[發(fā)明專利]一種T型線路差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)判據(jù)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910091858.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN109802370A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏經(jīng)德;秦瑞敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02H7/26
• 分類號(hào): H02H7/26
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 胡燕恒

1.一種T型線路差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：采用雙端線路R-L單相區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障分量模型，結(jié)合縱向阻抗在雙端線路區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障時(shí)不同的故障特征，得到雙端線路在R-L單相線路上的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)；

步驟2：采用T型線路R-L單相區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障分量模型，結(jié)合步驟1得到的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，根據(jù)相似性，得到T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)；

步驟3：采用T型線路三相故障附加網(wǎng)絡(luò)圖，結(jié)合步驟2中T型線路一端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，T型線路其它兩端的工頻電壓故障分量差的關(guān)系式，根據(jù)相似性，分析得到T型線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，結(jié)合步驟2得到的T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，根據(jù)相似性，得到T型線路發(fā)生區(qū)外故障時(shí)在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種T型線路差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，其特征在于，所述步驟1具體如下：

分別在雙端線路R-L單相區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障分量模型中的雙端線路的兩端設(shè)定電氣測量端m端與n端，結(jié)合縱向阻抗在雙端線路區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障時(shí)不同的故障特征，規(guī)定各端電流的正方向?yàn)槟妇€流向被保護(hù)線路的方向，得出雙端線路在R-L單相線路上的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)如式(1)所示，所述式(1)為：

式(1)中，和分別是雙端線路m端與n端的工頻電流故障分量，為m端與n端的工頻電流故障分量和，為雙端線路m端與n端的電壓故障分量差，和分別是雙端線路m端與n端的工頻電壓故障分量，z是單位長度的線路阻抗，D是被保護(hù)線路全長，

其中，為雙端線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，為雙端線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，為雙端線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外、內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)的動(dòng)作量，是線路阻抗。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種T型線路差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，其特征在于，所述步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1：根據(jù)步驟1得到的雙端線路在R-L單相線路上的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)(1)中的雙端線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)中的動(dòng)作量和線路阻抗的形式，根據(jù)相似性，分析T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)：

在T型線路R-L單相區(qū)外故障分量模型中的T型線路上的T節(jié)點(diǎn)上設(shè)定一個(gè)T節(jié)點(diǎn)測量端，在T型線路R-L單相區(qū)外故障分量模型中的T型線路上的三端上設(shè)定三個(gè)電氣測量端m端、n端、p端，當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，m端與n端的工頻電壓故障分量差如式(2)所示，所述式(2)為：

式中，和分別是T型線路m端、n端的工頻電壓故障分量，和分別是T型線路m端、n端的工頻電流故障分量，z是單位長度的線路阻抗，D₁、D₂分別為T型線路m、n端母線處到T節(jié)點(diǎn)的距離，

結(jié)合T型線路m端、n端、p端三端工頻電流故障分量的關(guān)系式(3)將式(2)表示為式(4)，所述式(3)、式(4)為：

式(3)中是T型線路p端的工頻電流故障分量，

由電壓故障分量分布的原則，T型線路m端到n端移動(dòng)時(shí)，根據(jù)T型線路m端電壓高于n端電壓的關(guān)系，將式(4)轉(zhuǎn)化為式(5)，所述式(5)為：

將不等式(5)轉(zhuǎn)化得到式(6)為：

式中，z(D₁+D₂)是T型線路m端到n端之間的線路串聯(lián)阻抗，

同理，當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，得出m端與p端之間工頻電壓故障分量差的關(guān)系式(7)為：

式(7)中，是T型線路p端的工頻電壓故障分量，D₃是T型線路p端母線到T節(jié)點(diǎn)的距離，

結(jié)合T型線路m端、n端、p端三端工頻電流故障分量的關(guān)系式(3)將式(7)表示為式(8)，所述式(8)為：

由電壓故障分量分布的原則，T型線路m端到p端移動(dòng)時(shí)，T型線路m端電壓高于p端電壓的關(guān)系，將式(8)轉(zhuǎn)化為式(9)，所述式(9)為：

將不等式(9)化簡得到式(10)為：

式(10)中，z(D₁+D₃)是T型線路m端到p端之間的線路串聯(lián)阻抗，

同理，當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，得出n端與p端之間工頻電壓故障分量差的關(guān)系式(11)為：

式(11)中，是T型線路n端的工頻電壓故障分量，D₂是T型線路n端母線到T節(jié)點(diǎn)的距離，

結(jié)合T型線路m端、n端、p端三端工頻電流故障分量的關(guān)系式(3)將式(11)表示為式(12)，所述式(12)為：

由電壓故障分量分布的原則，T型線路n端到p端移動(dòng)時(shí)，T型線路n端電壓高于p端電壓的關(guān)系，將式(12)轉(zhuǎn)化為式(13)，所述式(13)為：

將不等式(13)轉(zhuǎn)化得到式(14)為：

式(14)中，z(D₂+D₃)是T型線路n端到p端之間的線路串聯(lián)阻抗，

以故障點(diǎn)電壓作為參考電壓，根據(jù)電壓分配原則，選擇兩端之間電壓差幅值中最大的一個(gè)作為整定值中的電壓差，表示為式(15)：

結(jié)合式(6)、(10)、(14)和式(11)得出當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，T型線路在R-L單相線路上的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)為：

其中，為判據(jù)的動(dòng)作量，Z′為構(gòu)成兩端之間的線路串聯(lián)阻抗，Z′＝z(D₁+D₂)或z(D₁+D₃)或z(D₂+D₃)，

同理，當(dāng)T型線路n端、p端至T節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，根據(jù)T型線路R-L單相區(qū)外故障分量模型得到和式(16)相同的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，故式(16)為T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)；

步驟2.2：根據(jù)步驟1得到的雙端線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)(1)中動(dòng)作量、線路阻抗的形式，根據(jù)相似性，分析T型線路區(qū)內(nèi)故障：

在T型線路R-L單相區(qū)內(nèi)故障分量模型中的T型線路上的T節(jié)點(diǎn)上設(shè)定一個(gè)T節(jié)點(diǎn)測量端，在T型線路R-L單相區(qū)外故障分量模型中的T型線路上的三端上設(shè)定三個(gè)電氣測量端m端、n端、p端，當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，T型線路三端工頻電流故障分量的相量和表示為：

式中是故障點(diǎn)的等效工頻故障電流，

T型線路m、n兩端的工頻電壓故障分量差的關(guān)系式如式(18)所示：

式(13)中d為故障點(diǎn)到m端的長度，

結(jié)合式(17)、(18)得到T型線路m、n兩端的工頻電壓故障分量差關(guān)系式如式(19)所示：

式(19)中，

轉(zhuǎn)化式(19)得式(20)：

根據(jù)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，相關(guān)測量端的工頻電壓故障分量幅值會(huì)隨著故障點(diǎn)位置的遠(yuǎn)離而逐漸減小的關(guān)系，得式(21)：

式(21)中，為故障點(diǎn)實(shí)際工頻電壓，

結(jié)合式(20)和式(21)，得出當(dāng)T型線路m端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，T型線路在R-L單相線路上的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)為：

其中，為改進(jìn)判據(jù)的動(dòng)作量，Z′為構(gòu)成兩端之間的線路串聯(lián)阻抗，Z′＝z(D₁+D₂)或z(D₁+D₃)，

同理，當(dāng)T型線路n端、p端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，根據(jù)T型線路R-L單相區(qū)內(nèi)故障分量模型得到和式(22)相同的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，故式(22)為T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，

綜上，T型線路在R-L單相線路上發(fā)生區(qū)外、區(qū)內(nèi)故障時(shí)的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種T型線路差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，其特征在于，所述步驟3具體過程如下：

步驟3.1：在T型線路三相故障附加網(wǎng)絡(luò)模型中的T型線路上的T節(jié)點(diǎn)上設(shè)定一個(gè)T節(jié)點(diǎn)測量端，在T型線路三相故障附加網(wǎng)絡(luò)模型中的T型線路上的三端上設(shè)定三個(gè)電氣測量端m端、n端、p端，當(dāng)m端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，m、n兩端的工頻電壓故障分量差表示為：

式(24)中，代表T型線路m、n兩端的工頻電壓故障分量，分別是T型線路m端、n端、p端的工頻零序電流故障分量，分別是T型線路m端、n端、p端經(jīng)過零序補(bǔ)償后的工頻零序電流故障分量，為T型線路n端經(jīng)過零序修正的故障分量，分別是T型線路m端、n端、p端的工頻零序電流，z_mm、z_m1分別是m端至T節(jié)點(diǎn)之間單位長度線路的互阻抗，正序阻抗，z_nm、z_n1分別是n端至T節(jié)點(diǎn)之間單位長度線路的互阻抗，正序阻抗，D₁、D₂分別為T型線路m、n端母線處到T節(jié)點(diǎn)的距離，d為故障點(diǎn)到m端的長度；其中，的表達(dá)式為K₁、K₂為零序電流補(bǔ)償系數(shù)，z_n0為n端至T節(jié)點(diǎn)之間單位長度線路的零序阻抗，

根據(jù)T型線路的零序電壓和零序電流的關(guān)系式(25)：

式(25)中，分別為T型線路m端、n端的工頻零序電壓，z_m0為m端至T節(jié)點(diǎn)之間單位長度線路的零序阻抗，z_n0為n端至T節(jié)點(diǎn)之間單位長度線路的零序阻抗，

將式(25)代入式(24)中，對(duì)式(24)中的零序電流相關(guān)項(xiàng)進(jìn)行替換，替換變形后的表達(dá)式為：

當(dāng)z_mm/z_n0的比值為0.3時(shí)，則有z_mmz_n0-z_nmz_m0＝0，此時(shí)式(26)表示為：

式(27)中，分別為三相線路下通過線路兩端零序電壓修正后得到的m端、n端電壓故障分量，

當(dāng)z_mm/z_n0的比值不等于0.3，即z_mmz_n0-z_nmz_m0≠0時(shí)，采用加權(quán)平均法得到：

式(28)中，為經(jīng)過加權(quán)平均法得到的三相線路下解耦后的m端電壓故障分量，為經(jīng)過加權(quán)平均法得到的三相線路下解耦后的n端電壓故障分量，

根據(jù)T型線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)在三相解耦后的表達(dá)式(28)與由步驟2中得到的T型線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)在單相線路下的式(18)具有相似性，經(jīng)過解耦變形得如下關(guān)系式：

根據(jù)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，相關(guān)測量端的電壓故障分量幅值會(huì)隨著故障點(diǎn)位置的遠(yuǎn)離而逐漸減小，故得T型線路任意兩端的最大電壓故障分量差表達(dá)式為：

結(jié)合式(29)和式(30)，得出T型線路m端至T節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)為：

式(31)中，為T型線路任意兩端的最大電壓故障分量差，Z″為T型線路m端、n端、p端線路中任意兩端的最大電壓故障分量差所對(duì)應(yīng)的線路正序串聯(lián)阻抗，角標(biāo)為相序；其中Z″＝z(D₁+D₂)或z(D₁+D₃)或z(D₂+D₃)，

同理，當(dāng)T型線路n端、p端發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，根據(jù)T型線路三相故障附加網(wǎng)絡(luò)模型得到和式(30)相同的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，故式(30)為T型線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)，

三相線路下的T型線路發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，區(qū)內(nèi)為對(duì)稱線路，無相間耦合，T型線路發(fā)生區(qū)外故障時(shí)在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)和T型線路單相下的區(qū)外故障判據(jù)式(15)具有相似性，得：

綜上可得T型線路在三相線路解耦后的保護(hù)改進(jìn)判據(jù)為：