[发明专利]三相输电线路的距离保护中的负荷补偿

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定三相输电线路的距离保护中的故障距 离的方法和设备。

背景技术

距离保护是通常用于识别输电网中的故障并且通过将故障输电 线路从剩余的电网中隔离开而对其进行反应的各种方法中的一种。 距离保护通过将距离保护继电器连接到输电线路的端部并且通过测 量相电流和相电压来实现。由这些测量值计算阻抗，其中在故障情 形下，该阻抗代表测量装置和故障之间的距离。在下文中，将该距 离称作故障距离。根据所计算的阻抗值，限定了不同的距离区域。 为每个距离区域指定时限，该时限说明何时通过相应的距离继电器 使故障线路跳闸。所计算的阻抗值越小，故障距离测量装置越近， 线路跳闸(trip)之前的时限越短。

在EP0671011B1中，公开了一种用于确定故障与靠近输电线路 的一端的测量站的相对距离的方法。测量站提供输电线路的相电流 和相电压的测量值。该方法基于一种扩展故障模式，其中该模式考 虑了该线路的零序阻抗。此外，该方法假设故障电流，即，通过故 障电阻的电流，从输电线路的两端馈送到故障点上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的用于确定故障距离的方法和 设备，其中假设从输电线路的两端馈送故障电流。

根据本发明的第一方面，提供一种如权利要求1所述的方法。

根据本发明的第二方面，提供一种如权利要求15所述的设备。

本发明基于如下事实：在距离保护的过程中，当从输电线路的 两端馈送故障电流时，出现了特定的问题。如果来自两个线路端部 的故障电流具有不同的相角，那么故障电阻上的电压降可以使相电 流和电压失真，使得所计算的阻抗显示出错误的故障距离，进而导 致不能正确识别距离区域。

如果所识别的距离区域比实际故障更靠近测量装置，那么将会 过早执行跳闸，或者在故障在到达下一个区域的时限之前可能已经 消失的情形下甚至于不必要地执行跳闸。这种情形称作超越 (over-reach)。

如果所识别的距离区域比实际故障更远，那么可能会过迟执行 跳闸，这称作欠范围(under-reach)。

在重载状况下，加重了超越或欠范围的效果。如果不采取动作 尤其是对于超越进行补偿，那么将发生不期望的线路瞬时跳闸，其 在整个电网中将具有灾难性的后果，诸如断电或者甚至停电。

本发明基于这样的通用理论，即，基于采用三个不同的故障模 式来估算三个不同的阻抗值，将这些不同的阻抗值组合成结果阻抗， 其中执行组合的方式受制于输电线路上的负荷状况。

这三个故障模式中的第一故障模式基于如下假设，即，故障电 流对应于输电线路的至少一个相电流。第二和第三故障模式基于故 障电流分别对应于相电流的负序电流分量或零序电流分量的假设。 这三个阻抗中的每个阻抗和结果阻抗均对表示故障距离的估算，其 中结果阻抗表示最接近故障实际距离的值。将负荷状况指定给下面 的分类中一个：正常，超越或者欠范围。根据指定，选择组合这三 个阻抗的对应方式。

该方法和执行该方法的设备的优点是他们补偿了重载对距离保 护精度造成的负面效应。这种补偿通过区分正常负荷状况和超越以 及欠范围并且在产生代表故障距离的阻抗值时考虑负荷分类而实 现。由于提高了故障距离的精度，因此可以更高的可靠性来识别对 应的距离保护区域。因此，可以防止输电线路过早或者过迟特别是 不必要的跳闸，这减小了不必要断电的可能性，使得不适当线路跳 闸的最终成本最小。

在本发明的优选实施例中，从输电线路两端中的一端接收相电 流，并且负荷状况依据功率流相对该一端的方向确定。其中功率从 测量相电流的端部流到输电线路远端的负荷状况称作负荷输出(load export)。其中功率以相反方向(即，从远端到测量相电流的端部) 流动的负荷状况称作负荷输入(load import)。

在线路上的相对地(phase-to-ground)故障的特定情形下，功率 流的方向根据线路上两个无故障相的相电流和相间电压确定，而不 是采用所有三相。因此，确保仅用这些测量值来确定可靠地代表功 率流的负荷状况。

在进一步的实施例中，负荷状况根据功率流和实际负荷值范围 的组合确定。如果负荷值超过预定值，则指示所谓的重载状况。在 重载并且负荷输出的情形下，将负荷状况归入超越。在重载以及负 荷输入的情形下，将负荷状况归入欠范围。在其他所有情形下，将 负荷状况归入正常。