《特高压长线路单相自适应重合闸的新原理.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特高压长线路单相自适应重合闸的新原理.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、特高压长线路单相自适应重合闸的新原理郭 征1,贺家李2,王 俊3(1.上海市电力公司市东供电公司,上海 200122;2.天津大学电气与自动化工程学院,天津 300072;3.上海交通大学电气工程系,上海 200240)摘 要:实现自适应重合闸的方法已经很多,但是将输电线贝瑞隆模型应用其中的,国内外还没有见到,因此提出了基于贝瑞隆模型的特高压长线路单相自适应重合闸的新原理。具体方法是在单相重合前,保护使用贝瑞隆模型计算线路故障点两侧的电流,进而求出故障点处的潜供电流,然后根据其有无,来区分线路是永久性故障还是瞬时性故障,从而达到避免重合于永久性故障的目的。通过仿真表明,该原理区分度大,耐受过渡
2、电阻能力强,并且对测距精度不敏感。因为线路越长,电压越高,输电线故障后潜供电流越大,所以该原理在特高压长线路上具有较强的实用价值。关键词:自适应重合闸;贝瑞隆模型;故障识别;潜供电流;特高压线路;瞬时性故障;永久性故障中图分类号:T M77文献标志码:A文章编号:1003-6520(2009)05-1005-04Research of Single-phase Self-adaptive Reclosure forUHV Long Transmission LinesGUO Zheng1,HE Jia-li2,WANG Jun3(1.Eastern Power Supply Company,S
3、hanghai Municipal Electric Power Company,Shanghai 200122,China;2.School of Electrical Engineering and Automation,T ianjin University,T ianjin 300072,China;3.Department of Electrical Engineering,Shanghai Jiao T ong University,Shanghai 200240,China)Abstract:We proposed the self-adaptive reclosure with
4、 the Bergeron model for UHV long transmission lines.Therelay can calculate the current of both sides of fault point using the Bergeron model before single-phase reclosure,and get the secondary arc current of fault point.Finally the relay can identify that the line has transient faults or per-manent
5、faults by the value of secondary arc current.Simulation results confirm that this principle has good identif-ication ability,can endure great fault resistance,and is not sensitive to fault locating accuracy.Longer transmissionlines requre higher voltage and the greater secondary arc current,so the p
6、rinciple has more practical value for UHVtransmission lines.Key words:self-adaptive reclosure;Bergeron model;fault identification;secondary arc current;UHV transmissionlines;transient faults;permanent faults0 引言自动重合闸技术是保证电力系统安全供电和稳定运行的一种有效措施,在国内外电力系统中得到了广泛应用。统计结果表明,在超高压输电线路故障中,70%以上是单相接地短路,而单相故障中约有8
7、0%为瞬时性故障 1-3。因此,在单相故障情况下只跳开故障相并延时自动重合能提高系统暂态稳定性及供电可靠性。然而,自动重合闸也具有其原理性的缺陷,主要表现为当自动重合闸重合于永久性故障时,将对电力系统及电气设备造成更大危害。如能在重合之前正确区分瞬时性与永久性故障,以决定重合闸是否动作,即实现自适应的自动重合方式,则对电力系统具有重大意义。近年来,单相自适应重合闸的理论和方法日趋成熟 3-11,为其实用化奠定了理论基础。其中典型的有电压判据方法 3,4、人工神经网络的智能识别方法 5,6、基于电弧原理提取故障暂态高频信号特征来判断故障性质的判别方法 7,8、电压相位判据 9,以及最新的基于广义
8、多分辨形态学梯度的自适应单相重合闸方案 10。随着光纤纵差保护的应用,因为不再需要额外的硬件,基于双端量的单相自适应重合闸判据成为可能。本文提出了基于贝瑞隆模型的特高压长线路单相自适应重合闸的新原理,即在特高压长距离输电线路两侧单相重合前,使用贝瑞隆模型计算故障点的潜供电流,然后根据其有无,来区分线路是永久性故障还是瞬时性故障,从而达到避免重合于永久性故障的目的。1 输电线贝瑞隆模型简介输电线路的各相之间都是有耦合的,这表现在#1005#第 35 卷 第5 期2009 年 5月高 电 压 技 术High Voltag e EngineeringVol.35 No.5M ay 2009线路电阻、
9、电容、电感参数(在超高压和特高压线路上可忽略电导)矩阵中有非零非对角元素。无论是完全换位的平衡线路还是不平衡线路,都可以通过一定的转换矩阵使其参数矩阵完全对角化或近似对角化即转化为模分量,从而形成相互之间没有耦合的模分量 1,12-16。其中线路的每一模分量都满足贝瑞隆模型,如图 1 中所示为每一模线路。对于三相均匀换位线路来说,本文采用 Karenbauer 变换矩阵求模分量,变换矩阵形式如下:S=1111-2111-2;S-1=131111-1010-1。对于非均匀换位线路不能使用固定的模变换矩阵,可以根据线路参数在实域或复数域中求解模变换矩阵。对于每一模分量有:Z0=L0C0;Z=Z0+
10、R4;h=Z0-R4Z0+R4;S=lv=lL0C0;Imn(t-S)=-1-h2(um(t-S)Z+him(t-S)-1+h2(un(t-S)Z+hin(t-S);(1)Inm(t-S)=-1-h2(un(t-S)Z+hin(t-S)-1+h2(um(t-S)Z+him(t-S)。(2)式中,L0和 C0分别是模量上线路每 km 的电感、电容;R 是模量上线路全长的电阻;Z0是无损线波阻抗;Z 是近似考虑线路损耗以后的等值波阻抗;l 是线路长度;v 是模量上的波速;Imn和 Inm是等值电流源,代表从对端来的反射波;S是模量上波在线路上的传播时间;um和 un分别是模量上线路两侧电压;im和
11、 in分别是模量上线路两侧电流,其正方向见图1。由图 1 可知:im(t)=um(t)Z+Imn(t-S);(3)in(t)=un(t)Z+Inm(t-S)。(4)2 基本原理输电线路中发生单相接地故障,两侧断路器跳开后,在输电线路单相重合前,如果是瞬时性故障,那么故障点电弧消失、绝缘恢复后,故障点电流是零。而如果是永久性故障,由于健全相与故障相之间存在的电磁与静电耦合联系,会使故障点一直有不小的潜供电流。线路越长,这种潜供电流越大。目前故障测距技术已经很完善,可以根据跳闸前的图 1 输电线每一模量上的贝瑞隆等值计算电路Fig.1 Bergeron equivalent calculating
12、 circuit ofeach mode of transmission lines图 2 三相线路中的故障相Fig.2 Faulty phase of three phase transmission lines测距结果知道故障点的位置,然后用线路两侧的三相电压电流(因开关跳开,故障相电流为零)按照贝瑞隆模型计算出故障点左右两侧电流 imf、inf(见图2),进而得出故障点潜供电流 if=imf+inf。本文并不需要非常精确的测距结果,因为如果是瞬时性故障,那么全线路无故障点,不管故障点选择在哪里,求得的 if=0。所以可以以测距结果为中心,并考虑到最大的测距误差,在这个范围内反复计算 if
13、,以最大者为判断依据。而且经过仿真计算发现在这个范围内计算得到的 if差别不大。3 公式推导如图 1 中三相线路中的某一模线路,根据公式(3)、(4)经过化简可以得到下式 um(t)im(t)T=T1 un(t)in(t)T。(5)式中,T1=A(l)B(l)C(l)D(l)为传输矩阵,其中:A=-D=De(S)(12+R232Z2c+R4Zc)+De(-S)#(12+R232Z2c-R4Zc)-R216Z2c;B=-De(S)(3R8+3R232Zc+Zc2+R3128Z2c)-De(-S)(3R8-3R232Zc-Zc2+R3128Z2c)-R4+R364Z2c;C=De(S)(12Zc+
14、R8Z2c)+De(-S)(-12Zc+R8Z2c)-R4Z2c。式中,De(S)定义为延迟因子,即 f(t+S)=De(S)#1006#May 2009High Voltage EngineeringVol.35 No.5 f(t);Zc=Lx/Cx为线路的特征阻抗。由公式(5)可见已知线路一侧的电压电流,并改变传输矩阵中的线路长度 l 可以求出线路故障点到线路该侧端点之间任意点的电流。如上所述,贝瑞隆模型是在模量上成立的,所以在实际应用中,需首先将相量转换为模量。以线路a 相接地故障两侧开关跳开后 m 侧的重合闸为例,计算过程为:首先将保护安装处的电压电流 umU和imU(U=a、b、c,
15、其中 ima=0)转化为模量 umi和imi(i=0、1、2),转换矩阵为 Karenbauer 变换矩阵 S=1111-2111-2,然后代入公式(1)可以求出图 1 中流入 f 点的 m 侧电流模量imfi,再转换为相量imfU,同理 n 侧装置可以求出流入 f 点电流相量 infU并通过通信通道传送到 m 侧。然后 m 侧装置可对电流imfU和 infU分别用全波傅氏算法进行滤波得 ImfU和InfU,最后可以求出 f 点的短路电流绝对值:Ia=|Imka+Inka|。理论上如果 Ia 0 就是永久性故障,如果Ia=0 就是瞬时性故障。考虑到有计算误差,实际使用时为了可靠可按一个大于零的
16、定值进行判断。4 仿真计算仿真选用 750 kV 双电源系统,见图 3。图中 m和 n 表示被仿真线路的两侧;Zm和 Zn表示两侧系统阻抗;ZL表示线路阻抗;r,x 和c 分别表示线路的电阻、电抗和电容,其中下标 1 和 0 用来区分正序和零序参数。线路参数取自某设计中的 750 kV 线路完全换位参数,忽略电导,两侧电源角度差设为40b。表 1 给出了输电线路永久性故障后两侧开关重合前,应用本文方法求得的故障点潜供电流。所有电流值是以安培为单位的一次电流。对于瞬时性故障由于计算误差求得的故障点电流都 2 A,因篇幅所限不再具体给出。分析表 1数据可见:1)对于 300 km 以上的特高压长线
17、路,单相永久性故障后在两侧开关重合前,应用本文方法求出的故障点潜供电流与瞬时性故障时的最大计算值 2A 相比都足够大,可以很容易区分永久性故障和瞬时性故障。并且线路越长求得的潜供电流越大,对判断越有利;2)因特高压和超高压长线路中分布电容较大,过渡电阻对所求得的潜供电流影响不大;3)不同的故障地点对于所求得的潜供电流大小影响不大。图 3 仿真时使用的系统图Fig.3 System equivalent circuit used for simulation表 1 输电线路永久性故障后两侧开关重合前,应用本文方法求得的故障点潜供电流Tab.1 Calculated secondary arc c
18、urrent of fault point usingBergeron mode after permanent faults occurand before reclosureA线路长度/km过渡电阻/8故障位置m 侧保护正向出口处线路中点n 侧保护正向出口处300400500059.061.865.530055.158.161.0086.295.499.430075.985.387.20123.4146.5149.8300100122.8120.45 结论a)本文提出在特高压长距离输电线路两侧单相重合前,使用贝瑞隆模型计算故障点的潜供电流,然后根据其有无,来区分线路是永久性故障还是瞬时性故
19、障,从而达到避免重合于永久性故障的目的。b)本文所述原理基本不受过渡电阻大小的影响。c)本文所述原理更适合于超高压和特高压长线路,在短线路中因永久性故障时在故障点的潜供电流较小,判据的灵敏度会下降。参考文献 1 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理 M.北京:中国电力出版社,1994.HE Jia-li,SONG Cong-ju.Principles of protective relaying in e-lectric power systems M.Beijing:China Electric Power Press,1994.2 夏道止.电力系统分析 M.北京:中国电力出版社,2004.
20、XIA Dao-zhi.The analysis of power system M.Beijing:ChinaElectric Power Press,2004.3 葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术 M .西安:西安交通大学出版社,1996.GE Yao-zhong.New types of protective relaying and fault loca-tion theory and techniques M.Xi.an:Xi.an Jiaotong U niver-sity Press,1996.4 GE Yao-zhong,SU I Feng-hai,XIAO Yuan.
21、Prediction methodsfor preventing single-phase reclosing on permanent fault J.IEEE T ransactions on Power Delivery,1989,4(l):114-121.#1007#2009 年 5 月高 电 压 技 术第 35 卷第 5 期 5 AggarwaI R K,Johns A T,Song Y H,et a1.Neura-l networkbased adaptive single-pole autoreclosure technique for EHVtransmission syste
22、ms J.IEE Proceedings)generation,T rans-mission and Distribution,1994,141(2):155-160.6 聂宏展,董 爽,李天云,等.基于模糊神经网络的单相自适应重合闸 J.电网技术,2005,29(10):75-79.NIE Hong-zhan,DONG Shuang,LI Tian-yun,et al.Single-phase adaptive auto-reclosure based on fuzzy neural network J.Power System Technology,2005,29(10):75-79.7
23、Zoric K J,Djuric M B,T erzija V V.Arcing faults detection onoverhead lines from the voltage signals J.E1ectrical Power&Energy Systems,1997,19(5):299-303.8 LI Bin,LI Yong-li,ZENG Zh-i an,et a1.A novel numerical al-gorithm for single-pole adaptive reclosure C M ProceedingsPower System Technology.Kunmi
24、ng,China:s.n.,2002:2612-2616.9 李 斌,李永丽,黄 强,等.单相自适应重合闸相位判据的研究 J.电力系统自动化,2003,27(22):41-44.LI Bin,LI Yong-li,HUANG Qiang,et al.Study on phase cr-iterion for single pole adaptive reclosure J.Automation of Elec-tric Power Systems,2003,27(22):41-44.10 林湘宁,刘海峰,鲁文军,等.基于广义多分辨形态学梯度的自适应单相重合闸方案 J.中国电机工程学报,2006
25、,26(7):101-106.LIN Xiang-ning,LIU Ha-i feng,LU Wen-jun,et al.General-ized mult-i resolution morphological gradient based self-adaptivesingle-phase reclosure scheme J.Proceedings of the CSEE,2006,26(7):101-106.11 王增平,刘浩芳,徐 岩,等.基于改进型相关法的单相自适应重合闸新判据 J.中国电机工程学报,2007,27(10):49-55.WANG Zeng-ping,LIU Hao-f
26、ang,XU Yan,et al.A new cr-iterion for single-phase adaptive automatic reclosure based onimproved correlation algorithm J.Proceedings of the CSEE,2007,27(10):49-55.12 吴维韩,张芳榴.电力系统过电压数值计算 M.北京:科学出版社,1989.WU We-i han,ZHANG Fang-liu.Numerical calculation of overvoltages in power sy stems M.Beijing:Scien
27、ce Press,1989.13 薛士敏,贺家李,李永丽.特高压输电线基于贝瑞隆模型的距离保护 J.继电器,2005,33(19):1-4.XU E Sh-i min,HE Jia-li,LI Yong-li.Distance protection basedon Bergeron model for UHV transmission lines J.Relay,2005,33(19):1-4.14 郭 征,贺家李.输电线纵联差动保护的新原理 J.电力系统自动化,2004,28(11):1-5.GU O Zheng,HE Jia-li.Novel principle of pilot diff
28、erential re-lay protection of transmission lines J.Automation of ElectricPower Sy stems,2004,28(11):1-5.15 郭 征,贺家李.有串补电容输电线纵联差动保护原理 J.天津大学学报,2005,38(3):195-200.GU O Zheng,HE Jia-li.Principle of pilot differential relay pro-tection of transmission line with series compensated capacitor J.Journal of T
29、ianjin University,2005,38(3):195-200.16 余 洪,文明浩.基于贝瑞隆模型的 ATP 仿真误差分析 J.继电器,2007,35(4):14-17.YU Hong,WEN Ming-hao.Error analysis of AT P simulationbased on Bergeron model J.Relay,2007,35(4):14-17.GUO ZhengPh.D.郭 征1976),男,博士,工程师研究方向为继电保护、电网调度及配电网规划E-mail:guozheng2003 HE Jia-liProfessor贺家李1925),男,教授,中国电机工程学会名誉理事,IEEE 高级会员,俄罗斯工程院外籍院士主要研究方向为电力系统故障分析与继电保护WANG JunPh.D.candidate王 俊1980),男,博士生,工程师研究方向为电力系统分析、配电网规划电话:(021)28984865E-mail:kentywang 修回日期 2009-04-08 编辑 陈 蔓#1008#May 2009High Voltage EngineeringVol.35 No.5