CN102412548B - 抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，属于电力***继电保护技术领域。先用WARD等值法求取故障线路首末端母线处等值阻抗，确定大、小电源侧；再据跳闸后故障相端电压大小判别故障性质。瞬时性故障时，若线路实际补偿度小于临界补偿度，大电源侧首先重合，反之由小电源侧首先重合。永久性故障时，计算大、小电源侧首先重合时工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积，使乘积较小一侧首先重合。本方法线路临界补偿度仅与线路长度和相移系数有关，有利于提高瞬时性故障下的重合时序整定速度，计算量小、简单易行，可有效降低线路单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平。

Description

抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法

技术领域

本发明涉及一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，属于电力***继电保护技术领域。

背景技术

自动重合闸装置作为提高输电可靠性和暂态稳定性的有效措施之一，已得到广泛应用。目前，实际中应用的重合闸，采用检无压侧首先重合的方式，这一方式是依据电力***安全稳定导则与电气操作导则，并结合当前重合闸技术的实际应用水平而制定的。出于解决两侧断路器工作条件不对等问题的考虑，实际中往往由线路首、末端轮换投入同步检定首先重合。

从抑制工频过电压的角度，在双端电源供电的线路中，应使电源容量较小的一端先断开；相反，在投入输电线路时，应使电源容量较大的一端先合闸。高电压等级输电线路的绝缘问题突出，合闸过电压，尤其是重合过电压，更是影响电网绝缘水平的决定性因素。线路发生单相接地故障而进行三相重合时，将会产生十分严重的过电压，因此，需要提出一种有效的三相重合闸过电压重合时序整定方法。

Ward等值是一种有效的网络静态等值方法，在利用WARD等值法确定线路两侧***容量大小关系的基础上，若能提出抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，则可用于降低线路发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压问题。经检索，目前尚无此类技术的文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，用于降低带并联电抗器补偿的线路在发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平。

本发明抑制带并联电抗器补偿线路的三相重合闸过压重合时序整定方法，具体步骤如下：

1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗                                                、，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若<，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若>，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；

1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压和最大负载条件下两相运行时的感应电压，判别单相故障的性质；若，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，；

1.3瞬时性故障重合时序整定

按式，计算临界补偿度，其中，为相移系数，为线路长度；

根据线路实际补偿度与临界补偿度，判断故障重合时序；若<,首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；

1.4永久性故障重合时序整定

1.4.1按式，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积；其中：

；

；

为并联电抗器电抗，为线路波阻抗，为大电源侧等值电抗，，为大电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.2按式，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积：其中：

，

，

为小电源侧等值电抗，，为小电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.3比较和的大小，若<，由大电源侧首先重合；若>，则由小电源侧首先重合。

本发明的原理是：

1、故障性质的判别

利用线路一相因故障跳闸后，另外两个正常相在断开相上引起的电容耦合电压和电磁耦合电压的区别来判别故障性质。对于瞬时性故障，由于跳开相故障点已经消除，电容耦合电压和电磁耦合电压同时存在；而对于永久性故障，由于故障点一直存在，电容耦合电压对地放电并迅速下降至零，只剩下电磁耦合电压。也就是说，在一般情况下，瞬时性故障时的断开相电压大于永久性故障时的断开相电压值。因此可以找出一个临界值作为识别故障性质的整定值，从而区分故障性质。

2、临界补偿度

单端电源与双端带有并联电抗器的长线相连时，对于均匀无损空载长线路，线路末端电压传递系数为：

                                                     （1）

式中，***阻抗的系数：，与***阻抗无关项。

对进行整理，得到：

     （2）

当距线路末端距离()时，沿线电压出现最大值，该处的电压传递系数为：

                                            （3）

式中，***阻抗的系数：，为与***阻抗无关项。

由，得到，采用对相同的化简方法，对式(3)进行整理得：

    （4）

由式（2）、（4）可以看出，无论是线路末端还是电压最高处，无论是线路末端还是电压最高点处，当时，小电源侧先合闸可降低稳态电压；反之，应先投入大电源侧。将改变重合时序的补偿度定义为临界补偿度，即：

                                             （5）

3、重合于瞬时性故障时的过电压峰值

当电源电压达最大值且极性与线路健全相电压相反时()重合，重合过电压达峰值，由式（6）可计算出合于瞬时性故障时健全相线路的重合过电压峰值：

                              （6）

式中，为线路稳态电压和残压，为电源电压。

结合式（2）可知，时，应由大电源侧首先重合；反之，应由小电源侧先重合，以降低重合过电压峰值。

4、重合于永久性故障时的过电压峰值

线路发生单相永久性接地故障时，两侧断路器跳闸后，故障点依然存在，故障相电感、电容元件储能通过故障点释放。健全相对地电容及并联电抗器中储能产生自由振荡分量。若在电源电压达峰值且极性与线路健全相电压相反时重合，重合过电压峰值为：

                             （7）

计算工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积，使乘积较小的一侧首先重合，以降低重合过电压峰值。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、线路临界补偿度的大小仅与线路长度和相移系数有关，线路的补偿度是否小于临界值可在故障前即作出判断，有利于提高瞬时性故障下的重合时序整定速度，且易于实现。

2、永久性故障下通过比较大、小电源侧重合时工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者乘积的大小得到重合顺序，计算量小，简单易行。

3、大量仿真表明，本发明专利可有效抑制带并联电抗器补偿的线路在发生单相故障而进行三相重合闸时的过电压水平，效果良好。

附图说明

图1为本发明两端带并联电抗器的输电线路集中参数模型图；图中，、为M、N侧电源电抗，、为线路首端相间电感和对地电感，、为线路末端相间电感和对地电感，、为相间电容和对地电容；

图2为本发明重合于瞬时故障时健全相电压—故障、分闸、重合全过程电压图；图中，为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；

图3为本发明重合于瞬时故障时健全相电压—重合闸电压图；图中，为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；

图4为本发明重合于永久故障时健全相电压—故障、分闸、重合全过程电压图；图中，为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）；

图5为本发明重合于永久故障时健全相电压—重合闸电压图；图中，为电压（千伏），t(ms)为时间（毫秒）。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。

本抑制带并联电抗器补偿线路的三相重合闸过压重合时序整定方法，其具体步骤如下：

1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗、，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若<，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若>，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；

1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压和最大负载条件下两相运行时的感应电压，判别单相故障的性质；若，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，；

1.3瞬时性故障重合时序整定

按式，计算临界补偿度，其中，为相移系数，为线路长度；

根据线路实际补偿度与临界补偿度，判断故障重合时序；若<,首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；

1.4永久性故障重合时序整定

1.4.1按式，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积；其中：

；

；

为并联电抗器电抗，为线路波阻抗，为大电源侧等值电抗，，为大电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.2按式，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积：其中：

，

，

为小电源侧等值电抗，，为小电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.3比较和的大小，若<，由大电源侧首先重合；若>，则由小电源侧首先重合。

本方法在图1所示两端带并联电抗器的输电线路模型中使用，线路L的A相发生瞬时性接地故障，两侧断路器跳闸后，健全相B相电压达幅值时进行重合；并联电抗器补偿度分别取40%和60%，线路首端、处及末端重合闸过电压情况分别示于表1和表2。补偿度小于临界值(50.74%)时，大电源侧首先重合合闸过电压较低；而补偿度高于临界值时，小电源侧首先重合降低了线路末端和稳态电压最高点处的合闸电压。以补偿度为60%时为例，线路末端d₁点发生A相瞬时故障，分别由M、N侧首先重合时B相电压如图2和图3所示。

线路A相发生永久性接地故障时，考虑两侧***容量变化，补偿度仍取40%和60%，重合闸过电压情况分别示于表3和表4。若两侧电源容量差异较大，补偿度小于临界值(50.74%)时，大电源侧首先重合可降低合闸过电压；反之，补偿度大于临界值时，小电源侧首先重合闸过电压较低。若两侧电源容量相当，则无论补偿度大于或是小于临界值，近故障点侧首先重合有利于降低合闸过电压。以表4中所列第3种情况为例，两侧***容量相同，线路补偿度为60%，线路末端d₁点发生A相永久故障，分别由M、N侧首先重合时的健全相B相电压如图4和图5所示。

表1 三相重合于单相瞬时性故障 ()

表2 三相重合于单相瞬时性故障 ()

表3 三相重合于单相永久故障 ()

表4三相重合于单相永久故障 ()

 

Claims (1)

1.一种抑制带并联电抗器补偿线路三相重合闸过电压的重合时序整定方法，其特征在于按以下步骤进行：

1.1利用WARD等值法求取故障线路首、末端母线处等值阻抗                                                、，根据等值阻抗判定线路首、末端的大、小电源侧；若<，则线路首端为大电源侧、末端为小电源侧，若>，则线路首端为小电源侧、末端为大电源侧；

1.2通过故障相两端断路器跳闸后故障相的端电压和最大负载条件下两相运行时的感应电压，判别单相故障的性质；若，判定为瞬时性故障，转至步骤1.3；反之，判定为永久性故障, 则转至步骤1.4；其中，；

1.3瞬时性故障重合时序整定

按式，计算临界补偿度，其中，为相移系数，为线路长度；

根据线路实际补偿度与临界补偿度，判断故障重合时序；若<，首先重合大电源侧；反之，则首先重合小电源侧；

1.4永久性故障重合时序整定

1.4.1按式，计算大电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积；其中：

；

；

为并联电抗器电抗，为线路波阻抗，为大电源侧等值电抗，，为大电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.2按式，计算小电源侧首先重合时的工频电压升高系数和单相接地故障引起健全相电压升高系数二者的乘积：其中：

，

，

为小电源侧等值电抗，，为小电源侧首先重合时故障点处看入的***正序、零序等值电抗；

1.4.3比较和的大小，若<，由大电源侧首先重合；若>，则由小电源侧首先重合。