專利名稱：同桿/平行雙回線高阻接地保護方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及電力系統輸電線路繼電保護領域，尤其涉及高壓、超高壓和特高壓同桿雙回線或平行雙回線常見的單相線路經高接地電阻(簡稱“高阻”)對地短路時的保護。
背景技術：
同桿雙回線具有節省用地和投資的特點，在高壓輸電系統中被廣泛的應用。在山區架設的同桿/平行雙回線可能發生因對植物等放電形成的單線高阻接地短路，由于單線高阻接地時的短路電流很小，在初始階段，常規線路保護因保護用互感器變比特性、測量精度、保護定值設定等原因，不可能有反映，只有當事故擴大，故障電流達到保護定值后，才能啟動跳閘。這時因為事故擴大造成重合閘的成功率下降，并造成對系統的沖擊和設備損害。而且常規線路保護用于分布電容很大的超高壓或長距離同桿雙回線或平行雙回線輸電的線路，受分布電容電流影響存在很大的問題。
發明內容
為克服同桿/平行雙回線常見的對植物等放電形成的單線高阻接地短路時，由于單線高阻接地的短路電流很小，常規線路保護不能正確動作和常規線路保護在單線高阻接地時受分布電容電流影響大不能正確動作的問題。本發明提供了一種新的適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路時的保護方法，包括以下步驟從儀表用的0.5級及以上精度的電流互感器上采集電流信號。在采樣時，用14位及以上的高精度A/D轉換器，每周采樣點數應滿足高精度測量的要求，采樣時間間隔應跟蹤電網頻率的變化(可以利用電壓采樣值跟蹤電網頻率的變化)。
利用電流突變量啟動該保護裝置的線路故障處理過程。用當前電流采樣值與前一周波的電流采樣值比較可以區別這種變化。保護故障處理過程啟動后，利用故障前、后多周波的電流采樣值和電壓采樣值的傅里葉算法計算出故障前和故障后電流和故障后電壓的幅值和相位；用故障后電流相量減去故障前電流相量得到故障電流分量并計算出故障電流分量的幅值和相位。
保護故障處理過程的邏輯運算過程①選出6個故障電流分量中的幅值最大者，將其相位與對應相母線電壓的相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則判為正向故障，否則判為反向故障，返回至原測量程序。②若故障電流分量幅值次大者與最大者相比小于設定值，則還應將幅值次大者其相位與對應相母線電壓的相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則同樣判為正向故障，否則判為反向故障，返回至原測量程序。③在①的條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量最大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則故障電流分量相位與該相母線電壓的相位接近(相位差小于設定值)的單相線路為故障線。在②的條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值次大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量次大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值次大者與同相另一條單相線的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則故障電流分量相位與該相母線電壓的相位接近的單相線路為故障線。若故障發生在線末端(設為N端)則始端(設為M端)，M側故障相兩線故障電流大小、相位相近，無法判別故障線，但N端保護可以正確判別并動作，當N端故障線跳開后，M端故障線的電流分量增大，同相非故障線的故障電流下降，故障線故障電流分量的相位與該相母線電壓的相近，于是M端可跳故障單相線，也可用N端遠方跳閘信號跳M側的單相故障線。
圖1是同桿/平行雙回線高阻接地保護裝置的應用原理。
圖2是同桿/平行雙回線高阻接地保護裝置的構成。
圖3是同桿/平行雙回線高阻接地保護裝置的計算和邏輯運算框圖，框圖分兩頁，兩頁中的①為同一點；②、③也一樣。
具體實施例方式
本發明專利的實際應用按圖1同桿/平行雙回線高阻接地保護裝置(7)中的數字信號采集模塊采集電流互感器(1)傳過來的平行或同桿雙回線I(4)和II(5)的三相交流電流信號將其轉換為數字信號，同時采集電壓互感器(6)傳過來的發電廠或變電站母線(3)的三相交流電壓信號將其轉換為數字信號；裝置(7)中的數字處理模塊通過數值計算和邏輯運算判斷平行或同桿雙回線I或II是否發生高阻接地故障和故障所在的線路以及故障相，如果計算判定其中有一條線路的某相發生高阻接地故障，則高阻接地保護裝置(7)給開關操作機構和綜合重合閘裝置(8)發出對該故障線路故障相的跳閘信號，通過高壓斷路器(2)切斷故障線路故障相的故障電流。
高阻接地保護裝置結構(圖2)由信號采集系統(1)采集的數字信號，經過數值計算和邏輯運算系統(2)計算出電流和電壓的幅值和相位，通過邏輯運算判斷故障線路；而后通過信號輸出\輸入系統(3)給開關操作機構和綜合重合閘裝置發出使該故障線路故障相的跳閘信號，通過高壓斷路器切斷故障線路故障相的故障電流；開關量信息由(3)輸入。
本發明專利的數值計算和邏輯運算框圖見圖3。因單線高阻接地時，電流變化小(為故障分量與負荷分量之和)，在儀表用的0.5級電流互感器的測量范圍內。為保證測量精度，應從儀表用的0.5級及以上精度的電流互感器上采集電流信號。在采樣時，用14位及以上的高精度的A/D轉換器，每周采樣點數應滿足高精度測量的要求，采樣時間間隔應跟蹤電網頻率的變化(可以利用電壓采樣值跟蹤電網頻率的變化)。
利用電流突變量啟動該保護裝置的線路故障處理過程。因單線接地后，在原負荷電流分量中疊加了故障分量，引起了測量電流相位和幅值發生變化，用當前電流采樣值與前一周波的電流采樣值比較可以區別這種變化，保護故障處理過程啟動后，用故障前、后多周波的電流采樣值的傅里葉算法計算出故障前和故障后電流和故障后電壓的幅值和相位，計算出故障電流分量。也可采用其它的模擬電路實現該功能。
保護故障處理過程的邏輯運算過程①選出同桿/平行雙回線6個故障電流分量中的幅值最大者，將其相位與對應相母線電壓的相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則判為正向故障，否則判為反向故障，返回至測量程序。②若故障電流分量幅值次大者與最大者相比小于設定值，則還應將幅值次大者的相位與對應相母線電壓的相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則同樣判為正向故障，否則判為反向故障，返回至測量程序。③在①的條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量最大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則兩者中故障電流分量相位與該相母線電壓的相位接近(相位差小于設定值)的單相線路為故障線，否則返回采樣程序。在②的條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值次大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量次大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值次大者與同相另一條線的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則兩者中故障電流分量相位與該相母線電壓的相位接近的單相線路為故障線，否則返回采樣程序。若故障發生在線末端(設為N端)則始端(設為M端)，M側故障相兩線故障電流分量幅值、相位相近，無法判別故障線，但N端保護可以正確判別并動作，當N端故障線跳開后，M端故障線的故障電流增大，同相非故障線的故障電流下降，故障線故障電流分量相位與該相母線電壓相位相近，于是M端可跳故障單相線，也可用N端遠方跳閘信號跳M側的單相故障線。以上提出的保護的動作過程可以保證在平行雙回線區外故障時，不會因為兩線路因參數不同而誤發出跳閘信號。與其他線路保護裝置和重合閘配合由于單線高阻接地故障信號小，易受區外故障的干擾，可以利用其他線路保護回路啟動閉鎖。一旦發生區內外大電流故障，就將單線高阻接地保護功能閉鎖。單線高阻接地保護選出故障線后，將故障線的信息傳給微機型綜合重合閘裝置，通過微機型綜合重合閘跳故障線的單相線路。微機型綜合重合閘重合時應考慮兩側保護啟動跳閘和斷路器跳閘的時間差，或者采用檢測線路無壓后再重合。也可采用其它的重合閘裝置完成該項功能。單回線運行時退出該保護。
單線高阻接地保護可設計成小型儀器裝在儀表盤上，通過串型接口與該線路的微機保護通訊作為其功能上的補充。也可以在現有的高壓同桿/平行雙回線微機保護硬件的基礎上增加軟件以實現該發明專利的功能。
該專利的軟件由測量數值計算，邏輯判斷和信號輸出三部分組成。
1)測量數值計算部分對被保護線路的二次電流和二次電壓進行同時精確測量，獲取其幅值和相位。
2)邏輯運算系統能執行上文的判斷邏輯。
3)信號輸出，輸入部分能執行邏輯判斷部分的結果，發出對故障線路的跳閘信號，輸入開關量信息。
高壓同桿雙回線輸電線單線高阻接地保護例故障前電壓UML＝128+j0(KV)，故障前電流IML1＝IML2＝0.4-j0.2(KA)；線路長L＝360KM每60KM換位一次。由于非故障線的電流和電壓變化極小，故僅列出故障相電壓(KV)和故障相I，II回線的故障電流分量(A)。其中I回線的A相為故障線。計算結果如下算例1故障電阻為800歐X 近側電壓 近側電流I 近側電流II 遠側電壓遠側電流I 遠側電流II50 127.0∠-1 131.7∠-4 11.2∠179 105.9∠-22 26.0∠-212.8∠-9180127.3∠1 76.3∠-13 3.8∠-15 105.0∠-23 70.3∠-13 2.2∠172350127.6∠0 21.7∠-22 18.2∠-21 104∠-23111∠-2216.4∠160算例2故障電阻為500歐，X 近側電壓 近側電流I 近側電流II 遠側電壓遠側電流I 遠側電流II50 127.0∠-2 196.8∠-7 14.4∠178 105.5∠-23 51.4∠-617.0∠-3180127.0∠-1 121.3∠-15 6.1∠-16 104.8∠-24 111∠-163.5∠170350127.6∠-1 34.6∠-22 28.8∠-23 103.8∠-25 177∠-2426.1∠158計算結果中X為近側到故障電距離單位公里；電壓單位千伏；電流單位安，為故障電流分量；∠后表示角度。
按本發明專利提供的方法，從以上兩種故障電阻的算例結果看出1}近處(50Km)故障時，近側的高阻接地保護會正確發出跳閘信號；遠側高阻接地保護也會正確發出跳閘信號；但如果故障點接近本側母線時，遠側高阻接地保護可能不會正確發出跳閘信號，要等本側故障線斷路器跳閘后才能正確發出跳閘信號。
2}在中點處(180Km)故障時，兩側高阻接地保護均會正確發出跳閘信號。
3)在遠處靠近發電廠或變電站母線故障時，遠側高阻接地保護會正確發出跳閘信號；近側的高阻接地保護不會正確發出跳閘信號，要等遠側故障線斷路器跳閘后近側的高阻接地保護才能正確發出跳閘信號。
計算結果表明按本發明專利提供的方法正確。
本產品的優點及用途本發明專利適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路時的保護。上述的雙回線的始端和末端同相線路并聯。本發明專利提出的方法具有很高的靈敏度，可以在上述線路高阻接地故障的初始階段，當常規的線路保護因故障電流太小不能動作時，能迅速判別故障線路，發出跳閘信號，切除故障或啟動重合閘的跳合閘程序及時切除故障，可以極大的提高重合閘的成功率，減小對系統的沖擊和設備損害，對電網的安全運行具有很高的實用價值。本發明專利的另一優點是功能不受線路分布電容的影響，可用于220KV和500KV及以上電壓等級，長距離輸電，電容電流很大的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路時的保護。
產品的使用過程或方式按該發明專利設計的保護裝置按圖1在被保護線路的兩端各安裝一臺，各自獨立工作；裝置測量被保護線路母線的三個相電壓和雙回線的6個相電流。跳閘信號引出接入雙回線的跳閘裝置，使其能按要求僅跳開故障單相線路。可以在原有線路保護裝置上附加按上述原理設計的軟件和硬件實現該專利的功能。
權利要求
1.一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是包括下列內容從儀表用的0.5級及以上精度的電流互感器上采集電流信號。在采樣時，用14位及以上的高精度的A/D轉換器，每周采樣點數應滿足高精度測量的要求(24點以上)，采樣時間間隔應跟蹤電網頻率的變化(可以利用電壓采樣值跟蹤電網頻率的變化)。利用電流突變量啟動該保護裝置的線路故障處理過程。用當前電流采樣值與前一周波的電流采樣值比較可以區別這種變化。保護故障處理過程啟動后，利用故障前、后多周波的電流采樣值和電壓采樣值的傅里葉算法計算出故障前和故障后電流和故障后電壓的幅值和相位；用故障后電流相量減去故障前電流相量得到故障電流分量并計算出故障電流分量的幅值和相位。也可采用其它的模擬電路實現該功能。保護故障處理過程的邏輯運算過程①選出同桿雙回線或平行雙回線6個故障電流分量中的幅值最大者，將其相位與對應相母線電壓相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則判為正向故障，否則判為反向故障，返回至原測量程序。②若故障電流分量幅值次大者與最大者相比小于設定值，則還應將幅值次大者相位與對應相母線電壓的相位比較，如果相位接近(相位差小于設定值)，則同樣判為正向故障，否則判為反向故障，返回至原測量程序。③在①條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量最大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值最大者與另一條線對應相的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則兩者中故障電流分量相位與該相母線電壓相位接近(相位差小于設定值)的單相線路為故障線。在②的條件下，若判為正向故障，將故障電流分量幅值次大者與另一條線對應相的故障電流分量幅值比較，若大于設定值則判為區內故障，且故障電流分量次大的單相線路為故障線。若小于設定值將故障電流分量幅值次大者與同相另一條線路的故障電流分量的相位比較若兩者相位接近相反(相位差大于設定值)，則兩者中故障電流分量相位與該相母線電壓的相位接近的單相線路為故障線。若故障發生在線末端(設為N端)則始端(設為M端)，M側故障相兩線故障電流分量幅值大小、相位相近，無法判別故障線，但N端保護可以正確判別并動作，當N端故障線跳開后，M端故障線的電流分量增大，故障相非故障線的故障電流下降，故障線故障電流分量的相位與該相母線電壓的相位相近，于是M端可跳故障相的單相故障線，也可用N端遠方跳閘信號跳M側的單相故障線。
2.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，同桿雙回或平行雙回線的3相6條線中有一條線經200歐以上的電阻接地，故障電流小到常規線路保護不能正確動作的情況。
3.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，適用于分布電容很大的超高壓線路和長距離輸電的線路。
4.據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，所述的輸電線路為三相線路，所述的電壓和電流為每一相上的電壓和電流。并可以分相跳閘。
5.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，兩條同桿雙回或平行雙回輸電線路的三相分相并聯運行。
6.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，相位接近(相位差小于設定值)指相位差的絕對值在零度至45度之間；相位接近相反(相位差大于設定值)指相位差的絕對值在135度至180度之間；幅值比較時，設定值在1.5以上；設定值可以根據實際需要在上述范圍靈活設定。
7.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，多周波的電流采樣值和電壓采樣值的傅里葉算法指利用電流或電壓2周波及以上的采樣數據采用傅里葉算法計算出電流和電壓的相量。
8.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，平行雙回輸電線路的兩線參數可以不相同。同桿雙回線輸電線路的兩線參數基本相同，誤差在5％以內。
9.根據權利要求1所述的一種適用于110KV及以上電壓等級的同桿雙回線或平行雙回線單線經高接地電阻對地短路的保護方法，其特征是，也可以在現有的高壓同桿/平行雙回線微機保護硬件的基礎上增加軟件以實現該發明專利的功能。
全文摘要
本發明涉及電力系統輸電線路繼電保護領域，適用于電力系統中同桿雙回線或平行雙回線單線經高阻對地短路的保護。解決目前同桿雙回線或平行雙回線單線經高阻對地短路時，因故障電流小，傳統的繼電保護靈敏度低，且受分布電容電流影響很大的問題，從而提高繼電保護的靈敏性，可以極大地提高重合閘的成功率，減小對系統的沖擊和設備損害。本發明采用的技術方案是在保護安裝處，用電流突變量判斷被保護線路故障后，用傅里葉算法計算電流故障分量及故障后電壓的幅值和相位，通過比較電流故障分量與故障后電壓的相位差以及電流故障分量之間的相位差、幅值差從而判斷出是否區內故障，并選出故障線的故障相，發出使對應斷路器的跳閘信號。
文檔編號H02H3/26GK1588737SQ20041007999
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月17日 優先權日2004年9月17日
發明者林軍 申請人:福州大學