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抗电流互感器饱和影响的有损耗输电线路电流行波差动保护方法

摘要

本发明公开了一种抗电流互感器饱和影响的有损耗输电线路电流行波差动保护方法。该方法首先采集输电线路两端变电站保护安装处各个采样时刻的电压、电流行波分量,计及线路损耗的影响,通过预测算法计算输电线路一端的电流行波分量,利用计算得到的电流行波分量与采样得到的该端线路电流行波分量构成电流行波差动保护判据。本发明方法无需通过插值运算求取各采样时刻的电流行波分量,减少了算法运算量,提高了保护动作速度。本发明方法可在1/4周期的短数据窗内完成线路故障行波保护功能,保护动作速度快,且计及线路损耗影响,因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程的行波保护。

著录项

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2016-03-30

    授权

    授权

  • 2014-03-12

    实质审查的生效 IPC(主分类):H02H7/26 申请日:20130519

    实质审查的生效

  • 2013-09-11

    公开

    公开

说明书

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抗电流 互感器饱和影响的有损耗输电线路电流行波差动保护方法。

背景技术

由于不受系统运行方式和电网结构影响且具有天然的选相功能,电流 差动保护一直是各种电压等级输电线路的主保护。在220kV及以下电压 等级输电线路中,由于输电线路沿线分布电容电流很小,分布电容对 电流差动保护动作性能影响很小。超/特高压交流输电线路的电压、电 流传输具有明显的波过程,沿线分布电容电流很大,利用两端基频稳 态电流分量的矢量和的幅值作为动作量的传统电流差动保护面临着电 流差动保护启动电流大,而为了防止保护误动,提高启动设定值又会 导致保护灵敏度不足,制约着传统电流差动保护在超/特高压交流输电 线路上的应用。

当输电线路故障点靠近电流互感器安装处时,由于故障电流很大,电 流互感器容易饱和,电流互感器饱和会引起输电线路保护区外故障时 电流差动保护误动作,电流互感器饱和会引起输电线路保护区内故障 时电流差动保护拒动作。

行波差动保护在保护算法数学模型中考虑了分布电容的影响,行波差 动保护原理上不受输电线路分布电容的影响,具有很高的动作性能。 申请号200910034669.1发明专利“适用于串联电容补偿线路的行波差 动保护方法”解决了分布电容对差动保护动作性能的影响,但对于行 波传播延时为非整数倍采样间隔的情况,需要通过插值运算得到各个 时间点上的电气量,对保护装置采样频率的要求非常高,因此对保护 装置硬件要求很高,且每个采样时间都要进行插值运算,保护算法本 身所需运算量大,无法满足保护速动性的要求。苏斌、董新洲和孙元 章发表的《特高压带并联电抗器线路的行波差动保护》以及苏斌、董 新洲和孙元章发表的《基于小波变换的行波差动保护》和申请号2004 10079501.X发明专利“行波保护中电压过零附近故障的检测方法”对 于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况也需要通过插值运算得到 各个时间点上的电气量,同样存在着运算量大的问题;需要进行小波 变换,所需数据窗大,保护检测到故障发生所需时间长。

目前,许多学者已提出的输电线路行波差动保护方法对行波传播延时 为非整数倍采样间隔的情况都需要进行插值运算求其各个时间点上的 电气量,保护算法本身运算量大,对保护装置采样硬件要求高。部分 输电线路行波差动保护方法甚至需要进行小波变换,所需数据窗大, 延长了保护检测到故障发生的时间,无法满足继电保护对速动性的要 求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种无需进行插值 运算、抗电流互感器饱和影响的有损耗输电线路电流行波差动保护方 法。

抗电流互感器饱和影响的有损耗输电线路电流行波差动保护方法,其 特征在于,包括如下依序步骤:

(1)保护装置利用位于输电线路两端的m变电站保护安装处和n变电站 保护安装处的各采样时刻的行波电气量计算t采样时刻的m变电站保护 安装处的0、α、β模电流行波分量i′m0(t)、i′(t)、i′(t):

im0(t)=um0(t)(1-cos(ωτ0))-um0(t-T4)sin(ωτ0)(Zc0+R04)(1+cos(ωτ0))-im0(t-T4)sin(ωτ0)1+cos(ωτ0)-in0(t)-in0(t-T4)sin(ωτ0)1+cos(ωτ0)+un0(t)(1-cos(ωτ0))-un0(t-T4)sin(ωτ0)(Zc0+R04)(1+cos(ωτ0))

i(t)=u(t)(1-cos(ωτα))-u(t-T4)sin(ωτα)(Z+Rα4)(1+cos(ωτα))-i(t-T4)sin(ωτα)1+cos(ωτα)-i(t)-i(t-T4)sin(ωτα)1+cos(ωτα)+u(t)(1-cos(ωτα))-u(t-T4)sin(ωτα)(Z+Rα4)(1+cos(ωτα))

i(t)=u(t)(1-cos(ωτβ))-u(t-T4)sin(ωτβ)(Z+Rβ4)(1+cos(ωτβ))-i(t-T4)sin(ωτβ)1+cos(ωτβ)-i(t)-i(t-T4)sin(ωτβ)1+cos(ωτβ)+u(t)(1-cos(ωτβ))-u(t-T4)sin(ωτβ)(Z+Rβ4)(1+cos(ωτβ))

其中,t为采样时间;,,;l为连接m变电站和n变电站的输电线路

长度;T为基频分量的周期时间;Zc0、Z、Z分别为输电线路0、α、 β模行波分量的特性阻抗;vc0、v、v分别为输电线路0、α、β模行 波分量的传播速度;ω为电力系统角频率;R0、Rα、Rβ分别为输电线 路0、α、β模行波分量的电阻;um0(t)、u(t)、u(t)分别为m变电站 保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量;im0(t)、i( t)、i(t)分别为m变电站保护 安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量;un0(t)、u(t)、 u(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行 波分量;in0(t)、i(t)、i(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻 的0、α、β模的电流行波分量;、、分别为m变电站保护安装处的 采样时刻的0、α、β模的电压行波分量;、、分别为n变电站保 护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量;、、分别为 m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量;、 、分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波 分量;

(2)保护装置将i′m0(t)、i′(t)、i′(t)进行相模反变换得到t采 样时刻的m变电站保护安装处的三相电流行波分量i′mA(t)、i′mB(t)、 i′mC(t);对i′mA(t)、i′mB(t)、i′mC(t)采用傅里叶算法计算m变电站 保护安装处的t采样时刻的三相基频电流分量、、;对t采样时刻的 m变电站保护安装处的三相实测的电流行波分量imA(t)、imB(t)、imC(t) 采用傅里叶算法计算m变电站保护安装处的t采样时刻的三相实测的基 频电流分量、、;

(3)保护装置判断cosθA[Re(I.mA+I.mA)]2+[Im(I.mA+I.mA)]2>k[Re(I.mA-I.mA)]2+[Im(I.mA-I.mA)]2是否成立,若成立,则保护装置向A相输电线路两 端的断路器发送跳闸信号,跳开A相输电线路两端的断路器;其中,θ A为领先的角度;k为整定系数;为的虚部;为的实部;为的 实部;为的虚部;

(4)保护装置判断cosθB[Re(I.mB+I.mB)]2+[Im(I.mB+I.mB)]2>k[Re(I.mB-I.mB)]2+[Im(I.mB-I.mB)]2是否成立,若成立,则保护装置向B相输电线路两 端的断路器发送跳闸信号,跳开B相输电线路两端的断路器;其中,θ B为领先的角度;k为整定系数;为的虚部;为的实部;为的 实部;为的虚部;

(5)保护装置判断cosθC[Re(I.mC+I.mC)]2+[Im(I.mC+I.mC)]2>k[Re(I.mC-I.mC)]2+[Im(I.mC-I.mC)]2是否成立,若成立,则保护装置向C相输电线路两 端的断路器发送跳闸信号,跳开C相输电线路两端的断路器;其中,θ C为领先的角度;k为整定系数;为的虚部;为的实部;为的 实部;为的虚部。

本发明与现有技术相比较,具有以下积极成果:

本发明方法无需通过插值运算求取各采样时刻的电流行波分量,减少 了算法运算量,提高了保护动作速度。本发明方法可在1/4周期的短数 据窗内完成输电线路故障行波保护功能,保护动作速度快,且计及线 路损耗影响,因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程 的行波保护。本发明方法消除了电流互感器饱和对行波电流差动保护 动作性能的影响,无论电流互感器是否饱和,输电线路保护区外故障 本发明方法可靠不动作,输电线路保护区内故障时本发明方法正确可 靠动作。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

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为应用本发明的线路输电系统示意图。本实施例中保护装置首先采 集输电线路在m变电站保护安装处的各个采样时刻的三相电压行波分量 和三相电流行波分量;采集输电线路在n变电站保护安装处的各个采样 时刻的三相电压行波分量和三相电流行波分量。

保护装置采用相模变换将m变电站保护安装处的各个采样时刻的三相电 压行波分量、三相电流行波分量转换成m变电站保护安装处的0、α、 β模电压行波分量和0、α、β模电流行波分量。

保护装置采用相模变换将n变电站保护安装处的各个采样时刻的三相电 压行波分量、三相电流行波分量转换成n变电站保护安装处的0、α、 β模电压行波分量和0、α、β模电流行波分量。

保护装置利用位于输电线路两端的m变电站保护安装处和n变电站保护 安装处的各采样时刻的行波电气量计算t采样时刻的m变电站保护安装 处的0、α、β模电流行波分量i′m0(t)、i′(t)、i′(t):

im0(t)=um0(t)(1-cos(ωτ0))-um0(t-T4)sin(ωτ0)(Zc0+R04)(1+cos(ωτ0))-im0(t-T4)sin(ωτ0)1+cos(ωτ0)-in0(t)-in0(t-T4)sin(ωτ0)1+cos(ωτ0)+un0(t)(1-cos(ωτ0))-un0(t-T4)sin(ωτ0)(Zc0+R04)(1+cos(ωτ0))

i(t)=u(t)(1-cos(ωτα))-u(t-T4)sin(ωτα)(Z+Rα4)(1+cos(ωτα))-i(t-T4)sin(ωτα)1+cos(ωτα)-i(t)-i(t-T4)sin(ωτα)1+cos(ωτα)+u(t)(1-cos(ωτα))-u(t-T4)sin(ωτα)(Z+Rα4)(1+cos(ωτα))

i(t)=u(t)(1-cos(ωτβ))-u(t-T4)sin(ωτβ)(Z+Rβ4)(1+cos(ωτβ))-i(t-T4)sin(ωτβ)1+cos(ωτβ)-i(t)-i(t-T4)sin(ωτβ)1+cos(ωτβ)+u(t)(1-cos(ωτβ))-u(t-T4)sin(ωτβ)(Z+Rβ4)(1+cos(ωτβ))

其中,t为采样时间;,,;l为连接m变电站和n变电站的输电线路

长度;T为基频分量的周期时间;Zc0、Z、Z分别为输电线路0、α、 β模行波分量的特性阻抗;vc0、v、v分别为输电线路0、α、β模行 波分量的传播速度;ω为电力系统角频率;R0、Rα、Rβ分别为输电线 路0、α、β模行波分量的电阻;um0(t)、u(t)、u(t)分别为m变电站 保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量;im0(t)、i( t)、i(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电 流行波分量;un0(t)、u(t)、u(t)分别为n变电站保护安装处的t采样 时刻的0、α、β模的电压行波分量;in0(t)、i(t)、i(t)分别为n变 电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量;、、 分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分 量;、、分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的 电压行波分量;、、分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、 α、β模的电流行波分量;、、分别为n变电站保护安装处的采样 时刻的0、α、β模的电流行波分量。

保护装置将i′m0(t)、i′(t)、i′(t)进行相模反变换得到t采样时 刻的m变电站保护安装处的三相电流行波分量i′mA(t)、i′mB(t)、i′ mC(t)。

保护装置对i′mA(t)、i′mB(t)、i′mC(t)采用傅里叶算法计算m变电站 保护安装处的t采样时刻的三相基频电流分量、、。

保护装置对t采样时刻的m变电站保护安装处的三相实测的电流行波分 量imA(t)、imB(t)、imC(t)采用傅里叶算法计算m变电站保护安装处的t采 样时刻的三相实测的基频电流分量、、。

保护装置判断cosθA[Re(I.mA+I.mA)]2+[Im(I.mA+I.mA)]2>k[Re(I.mA-I.mA)]2+[Im(I.mA-I.mA)]2是否成立,若成立,则保护装置向A相输电线路两端的 断路器发送跳闸信号,跳开A相输电线路两端的断路器;其中,θA为 领先的角度;k为整定系数;为的虚部;为的实部;为的实部 ;为的虚部。

保护装置判断cosθB[Re(I.mB+I.mB)]2+[Im(I.mB+I.mB)]2>k[Re(I.mB-I.mB)]2+[Im(I.mB-I.mB)]2是否成立,若成立,则保护装置向B相输电线路两端的 断路器发送跳闸信号,跳开B相输电线路两端的断路器;其中,θB为 领先的角度;k为整定系数;为的虚部;为的实部;为的实部 ;为的虚部。

保护装置判断cosθC[Re(I.mC+I.mC)]2+[Im(I.mC+I.mC)]2>k[Re(I.mC-I.mC)]2+[Im(I.mC-I.mC)]2是否成立,若成立,则保护装置向C相输电线路两端的 断路器发送跳闸信号,跳开C相输电线路两端的断路器;其中,θC为 领先的角度;为整定系数;为的虚部;为的实部;为的实部 ;为的虚部。

本发明方法无需通过插值运算求取各采样时刻的电流行波分量,减少 了算法运算量,提高了保护动作速度。本发明方法可在1/4周期的短数 据窗内完成线路故障行波保护功能,保护动作速度快,且计及线路损 耗影响,因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程的行 波保护。本发明方法消除了电流互感器饱和对行波电流差动保护动作 性能的影响,无论电流互感器是否饱和,输电线路保护区外故障本发 明方法可靠不动作,输电线路保护区内故障时本发明方法正确可靠动 作。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例,但本发明的保护范围并不局 限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内 ,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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