适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法

摘要

本发明涉及一种适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法，包括以下步骤：采集同塔混压四回线路中每回线路每相电压和电流；通过选相元件确定同塔混压四回线路中故障线路和故障相；计算故障相间跨电压等级跨线阻抗，确定保护整定时采用的正序阻抗；确定距离保护整定值，通过将计算得到的跨电压等级跨线阻抗与距离保护整定值进行比较，确定距离保护动作逻辑。

权利要求

1.一种适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法，设i＝I、II、III、IV, ψ＝A、B、C，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集同塔混压四回线路中每回线路每相电压 和电流(2)通过选相元件确定同塔混压四回线路中故障线路和故障相；

(3)计算故障相间跨电压等级跨线阻抗，若发生故障的两回线路位于杆塔同侧，则：若发生故障的两回线路位于杆塔异侧，则：其中，

是位于杆塔同侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过高电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

是位于杆塔同侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过低电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

是位于杆塔异侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过高电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

是位于杆塔异侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过低电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

是发生故障的高电压等级线路i的 相的电压相量；

是发生故障的低电压等级线路j的ψ相的电压相量；

是发生故障的高电压等级线路i的 相的电流相量；

是发生故障的低电压等级线路j的ψ相的电流相量；

ZU1是高电压等级线路的正序阻抗；

ZE1是低电压等级线路的正序阻抗；

ZMU是高电压等级线路的相间互阻抗；

ZME是低电压等级线路的相间互阻抗；

Z′MU是高电压等级线路的线间互阻抗；

Z′ME是低电压等级线路的线间互阻抗；

Z′Ms是位于杆塔同侧不同电压等级线路线间互阻抗；

Z′Md是位于杆塔异侧不同电压等级线路线间互阻抗；

是发生故障的高电压等级线路i的零序电流；

是发生故障的低电压等级线路j的零序电流；

是未发生故障的高电压等级线路k的零序电流；

是未发生故障的低电压等级线路l的零序电流；

(4)确定距离保护整定时所采用的正序阻抗；

当跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZU1，当跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZE1；

(5)确定距离保护整定值，通过将计算得到的跨电压等级跨线阻抗与距离保护整定值进行比较，确定距离保护动作逻辑。

说明书

适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统保护与控制领域，具体涉及一种适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法。

背景技术

[0002] 为了应对电力供应的紧张局面和输电走廊的日趋减少等问题，输电网络的建设条件越来越复杂，同塔输电线路架设方式在超特高压系统中不断实现应用。同塔多回输电技术由于共用杆塔，所需出线走廊窄，能够充分利用有限的走廊资源，减少占用土地的面积，同时具有建设速度快，输送能力强，节省投资等优势，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。

[0003] 同塔输电方式的推广，也给电力系统的故障分析与继电保护带来了巨大的挑战。同塔输电线路由于存在相间和线间的互感耦合、相间和跨线的多种故障类型、线路的布置方式种类繁多以及运行方式繁杂等问题，不仅大大增加了故障分析的难度，同时也使继电保护的选线、选相、配置和整定工作面临巨大的困难。同塔输电线路往往作为电网的主要电力纽带，承担着巨大功率传输的重任，其安全运行对电网的影响极大，所以同塔输电线路保护发生不正确动作将会对电网安全稳定运行构成威胁，甚至影响到电力系统的安全运行，因此同塔多回线路对继电保护的安全性要求更高。对同电压等级同塔线路的跨线故障，国内外已有大量研究，现有继电保护技术亦能很好适应。但不同电压等级的同塔线路的跨线故障，国内外目前鲜有研究。

[0004] 对于同电压等级的同塔双回线路，两回线阻抗参数相同且完全换位时，有：

[0005]

[0006] 传统基于单回线电气量的测量阻抗无法有效识别同塔输电线路跨线故障。针对此类双回线路的跨线故障，距离保护理论可以通过两回线路故障相间的跨线阻抗进行判断：

[0007]

[0008] 其中，3I0、3I′0分别是本线路和同塔架设相邻线路的零序电流，是本线路自身的零序电流补偿系数， 是相邻线路对本线路的零序电流补偿系数。

[0009] 但是，在跨电压等级同塔四回线路中，由于不同电压等级线路的阻抗参数不同，上述跨线阻抗不再适用于判断跨电压等级跨线故障。

发明内容

[0010] 本发明的目的是提供一种适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法，以克服传统距离保护方法无法判断跨电压等级跨线故障的问题，可以有效判断同塔混压四回线路的跨电压等级跨线故障。技术方案如下：

[0011] 一种适用于同塔四回线路跨电压等级跨线故障的距离保护方法，设i＝I、II、III、IV, 包括以下步骤：

[0012] (1)采集同塔混压四回线路中每回线路每相电压 和电流

[0013] (2)通过选相元件确定同塔混压四回线路中故障线路和故障相；

[0014] (3)计算故障相间跨电压等级跨线阻抗，

[0015] 若发生故障的两回线路位于杆塔同侧，则：

[0016]

[0017] 若发生故障的两回线路位于杆塔异侧，则：

[0018]

[0019] 其中，

[0020] 是位于杆塔同侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过高电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

[0021] 是位于杆塔同侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过低电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

[0022] 是位于杆塔异侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过高电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

[0023] 是位于杆塔异侧的不同电压等级线路：线路i的 相和线路j的ψ相间，通过低电压等级线路正序阻抗表示的跨电压等级跨线阻抗；

[0024] 是发生故障的高电压等级线路i的 相的电压相量；

[0025] 是发生故障的低电压等级线路j的ψ相的电压相量；

[0026] 是发生故障的高电压等级线路i的 相的电流相量；

[0027] 是发生故障的低电压等级线路j的ψ相的电流相量；

[0028] ZU1是高电压等级线路的正序阻抗；

[0029] ZE1是低电压等级线路的正序阻抗；

[0030] ZMU是高电压等级线路的相间互阻抗；

[0031] ZME是低电压等级线路的相间互阻抗；

[0032] Z′MU是高电压等级线路的线间互阻抗；

[0033] Z′ME是低电压等级线路的线间互阻抗；

[0034] Z′Ms是位于杆塔同侧不同电压等级线路线间互阻抗；

[0035] Z′Md是位于杆塔异侧不同电压等级线路线间互阻抗；

[0036] 是发生故障的高电压等级线路i的零序电流；

[0037] 是发生故障的低电压等级线路j的零序电流；

[0038] 是未发生故障的高电压等级线路k的零序电流；

[0039] 是未发生故障的低电压等级线路l的零序电流；

[0040] (4)确定距离保护整定时所采用的正序阻抗；

[0041] 当跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZU1，当跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZE1；

[0042] (5)确定距离保护整定值，通过将计算得到的跨电压等级跨线阻抗与距离保护整定值进行比较，确定距离保护动作逻辑。

[0043] 本发明考虑了同塔混压四回线路中不同电压等级线路阻抗参数不同的情况，改进了跨线阻抗的计算方法，克服了传统距离保护方法无法判断跨电压等级跨线故障的问题，可以有效判断同塔混压四回线路的跨电压等级跨线故障。

附图说明

[0044] 图1典型同塔混压四回线路示意图

[0045] 图2理想换位下典型同塔混压四回线路线间互感

具体实施方式

[0046] 典型同塔混压四回输电线路由不同电压等级的两组双回线路并架组成，每一组双回线路两端共母线，如图1。当线路完全换位时，每一组双回线阻抗参数相同，高电压等级线路I、II和低电压等级线路III、IV的自阻抗分别为ZSU、ZSE，相间互阻抗分别为ZMU、ZME，正序阻抗分别为ZU1＝ZSU-ZMU、ZE1＝ZSE-ZME。

[0047] 理想换位下典型同塔混压四回线路线间互感如图2。ZU1、ZE1分别为高电压等级线路和低电压等级线路的正序阻抗。ZMU、ZME分别为高电压等级线路和低电压等级线路的相间互阻抗，Z′MU、Z′ME分别为高电压等级线路和低电压等级线路的线间互阻抗，Z′Ms为位于杆塔同侧不同电压等级线路线间互阻抗，Z′Md为位于杆塔异侧不同电压等级线路线间互阻抗。

[0048] 在线路完全换位时，各线路之间仅零序分量存在耦合，耦合关系为：

[0049]

[0050] 其中， 分别为每回线路零序电压降；分别为每回线路零序电流。

[0051] 对于杆塔同侧的跨电压等级跨线故障，如I和III，故障相满足以下关系：

[0052]

[0053] 其中， 为故障点电压。由此可得：

[0054]

[0055] 因此，通过高电压等级线路正序阻抗ZU1表示的跨线阻抗为：

[0056]

[0057] 其中， 分别为两故障线路的零序电流， 分别为两健全线路的零序电流。跨线阻抗 也可以用低电压等级线路正序阻抗ZE1表示。

[0058] 同理，对于杆塔异侧的跨电压等级跨线故障，通过ZU1表示的跨线阻抗为：

[0059]

[0060] 本发明具体采用以下技术方案。

[0061] 根据同塔混压四回线路中每回线路的电压、电流信息，利用改进的跨线阻抗计算方法，计算出故障线路的跨电压等级跨线阻抗，与线路距离保护阻抗整定值进行比较，从而识别出跨电压等级跨线故障。

[0062] 下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明：

[0063] 步骤1：采集同塔混压四回线路中每回线路每相电压 和电流

[0064] 用电压互感器采集每回线路每相电压 用电流互感器采集每回线路每相电流将电压互感器和电流互感器的二次绕组分别接入微机保护装置中，通过AD转换获得被采集电气量的采样值，利用傅里叶算法计算被采集电压和电流的相量值。

[0065] 步骤2：通过选相元件确定同塔混压四回线路中故障线路和故障相。

[0066] 通过计算相电流突变量、相电流差突变量、故障序分量等进行选相。

[0067] 步骤3：计算故障相间跨电压等级跨线阻抗，

[0068] 若发生故障的两回线路位于杆塔同侧，则：

[0069]

[0070] 若发生故障的两回线路位于杆塔异侧，则：

[0071]

[0072] 其中， 和 是线路i的 相和线路j的ψ相间跨电压等级跨线阻抗分别通过ZU1和ZE1表示的表达式； 分别是发生故障两回线路的零序电流， 分
别是未发生故障两回线路的零序电流。

[0073] 以线路I的A相和线路III的B相发生跨线故障为例，M侧保护装置计算的以ZU1表示的跨电压等级跨线阻抗为：

[0074]

[0075] 其中， 分别为线路I A相和线路III B相的电压， 分别为线路IA相和线路III B相的电流， 分别为线路I、线路II、线路III和线路IV
的零序电流。

[0076] 步骤4：确定距离保护整定时所采用的正序阻抗。当跨电压等级跨线阻抗采用或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZU1。当跨电压等级跨线阻抗采用或 时，保护整定时采用的正序阻抗应为ZE1。

[0077] 上述ZIA IIIB(U)m采用ZU1表示，因此保护整定时采用的正序阻抗应为ZU1。

[0078] (5)判断计算的跨电压等级跨线阻抗是否满足距离保护动作条件。若保护线路全长的80％，则跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，距离保护整定值为Zset＝0.8ZU1；跨电压等级跨线阻抗采用 或 时，距离保护整定值为Zset＝0.8ZE1。

[0079] 若保护线路全长的80％，则上述距离保护整定值为Zset＝0.8ZU1。当故障位置位于距离保护整定范围内时，M侧保护装置计算的跨线阻抗落在其动作区域内，满足动作条件，保护装置向故障线路的断路器发出跳闸命令。

[0080] 本发明的工作原理和方法如下：

[0081] 如图1所示典型同塔混压四回线路中，在线路完全换位时，各线路之间仅零序分量存在耦合，耦合关系为：

[0082]

[0083] 其中， 分别为每回线路零序电压降；分别为每回线路零序电流。

[0084] 对于杆塔同侧的跨电压等级跨线故障，如I和III，故障相满足以下关系：

[0085]

[0086] 其中， 为故障点电压。由此可得：

[0087]

[0088] 因此，通过高电压等级线路正序阻抗ZU1表示的跨线阻抗为：

[0089]

[0090] 其中， 分别为两故障线路的零序电流， 分别为两健全线路的零序电流。跨线阻抗 也可以用低电压等级线路正序阻抗ZE1表示。

[0091] 同理，对于杆塔异侧的跨电压等级跨线故障，通过ZU1表示的跨线阻抗为：

[0092]

[0093] 此时和杆塔同侧故障的情况相比，仅线间互阻抗Z′Ms和Z′Md的位置发生互换。

[0094] 以上方法适用于计算上述典型同塔混压四回线路的跨电压等级跨线阻抗(包括同名相跨线和异名相跨线)。

[0095] 使用EMTP搭建1000/500kV同塔混压四回线路仿真模型如图1所示，系统电源参数为 系统阻抗参数为ZmU＝ZnU＝ZmE＝ZnE＝(0.1+j30)Ω。线路采用相域依频模型，全长l＝200km，完全换位，阻抗参数如下。

[0096]

[0097] 在常规负荷下 假设线路上距母线M端不同位置处发生金属性跨线故障(IA-IIIA、IA-IIIB跨线不接地故障和IA-IIIA-G、IA-IIIB-G跨线接地故障)。故障位置用故障点到母线M端距离与线路全长之比α＝lKM/l表示，母线M端实测的以1000kV线路正序阻抗表示的IA-IIIA、IA-IIIB跨线阻抗分别用ZM·IA-IIIA(U)、ZM·IA-IIIB(U)表示，跨线阻抗测量值的幅值误差用ΔZ＝(|ZM·测量|-|z1·lKM|)/|z1·lKM|表示，其中z1·lKM为跨线阻抗理论值，角度误差用Δθ＝argZM·测量-arg(z1·lKM)表示。不同位置故障时测量的跨线阻抗如下。

[0098]

[0099] 由此可得，针对不同电压等级线路阻抗参数差异而改进的跨线阻抗计算方法，在金属性短路的情况下，跨线阻抗测量值与理论值的误差不超过2％。