一种输电线路单相重合闸前的永久性故障快速识别方法技术

本发明专利技术涉及电力系统输电线路继电保护领域，公开了一种输电线路单相重合闸前的永久性故障快速识别方法，其输电线路至少一端设置有三相并联电抗器和中性点小电抗器，具体步骤为：首先，采集三相并联电抗器的实时电流ｉＬφ（ｔ），进行单相故障相别及跳闸状态确认；然后，通过预设线路瞬时性故障熄弧后断开相并联电抗器电流ｉＬφ（ｔ）的最小二乘拟合模型，求出断开相并联电抗器电流的低频自由振荡分量初始幅值ＩＬ和工频分量幅值Ｉ１；最后，根据永久性故障判据ＩＬ＜ＫｋＩ１、Ｋｋ＝０．１～０．３，进行单相故障性质判别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统输电线路继电保护领域，具体涉及一种输电线路单相重合闸 前的永久性故障快速识别方法。
技术介绍
单相重合间技术是现代超/特高压电网快速恢复供电和维持系统稳定的有效措 施。但是，现有的单相重合闸的动作存在盲目性，单相故障跳闸后经固定时限o. 5s 1. 5s 后自动重合，存在重合于永久性故障带来的二次短路冲击危险；同时，在超/特高压线路的 不成功重合的情况下，短时间内二次跳闸的不同步将产生危险的过电压，严重威胁电气主 设备的安全和系统运行的稳定性。为了避免盲目重合带来的潜在危险，就必须做到重合前 确定线路是瞬时性故障还是永久性故障，实现瞬时性故障重合而永久性故障不重合，即自 适应重合闸。自适应重合闸其核心就是区分瞬时性故障和永久性故障，现有判别方法主要包括 基于恢复电压特性和基于瞬时性故障电弧特性两类。前者利用了电容耦合电压特性来区分 瞬时性故障和永久性故障，其灵敏度和耐过渡电阻能力受线路长度影响；后者主要利用故 障一次、二次电弧阶段暂态信号的谐波特征来区分瞬时性故障和永久性故障，其判别精度 与电弧熄弧过程、高频信号获取精度以及故障状态密切相关，难以实用化。此外，伴随着快 速保护装置和高速断路器在超/特高压输电系统的应用，故障一次、二次电弧阶段存在时 间大大缩短，且高补偿度并联电抗器的投入，不论是电弧阶段还是恢复电压阶段对应故障 相端电压幅值低，甚至不到线路额定电压的5%，线路电压互感器测量断开相端电压的可信 度降低，同时判别结果可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供， 能够基于恢复电压阶段的稳定可靠电气量，利用断开相并联电抗器电流的低频自由分量幅 值特性，更为可靠地识别输电线路的单相永久性故障，解决现有方法的可靠性低、判别时间 长、实用性差的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。，其输电线路的至少一端 设置有三相并联电抗器和中性点小电抗器，其特征在于，包括以下步骤(1)采集三相并联电抗器的实时电流Ut)，其幅值为1_，其中小=A、B、C，有 且仅有一相满足公式彡(0.70 080) L时确定为单相故障及其对应故障相别，其中 ILe为三相并联电抗器的正常工作电流幅值；并且当单相故障相的实时电流幅值ITw，满足 公式( (0.40 050) L = A、B、C时，判定该故障相处于跳闸断开状态，为断开 相；(2)计算瞬时性故障时断开相并联电抗器电流的低频自振分量频率 LP、Ln分别为并联电抗器及中性点小电抗器的等值电感，Cffl, C0分别为线路全长相间电容及对地电容；(3)预设线路瞬时性故障熄弧后断开相并联电抗器电流(t)的最小二乘拟合 模型为= V]1'SinCoi/+^)+/;sinC /+^)，其中，L为断开相并联电抗器电流的低频自由振荡分量初始幅值，I1为工频分量 幅值，λ ^为低频自由振荡分量衰减时间常数的倒数，θ ^为低频自由振荡分量初相位，Q1 为工频分量初相位，为低频自由振荡分量频率，(O1为工频；令6★为1，简化最小二乘拟合模型为 ιφ (t) = + 对于采样值‘ U1)、(t2)、…、i“(tN)构成N个方程，可表示成以下矩阵方程 形式=其中 A为系数矩阵，X为待求参数矩阵，包含4个待求参数；B为由断开相并联电抗器的 实时电流(t)的采样值构成的常数矩阵；N彡4 ；求解待求参数矩阵X = [IL cos θ l，Il sin θ L, I1 cos θ I1 sin θ Jt ；由下式Γ flL=yl(ILCOS0Lf+(ILS1n0LfV-Iz1 = V(J1CosiJ1)2+(/! SiniJ1)2计算获取断开相并联电抗器电流的低频自由振荡分量初始幅值L和工频分量幅 值I1;(4)如果込< KkI1,其中可靠系数Kk = 0. 1 0. 3，将断开相判为永久性故障，发 出重合闸闭锁命令；否则，判为瞬时性故障，发出重合闸命令。本专利技术的进一步改进在于，步骤⑷中，如果Il < KkI1持续成立100 200ms，将 断开相判为永久性故障，发出重合闸闭锁命令；否则，判为瞬时性故障，发出重合闸命令。本专利技术提出的输电线路单相重合闸前的永久性故障快速识别方法，基于断开相并 联电抗器电流的低频自由分量幅值特性，利用断开相并联电抗器电流的低频自由分量幅值 的最小二乘计算结果，实现瞬时性故障和永久性故障区分。该方法可以用于一端/两端带 并联电抗器的输电线路进行单相故障性质识别，原理上不受故障点位置、过渡电阻、负荷电流的影响，能够在故障相跳闸后至重合前较长时间内持续判断。与现有技术相比，本专利技术具 有以下显著优点(1)仅利用断开相并联电抗器电流量，保证了利用电气信号的高可靠性，且不受通 道影响，对于双端带并联电抗器线路两侧均可独立实现单相故障性质的判别。对于带并联 电抗器的输电线路来说，并联电抗器侧通常配备变比小的测量精度高的电流互感器，测量 断开相并联电抗器幅值小的电流量具有较高的精度，相对电压量判别方法更具有工程实用意义。(2)预设并联电抗器电流的最小二乘拟合模型，利用较短的数据窗即可快速计算 断开相并联电抗器电流的低频自由分量初始幅值和工频分量幅值；不受瞬时性故障时拍频 特性的影响，较好地解决了现有判别算法提取工频分量需要较长数据窗的不足。(3)该方法具有良好的适用性，适用于一端、两端带并联电抗器线路在不同位置、 不同过渡电阻、不同补偿度下的单相故障的永久性故障判别。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明图1为输电线路具有电抗器保护的硬件结构框图。具体实施例方式参照图1，输电线路丽两端的电抗器分别装设了电抗器保护分别，电流互感器 TA1、TA2分别检测M端、N端三相并联电抗器的实时电流。虚线框内为硬件结构，由数据采 集系统、微机主系统、输入输出系统三部分构成，本专利技术的方法通过编制程序由微机DSP主 系统实现。以N侧为例，输入量为三相并联电抗器电流量，由并联电抗器侧电流互感器TA2 获取，得到的三相并联电抗器电流的模拟量经前置低通滤波、采样保持和A/D转换后，送到 微机DSP主系统，通过本方法首先进行故障选相，确认单相故障且跳闸，之后计算出断开相 并联电抗器电流的低频自振分量初始幅值；然后根据低频自振分量初始幅值计算结果，判 断线路发生的单相故障是瞬时性故障还是永久性故障。本专利技术的具体步骤如下(1)故障相及跳闸状态确认采集三相并联电抗器的实时电流Ut)，其幅值为Ifl4i,其中Φ =A、B、C，有 且仅有一相满足公式Ifl4i彡(0.70 0.80) Ι。确认单相故障及故障相别，其中ILe为三 相并联电抗器的正常工作电流幅值；并且当单相故障相的实时电流幅值ITw，满足公式 ITL$ ^ (0. 40 0. 50) I。Φ =A、B、C时，判定该故障相处于跳闸断开状态，为断开相。由于本专利技术为输电线路单相重合闸的永久性故障判别，对于相间故障不能适用。 因此，在线路故障后，快速可靠的确认单相故障及跳闸状态尤为重要，对于相间故障则不进 行单相故障性质判别按现有重合策略动作。a)单相故障相别确认线路发生故障后，故障相电压较正常工作电压有所减小，对应的故障相并联电抗 器电流较正常工作电流亦有所减小；而对于非故障相并联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路单相重合闸前的永久性故障快速识别方法，其输电线路的至少一端设置有三相并联电抗器和中性点小电抗器，其特征在于，包括以下步骤：（１）采集三相并联电抗器的实时电流ｉ↓［Ｌφ］（ｔ），其幅值为Ｉ↓［ＦＬφ］，其中φ＝Ａ、Ｂ、Ｃ，有且仅有一相满足公式Ⅰ↓［ＦＬφ］≤（０．７０～０８０）Ｉ↓［Ｌｅ］时确定为单相故障及其对应故障相别，其中Ｉ↓［Ｌｅ］为三相并联电抗器的正常工作电流幅值；并且当单相故障相的实时电流幅值Ｉ↓［ＴＬφ］，满足公式Ⅰ↓［ＴＬφ］≤（０．４０～０５０）Ｉ↓闭锁命令；否则，判为瞬时性故障，发出重合闸命令。［Ｌｅ］φ＝Ａ、Ｂ、Ｃ时，判定该故障相处于跳闸断开状态，为断开相；（２）计算瞬时性故障时断开相并联电抗器电流的低频自振分量频率ω↓［Ｌ］，ω↓［Ｌ］＝＊＊＊其中：Ｌ↓［Ｐ］、Ｌ↓［ｎ］分别为并联电抗器及中性点小电抗器的等值电感，Ｃ↓［ｍ］、Ｃ↓［０］分别为线路全长相间电容及对地电容；（３）预设线路瞬时性故障熄弧后断开相并联电抗器电流ｉ↓［Ｌφ］（ｔ）的最小二乘拟合模型为ｉ↓［Ｌφ］（ｔ）＝Ｉ↓［Ｌ］ｅ↑［－λ↓［Ｌ］ｔ］ｓｉｎ（ω↓［Ｌ］ｔ＋θ↓［Ｌ］）＋Ｉ↓［１］ｓｉｎ（ω↓［１］ｔ＋θ↓［１］），其中，Ｉ↓［Ｌ］为断开相并联电抗器电流的低频自由振荡分量初始幅值，Ｉ↓［１］为工频分量幅值，λ↓［Ｌ］为低频自由振荡分量衰减时间常数的倒数，θ↓［Ｌ］为低频自由振荡分量初相位，θ↓［１］为工频分量初相位，ω↓［Ｌ］为低频自由振荡分量频率，ω↓［１］为工频；令ｅ↑［－λ↓［Ｌ］ｔ］为１，简化最小二乘拟合模型为ｉ↓［Ｌφ］（ｔ）＝［Ｉ↓［Ｌ］ｃｏｓθ↓［Ｌ］ｓｉｎ（ω↓［Ｌ］ｔ）＋Ｉ↓［Ｌ］ｓｉｎθ↓［Ｌ］ｃｏｓ（ω↓［Ｌ］ｔ）］＋［Ｉ↓［１］ｃｏｓθ↓［１］ｓｉｎ（ω↓［１］ｔ）＋Ｉ↓［１］ｓｉｎθ↓［１］ｃｏｓ（ω↓［１］ｔ）］对于采样值ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［１］）、ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［２］）、…、ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［Ｎ］）构成Ｎ个方程，可表示成以下矩阵方程形式＊＊＊其中：＊＊＊Ｘ＝［Ｉ↓［Ｌ］ｃｏｓθ↓［Ｌ］，Ｉ↓［Ｌ］ｓｉｎθ↓［Ｌ］，Ｉ↓［１］ｃｏｓθ↓［１］，Ｉ↓［１］ｓｉｎθ↓［１］］↑［Ｔ］，Ｂ＝［ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［１］），ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［２］），…，ｉ↓［Ｌφ］（ｔ↓［Ｎ］）］↑［Ｔ］，Ａ为系数矩阵，Ｘ为待求参数矩阵，包含４个待求参数；Ｂ为由断开相并联电抗器的实时电流ｉ↓［Ｌφ］...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石光，索南加乐，郭耀珠，邵文权，刘巍，宋国兵，
申请(专利权)人：河南电力试验研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]