一种同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法

摘要

本发明涉及一种同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法，包括：构建零序判据，包括零序方向主判据和零序电流启动判据；构建负序判据，包括负序方向辅助判据、负序补偿电压启动判据、负序电流启动判据和负序电压门槛；如果零序判据与负序判据同时满足，则判为正向故障；如果零序判据满足，同时负序电流启动判据不满足，且负序电压门槛满足，此时认为是弱电源出线内部故障，同样判为正向故障；若线路两端均判为正向故障，则是线路内部发生接地故障，保护出口跳闸。本发明技术方案通过引入负序分量以及对补偿电压的改进，能够有效防止同塔双回线路纵向故障时健全线路零序纵联保护误动问题的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体涉及一种同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法。

背景技术

线路零序纵联保护作为线路单相经过渡电阻接地故障的主保护，因其原理简单、故障判别灵敏度高等优点得到广泛应用。与此同时，当零序纵联保护配置于同塔双回线路时，由于存在电耦合与磁耦合的双重作用，使得零序纵联保护受到系统运行方式的直接影响，可靠性受到威胁。对于该问题，以往文献中多关注于线路横向故障时零序保护的动作特性及改进措施，得到了诸多有益的成果。

然而，通过近期研究发现，对于目前配置的零序纵联保护逻辑，当同塔双回线路一回发生纵向故障(断线)时，另一回健全线路存在误动可能性，这一现象已导致数次现场误动事件的发生，并得到了实验验证。

究其原因，当同塔双回线一回发生断线故障后，线路两端零序电压会呈现极性相反的状态。此时在电耦合作用下，会在相邻健全线路上形成一个零序电压过零点。在磁耦合作用下，健全线两端零序电压差会下降，而通过的零序电流会上升。此时，如果仍采用现有的零序纵联保护逻辑(典型逻辑为满足电压补偿条件后，按2/3Z₀进行补偿，Z₀为全线零序阻抗值)，则会发生因零序电压过补偿而造成健全线两端零序方向元件同时判为正向的情况，从而导致保护误动。本申请即对此问题提出解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法，通过引入负序分量以及对补偿电压的改进，能够有效防止同塔双回线路纵向故障时健全线路零序纵联保护误动问题的发生。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法，包括：

构建零序判据，包括零序方向主判据和零序电流启动判据；

构建负序判据，包括负序方向辅助判据、负序补偿电压启动判据、负序电流启动判据和负序电压门槛；

如果零序判据与负序判据同时满足，则判为正向故障；

如果零序判据满足，同时负序电流启动判据不满足，且负序电压门槛满足，此时认为是弱电源出线内部故障，同样判为正向故障；

若线路两端均判为正向故障，则是线路内部发生接地故障，保护出口跳闸。

将所述零序判据的输出均与第一个与门连接；将所述零序判据和负序判据的输出均与第二个与门连接；将所述第一个与门的输出、负序电流启动判据的输出和负序电压门槛的输出均与第三个与门连接；将第二个与门的输出与第三个与门的输出均与或门连接；将或门的输出与线路另一端的纵向故障零序纵联保护判据的最终输出通过与门连接。

所述零序方向主判据为：

式中，和分别为线路一端保护安装处的零序电压和电流，其正方向均采用参考方向，Z₀为线路零序阻抗。

所述零序电流启动判据为：

该式是零序方向启动的电流门槛值，其中，为线路一端保护安装处的零序电压和电流。

所述负序方向辅助判据为：

式中，和分别为线路一端保护安装处的负序电压和电流，其正方向均采用参考方向，Z₂为线路负序阻抗。

所述负序补偿电压启动判据为：

该式是负序方向启动的补偿电压门槛值，相当于按1/3Z₂补偿的负序电压幅值，；其中，U_N为电网额定电压。

所述负序电流启动判据为：

该式是负序方向启动的电流门槛值，为线路一端保护安装处的负序电流。

所述负序电压门槛为：

该式是识别弱电源的负序电压门槛值，U_N为电网额定电压，为线路一端保护安装处的负序电压。

如果零序方向主判据和负序方向辅助判据均不满足，且零序电流启动判据、负序补偿电压启动判据和负序电流启动判据均满足，则判为反向故障；其他情况，均为无故障。

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、本发明技术方案减少现场误动事件的发生；

2、本发明技术方案更有效的解决了对线路单相经过渡电阻接地故障的问题；

3、本发明技术方案提高线路保护可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的零序纵联保护防误动逻辑图；

图2为本发明实施例的仿真系统图；

图3为本发明实施例的杆塔结构示意图；

图4为本发明实施例的发生A相断线故障示意图；

图5为本发明实施例的发生A相断线故障示意图；

图6为本发明实施例的发生A相短路故障示意图；

图7为本发明实施例的发生A相短路故障示意图。

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同塔双回线路纵向故障零序纵联保护防误动方法，执行流程如图2所示；当线路发生故障时，线路一端保护装置启动，采集三相电压、电流信息，经过计算形成零、负序电压、电流U₀、I₀、U₂、I₂。然后，执行零序判据：

式中U₀、I₀为线路一端保护安装处的零序电压电流，其正方向均采用参考方向，Z₀为线路零序阻抗。式(1)以比幅形式呈现，其与按1/3Z₀补偿的>

传统零序保护中通常按2/3Z₀进行零序电压补偿，本发明中对补偿阻抗进行了调整，降低为1/3Z₀，能够有效降低同塔双回线一回纵向故障期间另一回线零序电压过补偿的概率。

该式是零序方向启动的电流门槛值，用于保证参与计算的零序测量值的有效性。

同时，执行负序判据：

式中U₂、I₂为线路一端保护安装处的负序电压电流，其正方向均采用参考方向，Z₂为线路负序阻抗。同理，该式与按1/3Z₂补偿的负序电压与线路负序电流构成的比相式判据等价：

负序方向的加入，是为了防止零序方向因互感出现误判，按1/3Z₂补偿，可以保证在断线故障下，健全线路两端零序方向元件至少有一端不会出现过补偿，能够判为反向，避免保护误动作。

该式是负序方向启动的补偿电压门槛值，相当于按1/3Z₂补偿的负序电压幅值，以保证判据(3)的有效性。

该式是负序方向启动的电流门槛值，与零序电流门槛的设置意义相同。

该式是识别弱电源的负序电压门槛值，线路内部故障时弱电源侧如果不满足电流判据(5)，则势必会满足电压判据(6)，基于该原理可以设置逻辑克服弱电源带来的影响。

得到各判据计算结果后，如果判据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)同时满足，或者判据(1)、(2)、(6)满足，判据(5)不满足，则零序方向元件判为正方向；如果判据(1)、(3)均不满足，判据(2)、(4)、(5)均满足，则零序方向元件判为反向故障；其他情况零序方向元件判为无故障。若判为正方向，以允许式纵联保护为例，则向对端发出允许信号，对端零序方向元件如果接到信号，同时自身同样判断为正向，则保护出口跳闸，隔离故障线路。否则，零序纵联保护不动作。

以图3所示的双回线仿真系统为例，对本发明所提出的新型判据进行仿真验证。此系统中，双回线的线路参数以杆塔参数来表示，如图4所示，故障点分别设为区外和区内，故障类型包括单相的短路故障和断线故障，在此情况下，分别测算故障线路和非故障线路两端零序方向元件动作情况。动作结果“1”表示正向故障，动作结果“-1”表示反向故障，动作结果“0”表示不动作。

(1)当发生A相断线故障时，保护运行结果如图5所示；在此情况下，继电器显示为反向故障，继电器显示为正向故障。与此同时健全线路的两侧继电器均显示为无故障，这是由于判据(4)未被满足。本例中改进的零序纵联保护在双回线上均不动作，具有良好的可靠性。

(2)图6显示了当发生A相断线故障时，保护的运行结果。此时故障线路两端零序方向元件均为正向，而非故障线两端零序方向元件均不动作。同时通过仿真发现，如果健全线路采用的是传统的零序纵联保护，那么在该算例中将发生误动。由此可见本发明中改进的逻辑显著提高了保护可靠性。

(3)图7显示了当发生A相短路故障时，同塔双回线保护的动作结果。由图可见M端的两个继电器均显示为反向故障，而N端的两个继电器均显示为正向故障。因此零序方向纵联保护能够在外部短路期间保持不动作。

(4)图7显示了当发生A相短路故障时的双回线保护动作结果。此时故障线路两端继电器均显示为正向故障，保护正确动作。而对于健全线路，由于属于线路I的中点，且线路Ⅱ两侧的参数及电气量对称，因此流过线路Ⅱ的零负序电流均为0，保护不动作。

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。