一种平行双回线路单相接地故障点的计算方法

摘要

本发明公开了电力系统继电保护技术领域中的一种平行双回线路单相接地故障点的计算方法。包括采集线路的电压和电流瞬时值，并通过傅里叶变换求得距离保护安装处故障线路的相电压、距离保护安装处故障线路的相电流和距离保护安装处故障线路的零序电流；根据平行双回线路运行状态计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z；根据平行双回线路单相接地故障阻抗Z计算距离保护安装处到故障点的距离。本发明用被保护线路单端电压和电流计算故障点位置，消除平行线路零序互感的单相接地故障阻抗测量的影响，极大地提高了平行线路单相接地保护的测量精度及保护的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种平行双回线路单相接地故障点的计算方法。

背景技术

输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。输电线路故障时，若不能及时切除或误切除，则对主系统影响较大，容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事故。高压/超高压/特高压线平行输电线路保护担负输送电的重要任务，是电力系统的重要枢纽。它们造价极为昂贵，一旦因故障而遭到损坏，检修难度大、时间长，对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大。这样就对高压/超高压/特高压平行输电线路保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出了极高的要求。距离保护是根据测量阻抗的大小来反映故障点的远近，其性能基本上不受系统运行方式的影响，在复杂电网中都可以有选择性的切除故障，而且具有足够的灵敏性和快速性，所以距离保护一直是高压/超高压/特高压平行输电线路保护的主要保护方式。

在高压/超高压/特高压平行输电线路上，跨线路故障及平行线路间的零序互感对阻抗计算有很大的影响。传统的距离保护由于受到零序互感的影响其保护范围仅为平行线路长度的（40-60）%，对于平行线路的单相接地故障约为故障总数的80%以上，可以说单相接地故障的保护性能决定了平行线路距离保护的性能。本发明针对目前高压/超高压/特高压平行输电线路零序互感对单相接地故障距离测量元件的影响，提出了一种新的计算方法，该方法仅利用平行线路中被保护线路单端电压和电流计算故障距离，可较好的解决平行线路零序互感对单相接地故障距离保护的影响。试验结果表明该方法确实较好的解决了平行输电线路中单相接地故障距离的准确测量问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种平行双回线路单相接地故障点的计算方法，利用平行线路中被保护线路单端电压和电流计算故障距离，解决平行线路零序互感对单相接地故障距离保护的影响。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种平行双回线路单相接地故障点的计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采集线路的电压和电流瞬时值，并通过傅里叶变换求得距离保护安装处故障线路的相电压U_MIφ、距离保护安装处故障线路的相电流I_MIφ和距离保护安装处故障线路的零序电流I_MI0；

步骤2：根据平行双回线路运行状态计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z；

步骤3：根据平行双回线路单相接地故障阻抗Z计算距离保护安装处到故障点的距离。

所述根据平行双回线路运行状态计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z具体是，当平行双回线路都处于运行状态时，采用公式计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z；

其中，U_MIφ为距离保护安装处故障线路的相电压；

I_MIφ为距离保护安装处故障线路的相电流；

I_MI0为距离保护安装处故障线路的零序电流；

K₀为零序电流补偿系数且

Z₀为线路全长的零序阻抗；

Z₁为线路全长的正序阻抗；

Z_M0为平行双回线路间的零序阻抗；

k_max为距离保护I段所保护的线路最大长度处不同运行方式下零序电流比率系数的最大值。

所述根据平行双回线路运行状态计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z具体是，当平行双回线路的一回线路处于检修状态，另一回线路处于正常运行状态时，采用公式计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z；

其中，U_MIφ为距离保护安装处故障线路的相电压；

I_MIφ为距离保护安装处故障线路的相电流；

I_MI0为距离保护安装处故障线路的零序电流；

K₀为零序电流补偿系数且

$>k^{\prime }=\frac{Z_{M0}}{Z_0};$>

Z₀为线路全长的零序阻抗；

Z₁为线路全长的正序阻抗；

Z_M0为平行双回线路间的零序阻抗。

所述根据平行双回线路单相接地故障阻抗Z计算距离保护安装处到故障点的距离采用公式

其中，l为距离保护安装处到故障点的距离；

L为线路的长度；

Z为平行双回线路单相接地故障阻抗；

Z₁为线路全长的正序阻抗。

本发明用被保护线路单端电压和电流计算故障点位置，消除平行线路零序互感的单相接地故障阻抗测量的影响，极大地提高了平行线路单相接地保护的测量精度及保护的可靠性。

附图说明

图1是平行双回线路单相接地故障示意图；

图2是零序电流比例系数与故障距离关系图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是平行双回线路单相接地故障示意图。如图1所示，平行双回线路的两条线路分别采用第I线和第II线表示。图1中的M和N分别表示平行双回线路的两侧，Z_MS1和I_MS0分别表示M侧系统的正序阻抗和零序阻抗，Z_NS1和I_NS0分别表示N侧系统的正序阻抗和零序阻抗。在本实施例中，假设距离保护安装在平行双回线路的M侧，故障发生在平行双回线路的第I线，则R_f表示故障点对地的等效电阻，D表示距离保护到故障点的距离与线路全长的比值。

基于图1给出的平行双回线路，本发明给出的单相接地故障点的计算方法为：

步骤1：采集线路的电压和电流瞬时值，并通过傅里叶变换求得距离保护安装处故障线路的相电压U_MIφ、距离保护安装处故障线路的相电流I_MIφ和距离保护安装处故障线路的零序电流I_MI0。

线路的电压和电流瞬时值可以通过距离保护安装处的电压互感器和电流互感器采集得到。对采集到的电压和电流瞬时值，通过傅里叶变换，可以求得距离保护安装处故障线路的相电压U_MIφ、距离保护安装处故障线路的相电流I_MIφ和距离保护安装处故障线路的零序电流I_MI0。由于本实施例设定距离保护安装在平行双回线路的M侧，并且故障发生在平行双回线路的第I线，因此距离保护安装处故障线路的相电压U_MIφ、距离保护安装处故障线路的相电流I_MIφ和距离保护安装处故障线路的零序电流I_MI0应当分别为图1中平行双回线路M侧第I线的相电压U_MIφ、平行双回线路M侧第I线的相电流I_MIφ和平行双回线路M侧第I线的零序电流I_MI0。其中，上述变量中的下角标φ代表电压（电流）三相中的a相、b相或者c相。

步骤2：根据平行双回线路运行状态计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z。

通常，平行双回线路有两种运行状态，即1）平行双回线路都运行的状态和2）一回线路检修一回线路运行的状态。不同的状态，计算单相接地故障阻抗Z的方式不同。

在第1）种运行状态时，即当平行双回线路都处于运行状态时，线路M侧母线相电压为：

U_MIφ=D(Z₁(I_MIφ+3K₀I_MI0)+Z_M0I_MII0)    （1）

公式（1）中，D为距离保护安装处到故障点的距离与线路全长的比值，Z₁为线路（一回线路）全长的正序阻抗，Z_M0为平行双回线路间的零序阻抗，I_MII0为平行双回线路M侧第II线的零序电流，Z₀为线路全长的零序阻抗。

对上述公式（1）进行变换可得：

$>U_{\mathrm{MI\phi }}={\mathrm{DZ}}_1((I_{\mathrm{MI\phi }}+{3K}_0{I}_{\mathrm{MI}0})+\frac{Z_{M0}}{Z_1}\times \frac{I_{\mathrm{MII}0}}{I_{\mathrm{MI}0}}{I}_{\mathrm{MI}0})---\left(2\right)$>

令k为零序电流比例系数，则公式（2）转换为：

$>U_{\mathrm{MI\phi }}={\mathrm{DZ}}_1((I_{\mathrm{MI\phi }}+{3K}_0{I}_{\mathrm{MI}0})+k\frac{Z_{M0}}{Z_1}{I}_{\mathrm{MI}0})---\left(3\right)$>

由于在平行双回线路中，距离保护安装处到故障点的距离与线路全长的比值等于距离保护安装处到故障点的阻抗Z与线路全长的正序阻抗Z₁的比值，因此距离保护安装处到故障点的阻抗Z=DZ₁。此处的距离保护安装处到故障点的阻抗Z即平行双回线路单相接地故障阻抗。

因此，由公式（3）可以得到

$>Z=\frac{U_{\mathrm{MI\phi }}}{(I_{\mathrm{MI\phi }}+{3K}_0{I}_{\mathrm{MI}0})+k\frac{Z_{M0}}{Z_1}\times I_{\mathrm{MI}0}}---\left(4\right)$>

图2是零序电流比例系数与故障距离关系图。图2中，横坐标D为故障点与距离保护安装处之间的距离，纵坐标Magnitude为零序电流比例系数k的幅值。由图2可以看出，故障距离与线路零序电流的分配有关。在与距离保护安装处相距线路全长的85%处，零序电流比例系数k会出现突变。而与距离保护安装处相距线路全长的85%处，恰好是距离保护I段的极限保护范围。因此，利用距离保护I段所保护的线路最大长度处（即与距离保护安装处相距线路全长的85%处）的零序电流比例系数k，计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z最准确。又由于平行双回线路存在多种运行方式，比如最大运行方式，最小运行方式。因此，本发明利用所有运行方式下，与距离保护安装处相距线路全长的85%处的零序电流比例系数k的最大值k_max计算单相接地故障阻抗Z，则公式（4）转变为：

$>Z=\frac{U_{\mathrm{MI\phi }}}{(I_{\mathrm{MI\phi }}+{3K}_0{I}_{\mathrm{MI}0})+k_{\max }\frac{Z_{M0}}{Z_1}\times I_{\mathrm{MI}0}}---\left(5\right)$>

在第2）种运行状态时，即当平行双回线路的一回线路处于检修状态，另一回线路处于正常运行状态时，采用公式

$>Z=\frac{U_{\mathrm{MI\phi }}}{(I_{\mathrm{MI\phi }}+{3K}_0{I}_{\mathrm{MI}0})-k^{\prime }\frac{Z_{M0}}{Z_1}\times I_{\mathrm{MI}0}}---\left(6\right)$>

计算平行双回线路单相接地故障阻抗Z。

公式（6）中，Z₀为线路全长的零序阻抗，Z₁为线路全长的正序阻抗，Z_M0为平行双回线路间的零序阻抗。公式（6）的分母中，减去项的目的是为了消除相邻线路（非故障线路）的零序互感的影响。

步骤3：根据平行双回线路单相接地故障阻抗Z计算距离保护到故障点的距离。

前面已经讲过，距离保护安装处到故障点的距离与线路全长的比值等于距离保护安装处到故障点的阻抗与线路全长的正序阻抗的比值，而距离保护安装处到故障点的阻抗实际就是平行双回线路单相接地故障阻抗。因此有l为距离保护安装处到故障点的距离，L为线路全长，Z为平行双回线路单相接地故障阻抗，Z₁为线路全长的正序阻抗。据此，可以计算出距离保护安装处到故障点的距离，从而准确获知故障点的位置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。