一种评估串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护影响范围的方法

摘要

一种评估串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护影响范围的方法。通过选取串补线路特征故障点分析串补装置在串补电容上发生最大电压降时，根据本线及相邻线路母线侧保护安装处的电气特征，判断串补线路故障后对相邻线路距离I段保护的影响范围，结合离线辅助计算的方法分析串补线路相邻I级、多级线路首端母线侧及同电压等级出线保护安装处距离I段保护影响范围，最终确定相邻线保护功能运行时是否投退进一步指导工程设计选型。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地涉及为电力系统中串补线路上发生故障时系统出现异常的一种评估手段，是一种通过理论分析结合离线辅助计算串补线路故障发生电压反相时，对相邻多级线路距离I段保护影响范围的评估方法。

背景技术

目前电网西电东送容量大，送电距离长，线路回数较多，为了充分发挥交流通道的送电能力，确保西电东送目标得以实现，在西电东送交流主通道上大量使用了串联补偿电容(简称串补装置)设备。

在输电线路增加串补装置之后，由于串补装置电容呈负阻抗外特性，破坏了输电线路阻抗的均匀性，给继电保护带来了重大影响，继电保护性能与串补安装位置以及不同的串补度(指串补阻抗值与全线路阻抗的比值，本发明主要针对欠补偿串补线路进行电压反相影响范围特征判别)均有直接的关系，会面临“电压反相”和“电流反相”的问题。随着电力系统的不断扩容和延伸，对含串补装置的相邻I级、多级线路继电保护产生了一些新的问题，譬如当串补装置安装于线路首端时，串补装置阻抗值若大于故障点到靠近串补装置保护安装处阻抗且小于串补装置背后系统等值阻抗，就会面临“电压反相”问题，串补线路故障后保护安装处发生电压反相，对串补相邻I级线路、多级线路的距离I段保护造成影响、各级线路距离I段保护是否投退给串补工程设计人员、串补工程投运后继电保护人员定值整定、多级线路保护的选型带来诸多困扰，给电网的安全、稳定、正常运行提出更高的技术要求。

发明内容

本发明主要针对安装有串补装置的相邻线路当串补线路发生故障时评估相邻线路电压反相问题时进而确定距离I段保护的影响范围以及功能是否投入提出的一种理论分析方法。此方法的应用可以有效的指导设计人员在线路新建、设计规划阶段确定串补电容的可靠安装位置，指导继电保护整定人员对相邻I级或者多级线路保护距离I段保护功能投退作出有效评估，在电网架构规划方面来进一步避免以后线路故障给继电保护带来的特殊问题，进而使输电线路发生故障时进一步提升电网的稳定性、可靠性。

为更好地理解本发明的技术方案，首先介绍本发明中的以下技术术语：

本线路：本线路也称串补线路，是串补装置所安装的输电线路，串补装置安装于靠近母线侧位置本线路的首端；

相邻I级线路：与本线路首端相邻同电压等级的输电线路(可包括多回线路)，位于串补装置背后系统；

相邻II级线路：与相邻I级线路首端相邻同电压等级的上级线路；

相邻多级线路：包括相邻I级线路、相邻II级线路以及与相邻II级线路顺次连接的各相邻上级相邻在内，统称为相邻多级线路；

系统电源：其中，相邻多级线路中最上级线路首端背后系统电源称为相邻多级线路背后系统电源；本线路未端背后系统等效电源称为本线路未端背后系统电源；

线路保护：本线路、相邻I级线路、相邻多级线路保护均安装在相应线路的首端母线侧；

首端位置：定义为串补安装所靠近的母线侧为本线路的首端，串补线路发生区内故障时，相邻I级、相邻多级线路保护安装处均判为正方向的位置定义为相邻线的首端。各段母线：本线路首端母线即相邻I级线路未端母线；相邻I级线路首端母线即为相邻II级线路未端母线。

本发明采用如下技术方案。

一种评估串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护影响范围的方法，串补装置安装于本线路即串补线路首端母线一侧；其特征在于：

串补线路发生故障后，在串补电容发生最大电压降时，分析本线路及相邻多级线路母线侧保护安装处的电气特征量，进而确定串补线路故障对相邻线路距离I段保护影响范围，为继保人员在距离I段保护功能整定时提供参考。

进一步，在串补装置串补电容发生最大压降时，离线计算可获得本线路首端母线侧电压以及各相邻多级线路首端母线侧保护安装处电压故障前后电压，由故障前后电压相位关系确定对应线路距离保护I段受影响程度，进而判断是否退出距离保护I段。

一种评估串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护影响范围的方法，其中，串补装置安装于串补线路即本线路首端母线一侧，各相邻多级线路为常规无串补线路，各段线路保护装置均设置在该段相邻多级线路首端位置；其特征在于，所述评估串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护影响范围的方法包括以下步骤：

步骤1：本线路发生故障时，确定本线路首端母线侧保护安装处是否存在电压反相特征，当本线路首端母线侧保护安装处会发生电压反相时，转入步骤2，否则，认为本线路母线侧保护安装处电压反相不会发生，评估步骤结束；

步骤2：在串补装置串补电容上出现最大电压降Uc时，离线计算获得相邻I级线路首端母线侧保护安装处故障前、后的电压，当存在故障后电压超前故障前电压大于90度时，判断相邻I级线路首端母线侧保护安装处存在电压反相特征，此时相邻I级线路首端保护的距离I段受串补线路故障的影响，需退出距离I段保护，然后进入步骤3评价对相邻II级线路距离I段保护影响；否则认为相邻I级线路首端母线侧保护安装处无电压反相特征时，相邻I级线路首端保护的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束；

步骤3：在串补装置串补电容上出现最大压降Uc时，离线计算获得相邻II级线路首端母线侧保护安装处故障前、后的电压，当存在故障后电压超前故障前电压大于90度时，判断相邻II级线路首端母线侧保护安装处存在电压反相特征，此时相邻II级线路首端保护的距离I段受串补线路故障的影响，需退出距离I段保护，然后转入步骤4评价对更上一级的相邻多级线路距离I段保护影响；否则认为相邻II级线路首端母线侧保护安装处无电压反相特征时，相邻II级线路首端保护的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束；

步骤4：按照步骤2和3的方式，顺次对更上一级的所有相邻多级线路进行判断，直到在串补装置串补电容上出现最大压降Uc时，离线计算获得相邻n级线路即最上一级的相邻多级线路首端母线侧保护安装处故障前、后的电压，当存在故障后电压超前故障前电压大于90度时，该相邻n级线路首端母线侧保护安装处存在电压反相特征，此时相邻n级线路首端保护的距离I段受串补线路故障的影响，需退出距离I段保护，；否则该相邻n级线路首端母线侧保护安装处无电压反相特征时，相邻n级线路首端保护的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束；其中，n为整数且大于2。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤1中，当串补装置电抗值大于故障点到串补装置安装处线路电抗值且小于串补装置背后系统等值电抗时，则认为本线路首端母线侧保护安装处会发生电压反相。

在步骤1中，所述串补装置背后系统等值电抗等于故障点到串补装置安装处电抗X_QF1、所有相邻多级线路的线路电抗值X_MK以及相邻多级线路背后系统电源阻抗所对应电抗值X_S1之和。

在步骤4中，n＝3，即最上一级相邻多级线路为相邻III级线路。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明针对安装有串补装置的输电线路在串补线路发生故障时靠近串补侧保护安装处发生电压反相后对相邻线路距离I段保护影响范围作出的一种判断方法。此方法对新建或扩建串补线路工程在设计、设备选型、定值整定阶段提供一种便捷的评估方法，通过预先对输电系统的分析可以尽早的消除或避免含有串补装置的线路因电压反相问题使系统在故障时对线路保护动作产生诸多不利因素，针对存在的问题选择相应的应对措施来进一步提升电网的稳定性、可靠性以及安全性。

附图说明

图1为典型串补线路安装示意图；

图2为串补装置结构示意图；

图3为典型串补系统模型示意图；

图4为本发明公开的串补线路故障对相邻线路距离I段保护的影响评估方法流程图。

各附图标记的含义如下：S1为相邻多级线路首端背后系统电源；S2为本线路未端背后系统电源；保护1为相邻II级线路保护；保护2为相邻I级线路保护；保护3为安装于本线路(串补线路的首端母线与串补装置之间)的本线路保护。

具体实施方式

下面结合说明书对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

附图3模型为例说明串补线路故障对相邻I级线路和相邻II级线路首端母线侧保护安装处的距离I段保护的影响范围及退投原则加以说明，更进一步理解本次发明的主要内容。

附图1所示为安装有单个串补装置的输电线路系统示意图，线路KJ两侧系统分别为E_k、E_J，在K侧、J侧靠近母线侧分别安装有线路保护1、线路保护2，串补装置安装在K侧母线与首端线路出口处，F1为距串补装置线路侧出口处故障点。

附图2给出了串补装置安装结构示意图，串补装置包括串补电容Xc、MOV、间隙保护Gap、旁路开关Breaker组成。

附图3给出了本申请公开的串补线路故障时相邻线路受串补线路故障时对距离I段保护的影响分析典型串补系统模型示意图。附图4给出了串补线路故障对相邻多级线路距离I段保护的影响评估方法流程图。

其中，本线路KJ为安装有串补装置线路，相邻I级线路NK、相邻II级线路MN为无串补装置的常规线路，L11…L1n线路为相邻II级线路首端母线其它出线，L21…L2n线路为相邻I级线路首端母线其它出线，L31…L3n线路为串补本线路首端母线其它出线，图3中，L2线路上N侧保护2距离I段保护是否需要缩小范围取决于K母线电压是否有电压反相问题。一般来说，L2线路上N侧保护2距离I段保护范围需要缩短。根据串补线路发生电压反相电气特征，通过计算判断本线路以及各相邻多级线路首端母线侧电压是否为容性电压确定该线路首端母线侧距离I段保护是否投退，最终确定M侧、N侧保护的保护功能选型。

以L1线路M侧保护为例来分析距离I段保护影响因素。

M侧保护测量阻抗可以表示为：

由上公式可见：其中，Z₁表示串补线路故障时保护1处测得的故障电流I3，L1线路阻抗为Z_L1，M侧母线所在保护1所测阻抗Z1是否受串补电容影响主要在于N侧母线所在保护2处是否会发生电压反相。关键在于得到K侧母线所在保护3处U11上电压反相最严重时的电压分量(即出现容性电压最大的时候)。

本发明技术方案的具体步骤如下：

步骤(1)：确定本线路即串补KJ线路发生故障时，靠近K母线侧(即本线路首端母线)的保护3安装处是否存在电压反相特征，当满足X_QF1<Xc<X_QF1+X_MK+X_S1条件时，则认为母线保护3安装处会发生电压反相，本线路保护3的距离I段及连接在本线路首端母线上的各出线L31…L3n的线路保护距离I段均退出，然后转入步骤(2)；否则，K母线保护安装处电压反相不会发生，评估步骤结束。

其中X_QF1、Xc、X_MK、X_S1分别代表串补装置出口Q至故障点F1之间的线路电抗、串补装置容抗、所有相邻多级线路即MK线路电抗、串补线路背后系统电源等效阻抗对应的电抗分量。

步骤(2)：在串补装置串补电容MOV上出现的最大电压降Uc时，离线计算可获得相邻I级线路首端母线即N母线侧线路保护2处故障前、故障后的电压U4、U4′，当存在故障后电压U4超前故障前电压U4′大于90度时，则判断相邻I级线路保护2安装处存在电压反相特征，此时保护2的距离I段功能就受串补线路故障的影响，安装在该相邻I级线路首端母线侧的线路保护2及与该相邻I级线路首端母线相连的各出线L21…L2n上的线路保护均退出距离I段保护功能，是否会继续对相邻II级线路保护1造成影响，需转入步骤3继续评估，否则无电压反相特征时，相邻I级线路保护1的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束。

步骤(3)：在串补装置串补电容MOV上出现的最大电压降Uc时，离线计算可获得相邻II级线路首端母线即M母线侧线路保护1故障前、故障后的电压U3、U3′，当存在故障后电压U3超前故障前电压U3′大于90度时，判断相邻II级线路保护1安装处存在电压反相特征，此时保护1的距离I段功能就受串补线路故障的影响，安装在该相邻II级线路首端母线侧的线路保护1及与该相邻II级线路首端母线L11…L1n出线上的线路保护均退出距离I段保护功能，是否会继续对相邻多级(实际应用到只需考虑到相邻III级线路即可)线路保护1造成影响，类似步骤(3)需进一步继续向上一级线路评估，否则无电压反相特征时，相邻II级线路保护1的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束；

步骤(4)：以此类推，同步骤2串补装置串补电容上MOV出现最大压降Uc时，离线计算可获得相邻n级(n最大取值为3)线路首端母线侧保护安装处故障前、后的电压，当存在故障后电压超前故障前电压大于90度时，相邻n级线路首端母线侧保护安装处存在电压反相特征，此时相邻n级线路首端保护的距离I段就受串补线路故障的影响，需退出距离I段保护，需重复步骤4继续评估相邻n级线路的上一级线路，否则无电压反相特征时，相邻n级线路首端保护的距离I段保护可正常投入，评估步骤结束；

申请人结合说明书附图以及表格对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例中各故障信息分数值以及影响因素修正系数仅为本发明的优选实施方案，本领域技术人员在本发明的发明思想下完全可能根据具体的发电机组励磁系统型号和实际工况对故障信息分数值以及影响因素修正系数进行合理的选择或修改。总之，本申请详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。