一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法

摘要

本发明涉及一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明首先获取由量测端测到的故障电压和故障电流工频分量，其次求出线路两侧故障电压分量和电流分量之比该比值为量测端的测量阻抗；然后对上一步双端求得的测量阻抗进行求和得到差动阻抗Zcd，当该差动阻抗满足‑180°＜argZcd＜0°且|Im(Zset)|＜|Im(Zcd)|时，判断为区内故障，否则为区外故障。本发明利用差动阻抗虚部的大小以及差动角来实现区内外故障辨识，可在全线任意位置、任意故障角和过渡电阻的情况下有效辨识区内、外故障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

半波长交流输电技术是指输电电气距离接近工频半波(50Hz条件下约3000km)的超远距离交流输电技术，此项技术于20世纪40年代由苏联专家首次提出。随着我国中部地区能源储量的减少，以及东部等经济发达的地区用电规模的日渐增大，使得特高压半波长交流输电技术可作为我国未来的输电方式之一。此外，交流半波长线路之所以能超过常规的安全经济范围送电，凭借的是其线路长度达到半个波长的电气特性，但是实际线路的输电距离很难恰好满足一个工频的半波长，含有调谐补偿技术的半波长输电线路就成为了解决半波长输电距离问题的有效方法。

在半波长线路的继电保护方面，由于半波长输电线路极长，电气特征复杂，因此，传统交流继电保护方法难以满足半波长输电线路的要求。基于稳态工频量、故障突变量和故障行波量的功率方向元件利用背侧阻抗特征仍可以表示半波长线路故障后的故障方向。但是利用方向元件构成半波长线路的纵联方向保护时，线路两侧继电保护闭锁或者跳闸信号的通讯时间将显著大于现有线路保护动作时间，并且反向故障时，半波长输电线路波过程的折反射时间很长，因此常规方向元件无法在保护启动后准确识别反向故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法，首先获取由量测端测到的故障电压和故障电流工频分量，其次求出线路两侧故障电压分量和电流分量之比

具体步骤为：

Step1：当含调谐半波长输电系统保护启动时，在测量点采集本侧一个周期故障电压u

Step2：计算出

其中，区内故障时，

根据均匀传输线方程可以得到半波长首末两端的电压电流关系为：

区外故障时，式(1)中的l为线路长度，对应的rl等于jπ，对于近乎无损的半波长线路，满足两端电压有效值相同，相位相反；电流有效值相同、相位相同。

即差动阻抗满足：

Step3：利用差动阻抗的差动阻抗角arg Z

为了防止一侧保护装置灵敏度不足，保护拒动，设Z

否则，判断为区外故障，保护闭锁。

本发明中采样率为100kHz。

本发明的有益效果是：因为系统阻抗短时间内近似不变，本发明不需要对线路两端的数据进行严格同步，只需要每侧的电压与电流信息分别各自同步。区外故障时，差动阻抗不受反向故障波过程的影响，动作速度快。

附图说明

图1是本发明中含调谐半波长交流输电系统结构图；

图2是本发明中含调谐半波长交流输电系统的正向故障分量附加状态图；

图3是本发明中含调谐半波长交流输电系统的反向故障分量附加状态图；

图4是本发明实施例1中沿线单相金属性接地时区内外差动阻抗角对比图；

图5是本发明实施例1中沿线单相金属性接地时区内外差动阻抗虚部绝对值对比图；

图6是本发明实施例1中沿线两相短路接地时区内外差动阻抗角对比图；

图7是本发明实施例1中沿线两相短路接地时区内外差动阻抗虚部绝对值对比图；

图8是本发明实施例1中沿线三相短路接地时区内外差动阻抗角对比图；

图9是本发明实施例1中沿线三相短路接地时区内外差动阻抗虚部绝对值对比图；

图10是本发明实施例2中不同故障角下单相金属性接地时的保护动作结果图；

图11是本发明实施例3中经不同过渡电阻两相短路接地时的保护动作结果图；

图12是本发明实施例3中经不同过渡电阻三相短路接地时的保护动作结果图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，一种基于阻抗差动的含调谐半波长输电线路保护方法，首先获取由量测端测到的故障电压和故障电流工频分量，其次求出线路两侧故障电压分量和电流分量之比

具体步骤为：

Step1：当含调谐半波长输电系统保护启动时，在测量点采集本侧一个周期故障电压u

Step2：计算出

Step3：利用差动阻抗的差动阻抗角arg Z

当时差动阻抗满足式(1)时，判断为区内故障，保护动作；否则，判断为区外故障，保护闭锁。

当区内故障时，

当区外故障时，根据均匀传输线方程得到半波长首末两端的电压电流关系为：

区外故障时，式(2)中的l为线路长度，对应的rl等于jπ，对于近乎无损的半波长线路，满足两端电压有效值相同，相位相反；电流有效值相同、相位相同，即差动阻抗满足：

该差动阻抗虚部理想情况下为零，远小于区内故障时差动阻抗虚部的绝对值。

为了防止一侧保护装置灵敏度不足导致保护拒动，设Z

建立如附图1所示的含调谐半波长交流输电系统作为仿真模型，线路全长2540km。调谐网络PI10设置于电路两端，总补偿长度为450km，两端调谐各补偿225km。本发明中暂采用已投入运行的1000kV特高压试验示范工程的三角排列的线路参数和线路型号来搭建含调谐的半波长输电线路模型，输电线路均匀换位。仿真系统参数为：在50Hz工频下，正序电感L

实施例1，如图4-9所示：

(1)故障位置：F

(2)根据说明书中的第一步在测量点采集本侧一个周期故障电压和故障电流，分别求计算出故障分量。

(3)根据说明书中的第二步分别对两侧电压电流的故障分量作阻抗计算，求和得到差动阻抗Z

(4)根据说明书的第三步求出的差动阻抗Z

(5)根据保护判据，差动阻抗的差动阻抗角和差动阻抗虚部的绝对值满足-180°＜arg Z

实施例2：

(1)故障位置：F

(2)根据说明书中的第一步在测量点采集本侧一个周期故障电压和故障电流，分别求计算出故障分量。

(3)根据说明书中的第二步分别对两侧电压电流的故障分量作阻抗计算，求和得到差动阻抗Z

(4)根据说明书的第三步求出的差动阻抗Z

(5)根据保护判据，差动阻抗的差动阻抗角和差动阻抗虚部的绝对值满足-180°＜arg Z

实施例3：

(1)故障位置：在F

(2)根据说明书中的第一步在测量点采集本侧一个周期故障电压和故障电流，分别求计算出故障分量。

(3)根据说明书中的第二步分别对两侧电压电流的故障分量作阻抗计算，求和得到差动阻抗Z

(4)根据说明书的第三步求出的差动阻抗Z

(5)根据保护判据，差动阻抗的差动阻抗角和差动阻抗虚部的绝对值满足-180°＜arg Z

从图11、12的试验结果可以看出，该方法差动阻抗的计算值与故障类型、过渡电阻大小无关，无论是区内还是区外故障，保护均能可靠动作，且线路区外故障情况下差动阻抗的虚部绝对值大小与区内故障时区分度很大，能使保护可靠动作。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。