一种输电线路单相接地故障自适应重合闸判断方法技术

一种输电线路单相接地故障自适应重合闸判断方法，在输电线路的一侧采集两个时刻的三相电压和三相电流作为输入量；利用测量到的两个时刻的电压、电流计算对应的正、负、零序电压、电流相量；基于输电线路分布参数模型，分别针对永久性单相接地故障和瞬时性单相接地故障两种可能的故障类型，建立方程描述输电线路两侧的电压、电流关系，得到两组非线性方程组；以量测点对侧系统的电源电势、等值系统阻抗、故障距离和过渡电阻为未知量，求解建立的非线性方程组，分别得出针对两组非线性方程组的故障测距结果，并求其比值，比值小于阈值则判断发生了单相永久性接地故障，闭锁重合闸功能；否则判断为发生了单相瞬时性接地故障，实施重合闸。

An adaptive reclosure method for single phase to ground fault of transmission line

A transmission line single-phase grounding fault adaptive reclosing judgment method, three-phase current and voltage acquisition two times on one side of the transmission line as input; corresponding voltage and current by two times to measure the positive, negative and zero sequence voltage and current phasor; transmission line based on distributed parameter model, respectively for permanent single-phase grounding fault and transient single-phase grounding fault of two possible fault types, voltage and current relationship equation to describe the two sides of the transmission line, two sets of nonlinear equations; the measuring points of side power supply potential, impedance, equivalent system fault distance and transition resistance is unknown amount of nonlinear equations established, obtained respectively for the two groups of nonlinear equations, the results of fault location, and the ratio is less than the threshold, the ratio of the penalty A single phase permanent earthing fault occurs, and the reclosing function is blocked; otherwise, a single-phase transient earth fault is diagnosed, and reclosing is implemented.

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路单相接地故障自适应重合闸判断方法
本专利技术涉及电力系统保护和控制领域，特别涉及一种输电线路单相接地故障自适应重合闸判断方法。技术背景自动重合闸技术在110kV以上电压等级输电线路上获得普遍应用，针对瞬时性接地故障能够自动恢复供电，但是如果是永久性接地故障，实施重合闸将会对电力系统产生二次冲击，影响着系统的稳定性。因此，自适应重合闸技术得到了广泛的关注。现有的自适应重合闸技术主要利用故障相两侧断路器跳闸后故障相线路由于非故障相线路的潜供电流及相间耦合等感应出的故障特征，来识别是否存在稳定的接地支路，从而辨别是瞬时性接地故障还是永久性接地故障。但是由于相间耦合或潜供电流产生的故障特征较为微弱，仅仅利用故障点两侧断路器跳闸后的信息来识别是否是永久性接地故障成功率不高，目前在电力系统中也没有得到广泛的应用。国家专利技术专利《输电线路单相接地故障单端测距方法》，申请号：201310415348.2。将故障测距问题转为对线路拓扑结构的辨识问题，利用输电线路发生单相接地故障之后且两侧断路器均未跳闸之前，以及线路两侧故障相断路器跳闸之后且重合闸之前两个时间断面下的单端电气量描述被监测线路方程，信息量翻倍，因此能够精确的得到故障距离，但并不能解决自适应重合闸判别的问题，在研究过程中发现基于两个时间断面的信息，分别假设故障为瞬时性接地故障和永久性接地故障两个拓扑结构下列席方程组并计算故障距离，故障测距的误差能直接反应出故障类型的不同，其主要原因是稳定的故障分支是否存在将直接影响到故障相线路在时刻2下电压的稳定性，而该稳定性将直接导致测距误差的大小，因此可以将故障测距算法进一步拓展为自适应重合闸算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服已有技术的不足之处，提出的一种输电线路瞬时单相接地故障自适应重合闸判断方法，能够将故障测距算法进一步拓展为自适应重合闸算法，该算法基于单端电气量，不受通信影响；采用分布参数建模，不受分布电容电流的影响，不受过渡电阻、负荷电流、对侧系统阻抗影响，具有很高的实用价值。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种输电线路瞬时单相接地故障自适应重合闸判断方法，包括以下步骤：(1)输假设电线路为M侧，在输电线路任一侧，测量故障线路单相接地故障后断路器单相跳闸前时刻即时刻1的三相电压相量Umfa、Umfb、Umfc和三相电流相量Imfa、Imfb、Imfc，以及测量故障相断路器跳闸后重合闸之前时刻即时刻2的三相电压相量Umha、Umhb、Umhc和电流相量Imha、Imhb、Imhc，上述测量作为输入量；由下式计算得到上述两个时刻对应的正序、负序、零序电压相量Umf1、Umf2、Umf0和电流相量Imf1、Imf2、Imf0，以及Umh1、Umh2、Umh0和正序、负序、零序电流相量Imh1、Imh2、Imh0：其中a＝ej2π/3；(2)利用步骤(1)计算得到的电压、电流序分量建立方程描述输电线路两侧的电压、电流关系，得到两组非线性方程组：描述永久性单相接地故障下的输电线路两侧电压电流关系方程组(1)为：描述瞬时性单相接地故障下的输电线路两侧电压电流关系方程组(2)为：其中Unhy1、Unhy2、Unhy0、Inhy1、Inhy2、Inhy0表示时刻2下假设故障为永久性单相接地故障下，基于方程组(1)计算得到的线路对侧(N侧)的正序电压、负序电压、零序电压、正序电流、负序电流、零序电流相量；Unhs1、Unhs2、Unhs0、Inhs1、Inhs2、Inhs0表示时刻2下假设故障为瞬时性单相接地故障下，基于方程组(2)计算得到的线路对侧(N侧)的正序电压、负序电压、零序电压、正序电流、负序电流、零序电流相量；L为输电线路长度，γ1为正序传播系数：γ0为零序传播系数：Zc1为正序波阻抗：R1、L1、G1、C1分别为单位长度线路的正序电阻、电感、电导和电容值；Zc0为零序波阻抗：R0、L0、G0、C0分别为单位长度线路的零序电阻、电感、电导和电容值；A为电压传递系数矩阵，B为阻抗矩阵，C为导纳矩阵，D为电流传递系数矩阵，具体定义如下：(3)、将步骤(2)中计算得到两组N侧三序电压、电流相量Unhy1、Unhy2、Unhy0、Inhy1、Inhy2、Inhy0和Unhs1、Unhs2、Unhs0、Inhs1、Inhs2、Inhs0代入下式，分别得到计算基于故障为永久性接地故障假设的N侧三相电压、电流相量Unhya、Unhyb、Unhyc、Inhya、Inhyb、Inhyc，和基于故障为瞬时性接地故障假设的N侧三相电压、电流相量Unhsa、Unhsb、Unhsc、Inhsa、Inhsb、Inhsc：(4)设定未知量：系统N侧电势EN，正序阻抗ZN1,ZN0，故障电阻R，故障点与系统M侧之间的距离占线路长度的百分比x；假设故障为永久性单相接地故障，写出如下方程组(3)：其中：Zs为系统侧自阻抗Zm为系统侧相间互阻抗将步骤(1)-(4)中量测或计算得到的相关参数，代入(3)，并将(3)中非线性复方程组分离实部虚部，转化成实数的非线性方程组，给定系统N侧的零序阻抗ZN0，使用改进的高斯-牛顿法Levenbery-Marquardt方法进行求解，即可得假设故障为永久性故障下的故障点与系统M侧之间的距离占线路长度的百分比xy；(5)假设故障为瞬时性单相接地故障，写出如下方程组(4)：将步骤(1)-(4)中量测或计算得到的相关参数，代入(4)，并将(4)中非线性复方程组分离实部虚部，转化成实数的非线性方程组，给定系统N侧的零序阻抗ZN0，使用改进的高斯-牛顿法方法进行求解，即可得假设故障为瞬时性故障下的故障点与系统M侧之间的距离占线路长度的百分比xs；6)定义ratio＝|xy-xs|×100，预先仿真计算线路近端出口处瞬时性经小电阻(默认取值10欧姆)单相接地故障发生时的ratio值作为阈值；如果实际计算得到的ratio值小于阈值则判断发生了单相永久性接地故障，闭锁重合闸功能；否则判断为发生了单相瞬时性接地故障，实施重合闸。本专利技术的特点及效果：本专利技术利用被监测输电线路发生单相接地故障之后且两侧断路器均未跳闸之前，以及线路两侧故障相断路器跳闸之后且重合闸之前两个时刻下，分别假设故障为永久性接地故障和瞬时性接地故障，列写方程组求取故障距离偏差，方程组对输电线路实际故障状态的描述准确性将直接反应到故障距离求解的偏差中，因此瞬时性或永久性故障类型判别准确，且该方法基于单端电气量，不受通信影响；本专利技术方法采用分布参数建模，不受分布电容电流的影响，不受过渡电阻、负荷、对侧系统阻抗影响，具有很高的实用价值。附图说明图1是一种220kV的传统输电系统模型。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做详细叙述。实施例一一种220kV的传统输电系统模型如图1所示，线路长度为100km，线路参数值如表1所示；系统M侧电势为220∠0°kV；系统M侧零序阻抗为26.3∠90°Ω；正序阻抗为：29.3∠90°Ω；系统N侧电势为220∠30°kV；系统N侧零序阻抗为28.14∠86.74°Ω；正序阻抗为：32.0∠78.4°Ω。应用本专利技术方法的故障测距装置安装在系统M侧，电压、电流分别来自线路侧电压互感器、电流互感器。仿真故障类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路瞬时单相接地故障自适应重合闸判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输假设电线路为M侧，在输电线路任一侧，测量故障线路单相接地故障后断路器单相跳闸前时刻即时刻1的三相电压相量U

【技术特征摘要】
1.一种输电线路瞬时单相接地故障自适应重合闸判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输假设电线路为M侧，在输电线路任一侧，测量故障线路单相接地故障后断路器单相跳闸前时刻即时刻1的三相电压相量Umfa、Umfb、Umfc和三相电流相量Imfa、Imfb、Imfc，以及测量故障相断路器跳闸后重合闸之前时刻即时刻2的三相电压相量Umha、Umhb、Umhc和电流相量Imha、Imhb、Imhc，上述测量作为输入量；由下式计算得到上述两个时刻对应的正序、负序、零序电压相量Umf1、Umf2、Umf0和电流相量Imf1、Imf2、Imf0，以及Umh1、Umh2、Umh0和正序、负序、零序电流相量Imh1、Imh2、Imh0：其中a＝ej2π/3；(2)利用步骤(1)计算得到的电压、电流序分量建立方程描述输电线路两侧的电压、电流关系，得到两组非线性方程组：描述永久性单相接地故障下的输电线路两侧电压电流关系方程组(1)为：描述瞬时性单相接地故障下的输电线路两侧电压电流关系方程组(2)为：其中Unhy1、Unhy2、Unhy0、Inhy1、Inhy2、Inhy0表示时刻2下假设故障为永久性单相接地故障下，基于方程组(1)计算得到的线路对侧(N侧)的正序电压、负序电压、零序电压、正序电流、负序电流、零序电流相量；Unhs1、Unhs2、Unhs0、Inhs1、Inhs2、Inhs0表示时刻2下假设故障为瞬时性单相接地故障下，基于方程组(2)计算得到的线路对侧(N侧)的正序电压、负序电压、零序电压、正序电流、负序电流、零序电流相量；L为输电线路长度，γ1为正序传播系数：γ0为零序传播系数：Zc1为正序波阻抗：R1、L1、G1、C1分别为单位长度线路的正序电阻、电感、电导和电容值；Zc0为零序波阻抗：R0、L0、G0、C0分别为单位长度线路的零序电阻、电感、电导和电容值；A为电压传递系数矩阵，B为阻抗矩阵，C为导纳矩阵，D为电流传递系数矩阵，具体定义如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：王宾，陆元园，董新洲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11