[发明专利]用于接地距离保护的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于电力传输系统的改进接地距离保护性能的方法和装置。特别地，本发明涉及当系统是多相时，使电抗器边界对远距离馈电电流免疫的方法和装置。

背景技术

电力输送系统常常采用远距继电器，以确定是否系统中的故障发生在从特定监控/测量点开始的预先确定的距离内，该继电器位于该监控/测量点。从测量点开始的所述预先确定的距离内的区域被称为继电器的一个保护区域。也就是说，在传输线上顺序地排列着几个保护区域(例如区域1、区域2、区域3等等)。本发明特别关注远距离继电器，其响应于在特定保护区域，例如区域1内的单相对地故障。通常，单独的继电器常被配置在多相电力传输系统每一项的区域1中。

在通常采用的远距继电器的形式中，跳闸信号是通过比较由故障条件下在监控点测量的系统电压和电流的得到电压相位来决定的。例如，参照图1，在四边形的接地距离特性继电器中，它包括四个元件。如图1所示的，四边形的特性图的每一边代表一个不同的元件。特别地，上部线11代表电抗元件；左右两边的线12和14分别代表正和负电阻边界；底边13代表方向元件。在图1所示的特性图呈现了用于传输线的典型的四边形特性。如果所测量的阻抗落入前述提到的四元件定义的盒区域内，则运行四边形的(quadrilateral)接地距离特性。如果所测量的阻抗落入前述提到的四元件定义的盒区域外，则四边形的接地距离特性不被运行。

当三个序网线路和系统的源阻抗角相同时，系统是平衡的(homogeneous)。如果与电抗元件使用的用作极化量参考的时序电流相关联的信号源阻抗和线路阻抗具有相同的角，则该系统也是被视为是平衡的。例如，在使用零序电流作为极化量(polarizing)参考的电抗元件中，仅仅考虑零序网络。在使用负序电流作为极化参考的电抗元件中，仅仅考虑负序网络。在本发明中，集中对使用零序参数的电抗元件进行讨论和计算。

当源和线路阻抗角不相等时，该系统是非平衡的。在非平衡系统中，故障的总电流角与继电器测量的电流角是不同的。对于金属性故障(假定在该故障中无电阻的情形)，故障电流角和继电器测量的电流角之间的差异不再是问题。

不过，对于图1所描述的情形，存在故障电阻的地方，在故障电流角和继电器电流角之间的差异能导致接地距离继电器严重地误动跳闸或拒动跳闸。在发生高阻抗故障的情况下，尤其如此。如果系统参数的非对称性未被适当地纠正，该保护将具有低灵敏特性(称为“拒动跳闸”)或者响应于保护区域外的故障而错误地跳闸(称为“误动跳闸”)。在拒动跳闸的情形下，发生在保护区域内的内故障可以被认为是外部故障，而且继电器会因此不跳闸。在误动跳闸的情形下，外部故障可以被认为是内部故障，并且保护区域将被错误地跳闸。拒动跳闸行为和误动跳闸行为二者对传输线路都具有负面影响。现代保护技术的目的就是限制误动跳闸和拒动跳闸行为。

图2描述一个电力传输系统的示例图。其中，附图标记G1和G2代表通过传输线连接的两个电源。标记f代表接地故障发生的位置。标号R_f代表由接地故障导致的电阻。标记M和N代表在传输系统中的两测量点。Z_L代表整个传输线的阻抗。标记m代表从测量点(M)至故障位置每单位距离，因此，从f点至M点的阻抗是m*Z_L，以及从f点到N点的阻抗是(1-m)*Z_L。

对于如图2所示的传输系统中发生的接地故障，总线M的电压能够由如下公式(1)加以计算。

U_M＝m*Z_1L*(I_φ+k*I₀)+I_f*R_f                        (1)

Z_1L和Z_0L分别代表正序和零序线路阻抗。I_Φ代表故障相电流。I₀代表零序电流。I_f代表零序电流。以及，公式中的系数K如下表示：k＝(Z_0L-Z_1L)/Z_1L。