專利名稱：：一種電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域的一種故障方向判定方法，具體地說，是一種用于電力系統(tǒng)交流i^電線路發(fā)生故障時，判斷故障方向的方法。(二)
背景技術(shù)：
：方向元件在現(xiàn)代繼電保護(hù)裝置中占有重要的地位，在方向性過流保護(hù)、距離保護(hù)和縱聯(lián)方向線路保護(hù)中，它都得到了廣泛的應(yīng)用。故障分量正序方向元件，利用故障分量正序電壓和故障分量正序電流之間的角度，來判斷故障方向，它可以全面適用于各種類型的故障，是方向元件的首選。但這種方法的缺陷在于，對于某些系統(tǒng)中的某些故障，保護(hù)裝置測量到的故障分量正序電流較大，但故障分量正序電壓較小，不能滿足方向判別的要求，導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，用以克服現(xiàn)有電線路故障方向判斷方法的缺陷。所要解決的技術(shù)問題是，通過計算故障分量正序電抗，根據(jù)故障分量正序電抗與定值的比較結(jié)果，來判斷故障分量。要求易于實(shí)現(xiàn)，靈敏度高，并不需要設(shè)置電壓門檻。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，其特征在于在被保護(hù)線路段一側(cè)設(shè)置保護(hù)裝置，首先，保護(hù)裝置采集本側(cè)三相電壓和電流值，計算本側(cè)正序故障分量電壓相量A《、正序故障分量電流相量A/,;其次，根據(jù)正序故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量正序電抗《，A為正序故障分量電壓和正序故障分量電流之間的比值的虛部，即最后，進(jìn)行判定，如果《〈^xJ^，Xu為線路正序電抗，A,為正向故障電抗可靠系數(shù)，且IA/々/,e,，4為電流定值，則確定為正向故障；如果Z一"x^，^為線路正序電抗，^為反向故障電抗可靠系數(shù)，且|^1>/,。,，則確定為反向故障。戶;f述^,的整定原貝lJ為0.1S〖y20.4;戶萬述〖w的整定原貝lj為0.6S^fS0.9;所述4,的整定原則為L=0.1--0.5In，In是線路本側(cè)電流互感器二次額定值。^優(yōu)選為0.4;^優(yōu)選為0.6;L優(yōu)選為a2In。其原理是故障分量的計算采用故障后數(shù)據(jù)減去故障前數(shù)據(jù)的方法，將得到的故障分量數(shù)據(jù)，使用全周傅立葉算法，計算出故障分量相量。通過計算本側(cè)正序故障分量電壓相量AA和正序故障分量電流相量A/,，然后計算出故障分量正序阻抗，，取其虛部，得到故障分量正序電抗，^"m(A《/A/,)，根據(jù)故障分量正序電抗與定值的大小關(guān)系來區(qū)分故障方向。當(dāng)線路上發(fā)生正向故障時，故障分量正序電抗等于背側(cè)的系統(tǒng)電抗，極性為負(fù)，小于線路正序電抗。當(dāng)線路上發(fā)生反向故障時，故障分量正序電抗等于線路和對側(cè)系統(tǒng)的正序電抗之和，大于線路電抗。根據(jù)這個特點(diǎn)，可以判斷故障方向。本發(fā)明的積極效果在于，故障分量正序電抗^為正序故障分量電壓相量與正序故障分量電流相量之間的比值的虛部。通過計算故障分量正序電抗，根據(jù)故障分量正序電抗與定值的比較結(jié)果，來判斷故障分量。該方向判斷方法不受負(fù)荷影響，不受過渡電阻影響，靈敏度高。不需要設(shè)置電壓門檻，即使感受到的故障分量正序電壓的幅值較小，仍可以準(zhǔn)確的判別方向。傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間相角的方向元件，需要對靈敏角進(jìn)行設(shè)定。而基于故障分量正序電抗的方向元件，使用電抗分量來判別方向，僅需比較故障分量正序電抗和相應(yīng)門檻之間的大小，而非判斷角度區(qū)域，不需要考慮靈敏角，實(shí)現(xiàn)簡單。(四)圖l是保護(hù)裝置連接圖，文字描述中以m側(cè)的保護(hù)為例。圖2是發(fā)生正向故障時的正序故障分量等效網(wǎng)絡(luò)。圖3是發(fā)生反向故障時的正序故障分量等效網(wǎng)絡(luò)。圖4是正向和反向區(qū)域描述圖。圖5是仿真模型系統(tǒng)圖。(五)具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參照圖1，在m側(cè)有保護(hù)裝置。線路的保護(hù)裝置具有數(shù)據(jù)處理功能，能夠采樣本側(cè)的三相電壓和電流，控制本側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。保護(hù)裝置采樣本側(cè)的三相電壓和電流，計算出故障分量正序電抗，然后進(jìn)行方向判別。圖2、圖3分別為發(fā)生正向、反向故障故障時的正序故障分量網(wǎng)絡(luò)圖，雙側(cè)電源供電的線路在F點(diǎn)發(fā)生了故障。圖中，Z，,、z^分別為線路兩偵征序電源阻抗，^為正序線路阻抗，A^為F點(diǎn)的正序故障分量電勢，A^為流過故障支路的正序電流，^為故障點(diǎn)處的正序電阻，A《d、A^分別為母線附處的正序故障分量電壓和電流。故障分量正序阻抗為式中，A"、AJ，分別為保護(hù)安裝處的正序故障分量電壓和電流。故障分量正序電抗為故障分量正序阻抗的虛部A=/m"g(Z》(1)當(dāng)發(fā)生正向故障時，如圖2所示，對于裝在母線M處的保護(hù)裝置，可知5所以，母線m處的故障分量正序阻抗為H/A/ml=—Z,(2)當(dāng)發(fā)生反向故障時，如圖3所示，可知:A"ml=A/mlx(Z,,+ZM)所以，(3)結(jié)合式(2)和式(3)可知，當(dāng)發(fā)生正向故障時，m側(cè)的故障分量正序電抗為其中，X，,和義，分別為故障分量正序電抗和m側(cè)系統(tǒng)的正序電抗'當(dāng)發(fā)生反向故障時，義"'i=I丄i+d(4)(5)其中，Z"和《"分別為線路和n側(cè)系統(tǒng)的正序電抗。由式(4)、(5)可知，當(dāng)發(fā)生正向故障時，故障分量正序電抗的極性為負(fù)，因為極性的關(guān)系，它總是會小于線路正序電抗，即Az^u;當(dāng)發(fā)生反向故障時，故障分量正序電抗為線路正序電抗和對側(cè)系統(tǒng)正序電抗之和，必定大于線路正序電抗，即A,一Ai。因此，可以根據(jù)故障分量正序電抗來判斷故障方向?；诠收戏至空螂娍沟姆较蛟磽?jù)此提出，判據(jù)為IAJ，|>乙I《>、xX"A/,1>(6)(7)當(dāng)故障分量正序電抗和線路正序電抗之間的關(guān)系滿足式(6)時，為正向故障；滿足式(7)時，為反向故障。式(6)和式(7)中的、.、^分別為正向和反向判據(jù)的電抗可靠系數(shù)，L是電流定值。^和&應(yīng)取不同的數(shù)值，且&小于&，以使正向區(qū)域和反向區(qū)域完全分開，保證可靠性。一般地，^可以設(shè)定為0.4，^可以設(shè)定為0.6，如此，正向范圍和反向范圍沒有交迭區(qū)，而且正向區(qū)域和反向區(qū)域都有較大裕度。4,可以設(shè)置為0.2/，/為線路的額定電流，足以保證方向判別的可靠性。圖4為由正向門檻^xZu和反向門檻A,確定的正向區(qū)域和反向區(qū)域。從圖中可以看出，正向區(qū)域和反向區(qū)域之間，沒有交迭區(qū)。正向故障時，故障分量正序電抗小于零，位于橫軸以下，反向故障時，故障分量正序電抗大于線路正序電抗。由圖2可知，當(dāng)&取為0.4，^取為0.6時，正向區(qū)域和反向區(qū)域都有較大裕度，有利于可靠的判斷方向。線路電抗zu越大，此方向元件的可靠性越高。結(jié)合式(4)和(5)可知，故障分量正序電抗僅與系統(tǒng)和線路的正序電抗有關(guān)，與過渡電阻無關(guān)，可知該方向元件不受過渡電阻的影響。從式(6)和式(7)可知，該元件的靈敏度受限于電流定值4,，因系統(tǒng)正常運(yùn)行時，并無故障分量，而目前的微機(jī)保護(hù)測量精度高，所以4,可以取較低的數(shù)值，設(shè)置為0.2/時，已足以滿足判別方向的可靠性。由此可知，該方向元件的靈敏度高。當(dāng)保護(hù)感受到的故障分量正序電壓和正序電流較大時，傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間相角的方向元件，和基于故障分量正序電抗的方向元件，都可以準(zhǔn)確的判定方向。如果保護(hù)感受到的故障分量正序電壓低于某一門檻，則傳統(tǒng)的反映相位的方向元件不能使用，而基于故障分量正序電抗的方向元件，仍然可以準(zhǔn)確的判別方向。當(dāng)發(fā)生反向故障時，只要電流條件滿足要求，IaA卜^，裝置感受到的故障分量正序電壓和電流總是滿足式(3)所描述的關(guān)系，故障分量正序電抗等于線路和對側(cè)系統(tǒng)的正序電抗之和，大于線路的正序電抗，式(7)滿足，而式(6)不滿足，基于故障分量正序電抗的方向元件可以準(zhǔn)確的判別出故障方向。當(dāng)發(fā)生正向故障時，如果裝置背后是大電源，或故障點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處，保護(hù)感受到的故障分量正序電壓會較小?；诠收戏至空螂娍沟姆较蛟娏鳁l件需滿足要求，lAAl〉/,s,，裝置感受到的故障分量正序電壓和電流滿足式(2)所描述的關(guān)系，故障分量正序電抗等于負(fù)的背后系統(tǒng)正序電抗，其小于線路的正序電抗。當(dāng)故障分量電壓較小，甚至接近于零時，計算的故障分量正序電抗也會很小，式(6)滿足，而式(7)不滿足，基于故障分量正序電抗的方向元件可以準(zhǔn)確的判別出故障方向。容易得出，線路越長，線路阻抗越大，基于故障分量正序電抗的可靠性越高。當(dāng)線路很短時，考慮極端情況，假設(shè)線路電抗接近于零，則式(6)、(7)中的電抗門檻^xA和^xXu接近于零，保護(hù)不能區(qū)分正向和反向的電抗門檻，則不能準(zhǔn)確的判別方向。一般地，當(dāng)^一1Q(二次值)時，因微機(jī)保護(hù)的測量精度高，該方向元件已經(jīng)具有較高的可靠性。而實(shí)際系統(tǒng)中的線路一般滿足A,〉1Q的關(guān)系，基于故障分量正序電抗的方向元件可以滿足實(shí)際電力系統(tǒng)的要求。基于故障分量正序電抗的方向元件判據(jù)中，^可以設(shè)定為0.4，y^可以設(shè)定為0.6，正向范圍和反向范圍沒有交迭區(qū)，這兩個參數(shù)可以在裝置內(nèi)部設(shè)定，不需要整定，有足夠的可靠性。同時該方向元件判據(jù)中的線路正序電抗，目前已經(jīng)成為線路保護(hù)裝置中的基本參數(shù)，因此不需要再額外增加定值。圖5為仿真模型系統(tǒng)圖。使用EMTP模型對該方向元件進(jìn)行了大量的仿真驗證EMTP仿真中，系統(tǒng)電壓等級為500kV，線路采用分布參數(shù)模型。共采用了四種模型進(jìn)行驗證，分別命名為模型l、模型2、模型3和模型4，各模型線路的正序和零序阻抗參數(shù)相同，僅在線路長度和電源阻抗的大小方面有差別，如圖5所示。模型l是長線模型，線路長度為400km，Zml=4.3578+y.49.8097,Z",。=1.1+"6.6，Znl=2.1788+y'24.9048,Z0=0.436+乂8.02，阻抗的單位為歐姆。模型2是中長線模型線路長度為200km,Zml=4.3578+_/49.8097,Zm0=1.1+乂16.6,Znl=1.0894+yl2.4524,Z"。=0.27+乂4.151。模型3是短線模型線路長度為40km,Zml=4.3578+j.49.8097,Zm。=1.1+_/!6.6,Z",=7.2627+y.83馬，Z"。=1.21+_/27.7。模型4是弱饋模型，線路長度為400km,Zml=4.3578+/49.8097，Z^。4.1+jl6.6,Zw=800+"000,Z。=50+"00，n側(cè)為弱饋端。四個模型的線路參數(shù)為正序參數(shù)^=0.01958Q/Am，=0.8192mi///tm，q=0.0135wF/Aw;零序參婁女&=0.1828Q/Aw，/0=2.74m/f，c0=0.0092wF/)bn。仿真中，保護(hù)裝置裝在n側(cè)。分別在K1、K2、K3、K4四個點(diǎn)模擬各種金屬性故障和帶過渡電阻接地故障，Kl位于m端線路出口，K2位于線路中點(diǎn)，K3位于n端線路出口，K4位于n端母線反向側(cè)出口，計算時采用傅立葉濾波算法。表l列出了部分仿真結(jié)果，表l中的數(shù)據(jù)為發(fā)生區(qū)內(nèi)及區(qū)外故障時，故障分量正序電抗的計算結(jié)果。仿真中采用了傅立葉算法，為了驗證原理的正確性，消除故障時的衰減直流分量和高次諧波對計算結(jié)果的影響，表格中的計算數(shù)據(jù)為故障后100ms的數(shù)據(jù)。表1中，X!為故障分量正序電抗。表2列出了模型1中的線路在B相在不同故障點(diǎn)發(fā)生經(jīng)不同過渡電阻接地故障時的仿真結(jié)果，其中Rp表示接地過渡電阻的數(shù)值，分別取100Q、300Q、400Q禾卩500Q，Al^為保護(hù)安裝處的正序故障分量電壓的幅值(二次值)。表l，EMTP仿真中金屬性故障時的仿真結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2，EMTP仿真中，單相帶過渡電阻接地故障的仿真結(jié)果故障點(diǎn)X乂QAU!/V100-24.961.36300400-24.96-24,950,480.37500-24.950.29100-24.952.34300400IO寸0.940.71500-24.950.58100-24.964.14300400-24.95-24.951.421.06500-24.960.84100174.74.13從表l可以看出，對于模型l，當(dāng)線路上發(fā)生正向故障時，故障分量正序電抗Xi的符號為負(fù)，數(shù)值在25Q左右，與保護(hù)背側(cè)的系統(tǒng)電抗十分接近，《,xXil=41.2Q，二者的關(guān)系滿足式(6)，可以明確的判定為正向故障。反向故障時，X!的符號為正，數(shù)值為175Q左右，與線路正序電抗和對側(cè)的系統(tǒng)正序電抗之和接近，AXd=61.8Q，二者之間的關(guān)系滿足式(7)，可以準(zhǔn)確的判斷為反向故障。分析其它兩個模型的仿真結(jié)果，可以得到同樣的結(jié)論。從表2可以看出，在線路上發(fā)生帶過渡電阻的故障時，X!的符號為負(fù)，數(shù)值穩(wěn)定在25Q左右，和保護(hù)背側(cè)的系統(tǒng)正序電抗接近，不受過渡電阻的影響。滿足式(6)，可以明確的判定為正向故障。為了和傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間相角的方向元件進(jìn)行比較，表2中還列出了保護(hù)安裝處的故障分量正序電壓的幅值。對于傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間的相角的方向元件，一般要求電壓的幅值不低于2.5V。從表2可以看出，當(dāng)發(fā)生帶過渡電阻的故障時，保護(hù)安裝處的故障分量正序電壓的數(shù)值較低，多數(shù)情況下，低于2.5V，傳統(tǒng)的反映電壓和電流之間的相角的方向元件不能準(zhǔn)確判別方向，而基于故障分量正序電抗的方向元件仍然可以準(zhǔn)確判別。根據(jù)EMTTP仿真結(jié)果可知，式(6)和式(7)描述的基于故障分量正序電抗的方向元件，在各種系統(tǒng)和故障情況下，可以準(zhǔn)確的判斷故障方向。權(quán)利要求1、一種電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，其特征在于在被保護(hù)線路段一側(cè)設(shè)置保護(hù)裝置，首先，保護(hù)裝置采集本側(cè)三相電壓和電流值，計算本側(cè)正序故障分量電壓相正序故障分量電流相量其次，根據(jù)正序故障分量電壓相量和電流相量，計算故障分量正序電抗X1，X1為正序故障分量電壓和正序故障分量電流之間的比值的虛部，即最后，進(jìn)行判定，如果X1<kF×XL1，XL1為線路正序電抗，KF為正向故障電抗可靠系數(shù)，且Iset為電流定值，則確定為正向故障；如果X1>kR×XL1，XL1為線路正序電抗，KR為反向故障電抗可靠系數(shù)，且則確定為反向故障。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，其特征在于戸萬述i^的整定原貝ij為0.1^Xf^0.4;戶/述^,的整定原貝'J為0.6《K廠S0.9;所述4,的整定原則為乙,=0.1-0.5In，In是線路本側(cè)電流互感器二次額定值。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，其特征在于:[二0.4;^=0.6;/ie,=0.2In。全文摘要本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，公開了一種電力系統(tǒng)交流輸電線路故障方向判斷方法，包括在被保護(hù)線路段某側(cè)設(shè)置有保護(hù)裝置，通過計算本側(cè)正序故障分量電壓相量ΔU₁和正序故障分量電流相量ΔI₁，然后計算出故障分量正序阻抗ΔU₁/ΔI₁，取其虛部，即為故障分量正序電抗，X₁＝Im(ΔU₁/ΔI₁)，根據(jù)故障分量正序電抗與定值的大小關(guān)系來區(qū)分故障方向。文檔編號H02H7/26GK101478148SQ20091001379公開日2009年7月8日申請日期2009年1月15日優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日發(fā)明者凱劉,榮劉,唐永建,李小濱申請人:煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司