054] 因此，对于瞬时性故障，并联电抗器各模电流仅含一种低频成分；对于永久性故障，并联电抗器模电流的振荡频率与故障类型有关，可能不存在低频成分，或者含有一种甚至两种低频成分。

[0055] 若图1系统的参数如下：

[0056] 系统序参数：X1m＝49.36Ω，X0m＝41.34Ω，X1n＝46.03Ω，X0n＝103.36Ω；

[0057] 线路序参数：采用Bergeron模型，l＝358km，R1_line＝19.5mΩ/km，R0_line＝167.5mΩ/km，L1_line＝913.4μH/km，L0_line＝2.739mH/km，C1_line＝14nF/km，C0_line＝3.5nF/km；

[0058] 并联电抗器：Lp1＝Lp2＝15.35H；

[0059] 中性点小电抗器：Ln1＝Ln2＝1.38H。

[0060] 则理论计算得到的f1＝25.66Hz，f0＝45.54Hz，fp＝33.62Hz，fq＝28.56Hz。

[0061] 故障性质判别时间取为0.2s，判据中的K取为0.05。

[0062] 在仿真中设置AG故障，Rf＝300Ω，故障点距离M侧200km。故障时刻为0.45s，0.5s M侧断路器跳开，0.55s N侧断路器跳开，0.6s故障点熄弧。M侧并联电抗器的1模、2模、0模电流iL1、iL2和iL0及振荡频率如图5所示。

[0063] 如图5，在线路两侧都跳闸前，并联电抗器模电流中存在工频分量，在两侧都跳闸后，工频分量消失。在判别时间(0.55s～0.75s)内，由矩阵束算法提取到的低频振荡频率在0.62s后趋于稳定，1模、2模和0模振荡频率约为25.62Hz，25.62Hz和45.35Hz，0.62s～0.75s判据一直满足，判为瞬时性故障。

[0064] 三相自适应重合闸方法故障性质判别流程如图6所示。