CN103163413B - 一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法。该方法首先利用集总参数模型建模，根据特高压交流输电线路保护安装处到单相接地故障点的电压降与故障距离呈线性关系计算故障距离，然后采用长线方程精确描述特高压交流输电线路电压、电流传输的物理特性，利用计算得到的故障距离计算输电线路补偿电流，进而利用特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断判据对特高压交流输电线路单相接地故障类型进行精确诊断。本发明方法适用于特高压交流输电线路整个故障过程的单相低中高电阻接地故障类型诊断，诊断性能不受过渡电阻、负荷电流、***运行方式等因素的影响。

Description

一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法

技术领域

本发明涉及电力***继电保护技术领域，具体地说是涉及一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法。

背景技术

特高压交流输电线路的输电走廊宽、运行环境复杂，引起特高压交流输电线路单相接地故障的因素种类繁多，特高压交流输电线路发生故障后，由继电保护装置动作于跳闸将其与电网隔离。然后由线路巡线人员翻山越岭的寻找故障点以排除故障，造成线路故障排除任务繁重，且故障排除所需时间长，不利于快速恢复供电，对社会经济造成影响。

特高压交流输电线路各种故障类型中单相接地故障占90％以上，引起特高压交流输电线路单相接地故障的因素有漂浮物引起特高压交流输电线路低电阻单相接地故障、绝缘子闪络引起特高压交流输电线路中电阻接地故障、火烧山引起特高压交流输电线路高电阻接地故障等。然而，目前各继电保护装置都没有提供一种能有效判别特高压交流输电线路低中高电阻接地故障类型的方法，造成电力管理部门的线路故障排除任务繁重、故障排除时间长。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法。该方法可实现特高压交流输电线路低中高电阻接地故障类型的有效判别功能。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)保护装置测量特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压故障相电流故障相负序电流和零序电流其中，φ为A相、B相或C相。

(2)保护装置计算领先的角度θ₁，计算领先的角度θ₂，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z₁的相角θ₃；其中，z₁为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z₀为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗。

(3)保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{set}}=$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_0\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_0\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right)}-\frac{Z_0}{Z_{c1}}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\γ}}_1\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}\right)-1)$

其中，φ为A相、B相或C相，Z₀为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ₁、γ₀分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Z_c1、Z_c0分别为特高压交流输电线路正序、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数。

(4)保护装置计算的相角α，计算领先的角度θ₁，计算领先的角度γ；其中，th(.)为双曲正切函数。

(5)保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为低电阻接地故障；其中，为特高压交流输电线路正常运行时的φ相输电线路电压幅值，k₁为中电阻接地故障整定系数。

(6)保护装置比较 $k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|<\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为中电阻接地故障；其中，k₂为高电阻接地故障整定系数。

(7)保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|{>k}_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为高电阻接地故障。

本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：

本发明方法适用于特高压交流输电线路整个故障过程的单相低中高电阻接地故障类型诊断，诊断性能不受过渡电阻、负荷电流、***运行方式等因素的影响。

附图说明

图1为应用本发明方法的特高压交流输电线路的输电***示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1中CVT为电压互感器、CT为电流互感器。保护装置对特高压交流输电线路保护安装处的电压互感器CVT的电压和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并对其采集到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压故障相电流故障相负序电流和零序电流其中，φ为A相、B相或C相。

保护装置计算领先的角度θ₁，计算领先的角度θ₂，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z₁的相角θ₃；其中，z₁为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z₀为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗。

保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{set}}=$ ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)}-\frac{Z_0}{Z_{c1}}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)-1)$

保护装置计算的相角α，计算领先的角度θ₁，计算领先的角度γ；其中，φ为A相、B相或C相，Zx为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ₁、γ₀分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Z_c1、Z_c0分别为特高压交流输电线路正序、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数，th(.)为双曲正切函数。

保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为低电阻接地故障；其中，为特高压交流输电线路正常运行时的φ相输电线路电压幅值；k₁为中电阻接地故障整定系数。

保护装置比较 $k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|<\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为中电阻接地故障；其中，k₂为高电阻接地故障整定系数。

保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|{>k}_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为高电阻接地故障。

本发明方法适用于特高压交流输电线路整个故障过程的单相低中高电阻接地故障类型诊断，诊断性能不受过渡电阻、负荷电流、***运行方式等因素的影响。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种特高压交流输电线路单相接地故障类型诊断方法，包括下列步骤：

(1)保护装置测量特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压故障相电流故障相负序电流和零序电流其中，φ为A相、B相或C相，

(2)保护装置计算领先的角度θ₁，计算领先的角度θ₂，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z₁的相角θ₃；其中，z₁为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z₀为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗,

(3)保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{set}}=$

${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_1-z_1}{z1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)}-\frac{Z_0}{Z_{c1}}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)-1)$

其中，φ为A相、B相或C相，Z₀为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ₁、γ₀分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Z_c1、Z_c0分别为特高压交流输电线路正序、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数,

(4)保护装置计算的相角α，计算领先的角度θ₁，计算领先的角度γ；其中，th(.)为双曲正切函数,

(5)保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为低电阻接地故障；其中，为特高压交流输电线路正常运行时的φ相输电线路电压幅值，k₁为中电阻接地故障整定系数,

(6)保护装置比较 $k_1\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|<\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|<k_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为中电阻接地故障；其中，k₂为高电阻接地故障整定系数,

(7)保护装置比较 $\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\frac{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;}-{\mathrm{\&theta;}}_1)}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1\frac{\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{\sin ({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_3)}\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{z_1({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0)}\right)\right|>k_2\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}\left|0\right|}\right|$ 是否成立，若成立，则判断特高压交流输电线路单相接地故障为高电阻接地故障。