1000 kv特高压输电线路的距离保护继电器外文翻译资料

1000 kv特高压输电线路的距离保护继电器

摘要：传统的距离保护继电器使用集中参数模型的输电线路。长距离的1000 kv特高压线路分布电容大,这样一个简化的线模型是不够的,可能会由于大阻抗测量中的错误而导致继电器失灵。本文提出了一种新的距离继电器线模型和可靠的故障阻抗测量的过程和继电器设置。它描述了该继电器的应用到645公里的1000 kv特高压输电线路包括并联电抗器补偿,这目前在中国建造。在实时动态系统进行测试执行来评估高压继电器性能, 与更传统的距离继电器相比较表现出显著的改善。新的距离继电器是证明满足1000 kv特高压输电线路的保护的要求。

关键词：距离继电器，保护，输电线路方程，1000kv特高压输电线路

1.前言

自1969年洛克菲勒等开创性工作以来,微处理器距离继电器广泛应用于输电线路。距离继电器计算阻抗断层使用测量当地的电压和电流。计算使用了不同的方程或使用相量通过傅里叶算法。利用行波组件实现超高速保护的方法也被提出,而其性能需要进一步评估,必要的改进。设置一个距离继电器,必须要确定它的设置范围。距离继电器找到故障的具体位置,而是确定故障是在内部或外部故障保护区内。一区距离继电器,它通常是预期瞬态阻抗的测量误差小于设置范围的plusmn;5%。因此输电线路模型的准确性对距离继电器也很重要,尽管其影响故障定位装置。模型的准确性,如阻抗计算,对接近保护区的边界的故障尤其重要,特别是对一区的保护。传统距离继电器通常采用集中参数模型和单位长度阻抗乘以长度的总线阻抗模型。阻抗继电器测量故障也是基于这样一个简化的模型解释。在许多情况下集中参数线路模型已经足够,但其适用性问题在一段很长分布式并联电容的特高压输电线路中可能会导致巨大的错误,减少继电器的性能。1000 kv特高压输电线路的总长度通常超过600公里。为了增加自然功率以及限制电场强度和导体表面电晕损失,线设计通常会减少特性阻抗,故意增加分布式并联电容。因此距离继电器方案很可能需要更准确的模型,而不是一个集总参数表示特高压输电线路模型。

先前的研究考虑到阻抗计算的准确性。例如,错误与瞬态电压和电流采样窗口分析在[11]和[12]中。结果表明,精度下降随着窗口变得更短,因此计算速度较高。因此,可以指定最低窗口大小。很少有人注意到在距离继电器输电线路模型固有的误差。

摘要提出了一种基于稳态输电线路方程的分布参数线路模型,这是相对于集中参数模型。该模型集成到距离继电器方案,直接指示是否内部或外部故障保护区域。实验测试在实时动态系统中进行,逼真地模拟了目前在中国建造的645公里1000 kv特高压输电线路。结果表明, 集中参数模型对距离估计有17%的错误而新模型时只有3%,远低于中国相关规定的plusmn;5%。距离继电器成熟的应用描述行开发模型,因此采用的主要保护计划被包括在实际保护策略。

这样一个模型的一个先决条件,基于稳态传输线方程主要是均匀分布的。最初,有担忧在整个地理范围地球电阻率的变化,这将影响在任何涉及零相序电流的不对称故障继电器的性能。巧合,所有1000 kv特高压输电线路开发在中国将有两条架空地线限制瞬态过电压和每一个塔其中一条架空地线必须直接接地,尽管在正常操作这将略有增加循环电流损失。它是强制性使每个塔的总接地电阻小于5Omega;。在这种情况下,我们可以忽略沿着线路长度地球电阻率的变化。引起假设的输电线路不连续的唯一主要原因是在配电站安装了并联电抗器。这在本文中是应该被考虑的。

剩下的纸是组织如下。第二部分描述了稳态传输线方程,用于定义故障阻抗测量继电器。这样的阻抗,来自于测量电压和电流,可以线性表示距离的对称或不对称故障;非线性关系由于分布式并联电容用补偿阻抗的方式定义。实际阻抗的计算方法是在第三部分提出,以避免任何数值迭代和允许实时计算。第四部分与传统的距离继电器比较方案的准确性。第五部分分析了故障线路的电阻和负载电流。第六部分描述了实际应用的情况下输电线路并联电抗器补偿。最后,第七节介绍了模拟645公里1000 kv特高压输电线路高压实验结果。

2.基于输电线路的距离保护模型

图1 输电线路中任意的两点

三相输电线路任意两点电压和电流的稳态关系可以根据输电线路方程用双曲函数表示。图1代表一段输电线路；线路两端的电压和电流向量表示为U_m，U_n，I_m和I_n。

式中 Zc表示线路的特性阻抗，

upsih;表示传播常数，

L表示m和n之间的长度。

如果使用适当的特性阻抗和传播常数的计算，相同的关系可以应用到电压和电流的正序、负序和零序。正序和负序的参数通常是相等的。在下文描述中分别用下表“1”，“2”，“0”表示正序、负序和零序：

上面的计算本质上包括沿着输电线路的分布电容电流。各相(a、b或c)的电流和电压可以通过序分量获得。各相量和序分量用基频相量表示。下面给出一个例子，其中

在n端，我们可以测量线电压，这个线电压表示为。我们也可以认为的定义一个相电流。这样的电压和电流不含任何零相序分量。因此从m到n之间的传播，相应的数量可以计算如下：

发生n点故障时。因此，

发生相之间的故障时的电阻考虑到m端，如下所示类似于什么是定义在一个传统的阻抗继电器。显然，可以通过m端的测量值计算阻抗，由非线性双曲函数可知阻抗随着故障点到m点的距离变化。长距离的输电线路传播常数大或者分布电容对非线性很重要。

以下两个系数是为了单相接地故障阻抗的测量而首次引出,可以扩展到三相故障:

在单相接地故障中，到n点的故障相电压为。m端的电压：

这里的零序的电压和电流的获得，是通过正序得到的，而不是零序网络的得到的。

在m端测到的零序电流

这里的零序的电压和电流的获得，是通过正序得到的，而不是零序网络的得到的。

在n端结束的零序电压，也可以计算出最终根据传输线方程。另外,它可以来源于(18)和(20)。得到以下关系：

因此

其中

由(17)、(19)和(23)得

然后可以定义一个可测量的电压和电流信号,这样的比率取决于故障点和测量点的距离。阻抗也类似于用于传统的阻抗继电器给出如下:

显然,阻抗(14)和(27)所定义的可用于驱动继电器的距离。故障前,测量负载阻抗很大。在故障阻抗将大幅下降。越接近测量的故障点,故障阻抗越低。故障阻抗的精确测量是必要的区分内部和外部故障对保护区。对于相对较短的输电线路, 。因此,测量阻抗将线性表示故障距离。然而长距离的1000 kv特高压输电线路通常会展示重要的分布参数的影响, 对应的非线性双曲线在(14)和(27)中。有必要解决方程设置距离继电器。模仿传统的继电器、Bergeron阻抗与故障距离成正比,定义继电器动作值。等式（28）和（29）分别对应相与相之间和相与地之间的分量，

式中Z_l表示单位长度输电线路的阻抗值

注意表示ab，bc或ca，表示a，b或c。发生永久性故障，（28），（29）或者给每一相一个阻抗值。阻抗值等于乘于故障点到测量点的距离；这个值将用于距离继电器。标准的反双曲函数可以记住为微处理器。

3.k₁和k₂的取值

在式子（15）和（16）中定义了系数k₁和k₂，k_U和k_I就是来源于它们。系数被用于故障零序阻抗计算不对称故障。自从系数依赖于未知故障 (n)和测量的点(m) 之间的距离,它们的值是未知的,由故障阻抗计算确定距离。原则上,一个迭代算法来解决这个问题,但是这将是计算密集型的。本文提出了一种假设K₁和K₂都是常数近似方法。确定所选择的值,本节说明了K₁和K₂的变化随着故障距离的变化。中国第一条1000 kv特高压输电线路的零序和正序传播常数

K₁和K₂关于长度的计算，从10到1000km的在图2-5中表示。如图3和图5所示，相角几乎是常数(0 rad)为K₁和K₂,因此可以使用实数来表示。振幅改变单调。然后,我们认为对于给定的输电线路, 根据已知的总长度(最大) 可以确定K₁和K₂。这么选择的话，发生内部故障时K₁和K₂的取值太高了。K_U和K_I也因此变高。不考虑故障负荷流，可以表明在单相对地故障U_mphi;和U_mphi;0是反相，I_mphi;和I_mphi;0是同相。关于式子(27), K_U和K_I值的增加将导致计算阻抗很低,以确保继电器将被激活,这是内部故障的期望的结果。同样,对于故障超出预期的防护区,实际故障距离较选择计算系数值长度长。因此,计算故障阻抗往往过高, 继电器不被激活。这是期望的结果不同的情况。可以得出结论,计算系数使用总或最大线长度增加了操作的敏感性的距离继电器在保护区的边界。中国第一条1000 kv特高压输电线路645公里,我们选择K₁=1.2和K₂=0.75.

图2 振幅K₁（1）

图3 相位角K₁（1）

图4振幅K₂（1）

图5相位角K₂（1）

4. 与传统的距离继电器相比较

传统的距离继电器忽略了分布式传输线电容。通常假定故障的阻抗计算测量的电压和电流继电器的距离成正比。事实上,电容存在,因此获得的阻抗会偏离假定的比例关系对故障距离。这将导致错误,因此减少了继电器的性能。

相比之下,Bergeron阻抗,定义在(28)和(29),补偿并联电容的影响。之间的比例关系从而建立故障距离和测量或计算阻抗。如果并联导纳(每单位长度)的假定为零,Bergeron阻抗可以减少使用传统的距离继电器。在这种情况下,输电线路在集总参数表示。相应的传播因素upsih;₀和upsih;₁，K₁和K₂都是零因此系数和都是统一的。

图6表示了阻抗中电阻和电抗在单相接地故障中与距离的关系。阻抗计算在传统的距离继电器忽略了并联电容（如实线所示）,在现在的计算包括并联电容（如虚线所示）。很明显,这两个方案给大约相同的结果当故障距离短,线路电容的影响可以忽略不计。随着长度的增加,目前计划继续显示几乎线性阻抗响应,但传统的距离继电器生产电阻和电抗明显高于早期预测的线性关系。物理上,这是由于当前取消效果之间的串联电感和并联电容,没有补偿。换句话说,传统的距离继电器的故障电流测量的电容组件包括相位感应组件。使用减少的阻抗计算总电流因此高于系列阻抗用于确定继电器的输出。计算阻抗通常由电抗,如图6所示。考虑到故障点,传统继电器方案倾向于表明更大的故障阻抗,这意味着一个内部故障保护的边界区附近可能会误判为外部。图6还显示了估计的相对误差故障距离,而真正的总阻抗系列是已知的计算。很明显的错误电抗在传统的距离继电器可以高达17%,而相应的误差补偿方案如本文所述被限制在3%的600公里1000 kv特高压输电线路。

该方案的误差是由于近似系数K₁和K₂。图5,这是设置为K₁=1和K₂=0.714。这些都是设置根据零故障距离。这就是为什么在图6中误差产生的电抗方案最初是零,增加3%的故障距离接近600公里。在前一节中给出的参数后,可以减少错误,如果K₁和K_{2 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料}

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