一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法

摘要

本发明公开了一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法，(1)判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的幅值是否小于等于电压整定值，如果是，执行步骤(4)；如果否，执行步骤(2)；(2)判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的相位是否大于等于整定相位，如果是，执行步骤(4)；如果否，执行步骤(3)；(3)同杆双回线为跨线瞬时性故障，跳开相延时重合闸，流程结束；(4)同杆双回线为跨线永久性故障，重合闸闭锁，流程结束。本方法通过分析同杆双回线发生跨线故障并按故障相跳闸后的跳开相端电压特征，无论线路运行在轻载或重载，均有效识别跨线永久性故障，可有效提高线路重合闸的成功率。

说明书

技术领域

本发明涉及电力的发电、输电和配电领域，特别涉及一种用于同杆双回线 的跨线永久性故障识别方法，本发明针对同杆双回输电线路，是对高压输电线路 的保护。

背景技术

超、特高压同杆双回输电线路间距离较近，可能会出现跨线故障。国内外运 行经验表明，其跨线故障出现几率约占故障总数的10％-20％左右，虽然比例不 高，但其一旦重合于永久性故障，将造成两回线全部跳开，严重影响系统供电的 可靠性。

架空线路故障大多是瞬时性的，跨线故障也是如此[1]。如果能够在重合之 前对故障性质进行识别，瞬时性故障时重合闸启动，永久性故障时重合闸闭锁， 就可以大大提高重合成功几率，避免跨线故障情况下两回线同时重合于永久性故 障时对系统稳定性造成的危害。因此，能够在重合之前预先判断故障性质并选择 重合的自适应重合闸受到广大学者的关注，目前单回线单相自适应重合闸研究方 面已有一定成果出现并在逐步推广应用[2]。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

针对同杆双回线，现有技术中仍沿用基于跳开相端电压的单回线单相接地故 障性质判断方法结合按相顺序重合闸的方式，并没有专门针对跨线故障的实用判 据出现[3]，这使得现有技术中对同杆双回线的跨线故障性质不能很好的识别， 使得同杆双回输电线路重合于跨线永久性故障的几率大大增加，进而加大了造成 电力系统稳定性破坏的风险，严重影响供电的持续性和可靠性。

参考文献如下：

[1]张嘉昱，葛荣良.同塔多回输电技术特点及其应用分析.华东电力，2005， 33(7)：23-26.

[2]郑玉平，黄振，张哲，等.同杆并架双回线自适应重合闸的研究.电力系统 自动化，2004，28(22)：58-62.

[3]李博通，李永丽.带并联电抗器的超高压输电线路自适应重合闸新判据.电 力系统自动化，2009，33(23)：48-54.

发明内容

本发明提供了一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法，本方法实现 了对同杆双回线的跨线故障性质进行很好的识别，降低了输电线路重合于永久性 故障的风险性，详见下文描述：

一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法，所述方法包括以下步 骤：

(1)判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的幅值是否 小于等于电压整定值U_dz，即如果是，执行步骤(4)；如果否，执行 步骤(2)；

其中，为不同回线跳开相M端电压之差，电压整定值U_dz取0.5U_Dy，U_Dy为 不同回线跳开相电容耦合电压差的幅值；

 (2)判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的相位是否 大于等于整定相位θ_dz，即如果是，执行步骤(4)；如果否，执 行步骤(3)；

其中，为两回线的零序电压差；

(3)同杆双回线跨线为瞬时性故障，跳开相延时重合闸，流程结束；

(4)同杆双回线跨线为永久性故障，重合闸闭锁，流程结束。

所述电压差具体为：

其中，Y_S为自导纳；Y_M为相间互导纳；Y′_M为线间互导纳，为线路的参数；为两回线的零序电压差；

Y_S＝jω(C_g+2C_m+3C′_m)

Y_M＝jωC_m

Y′_M＝jωC′_m

其中，C_g为对地电容；C_m为相间电容；C′_m为线间电容；ω为交流电的角频率； 所述两回线的零序电压差具体为：

其中，和分别为一回线、二回线的零序电压；和分别为一回线、二回线的A、B、C三相电压。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法，本方法通过 分析同杆双回线发生跨线故障并按故障相跳闸后的跳开相端电压特征，无论线路 运行在何种状态包括轻载或重载，均有效识别跨线永久性故障，可有效提高同杆 双回输电线路重合闸的成功率，减小重合于跨线永久性故障时对设备的损害及对 系统稳定性的破坏；在长300km的500kV线路上对本发明进行仿真验证，证明 了在空载条件下，线路不同位置故障时，通过端电压差幅值判据可有效判别瞬时 性故障和永久性故障；在重载条件下，幅值判据有效识别的情况下，端电压差的 相位判据可准确判别瞬时性故障和永久性故障，从而实现不同情况下均可识别同 杆双回线的跨线永久性故障。

附图说明

图1为本发明提供的同杆双回线的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别方法的流 程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

M：线路的M端母线；   N：线路的N端母线；

IA，IB，IC：第一回线的A、B、C三相线路；

IIA、IIB、IIC：第二回线的A、B、C三相线路；

线路M端A、B、C三相电压；

线路N端的A、B、C三相电压；

M端不同回线跳开相的电压差；U_dz：端电压差幅值判据的整定电压；

两回线的零序电压差；θ_dz：端电压差相位判据的整定相位。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实 施方式作进一步地详细描述。

为了实现了对同杆双回线的跨线故障性质进行很好的识别，降低了输电线路 重合于永久性故障的风险性，参见图1和图2，本发明实施例提供了一种用于同 杆双回线的跨线永久性故障识别方法，详见下文描述：

同杆双回线可有效提高单位输电走廊面积的输送容量，因此在超高压骨干网 架得以广泛应用。由于两回线间距离较近，有可能发生两回线间不同相的跨线故 障，且其故障性质也多为瞬时性，如果能够在重合之前对故障性质进行识别，瞬 时性故障时重合闸启动，永久性故障时重合闸闭锁，就可以大大提高重合成功几 率，避免重合于跨线永久性故障时对系统稳定性造成的危害。同杆双回线的跨线 故障与单回线的故障特征不同，传统的基于跳开相端电压的单回线单相接地故障 性质判断方法结合按相顺序重合闸的方式难以有效识别跨线永久性故障。因此， 研究能够准确判断跨线永久性故障的方法，避免重合于跨线永久性故障，在提高 输电可靠性和持续性等方面具有重要的实用价值。

针对同杆双回线发生跨线故障并按故障相跳闸后跳开相的耦合电压特征，利 用不同回线端电压差进行跨线永久性故障判断。考虑到线路负载不同，跳开相恢 复电压特征不同通过跳开相端电压幅值判据与相位判据相结合的方法，实现永久 性故障的判定。通过以下方法判定同杆双回线的跨线故障为永久性还是瞬时性。

101：判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的幅值是否 小于等于电压整定值U_dz，即如果是，执行步骤104；如果否，执行步 骤102；

其中，当同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的幅值小于等 于电压整定值U_dz时，为永久性故障；当同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳 开相端电压差的幅值大于电压整定值U_dz时，转入步骤102，进行相位判据。

其中，为不同回线的跳开相M端电压之差，通过对线路电压的测量得到； 电压整定值U_dz取0.5U_Dy，U_Dy为不同回线的跳开相电容耦合电压差的幅值，电压 差的计算方法如下：

其中，Y_S为自导纳；Y_M为相间互导纳；Y′_M为线间互导纳，为线路的参数；为两回线的零序电压差。

Y_S＝jω(C_g+2C_m+3C′_m)

Y_M＝jωC_m

Y′_M＝jωC′_m

其中，C_g为对地电容；C_m为相间电容；C′_m为线间电容；ω为交流电的角频率。 两回线的零序电压差的计算方法如下：

和分别为一回线、二回线的零序电压；和分 别为一回线、二回线的A、B、C三相电压。考虑到故障后跳开相的电压很小， 在实际应用中，零序电压可只用健全相电压和近似代替。

102：判断同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的相位是否 大于等于整定相位θ_dz，即如果是，执行步骤104；如果否，执行 步骤103；

其中，当同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相端电压差的相位大于等 于整定相位θ_dz时，为永久性故障；当同杆双回线发生跨线故障后不同回线跳开相 端电压差的相位小于整定相位θ_dz时，执行步骤103。

其中，根据双回线路发生跨线故障并按故障相跳闸后的耦合电压特征，具体 实现时，整定相位θ_dz一般取为π/4。为不同回线的跳开相M端电压之差。为 两回线的零序电压差，计算方法与幅值判据中的计算方法相同。

103：同杆双回线为跨线瞬时性故障，跳开相延时重合闸，流程结束；

其中，延时的时间通常具体为：0.5秒至1秒，具体实现时，根据实际应用 中的需要进行选择，本发明实施例对此不做限制。

104：同杆双回线为跨线永久性故障，重合闸闭锁，流程结束。

下面以一个具体的实验来验证本发明实施例提供的一种用于同杆双回线的 跨线永久性故障识别方法的可行性，详见下文描述：

本发明实施例针对同杆双回线的跨线故障进行故障性质(即永久性还是瞬时 性)的判定，所涉及的同杆双回线的跨线故障类型包括：IAIIB(一回线A相和 二回线B相跨线故障)、IAIIBC(一回线A相和二回线BC相跨线故障)、IAIIAB (一回线A相和二回线AB相跨线故障)、IABIIBC(一回线AB相和二回线BC 相跨线故障)和IAIIABC(一回线A相和二回线ABC相跨线故障)，进行有效 分析，通过不同回线跳开相端电压差的幅值判据和相位判据相结合，实现对线路 不同负载条件下跨线永久性故障判定。参见图1，I和II分别表示第一回线和第 二回线，A、B和C分别表示交流电路的三相电路。本发明实施例按以下方法进 行：

通过线路参数：对地电容C_g、相间电容C_m和线间电容C′_m，求解线路的电气参 数，自导纳Y_S、相间互导纳Y_M和线间互导纳Y′_M。

Y_S＝jω(C_g+2C_m+3C′_m)

Y_M＝jωC_m

Y′_M＝jωC′_m

计算线路的两回线的零序电压差计算方法：

由于跳开相电压一般远小于健全相电压，因此零序电压可只用健全相电压和 近似代替。

用不同回线跳开相端电压差的幅值进行永久性故障的判定，为不同回线 跳开相M端电压差，U_dz为端电压差幅值判据的整定值，判定方法如下：

U_dz＝0.5U_Dy

满足判定条件则为永久性故障，如不满足则跳转至相位判据条件进行永久性 故障判定。U_Dy为跨线故障下不同回线的跳开相电容耦合电压差值的幅值。不同 回线的跳开相电容耦合电压的差值可表述如下：

采用不同回线跳开相端电压差的相位与两回线零序电压差的相位进 行比较来进行线路重载情况下的永久性故障的判定。判定规则如下：

整定相位θ_dz一般取为π/4即可。

综上所述，本发明实施例提供了一种用于同杆双回线的跨线永久性故障识别 方法，本方法通过分析同杆双回线发生跨线故障并按故障相跳闸后的跳开相恢复 电压特征，无论线路运行在何种状态包括轻载或重载，均有效识别跨线永久性故 障，可有效提高线路重合闸的成功率，减小对设备的损害；在长300km的500kV 线路上对本方法进行仿真验证，证明了在空载条件下，线路不同位置故障时，通 过不同回线端电压差幅值判据可有效判别瞬时性故障和永久性故障；在重载条件 下，幅值判据难以满足判定要求，而不同回线端电压差的相位判据可有效判别瞬 时性故障和永久性故障，从而实现不同情况下均可识别同杆双回线的跨线永久性 故障，可有效提高同杆双回输电线路重合闸的成功率，减小重合于跨线永久性故 障时对设备的损害及对系统稳定性的破坏，保证供电的持续性和可靠性。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实 施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。