專利名稱：同桿并架雙回線保護的故障選相方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電學領(lǐng)域、具體涉及一種同桿并架雙回線保護的故障選相方法。
背景技術(shù)：
同桿并架雙回線由于具有節(jié)省出線走廊、輸送容量大、投資少、見效快、可提高供 電可靠性、運行維護簡單等優(yōu)點，能很好地適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟、輸電容量大等要 求，所以得到了廣泛的應(yīng)用。然而同桿并架雙回線路的故障種類很復雜，故障多達120種， 包括單回線故障22種，跨線故障98種。對于繼電保護來說，當雙回線發(fā)生故障時，從如此 復雜的故障類型中準確選出故障相別對于保護的正確動作具有至關(guān)重要的作用。目前，微機保護中常用的選相原理主要有兩類相電流差突變量選相及穩(wěn)態(tài)量選 相。相電流差突變量選相原理通過比較三個相電流差的突變量值的大小來實現(xiàn)來判斷故障 相，相電流差突變量選相元件具有不受負荷電流的影響，動作迅速靈敏的優(yōu)點，一般作為故 障初期的選相元件；缺點是長線路末端帶過渡電阻單相接地時靈敏度不足。因此三相電流 大小及相位將影響選相結(jié)果。雙回線的跨線故障與單回線故障情況不同，后者的非故障相 電流故障前后變化較小，而前者的非故障相如果是鄰線的同名跨線故障相，則存在由兩側(cè) 電源提供的故障電流(在出口故障時電流僅由對側(cè)電源提供)，并且如果線路輸送的負荷 很重，則負荷也會壓至該相，這些都將影響此種選相元件的動作性能。由于同桿并架雙回線 路故障后非故障線電流的變化，這種選相原理用于同桿雙回線時動作性能不可避免地會受 到一定的影響。穩(wěn)態(tài)量選相原理主要有阻抗選相、序電流選相等。阻抗選相主要依據(jù)阻抗測量元 件的測量結(jié)果來確認故障相，在大多數(shù)簡單故障下能正確選擇故障相。但它受系統(tǒng)運行方 式、故障點過渡電阻的影響較大，選相結(jié)果往往不理想。應(yīng)用于同桿并架雙回線時要采用同 時計算6個阻抗測量元件的方法來判斷故障相，一般情況下發(fā)生跨線故障時可正確選相， 但計算量太大，且無法判斷出口跨線故障類型(此時兩相或三相電壓為零)。序電流選相是采用故障電流序分量相對相位關(guān)系的選相方法，具有受故障點過渡 電阻的影響小且不受負荷電流影響等優(yōu)點，因而在單回線中得到了廣泛應(yīng)用，常作為保護 的后續(xù)故障選相元件，但它用于同桿并架雙回線系統(tǒng)時具有無法區(qū)別區(qū)內(nèi)相間故障和跨線 故障的缺點，這主要表現(xiàn)在(1)當同桿雙回線路兩側(cè)電源大小差異較大時，靠近小電源側(cè) 發(fā)生含非同名相單相跨線故障，本側(cè)非故障相電流(是鄰線同名故障相)可能接近或超過 故障相電流，導致序電流相位變化不能反映故障情況，當線路較短時這種情況更惡劣。(2) 對于單相跨兩相(含同名單相)的故障情況，則處于兩相故障的線路可能誤選相，其原因是 這種跨線故障中兩相故障的線路呈不完全的相間短路(或接地)特征，即同名相故障電流 只有另一故障相的一半左右，使負序零序電流相位差可能落入錯誤的故障相區(qū)?？梢?，目前的輸電線路的故障選相方法應(yīng)用于同桿并架雙回線路故障選相時存在 著選相結(jié)果不準確(某些特殊情況下會出現(xiàn)誤判)且計算量過大等缺點，由于同桿雙回線 路的故障類型的特殊性，在單回線上廣泛應(yīng)用的選相方法目前難以滿足同桿雙回線保護的選相要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種同桿并架雙回線保護的故障選相方法，該方法可以提高 同桿并架雙回輸電線路故障選相尤其是跨線故障時的準確選相問題的準確性且計算量較本發(fā)明所提出的同桿并架雙回線保護的故障選相方法由低壓選相元件和基于故 障分量方向的選相判據(jù)構(gòu)成；(1)首先由低壓相元件％ ，選出故障相，式中 為雙回線A、B，C三相的電壓值中的任一項，Uset為設(shè)定的電壓門檻定值；(2)然后用基于故障分量方向的判據(jù)& =arg#<0°，判別出是故障類型，
<P式中，△ 和A/-分別為由式(1)低電壓選相元件選出的故障相別的故障分量電壓 和電流，&為二者之間的相角差；當同時滿足步驟(1)和步驟(2)時，判定故障相識為區(qū)內(nèi)故障相，保護動作，否則若 僅滿足(1)式，則判定故障相P為區(qū)外故障，保護不動作。該適用于同桿并架雙回線的基于故障分量方向的綜合選相元件的設(shè)定的電壓門 檻值uset整定為整定為0. 4Un 0. 7Un，Un為額定電壓值。本發(fā)明提出的選相方法同現(xiàn)有的選相方法相比，由于采用了對于單回線故障和雙 回線跨線接地及不接地故障都具有較高靈敏度的低電壓判據(jù)，當某相電壓低于設(shè)定值時， 即可判斷出該相出現(xiàn)了接地或短路故障，但無法區(qū)別出區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障，然后利用基
MJ, 。
于故障相電壓、電流的故障分量方向的判據(jù)& =arg#<0，即可區(qū)分出區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故
AU 。AC>
障，當時判區(qū)內(nèi)故障，若&則判區(qū)外故障，根據(jù)選出的故障相
別，即可區(qū)分出同桿并架雙回線路的跨線故障與不跨線故障。


圖1為本發(fā)明選相流程圖；圖2為本發(fā)明在雙回線跨線故障時看成單回線區(qū)內(nèi)、外同時存在故障點的復雜故 障系統(tǒng)示意圖；圖3為利用疊加原理來分析的圖1所示復雜故障的故障附加網(wǎng)絡(luò)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明所提出的適用于同桿雙回線的的基于故障分量方向的綜合選相元件具體 的選相流程如下圖2中假定雙回線發(fā)生IAIIBG(請對字母的含義給于解釋)跨線接地故障，對于 保護TA可以將IIBG接地故障看成是區(qū)外接地故障，從而可以等效為單回線上區(qū)內(nèi)、外同時
4存在故障點的復故障，由于故障點分別位于保護TA的兩側(cè)，因而母線兩側(cè)保護所感受到的 電流方向不同，采用相電流差突變量選相元件時會導致電流量元件動作異常，從而不能清 晰地區(qū)分區(qū)內(nèi)故障相別。采用基于故障分量方向的綜合選相元件時，對于全相正常運行線 路，發(fā)生區(qū)內(nèi)、外故障時，對于引入保護裝置的測量電壓而言，圖中所示的復故障是沒有意 義的，和&可以認為是電氣距離上的一點，如果采用電壓量來實現(xiàn)選相，其選相結(jié)果必將 是發(fā)生故障的兩相別。另外，采用電壓量選相元件較電流量選相元件在出口故障和弱饋端 故障時更可靠、準確。因為弱饋端故障時，電流量元件靈敏度不足，而電壓元件不受影響；對 于大容量出口短路情況，由于故障電流以及直流衰減分量較大，可能會導致TA飽和，電流 波形發(fā)生畸變，從而影響選相準確度，在此情況下，電壓選相元件正好最靈敏；綜合以上分 析可知，電壓選相元件能夠可靠、準確地選出區(qū)內(nèi)、外復故障發(fā)生接地的兩相別。
圖3所示的故障附加網(wǎng)絡(luò)圖中，接地故障點處增加附加電壓源，大小等于故障前 正常運行期間故障點處的電壓值，方向反向，圖中的、△ 2分別為區(qū)內(nèi)故障點和區(qū)外 故障點4處的故障附加電壓源，八氏3^乂4，從,^，八4分別為1端線路保護測量到的電 壓、電流故障分量，此故障分量為兩故障附加電壓源共同作用的結(jié)果。假定附加電壓源yi 產(chǎn)生的電流故障分量與電壓故障分量分別為A/〗、Ai'B、Ai'c>么《，附加電壓源八 2產(chǎn)生
的電流故障分量與電壓故障分量分別為a/〗、A/〗、A/c% AR，則有
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中沙=為叢匚。假設(shè)故障相為A、B相接地故障，忽略故障點到保護安裝處電阻的 情況下，則有UA 0 < Uset, UB^0< US6t，采用電壓選相元件選出故障相A、B后，兩故障相 電壓突變量與故障相電流突變量之間構(gòu)成的方向元件為
<formula>formula see original document page 5</formula> 由疊加原理可得
<formula>formula see original document page 5</formula>
(5) 圖中在出口或近端跨線故障情況下，可以認為
<formula>formula see original document page 5</formula>因此有
tdJA AU'a
AUB AUln\R . s(7)
<formula>formula see original document page 6</formula> 由于位于保護的正向，為區(qū)內(nèi)故障，故有
<formula>formula see original document page 6</formula>式中，Z1M、Z2M、Z0M分別為M處測得的系統(tǒng)正序、負序、零序阻抗。同理，由于f2位于保護的背側(cè)，為區(qū)外故障，故有
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中AW,，U"B2, U"m, M"m, I"B1,仏分別為以B相為參考相的故障分量電 壓、電流，々為以A相為參考相的零序電流，且/〗。=々，Zn、Z1N分別為線路和N處的正序阻抗。以上兩式中/丨和廣分別是由故障源f\、f2單獨作用是產(chǎn)生的零序電流。一般情況 下，區(qū)外故障源產(chǎn)生的零序電流至少要流過保護區(qū)內(nèi)的整條線路以及對側(cè)的系統(tǒng)，而區(qū)內(nèi) 故障源產(chǎn)生的零序電流則只需流過本側(cè)的系統(tǒng)阻抗，故區(qū)外故障源產(chǎn)生的零序電流走過的 零序通路的阻抗也會大一些，所以區(qū)內(nèi)故障源產(chǎn)生的零序電流一般會遠大于區(qū)外故障源產(chǎn) 生的零序電流。但在保護安裝處所能測到的零序電流則是々與々疊加后的綜合量，即夂二夂+々，從 而無法分別得到和々。這樣的話，無論是用A代替式⑶中的忍，還是代替式(9)中的/;'，都 會使得以上兩式不再成立。例如，當A遠大于廣時，即保護安裝處的零序電流主要由區(qū)內(nèi)故 障源提供，此時，若用/。代替式(8)中的力在一定程度上是可行的(/。中/丨占主要成份)；但若 用/。代替式(9)中的々時卻是不可行的，用/。代替/J無論在大小上還是方向上都將對式(9)產(chǎn)生嚴重影響，以致在使用<formula>formula see original document page 7</formula>來判方向時會發(fā)生誤判。 一般情況下，跨線故障多發(fā)生在出口或近端，且一般不經(jīng)過渡電阻，為此僅考慮出 口處的直接接地跨線故障。在這種情況下，可以認為故障相的電流突變量與該故障源提供 的零序電流基本是同相位的，即A基本與屹同相位，廣基本與砣同相位。因此可以考慮用屹 來代替A<formula>formula see original document page 7</formula>，用<formula>formula see original document page 7</formula>來代替<formula>formula see original document page 7</formula>，則可以得到<formula>formula see original document page 7</formula>其中<formula>formula see original document page 7</formula>為比例系數(shù)，且為正的實數(shù)。綜合以上公式推導，我們可以得到<formula>formula see original document page 7</formula>通常電路呈感性，arg(Z1M)、arg(Z1N)、arg(Z1L)均大于零，kA、kB為正的實數(shù)，因此 e A < 0，可以判斷出A相出現(xiàn)了區(qū)內(nèi)故障；e B > 0，可以判斷出B相出現(xiàn)了區(qū)外故障，因此 由上式(11)可以看出，用電壓選相元件選出的故障相，其相電壓突變量與相電流突變量之 間的相角呈現(xiàn)出明顯的方向性，從而很容易選出區(qū)內(nèi)故障相，使保護可以有選擇的切除區(qū) 內(nèi)故障相。
權(quán)利要求
一種同桿并架雙回線保護的故障選相方法，其特征在于該方法的步驟如下(1)首先由低壓相元件判據(jù)選出故障相，式中為雙回線A、B，C三相的電壓值中的任一項，Uset為設(shè)定的電壓門檻定值；(2)然后用基于故障分量方向的判據(jù)判別出故障類型，式中，和分別為由式(1)低電壓選相元件選出的故障相別的故障分量電壓和電流，為二者之間的相角差；當同時滿足步驟(1)和步驟(2)時，判定故障相為區(qū)內(nèi)故障相，保護動作，否則若僅滿足(1)式，則判定故障相為區(qū)外故障，保護不動作。F2009100646554C0000011.tif,F2009100646554C0000012.tif,F2009100646554C0000013.tif,F2009100646554C0000014.tif,F2009100646554C0000015.tif,F2009100646554C0000016.tif,F2009100646554C0000017.tif,F2009100646554C0000018.tif
2.如權(quán)利要求1所述同桿并架雙回線保護的故障選相方法，其特征在于，設(shè)定的電壓門檻值Uset整定為0. 4Un 0. 7Un，，Un為額定電壓值。
全文摘要
本發(fā)明提出的同桿并架雙回線保護的故障選相方法，該方法的步驟如下(1)首先由低壓相元件判據(jù)選出故障相，式中為雙回線A、B，C三相的電壓值中的任一項，Uset為設(shè)定的電壓門檻定值；(2)然后用基于故障分量方向的判據(jù)判別出故障類型，式中，和分別為由式(1)低電壓選相元件選出的故障相別的故障分量電壓和電流，為二者之間的相角差；當同時滿足步驟(1)和步驟(2)時，判定故障相為區(qū)內(nèi)故障相，保護動作，否則若僅滿足(1)式，則判定故障相為區(qū)外故障，保護不動作。
文檔編號G01R31/08GK101814730SQ20091006465
公開日2010年8月25日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者孟遠景, 李瑞生, 樊占峰, 樊龍, 索南加樂, 鄢安河 申請人:河南省電力公司;許繼電氣股份有限公司