一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法

摘要

本发明涉及一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法，包括：确定单端量距离保护中故障点电压的相位；根据补偿电压确定

说明书

技术领域：

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体涉及一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法。

背景技术：

距离保护灵敏性高、构成简单，是目前输电线路应用广泛的主保护原理。随着数字化/智能化变电站的建设，保护装置采集电气量从常规二次电缆导入，变为经合并单元就地汇集转化后经光纤导入。而合并单元本身由于软件缺陷、电磁干扰和过热损坏等原因出现工作异常时，导致双端量保护误动作，严重威胁电网安全。这一现象已在动模实验室和现场中数次发生，而目前该方面的研究仍属空白。本发明可以应用于低电压等级输电线路，实现全网单端量保护，增强单端量距离保护的精度，提高保护在高阻故障情况系的整体动作性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法，加快位置判定速度和准确度，增强单端量距离保护的精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法，包括：

确定单端量距离保护中故障点电压的相位；

根据补偿电压确定

确定不受负荷分量的影响的单端测距结果；

根据单端测距的结果判定故障在区内外的情况。

故障点的相位在短路点的边界条件下进行确定的；所述边界条件为故障点电压与电流同相位；由于故障点未知，则令单端电气量替代故障点电压的相位。

补偿电压为$>{\stackrel{·}{U}}^{\prime }=\stackrel{·}{U}-\stackrel{·}{I}{Z}_{L1}l={\stackrel{·}{U}}_F={\stackrel{·}{I}}_F{R}_F;$>

其中，为保护安装处电压，为保护安装处电流，Z_L1为线路正序阻抗，l＝0～1的实数，为故障点电压，为故障点处流经的两侧电流和，R_F为故障点阻抗，相间短路时$>\stackrel{·}{U}={\stackrel{·}{U}}_{\phi \phi },\stackrel{·}{I}={\stackrel{·}{I}}_{\phi \phi };$>接地短路时$>\stackrel{·}{U}={\stackrel{·}{U}}_{\phi },\stackrel{·}{I}={\stackrel{·}{I}}_{\phi }+3k{\stackrel{·}{I}}_0;$>为相电压，为相电流，为线电压，为线电流，k为零序补偿系数，即(Z₀-Z₁)/(3Z₁)，为零序电流；

得到$>\Delta {\stackrel{·}{U}}^{\prime }=\Delta \stackrel{·}{U}-\Delta \stackrel{·}{I}{Z}_{L1}l=\Delta {\stackrel{·}{U}}_F=-{\stackrel{·}{I}}_F{Z}_{\Sigma }$>

其中，为补偿电压突变量，为保护安装处电压突变量，为电流突变量，为故障点电压突变量，为故障点处流经的两侧电流和，Z_Σ为等效阻抗，即从故障点分别到M和N侧的并联阻抗。

去除对测距精度的影响，使单端测距结果不受负荷分量的影响；用电流电抗线法和补偿电压电抗法确定单端测距结果。

在所述电流电抗线法中，由于去除了正常负荷的零序电流只含故障分量，不含负荷分量，相间与同相位，接地与同相位，从而确定l，l存在无解的情况。

在所述补偿电压电抗法中，用代替超前180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，从而确定得l，l存在无解的情况。

两种所述算法采取半分法逐步逼近进行计算；令通过l的从0，1之间逐步二分遍历，第一次为l＝0.5，每次求得和的夹角θ；若夹角θ在区内，在左区间对l进行下一次二分；若夹角θ在区外，在右区间对l进行下一次二分，直到θ足够接近180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，则判定为求解出l，并取实部；最后故障位置为lL，L为输电线路全长。

大多数情况下，远离短路点处的情况可以正确应用上述中二分法，唯有当在金属性短路点附近出现的情况，可能导致相位不定式的结果。然而，此种特殊情况下，上式中较小的虽然对应一定的相位误差，但由于本身已处于金属短路点附近，此相位误差不影响测距结果。

设定整定值l＝set，若在所述电流电抗线法情况下，超前且在所述补偿电压电抗法下，超前并且θ<180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，则故障判定在区内；反之，故障判定在区外。

在算法中，根据确定权重，其中，U为保护安装处电压幅值，补偿后功率因数角相间短路时接地短路时φ为保护安装处电压和电流夹角，φ_L1为线路正序阻抗角。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案避免用零序电流作为基准极化量，而改用U'，从而不会出现误差随过渡电阻变大而劣化的现象；

2、本发明技术方案据补偿电压和补偿电压突变量相位关系逐步逼近基准值从而判定故障位置；

3、本发明技术方案通过用二分法等计算机算法，优化搜索故障位置对应的突变量值，很大程度加快位置判定速度和准确度，增强单端量距离保护的精度和判定时间；

4、本发明技术方案提高了保护在高阻故障情况系的整体动作性能。

附图说明

图1为本发明实施例的根据确定加权平均值的权重示意图；

图2为本发明实施例计算突变量的时间窗示意图；

图3为本发明实施例的方法原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种单端量距离保护中的新型极化量判据实现方法，包括以下步骤，如图3所示：

(1)单端测距是根据短路点的边界条件下进行的；边界条件为故障点电压与电流同相位。

已知由于故障点是未知的、待求的。只能通过单端电气量近似地替代故障点电压的相位。

(2)令补偿电压$>{\stackrel{·}{U}}^{\prime }=\stackrel{·}{U}-\stackrel{·}{I}{Z}_{L1}l={\stackrel{·}{U}}_F={\stackrel{·}{I}}_F{R}_F$>

其中：Z_L1线路正序阻抗，l＝0～1的实数，其中，相间短路时接地短路时

(3)得到$>\Delta {\stackrel{·}{U}}^{\prime }=\Delta \stackrel{·}{U}-\Delta \stackrel{·}{I}{Z}_{L1}l=\Delta {\stackrel{·}{U}}_F=-{\stackrel{·}{I}}_F{Z}_{\Sigma }$>

(4)为了使计算结果不受负荷分量的影响，要去除对测距精度的影响，通过以下2种算法求出的单端测距结果：

1)电流电抗线法

只含故障分量，不含负荷分量，相间与同相位，接地与同相位，得l。(l可能无解)

2)补偿电压电抗法(利用补偿电压末端轨迹)

用代替超前180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，±2°/4°的考虑是因为：系统阻抗角大于线路阻抗角，但是，线路的零序阻抗角小于正序阻抗角，因此，做相间加2°，接地减4°的近似处理。得l。(l可能无解)

(5)为了便于算法实现，采取半分法逐步逼近。直接令(理由见第(6)条)，通过l的遍历(从0，1之间逐步二分遍历，第一次为l＝0.5)，每次求得和的夹角θ，若在区内，在左区间对l进行下一次二分；若在区外，在右区间对l进行下一次二分，直到θ足够接近180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，则可判定为解出l，取实部，最后故障位置为lL(L为线路全长)。

(6)若出现可能会出现相位不定式。注意：这种情况只会出现在金属性短路的短路点附近，远离短路点半分法是事不会出现这种情况的。因此，小时，产生的相位误差对测距结果，影响不大，也就是说，一个大的相位误差，只是产生一个小的l误差。

(7)判定故障区内外的规则：给出一个整定值l＝set，若第1)种算法情况下超前且第2)种算法方法下超前并且θ<180°-(ArgZ_L1±2°/4°)，则在区内。反之，在区外。

2、算法中需要注意的是：

1)加权平均值的权重，如图1所示，根据确定权重。其中即补偿后功率因数角。

其中：相间短路时接地短路时电压超前电流的角。

2)计算突变量的时间窗，如图2所示。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。