CN101478148B - 一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 - Google Patents
一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101478148B CN101478148B CN2009100137944A CN200910013794A CN101478148B CN 101478148 B CN101478148 B CN 101478148B CN 2009100137944 A CN2009100137944 A CN 2009100137944A CN 200910013794 A CN200910013794 A CN 200910013794A CN 101478148 B CN101478148 B CN 101478148B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fault
- positive sequence
- component
- reactance
- fault component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
(一)、技术领域
本发明涉及电力***继电保护领域的一种故障方向判定方法,具体地说,是一种用于电力***交流输电线路发生故障时,判断故障方向的方法。
(二)、背景技术
方向元件在现代继电保护装置中占有重要的地位,在方向性过流保护、距离保护和纵联方向线路保护中,它都得到了广泛的应用。故障分量正序方向元件,利用故障分量正序电压和故障分量正序电流之间的角度,来判断故障方向,它可以全面适用于各种类型的故障,是方向元件的首选。但这种方法的缺陷在于,对于某些***中的某些故障,保护装置测量到的故障分量正序电流较大,但故障分量正序电压较小,不能满足方向判别的要求,导致错误的结果。
(三)、发明内容
本发明旨在提供一种电力***交流输电线路故障方向判断方法,用以克服现有电线路故障方向判断方法的缺陷。所要解决的技术问题是,通过计算故障分量正序电抗,根据故障分量正序电抗与定值的比较结果,来判断故障分量。要求易于实现,灵敏度高,并不需要设置电压门槛。
本发明所采用的技术方案如下:
一种电力***交流输电线路故障方向判断方法,其特征在于:在被保护线路段一侧设置保护装置,
其次,根据正序故障分量电压相量和电流相量,计算故障分量正序电抗X1,
X1为正序故障分量电压和正序故障分量电流之间的比值的虚部,即
最后,进行判定,如果X1<kF×XL1,XL1为线路正序电抗,KF为正向故障电抗可靠系数,且 Iset为电流定值,则确定为正向故障;如果X1>kR×XL1,XL1为线路正序电抗,KR为反向故障电抗可靠系数,且 则确定为反向故障。
所述KF的整定原则为:0.1≤KF≤0.4;所述KR的整定原则为:0.6≤KR≤0.9;所述Iset的整定原则为:Iset=(0.1~0.5)In,In是线路本侧电流互感器二次额定值。
KF优选为0.4;KR优选为0.6;Iset优选为0.2In。
其原理是:故障分量的计算采用故障后数据减去故障前数据的方法,将得到的故障分量数据,使用全周傅立叶算法,计算出故障分量相量。通过计算本侧正序故障分量电压相量 和正序故障分量电流相量 ,然后计算出故障分量正序阻抗 ,取其虚部,得到故障分量正序电抗, 根据故障分量正序电抗与定值的大小关系来区分故障方向。
当线路上发生正向故障时,故障分量正序电抗等于背侧的***电抗,极性为负,小于线路正序电抗。当线路上发生反向故障时,故障分量正序电抗等于线路和对侧***的正序电抗之和,大于线路电抗。根据这个特点,可以判断故障方向。
本发明的积极效果在于,故障分量正序电抗X1为正序故障分量电压相量与正序故障分量电流相量之间的比值的虚部。通过计算故障分量正序电抗,根据故障分量正序电抗与定值的比较结果,来判断故障分量。该方向判断方法不受负荷影响,不受过渡电阻影响,灵敏度高。不需要设置电压门槛,即使感受到的故障分量正序电压的幅值较小,仍可以准确的判别方向。
传统的反映电压和电流之间相角的方向元件,需要对灵敏角进行设定。而基于故障分量正序电抗的方向元件,使用电抗分量来判别方向,仅需比较故障分量正序电抗和相应门槛之间的大小,而非判断角度区域,不需要考虑灵敏角,实现简单。
(四)、附图说明
图1是保护装置连接图,文字描述中以m侧的保护为例。
图2是发生正向故障时的正序故障分量等效网络。
图3是发生反向故障时的正序故障分量等效网络。
图4是正向和反向区域描述图。
图5是仿真模型***图。
(五)、具体实施方式
下面结合附图,对本发明作进一步详细说明。
参照图1,在m侧有保护装置。线路的保护装置具有数据处理功能,能够采样本侧的三相电压和电流,控制本侧的执行机构。保护装置采样本侧的三相电压和电流,计算出故障分量正序电抗,然后进行方向判别。
图2、图3分别为发生正向、反向故障故障时的正序故障分量网络图,双侧电源供电的线路在F点发生了故障。图中,Zsm、Zsn分别为线路两侧正序电源阻抗,ZL1为正序线路阻抗, 为F点的正序故障分量电势, 为流过故障支路的正序电流,RF1为故障点处的正序电阻, 分别为母线m处的正序故障分量电压和电流。故障分量正序阻抗为:
X1=imag(Z1) (1)
当发生正向故障时,如图2所示,对于装在母线m处的保护装置,可知:
所以,母线m处的故障分量正序阻抗为:
当发生反向故障时,如图3所示,可知:
所以,
结合式(2)和式(3)可知,当发生正向故障时,
m侧的故障分量正序电抗为:
Xm1=-Xsm (4)
其中,Xm1和Xsm分别为故障分量正序电抗和m侧***的正序电抗。当发生反向故障时,
Xm1=XL1+Xsn (5)
其中,XL1和Xsn分别为线路和n侧***的正序电抗。
由式(4)、(5)可知,当发生正向故障时,故障分量正序电抗的极性为负,因为极性的关系,它总是会小于线路正序电抗,即Xm1<XL1;当发生反向故障时,故障分量正序电抗为线路正序电抗和对侧***正序电抗之和,必定大于线路正序电抗,即Xm1>XL1。因此,可以根据故障分量正序电抗来判断故障方向。基于故障分量正序电抗的方向元件即据此提出,判据为:
当故障分量正序电抗和线路正序电抗之间的关系满足式(6)时,为正向故障;满足式(7)时,为反向故障。式(6)和式(7)中的kF、kR、分别为正向和反向判据的电抗可靠系数,Iset是电流定值。kF和kR应取不同的数值,且kF小于kR,以使 正向区域和反向区域完全分开,保证可靠性。一般地,kF可以设定为0.4,kR可以设定为0.6,如此,kR>kF,正向范围和反向范围没有交迭区,而且正向区域和反向区域都有较大裕度。Iset可以设置为0.2In,In为线路的额定电流,足以保证方向判别的可靠性。
图4为由正向门槛KF×XL1和反向门槛KR×XL1确定的正向区域和反向区域。从图中可以看出,正向区域和反向区域之间,没有交迭区。正向故障时,故障分量正序电抗小于零,位于横轴以下,反向故障时,故障分量正序电抗大于线路正序电抗。由图2可知,当kF取为0.4,kR取为0.6时,正向区域和反向区域都有较大裕度,有利于可靠的判断方向。线路电抗XL1越大,此方向元件的可靠性越高。
结合式(4)和(5)可知,故障分量正序电抗仅与***和线路的正序电抗有关,与过渡电阻无关,可知该方向元件不受过渡电阻的影响。
从式(6)和式(7)可知,该元件的灵敏度受限于电流定值Iset,因***正常运行时,并无故障分量,而目前的微机保护测量精度高,所以Iset可以取较低的数值,设置为0.2In时,已足以满足判别方向的可靠性。由此可知,该方向元件的灵敏度高。
当保护感受到的故障分量正序电压和正序电流较大时,传统的反映电压和电流之间相角的方向元件,和基于故障分量正序电抗的方向元件,都可以准确的判定方向。
如果保护感受到的故障分量正序电压低于某一门槛,则传统的反映相位的方向元件不能使用,而基于故障分量正序电抗的方向元件,仍然可以准确的判别方向。
当发生反向故障时,只要电流条件满足要求, 装置感受到的故障分量正序电压和电流总是满足式(3)所描述的关系,故障分量正序电抗等于线路和对侧***的正序电抗之和,大于线路的正序电抗,式(7)满足,而式(6)不满足,基于故障分量正序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。
当发生正向故障时,如果装置背后是大电源,或故障点远离保护安装处,保护 感受到的故障分量正序电压会较小。基于故障分量正序电抗的方向元件,电流条件需满足要求, 装置感受到的故障分量正序电压和电流满足式(2)所描述的关系,故障分量正序电抗等于负的背后***正序电抗,其小于线路的正序电抗。当故障分量电压较小,甚至接近于零时,计算的故障分量正序电抗也会很小,式(6)满足,而式(7)不满足,基于故障分量正序电抗的方向元件可以准确的判别出故障方向。
容易得出,线路越长,线路阻抗越大,基于故障分量正序电抗的可靠性越高。当线路很短时,考虑极端情况,假设线路电抗接近于零,则式(6)、(7)中的电抗门槛KF×XL1和KR×XL1接近于零,保护不能区分正向和反向的电抗门槛,则不能准确的判别方向。一般地,当XL1>1Ω(二次值)时,因微机保护的测量精度高,该方向元件已经具有较高的可靠性。而实际***中的线路一般满足XL1>1Ω的关系,基于故障分量正序电抗的方向元件可以满足实际电力***的要求。
基于故障分量正序电抗的方向元件判据中,kF可以设定为0.4,kR可以设定为0.6,kR>kF,正向范围和反向范围没有交迭区,这两个参数可以在装置内部设定,不需要整定,有足够的可靠性。同时该方向元件判据中的线路正序电抗,目前已经成为线路保护装置中的基本参数,因此不需要再额外增加定值。
图5为仿真模型***图。使用EMTP模型对该方向元件进行了大量的仿真验证
EMTP仿真中,***电压等级为500kV,线路采用分布参数模型。共采用了四种模型进行验证,分别命名为模型1、模型2、模型3和模型4,各模型线路的正序和零序阻抗参数相同,仅在线路长度和电源阻抗的大小方面有差别,如图5所示。
模型1是长线模型,线路长度为400km,Zm1=4.3578+j49.8097,Zm0=1.1+j16.6,Zn1=2.1788+j24.9048,Zn0=0.436+j8.02,阻抗的单位为欧姆。
模型2是中长线模型:线路长度为200km,Zm1=4.3578+j49.8097,Zm0=1.1+j16.6,Zn1=1.0894+j12.4524,Zn0=0.27+j4.151。
模型3是短线模型:线路长度为40km,Zm1=4.3578+j49.8097,Zm0=1.1+j16.6,Zn1=7.2627+j83.016,Zn0=1.21+j27.7。
模型4是弱馈模型,线路长度为400km,Zm1=4.3578+j49.8097,Zm0=1.1+j16.6,Zn1=800+j1000,Zn0=50+j100,n侧为弱馈端。
四个模型的线路参数为:正序参数r1=0.01958Ω/km,l1=0.8192mH/km,c1=0.0135uF/km;零序参数r0=0.1828Ω/km,l0=2.74mH/km,c0=0.0092uF/km。
仿真中,保护装置装在n侧。分别在K1、K2、K3、K4四个点模拟各种金属性故障和带过渡电阻接地故障,K1位于m端线路出口,K2位于线路中点,K3位于n端线路出口,K4位于n端母线反向侧出口,计算时采用傅立叶滤波算法。
表1列出了部分仿真结果,表1中的数据为发生区内及区外故障时,故障分量正序电抗的计算结果。仿真中采用了傅立叶算法,为了验证原理的正确性,消除故障时的衰减直流分量和高次谐波对计算结果的影响,表格中的计算数据为故障后100ms的数据。表1中,X1为故障分量正序电抗。表2列出了模型1中的线路在B相在不同故障点发生经不同过渡电阻接地故障时的仿真结果,其中RF表示接地过渡电阻的数值,分别取100Ω、300Ω、400Ω和500Ω,ΔU1为保护安装处的正序故障分量电压的幅值(二次值)。
表1,EMTP仿真中金属性故障时的仿真结果
表2,EMTP仿真中,单相带过渡电阻接地故障的仿真结果
从表1可以看出,对于模型1,当线路上发生正向故障时,故障分量正序电抗X1的符号为负,数值在25Ω左右,与保护背侧的***电抗十分接近,KF×XL1=41.2Ω,二者的关系满足式(6),可以明确的判定为正向故障。反向故障时,X1的符号为正,数值为175Ω左右,与线路正序电抗和对侧的***正序电抗之和接近,KR×XL1=61.8Ω,二者之间的关系满足式(7),可以准确的判断为反向故障。分析其它两个模型的仿真结果,可以得到同样的结论。
从表2可以看出,在线路上发生带过渡电阻的故障时,X1的符号为负,数值稳定在25Ω左右,和保护背侧的***正序电抗接近,不受过渡电阻的影响。满足式(6),可以明确的判定为正向故障。
为了和传统的反映电压和电流之间相角的方向元件进行比较,表2中还列出了保护安装处的故障分量正序电压的幅值。对于传统的反映电压和电流之间的相角的方向元件,一般要求电压的幅值不低于2.5V。从表2可以看出,当发生带过渡电阻的故障时,保护安装处的故障分量正序电压的数值较低,多数情况下,低于2.5V,传统的反映电压和电流之间的相角的方向元件不能准确判别方向,而基于故障分量正序电抗的方向元件仍然可以准确判别。
根据EMTP仿真结果可知,式(6)和式(7)描述的基于故障分量正序电抗的方向元件,在各种***和故障情况下,可以准确的判断故障方向。
Claims (3)
2.根据权利要求1所述的电力***交流输电线路故障方向判断方法,其特征在于:所述KF的整定原则为:0.1≤KF≤0.4;所述KR的整定原则为:0.6≤KR≤0.9;所述Iset的整定原则为:Iset=(0.1~0.5)In,In是线路本侧电流互感器二次额定值。
3.根据权利要求2所述的电力***交流输电线路故障方向判断方法,其特征在于:KF=0.4;KR=0.6;Iset=0.2In。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100137944A CN101478148B (zh) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | 一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100137944A CN101478148B (zh) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | 一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101478148A CN101478148A (zh) | 2009-07-08 |
CN101478148B true CN101478148B (zh) | 2012-04-18 |
Family
ID=40838794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009100137944A Expired - Fee Related CN101478148B (zh) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | 一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101478148B (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102520318B (zh) * | 2012-01-04 | 2014-02-05 | 国家电网公司 | 一种输电线路故障识别方法 |
CN103245891B (zh) * | 2013-05-23 | 2016-02-10 | 山东大学 | 一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法 |
CN104577945B (zh) * | 2014-12-26 | 2017-08-11 | 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂) | 一种方向性电流保护方法及装置 |
CN105591370B (zh) * | 2016-02-01 | 2018-06-26 | 西安交通大学 | 一种带方向的距离保护硬件电路及其实现方法 |
CN105891579A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-24 | 国网福建省电力有限公司 | 利用故障相反向负序电流相位特性实现同杆并架双回线路采样值同步方法 |
CN106058825B (zh) * | 2016-05-27 | 2018-05-08 | 天津大学 | 一种适用于多端电源交流***的故障方向判断方法 |
EP3571516B1 (en) | 2017-01-22 | 2021-12-08 | Hitachi Energy Switzerland AG | Method and control system for fault direction detection |
CN108120902B (zh) * | 2018-01-31 | 2020-03-27 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种输电线路故障快速判别方法 |
CN110932248B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-09-17 | 济南大学 | 一种基于阻抗特征的微电网保护方法 |
CN111474477B (zh) * | 2020-04-29 | 2022-09-27 | 西安工业大学 | 电机故障诊断中部分时域参数和频域参数获取方法 |
-
2009
- 2009-01-15 CN CN2009100137944A patent/CN101478148B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101478148A (zh) | 2009-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101478148B (zh) | 一种电力***交流输电线路故障方向判断方法 | |
CN102388315B (zh) | 用于识别电力线上的故障性质的方法 | |
EP2829887B1 (en) | Method and device for estimating angle of zero-sequence voltage in single-phase earth fault | |
Gao et al. | Design and evaluation of a directional algorithm for transmission-line protection based on positive-sequence fault components | |
CN102590655B (zh) | 一种直流输电线路方向故障判别元件及判别方法 | |
CN105811382A (zh) | 带制动特性的含ibdg配电网正序阻抗差动保护方法 | |
CN102818973B (zh) | 一种基于相序电压幅值比较的故障选相方法及其装置 | |
CN101295874B (zh) | 基于故障分量正序综合阻抗的输电线路纵联保护判定方法 | |
CN102590654B (zh) | 一种直流输电线路故障极判别元件及判别方法 | |
CN104198884A (zh) | 基于差动原理的大规模电网智能故障诊断方法 | |
CN105811383A (zh) | 一种新型微电网正序阻抗差动保护方法 | |
CN103715670B (zh) | 一种基于阻抗特征的高速铁路供电臂联跳保护方法 | |
CN107104420B (zh) | 适用于统一潮流控制器接入的线路距离ⅰ段保护方法 | |
CN105226623B (zh) | 含高渗透率分布式电源的配电网的自适应电流保护方法 | |
CN103207352A (zh) | 利用选线阻抗幅值特性实现配电网单相接地故障选线方法 | |
CN106786413A (zh) | 含分布式光伏电源配电网的电流保护方法 | |
CN106569075A (zh) | 主变压器及高压侧电缆零序差动保护极性试验电路和方法 | |
CN101291056A (zh) | 一种长线模型故障选相方法 | |
CN103795042B (zh) | 基于虚拟过渡阻抗的纵联保护***及其保护方法 | |
CN103532113A (zh) | 一种含有微电网***输电线路快速距离保护方法 | |
CN103353572A (zh) | 基于支路选择因子的t接线路故障支路选择方法 | |
CN101539606B (zh) | 一种电力***继电保护的故障方向判定方法 | |
CN102074941B (zh) | 一种基于分布参数模型线路相间电抗继电器 | |
CN101478147B (zh) | 零序综合阻抗纵联保护判定方法 | |
CN106253244A (zh) | 一种基于电流自构参考量的电流方向纵联保护方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: DONGFANG ELECTRONICS CORP. Free format text: FORMER NAME: DONGFANG ELECTRONIC INFORMATION INDUSTRY CO., LTD., YANTAI CITY |
|
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 264000 Airport Road, Zhifu, Shandong, No. 2, No. Patentee after: DONGFANG ELECTRONICS Co.,Ltd. Address before: 264000 Airport Road, Zhifu, Shandong, No. 2, No. Patentee before: Yantai Dongfang Electronics Information Industry Co.,Ltd. |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120418 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |