一种超高压架空‑电缆混合输电线路永久性故障判别方法技术

本发明专利技术涉及一种超高压架空‑电缆混合输电线路永久性故障判别方法，用于带并联电抗器的混合输电线路，包：混合线路发生单相接地故障且电弧熄灭后，采集故障相的恢复电压；恢复电压工频分量所对应的极点及恢复电压衰减周期分量所对应的极点；求得衰减周期分量的频率f；将衰减周期分量的频率f与整定值Kfset进行比较，其中K为裕度系数，fset是由混合线路参数计算得到的恢复电压衰减周期分量的频率，在设定的时间段内，若f一直不大于Kfset，则故障为永久性故障。该方法能够可靠实现超高压架空‑电缆混合线路永久性故障的判定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统输电线路保护领域，尤其涉及带并联电抗器输电线路的单相自适应重合闸技术。
技术介绍
超高压架空-电缆混合输电线路在向城市负荷中心及跨江海输电方面具有经济性、可靠性等优势，因而在现代电力建设和电网改造中得到了普遍应用和推广。精准的线路参数，是系统进行潮流计算、继电保护整定、故障测距等的基础。在混合输电线路单相故障中，架空线区段大多数为瞬时性故障，电力电缆区段一般为永久性故障。目前针对混合输电线路单相故障，一般根据线路和电缆的长度关系确定是否启动重合闸。若架空线区段较长，则投入重合闸；若电力电缆区段较长时，则闭锁重合闸。一旦重合于永久性故障，不仅不能恢复系统的正常供电，而且重合于故障所导致的对电气设备的二次冲击，将远超过正常运行状态下发生短路时的损害，甚至还可能破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡以至瓦解，造成大范围停电。因此，为了提高系统的供电可靠性和安全性，架空-电缆混合输电线路采用单相自适应重合闸具有重要意义。单相自适应重合闸能够在重合前判定故障类型，针对瞬时性故障，则启动重合；而针对永久性故障，则有效闭锁重合。目前，对于带并联电抗器的架空-电缆混合线路单相自适应重合闸的研究较少,主要集中在故障测距。对于超高压架空-电缆混合线路，电力电缆区段的对地电容较大且相间电容为零，使得流经线路的电容电流相比于单一架空线路大很多。实际工程中为避免电缆电容电流的影响、降低过电压及加速电弧熄灭，一般在混合线路中装设并联电抗器对对地电容进行补偿。由于并联电抗器对线路对地电容的补偿和电力电缆区段的相间电容为零，使得故障相的恢复电压较小，因此传统适用于架空线的判定方法存在误判的可能。为此，针对带并联电抗器的架空-电缆混合输电线路需要研究更加可靠的单相自适应重合闸技术。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的缺陷，在充分考虑了混合线路特点的基础上，提出一种适用于带并联电抗器的超高压混合输电线路的永久性故障判别方法。一种超高压架空-电缆混合输电线路永久性故障判别方法，用于带并联电抗器的混合输电线路，包括如下步骤：步骤A：混合线路发生单相接地故障且电弧熄灭后，采集故障相的恢复电压获得恢复电压离散形式u(n)。步骤B：将设定数据窗长的恢复电压u(n)带入如下矩阵方程组，解得待求参数c1、c2、c3、c4：式中，N表示设定数据窗长下u(n)的总个数。步骤C：求解特征多项式1+c1z-1+…+c4z-4＝0，得到极点zm，m＝1，2，3，4。其中，极点z1和z2是恢复电压工频分量所对应的极点，极点z3和z4是恢复电压衰减周期分量所对应的极点，极点z1、z2、z3和z4求出如下：z1＝ej100πΔtz2＝e-j100πΔtz3=-[c1+2Re(z1)]/2+jc4-[c1+2Re(z1)]2/4]]>z4=-[c1+2Re(z1)]/2-jc4-[c1+2Re(z1)]2/4]]>式中，j表示复数的虚部，Re(·)是对复数取实部函数。步骤D：将极点z3带入f＝arctan[Im(z3)/Re(z3)]/2πΔt，可求得衰减周期分量的频率f，式中，arctan(·)是反正切函数，Im(·)是对复数取虚部函数，Δt是恢复电压的采样时间间隔。步骤E：将衰减周期分量的频率f与整定值Kfset进行比较，其中K为裕度系数，fset是由混合线路参数计算得到的恢复电压衰减周期分量的频率。步骤F：按点顺次推移数据窗，重复步骤B～E。在设定的时间段内，若f一直不大于Kfset，则故障为永久性故障；若f一直大于Kfset，则故障为瞬时性故障。上述的带并联电抗器的超高压混合输电线路永久性故障判别方法，步骤B中所述设定数据窗的长度可以取40～60ms；步骤E中所述裕度系数K可取0.4～0.6，fset可以由混合线路参数计算而得；步骤F中所述顺次推移数据窗，该数据窗推移时间可以为2.5～20ms，所述一定时间段，设定的时间段大小可以在1/8～1个周波之间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.该方法采样频率取恢复电压分量最高频率的4～10倍，采样要求易于满足。2.该方法能够可靠实现超高压架空-电缆混合线路永久性故障的判定，且判定时间短、不受过渡电阻、故障位置及电力电缆所占线路全长比例的影响。附图说明图1是单端带并联电抗器混合线路示意图，架空-电缆混合线路参数为：架空线区段线路参数：Z1＝0.0347+j0.4234Ω/km，Z0＝0.3000+j1.1426Ω/km，C1＝0.0087μF/km，C0＝0.0062μF/km；电力电缆区段线路参数：Z1＝0.0158+j0.1511Ω/km，Z0＝0.1633+j1.7456Ω/km，C1＝0.1983μF/km，C0＝0.1983μF/km；并联电抗器补偿度为80％；并联电抗器电抗：XL＝565.4867Ω；中性点接地小电抗：XLg＝18.8496Ω；图2是故障相恢复电压衰减周期分量的运算电路图；图3是算例系统发生瞬时性故障时衰减周期分量的频率图；图4是算例系统发生永久性故障时衰减周期分量的频率图。具体实施方式为克服现有技术的缺陷，提出了一种带并联电抗器的超高压架空-电缆混合输电线路永久性故障判别方法，该方法基于恢复电压衰减周期分量的频率为判据，将衰减周期分量的频率f与整定值Kfset进行比较。在一定时间段内，若f一直不大于Kfset，则故障为永久性故障；若f一直大于Kfset，则故障为瞬时性故障。如果不是永久性故障，则启动重合；如果是对永久性故障，则有效闭锁重合闸，不进行重合。下面通过具体实施例，来详细说明本法明的技术方案：(1)并联电抗器装设在混合线路的N端，单端带并联电抗器的架空-电缆混合输电线路见图1。图中，F是故障位置，J是架空线与电力电缆的连接点，L是并联电抗器电感，Lg是中性点接地小电感。当混合线路发生A相接地故障且电弧熄灭后，采集A相上的恢复电压获得恢复电压离散形式u(n)。(2)将设定数据窗长的恢复电压u(n)带入如下矩阵方程组，可解得待求参数c1、c2、c3、c4。式中，N表示设定数据窗长下u(n)的总个数。(3)求解特征多项式1+c1z-1+…+c4z-4＝0，可得到极点zm，m＝1，2，3，4。其中，极点z1和z2是恢复电压工频分量所对应的极点，极点z3和z4是恢复电压衰减周期分量所对应的极点。极点z1、z2、z3和z4求出如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高压架空‑电缆混合输电线路永久性故障判别方法，用于带并联电抗器的混合输电线路，包括如下步骤：步骤A：混合线路发生单相接地故障且电弧熄灭后，采集故障相的恢复电压获得恢复电压离散形式u(n)；步骤B：将设定数据窗长的恢复电压u(n)带入如下矩阵方程组，解得待求参数c1、c2、c3、c4：式中，N表示设定数据窗长下u(n)的总个数；步骤C：求解特征多项式1+c1z‑1+…+c4z‑4＝0，得到极点zm，m＝1，2，3，4；其中，极点z1和z2是恢复电压工频分量所对应的极点，极点z3和z4是恢复电压衰减周期分量所对应的极点，极点z1、z2、z3和z4求出如下：z1＝ej100πΔtz2＝e‑j100πΔt式中，j表示复数的虚部，Re(·)是对复数取实部函数；步骤D：将极点z3带入f＝arctan[Im(z3)/Re(z3)]/2πΔt，可求得衰减周期分量的频率f，式中，arctan(·)是反正切函数，Im(·)是对复数取虚部函数，Δt是恢复电压的采样时间间隔；步骤E：将衰减周期分量的频率f与整定值Kfset进行比较，其中K为裕度系数，fset是由混合线路参数计算得到的恢复电压衰减周期分量的频率；步骤F：按点顺次推移数据窗，重复步骤B～E；在设定的时间段内，若f一直不大于Kfset，则故障为永久性故障；若f一直大于Kfset，则故障为瞬时性故障。...

【技术特征摘要】
1.一种超高压架空-电缆混合输电线路永久性故障判别方法，用于带并联电抗器的混合输电线路，包括如下步骤：
步骤A：混合线路发生单相接地故障且电弧熄灭后，采集故障相的恢复电压获得恢复电压离散形式u(n)；
步骤B：将设定数据窗长的恢复电压u(n)带入如下矩阵方程组，解得待求参数c1、c2、c3、c4：
式中，N表示设定数据窗长下u(n)的总个数；
步骤C：求解特征多项式1+c1z-1+…+c4z-4＝0，得到极点zm，m＝1，2，3，4；其中，极点z1和z2是恢复电压工频分量所对应的极点，极点z3和z4是恢复电压衰减周期分量所对应的极点，极点z1、z2、z3和z4求出如下：
z1＝ej100πΔtz2＝e-j100πΔt式中，j表示复数的虚部，Re(·)是对复数取实部函数；
步骤D：将极点z3带入f＝arctan[Im(z3)/Re(z3)]/2πΔt，可求得衰减周期分量的频率f，式中，arctan(·)是反正切函数，Im(·)是对复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博通，张云柯，陈晓龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12