一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，輸電線路保護采用分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案，母線保護采用歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據，發電機保護采用縱向零序電壓保護濾波方法。本發明將輸電線路保護的分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案、母線保護的歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據、發電機保護的縱向零序電壓保護濾波方法結合在一起，提高了特高壓交流長線路的可靠性、靈敏性和速動性。
【專利說明】
一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，對電力系統中的輸電線路、母線和發電機進行保護，屬于電工技術。

【背景技術】
[0002]特高壓交流長線路輸送電力具有容量大、距離遠、能耗低、占地少、經濟性好的優點。隨著我國能源開發西移和北移的速度加快，能源產地和消費地之間的輸送距離越來越遠，輸送的規模越來越大。具有廣闊的發展前景。
[0003]現在的輸電線路的零序阻抗繼電器方案，主要存在著兩個問題:一是繼電器的保護區隨著過渡電阻的增加而顯著減少，二是經大過渡電阻故障時，繼電器的靈敏度嚴重降低，特別是故障點位于保護邊界附近時，繼電器的靈敏度無法保證可靠地切除故障；在母線保護時，利用傳統的故障分量綜合阻抗母線保護判據，在區外故障TA飽和時，差流與制動電流出現不同步，會出現制動不可靠的問題；傳統的發電機縱向零序電壓保護濾波方法，由于發電機縱向零序電壓諧波成分復雜，含大量高、低次諧波及間諧波。常用的幾種濾波方法對間諧波的濾除均不夠理想。
[0004]現在工程上采用的特高壓交流長線路繼電保護方案在要求不高的場合下可以對輸電線路、母線、發電機進行有效的保護，但對于靈敏度、可靠性和安全性要求比較高的場合傳統的特高壓交流長線路繼電保護方案就不能夠滿足要求了。因此，發明一種更為有效地提高特高壓交流長線路繼電保護性能的新型方案成為亟需解決的課題。


【發明內容】

[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，輸電線路保護采用了分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案，母線保護采用了歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據，發電機保護采用了縱向零序電壓保護濾波方法；通過輸電線路保護、母線保護、發電機保護，可有效地提高特高壓交流長線路的可靠性、靈敏性和速動性。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，輸電線路保護采用分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案，母線保護采用歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據，發電機保護采用縱向零序電壓保護濾波方法；具體包括如下步驟:
[0008](I)輸電線路保護采用分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案:首先計算負序電抗繼電器的一系列測量參數與計算參數，再構造故障點殘壓向量和動作電壓向量，最后確定保護動作與否的條件；
[0009](2)母線保護采用歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據:首先計算故障分量綜合阻抗輻角arg Zcd的偏移誤差，再將其進行歸一化處理，并根據歸一化后的偏移誤差計算制動系數1(_，將Kms引入原動作判據中，從而得到母線保護新判據，以進行故障的判定；其中，argZ,.(/ =arctan^，Zcd為綜合阻抗，R為電阻，X為電抗，Zcd = R+X ；

K
[0010](3)發電機保護采用縱向零序電壓保護濾波方法:采用頻譜搬移技術，先將基波分量移至頻率軸零點位置，再利用狹窄帶低通濾波器，將非直流分量濾除，所用低通濾波器主帶極為狹窄，能很好地濾除高低次諧波和間諧波。
[0011]所述步驟(I)，具體包括如下步驟:
[0012](11)計算繼電器的測量電壓仏與保護安裝處的負序電流Im2的夾角α ;設定A相為故障相，A相測量電壓為UM，即Uma表示保護安裝處的故障相電壓；
[0013](12)計算IjZc^thY1Iset與測量電壓Uj的夾角β，其中Ij為繼電器中間計算電流，
Zcl為正序波阻抗，thU W Y1為正序傳播系數，Iset為保護故障距離的整定值；

e' + e n
對于A相正常運行和故障運行時，都有= IM+PIM0, Ima表示保護安裝處的故障相電流，P表示負序阻抗繼電器的零序電流補償系數，Imci表示保護安裝處的零序電流；
[0014](13)根據正弦定理計算故障點殘壓幅值Ufault,并構造故障點殘壓向量:
[0015]Ufault = UjSin β/sin (180。-α-β)
[0016]U fault = Ujmill [cos(<y/ + ?) + j sin(r^ + J)]
[0017]其中，ω為電網電壓的角頻率，δ為保護安裝處的負序電流初始相角；
[0018](14)構造動作電壓向量
[0019]I1p = Uj-1jZJhylIset +(q- WJfindt
[0020]其中，q表示抗負荷電流因子，其取值為0.0001 ；
[0021](15)計算動作電壓向量Pty領先負序電流Im2的角度，如果該角度落在[180°,360° ]區間內，則保護動作跳閘，否則保護閉鎖。
[0022]本發明在故障支路電流相位的準確估計方面具有突出的表現，當分布電容增加時，反映到式(I)中為:
[0023]= Chy0Iκ.[I +1-(1+ thyj, -thyJK)(I)
1M0thro(iN+1-1K)
[0024]其中Ifaci為故障支路的零序電流，Imci為保護安裝處的零序電流，ch Y JkS
g 1 ^ ,Λ，Ik為故障距離，Im是由M側零序系統阻抗決定的虛擬等值線路長度，In是由N
側零序系統阻抗決定的虛擬等值線路長度，I為線路全長。從式(I)可以得到零序傳播系數Y ο具有非實數性，因此以正序(負序)傳播系數Y1代替。由于負序分量是一種故障常量，故障后長期存在，具有可靠性高的優點，因此可以以負序分量為分析目標。參考式(1)，可以得到:
[0025]= [1+ th/:卜,1.(ChviIk 十 thy'1、,.shyJk )( 2 乂
1MithYl{lN+l-lK)
[0026]其中l’M是由負序系統阻抗決定的虛擬等值線路長度；1’，是由負序系統阻抗決定的虛擬等值線路長度

【權利要求】
1.一種基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，其特征在于:輸電線路保護采用分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案，母線保護采用歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據，發電機保護采用縱向零序電壓保護濾波方法；具體包括如下步驟: (1)輸電線路保護采用分布參數線路模型的負序電抗繼電器方案:首先計算負序電抗繼電器的一系列測量參數與計算參數，再構造故障點殘壓向量和動作電壓向量，最后確定保護動作與否的條件； (2)母線保護采用歸一化制動系數的故障分量綜合阻抗母線保護新判據:首先計算故障分量綜合阻抗輻角arg Zcd的偏移誤差，再將其進行歸一化處理，并根據歸一化后的偏移誤差計算制動系數Kms，將Kms引入原動作判據中，從而得到母線保護新判據，以進行故障的判定； (3)發電機保護采用縱向零序電壓保護濾波方法:采用頻譜搬移技術，先將基波分量移至頻率軸零點位置，再利用狹窄帶低通濾波器，將非直流分量濾除，所用低通濾波器主帶極為狹窄，能很好地濾除高低次諧波和間諧波。
2.根據權利要求1所述的基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，其特征在于:所述步驟(I)，具體包括如下步驟: (11)計算繼電器的測量電壓&與保護安裝處的負序電流Im2的夾角α;設定A相為故障相，A相測量電壓為UM，即Uma表示保護安裝處的故障相電壓； (12)計算I&thY1Isrt與測量電壓Uj的夾角β，其中Ij為繼電器中間計算電流，Zcl為正序波阻抗，thUe::—g—::，Y1為正序傳播系數，Isrt為保護故障距離的整定值；對

e>x +e n于A相正常運行和故障運行時，都有= IM+PIM0, Ima表示保護安裝處的故障相電流，P表示負序阻抗繼電器的零序電流補償系數，Imci表示保護安裝處的零序電流； (13)根據正弦定理計算故障點殘壓幅值Ufault，并構造故障點殘壓向量1:
Ufault = UjSin β/sin (180。-α-β)
U Iau!, = U[cos(OJt + δ) + /'sin(w/ + (?)] 其中，ω為電網電壓的角頻率，δ為保護安裝處的負序電流初始相角； (14)構造動作電壓向量
Uop =Uj-1jZJhrJs^iq-DUfmih 其中，q表示抗負荷電流因子，其取值為0.0001 ； (15)計算動作電壓向量領先負序電流Im2的角度，如果該角度落在[180°，360°]區間內，則保護動作跳閘，否則保護閉鎖。
3.根據權利要求1所述的基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，其特征在于:所述步驟(2)，具體包括如下步驟: (21)計算故障分量綜合阻抗輻角arg Zed的偏移誤差Ee:
其中，“為—相母線上電壓的變化量’母線的差電流
，Zcd為故障分量:綜
AU!=i合阻抗； (22)將Ee進行歸一化處理，并根據歸一化后的Ee計算制動系數Kms:
(23)將1(_引入原動作判據中，得到母線保護新判據，以進行故障的判定，新判據為: Δ IcJ >1.25 Δ It+ Δ Idz 母線繼電保護器啟動判據 Zcd I <KresZset 母線繼電保護器動作判據 其中:當啟動判據滿足時，繼電保護器進入等待動作的狀態；當動作判據滿足時，繼電保護器動作；Λ Icid為電流突變量啟動定值；Λ IdzS電流突變量啟動定值；Zsrt為阻抗定值。
4.根據權利要求1所述的基于特高壓交流長線路的繼電保護方法，其特征在于:所述步驟(3)，具體包括如下步驟:(31)設復信號f(t)的拉普拉斯變換為F(s)=L[f(t)]，傅里葉變換為F(co)=?^(0]，考慮到/^[/(化^j^Fico + u,復信號/Gk~的頻譜可由f(t)的頻譜F(co)沿頻率軸左移Qci得到，即/(Oeiw中頻率為ω的分量對應f(t)中頻率為ω + ^^的分量；因此，f(t)中頻率為Otl的分量即對應于/(Of;中的直流分量，即根據頻譜搬移原理將基波分量移至頻率軸零點位置；其中ω為電網電壓的角頻率，Otl為電網電壓搬移頻率； (32)對f(t)實現中心頻率為ω的帶通或帶阻濾波足^叻:先通過對/(〖>—實行中心頻率為O的窄帶濾波Β(ι(ω)，獲得ω =O的復信號V (t)后再乘以^~以實現頻譜的復原，最后獲得濾波輸出fout(t) = v(t、〔,鄉。
【文檔編號】H02H7/26GK104167721SQ201410439046
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】胡敏強, 徐鳴飛, 余海濤, 黃磊 申請人:東南大學