專利名稱：：基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及同塔四回輸電線路故障選相方法，具體涉及一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)快速發(fā)展，作為國民經(jīng)濟(jì)命脈的電力工業(yè)正處于大發(fā)展階段，電網(wǎng)規(guī)模得到快速擴(kuò)張，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、輸電方式等方面都發(fā)生了巨大的變化。其中，由于我國特別是華東、華北、華南等沿海地區(qū)人口密集，民房建筑多，可用耕地日益減少，拆遷賠償費(fèi)越來越高，輸電線路走廊通道資源受到制約的矛盾越發(fā)突出。因此，為了提高線路單位走廊的輸電容量和土地利用率，降低電力建設(shè)成本，同塔多回輸電方式已成為我國電網(wǎng)建設(shè)的必然趨勢。輸電線路擔(dān)負(fù)著傳送電能的重要任務(wù)，是電力系統(tǒng)的命脈，國內(nèi)外都發(fā)生過由于輸電線路故障而誘發(fā)的電力系統(tǒng)瓦解的災(zāi)難性大事故?？梢姡旊娋€路故障直接威脅到電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)能否穩(wěn)定快速發(fā)展。所以，如果輸電線路發(fā)生故障，必須快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)故障的識別與切除。而故障選相則是高壓輸電線路繼電保護(hù)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其快速準(zhǔn)確地選相對于確保輸電線路安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定有著積極意義。此夕卜，故障選相在常規(guī)保護(hù)裝置中為綜合重合閘服務(wù)。但是，由于同塔四回線路導(dǎo)線間存在非常復(fù)雜的耦合互感，現(xiàn)有的基于12序分量的故障選相原理，受系統(tǒng)阻抗的影響，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩，尤其發(fā)生快速振蕩時，選相元件可能誤判。因此亟需不受系統(tǒng)阻抗影響的同塔四回輸電線路故障選相方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，該方法不受系統(tǒng)阻抗的影響，具有準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，包括以下步驟(1)數(shù)據(jù)處理根據(jù)已知的同塔四回輸電線路測量端的各回線各相電流瞬時值，采用傅氏算法計(jì)算線路測量端的各回線各相的故障電流工頻相量；其中四回線分別用I、II、III、IV表示，各回線三相分別用A、B、C表示;(2)解耦處理求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣，并對各回線各相的故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換，求出同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，其中E表示同向分量，環(huán)流分量分別用F、G、H表示，1表示正序分量，2表示負(fù)序分量，0表示零序分量；提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量；(3)計(jì)算環(huán)流量電流的相角差根據(jù)步驟(2)解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量，分別計(jì)算F模正序與G模正序故障電流之間的相角差、F模負(fù)序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與H模正序故障電流之間的相角差、G模負(fù)序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；(4)故障選線由步驟(3)計(jì)算得到的環(huán)流量電流的相角差，在步驟(2)解耦處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同回線故障時環(huán)流量故障電流的相角特征，建立不同回線故障的判據(jù)，判斷故障回線；(5)計(jì)算序電流的相角差由步驟(2)得到的正、負(fù)序環(huán)流分量，分別計(jì)算F模正序與F模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、H模正序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；(6)故障選相由步驟⑷判別的故障回線，和步驟(5)計(jì)算得到的序電流相角差，基于對稱分量法和單回線故障的正、負(fù)序電流相角特征，建立單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相，從而確定故障回線與故障相。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述步驟(1)數(shù)據(jù)處理，具體包括以下步驟Si.1采集同塔四回輸電線路測量端的各回線三相故障電流瞬時值，i(t)表示t時刻m回線η相的電流瞬時值，其中me(I，II，III，IV)，ηe(Α,B,C)；Si.2利用傅氏算法分別計(jì)算步驟Si.1中各回線三相的故障電流工頻相量，九表示m回線η相的故障電流工頻相量，其中me(I，II，III，IV)，ηe(A，B，C)。所述步驟Si.2利用傅氏算法分別計(jì)算步驟Si.1中各回線三相的故障電流工頻相量，具體是指設(shè)故障時刻為0時刻，取k=1，2，3，···，NC，其中Nc為一工頻周期采樣點(diǎn)數(shù)，由采樣頻率fs決定，即N。=Tcfs,Tc為工頻周期，采樣間隔ΔΤ=l/fs，對任意回線任意相電流的瞬時值都有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，ω為工頻角頻率，ω=2πfs,(kΔΤ)表示m回線η相電流在kAT時刻的瞬時值，/m表示m回線η相電流的工頻相量，me(I，II，III，IV),ηe(Α,B,C)。所述步驟(2)解耦處理，具體包括以下步驟S2.1求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣根據(jù)任意多個不平衡的相量系統(tǒng)分解為平衡相量系統(tǒng)的變換形式，將同塔四回輸電線路的各回線三相看成是一組導(dǎo)線，則同塔四回輸電線路等效為四個不平衡的相量系統(tǒng)，有如下矩陣式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>，分別對應(yīng)表示I、II、III、IV回線的電流相量，表示同向模量，/p/p/y*別對應(yīng)表示為F、G、H環(huán)流模量，由于I、II、III、IV回線的電流相量為三相系統(tǒng)，同向模量和F、G、H環(huán)流模量也為三相系統(tǒng)，則上式應(yīng)寫成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中，E3x3為3X3的單位矩陣，iiP,iUP,iWP,iWP分別對應(yīng)表示為I、II、III、IV回線的三相電流相量，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>cf；其中、表示1回線A相的電流工頻相量，、表示I回線B相的電流工頻相量，4；表示I回線C相的電流工頻相量，/皿表示II回線A相的電流工頻相量，/皿表示II回線B相的電流工頻相量，表示II回線C相的電流工頻相量，//Μ表示III回線A相的電流工頻相量，表示III回線B相的電流工頻相量，////e表示III回線C相的電流工頻相量，表示IV回線A相的電流工頻相量，表示IV回線B相的電流工頻相量，Ζ·表示IV回線C相的電流工頻相量；表示為同流量的三相電流相量，即/m[[/,/m,/^/-jFPjGPjHP分別對應(yīng)表示為F、G、H環(huán)流量的三相電流<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中iEA表示同向E模量A相的電流工頻相量，ΕΒ表示同向E模量B相的電流工頻相量，iEC表示同向E模量C相的電流工頻相量，/F/1表示環(huán)流F模量A相的電流工頻相量，/㈣表示環(huán)流F模量B相的電流工頻相量，表示環(huán)流F模量C相的電流工頻相量，/⑶表示環(huán)流G模量A相的電流工頻相量，/⑶表示環(huán)流G模量B相的電流工頻相量，表示環(huán)流G模量C相的電流工頻相量，/⑽表示環(huán)流H模量A相的電流工頻相量，/皿表示環(huán)流H模量B相的電流工頻相量，表示環(huán)流H模量C相的電流工頻相量；對同向模量和環(huán)流模量的三相系統(tǒng)進(jìn)行解耦，采用對稱分量變換，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中，A為對稱分量變換矩陣，fl=eW。。，其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，表示為同向E模量的序分量電流，即=[ΕΙ,Ε2,Ε0分別對應(yīng)表示為環(huán)流f、g、η模量的序分量電流相量，即/FM=[iF1,iF2,iFQ]T，iGM=[iGl,iG2,iGj，^=HJmf；其中/￡1表示同向E模量正序電流相量，4表示同向E模量負(fù)序電流相量，/m表示同向E模量零序電流相量，/”表示環(huán)流F模量正序電流，/表示環(huán)流F模量負(fù)序電流，。表示環(huán)流F模量零序電流，表示環(huán)流G模量正序電流，&2表示環(huán)流G模量負(fù)序電流，/m示環(huán)流G模量零序電流，/趴表示環(huán)流H模量正序電流，/⑴表示環(huán)流H模量負(fù)序電流，示環(huán)流H模量零序電流；則有同塔四回輸電線路的解耦變換式<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>設(shè)M為同塔四回輸電線路的解耦變換矩陣，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>S2.2對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換Im=MIp其中，^為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四回線各相故障電流工頻相量，Ip=UiaJisJicJπαJIiBJncjiiiaJUIBJmcJivaJIVBJivcf；/M為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，Im=[IE1,Ie2，Ieo，Ifi,If2,Ifo,Igi,IG2,IGQ,Im,ΙΗ2^Ηο\；S2.3提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量，即提取冬、4、厶2、L·、4ι,^m、禾口Λ/2ο所述步驟(3)計(jì)算環(huán)流量電流的相角差，具體是指根據(jù)步驟S2.3提取的解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量厶！、4i、hi、jGi、4i、4、4和分別計(jì)算角差外_G1，奍2與42的相角差外_G2,‘與/肌的相角差冬2與的相角差給-H2·<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中，AngleO表示相量的相角函數(shù)。所述步驟⑷故障選線，具體是指S4.1分析不同回線故障的故障特征將解耦變換矩陣M寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>,其中，I12<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>代入S2.2中對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換公式，得解耦變換公式2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>根據(jù)同塔四回輸電線路發(fā)生故障時，不同回線故障的不同故障邊界條件，建立不同回線故障的判據(jù)(a)若I回線發(fā)生任意類型故障，則有iIIp=ζ1<中肌_2<120°+φ擬'300°-Pdzl<φΡ1_2<300°+φ±2D)當(dāng)’300°-化2<φοι_2<300°+^2，則為AB相故障；Ε)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>，則為BC相接地故障；F)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>則為AC相接地故障；根據(jù)步驟(5)計(jì)算出的環(huán)流量電流/^與&的相角差2，的相角差徹-2，&與‘的相角差^π_2，及上述單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相。優(yōu)選的，所述相位裕度I1的取值范圍從0°至45°。優(yōu)選的，所述單回線不同相故障判據(jù)的相位裕度^fc2取值范圍從0°至30°。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，是利用同塔四回輸電線路解耦變換和同塔四回輸電線路環(huán)流量實(shí)現(xiàn)故障回線判別的方法。由于同塔四回輸電線路存在復(fù)雜的線間互感和相間互感，需要對其進(jìn)行解耦，通過建立同塔四回輸電線路解耦變換矩陣，對同塔四回輸電線路故障電流進(jìn)行解耦變換，將12個相分量變換為12個序分量，當(dāng)輸電線路處于故障狀態(tài)下，各序分量將包含不同的故障特性，分析不同回線故障時故障電流環(huán)流量的相角特征，構(gòu)建同塔四回輸電線路故障選線判據(jù)，判斷故障回線，然后利用對稱分量法和單回線不同相故障的正、負(fù)序電流的相角特征，構(gòu)建同塔四回輸電線路故障選相判據(jù)，從而得到一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果第一、可靠性高現(xiàn)有的同塔四回輸電線路故障選相方法，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩尤其是快速振蕩時，可能發(fā)生誤選，可靠性較低；由于本發(fā)明中線路兩端電壓的環(huán)流分量為零，環(huán)流量故障等效序網(wǎng)不含線路外系統(tǒng)，即與線路外系統(tǒng)無關(guān)，因此本發(fā)明方法不受系統(tǒng)阻抗的影響，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩避免了選相元件發(fā)生誤選的可能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及故障選相的可靠性；第二、運(yùn)算量少本發(fā)明方法基于所提的同塔四回輸電線路解耦矩陣，僅需提取故障環(huán)流量即可實(shí)現(xiàn)利用電流相角差的故障選相，運(yùn)算量少，易于實(shí)現(xiàn)快速的故障選相元件；第三、滿足自動重合閘的需要本發(fā)明方法利用環(huán)流模量和正、負(fù)序分量相互間的相角關(guān)系實(shí)現(xiàn)的電流選相原理，完全能滿足自動重合閘的需要；第四、實(shí)用性強(qiáng)本發(fā)明方法原理簡單，確定故障類型和故障相別時裕度角較大，可以根據(jù)具體的設(shè)備情況及需要的精度，確定故障類型和故障相別時裕度角，有很高的選相精度和選相可靠性。圖1是本發(fā)明一種同塔四回輸電系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明本發(fā)明基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法的流程圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1所示，一種同塔四回輸電系統(tǒng)，設(shè)輸電線路左端為測量端，以測量端流入輸電線路的方向?yàn)楦骰鼐€電流的正方向，四回線分別用I、II、III、IV表示，各回線三相分別用A、B、C表示，如IA表示I回線A相、IIB表示II回線B相。該系統(tǒng)應(yīng)用本發(fā)明基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，如圖2所示，包括以下步驟Sl數(shù)據(jù)處理根據(jù)已知的同塔四回輸電線路測量端的各回線各相電流瞬時值，采用傅氏算法計(jì)算線路測量端的各回線各相的故障電流工頻相量；步驟Sl具體為Si.1采集同塔四回輸電線路測量端的各回線三相故障電流瞬時值，i(t)表示t時刻m回線η相的電流瞬時值，其中me(I，II，III，IV)，ηe(Α,B,C)；即iIA(t)，iAB(t)，iic⑴，inA⑴，iIIB(t)，iIIC(t),iIIIA(t),iIIIB(t),iIIIC(t),iIVA(t)，iIVB(t),iIVC(t)，其中iIA(t)表示t時刻I回線A相的電流瞬時值，iIB(t)表示t時刻I回線B相的電流瞬時值，iIC(t)表示t時刻I回線C相的電流瞬時值，iIIA(t)表示t時刻II回線A相的電流瞬時值，iIIB(t)表示t時刻II回線B相的電流瞬時值，im(t)表示t時刻II回線C相的電流瞬時值，iIIIA(t)表示t時刻III回線A相的電流瞬時值，iIIIB(t)表示t時刻III回線B相的電流瞬時值，imc(t)表示t時刻III回線C相的電流瞬時值，iIVA(t)表示t時刻IV回線A相的電流瞬時值，iIVB(t)表示t時刻IV回線B相的電流瞬時值，iITC(t)表示t時刻IV回線C相的電流瞬時值；Si.2利用傅氏算法分別計(jì)算步驟Si.1中各回線三相的故障電流工頻相量，設(shè)故障時刻為0時刻，取k=1,2,3,...，N。，其中N。為一工頻周期采樣點(diǎn)數(shù)，由采樣頻率仁決定，即Nc=Tcfs,Tc為工頻周期20ms,ΔΤ=1/.fs，對任意回線任意相電流的瞬時值都有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，ω為工頻角頻率，ω=2πfs,(kΔΤ)表示m回線η相電流在kAT時刻的瞬時值，/m表示m回線η相電流的工頻相量，me(I，II，III，IV),ηe(Α,B,C)，其中、表示I回線A相的故障電流工頻相量，、表示I回線B相的故障電流工頻相量，4；表示I回線C相的故障電流工頻相量，表示II回線A相的故障電流工頻相量，/皿表示Π回線B相的故障電流工頻相量，//Λ:表示II回線C相的故障電流工頻相量，表示III回線A相的故障電流工頻相量，表示III回線B相的故障電流工頻相量，Lc表示III回線C相的故障電流工頻相量，表示IV回線A相的故障電流工頻相量，表示IV回線B相的故障電流工頻相量，表示IV回線C相的故障電流工頻相量。S2解耦處理求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣，并對各回線各相的故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換，求出同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，其中E表示同向分量，環(huán)流分量分別用F、G、H表示，1表示正序分量，2表示負(fù)序分量，O表示零序分量；提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量；步驟S2具體為S2.1求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣根據(jù)C.L.Forstescue在1918年提出的任意多個不平衡相量系統(tǒng)分解為平衡相量系統(tǒng)的變換形式，在此基礎(chǔ)上，對同塔四回輸電線路的各回線三相看成是一組導(dǎo)線(線路數(shù)取4)，則同塔四回輸電線路可等效為四個不平衡的相量系統(tǒng)，可有如下矩陣式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>表示為同流量的三相電流相量，即=[iEAjEB,iEC]T;iFP,iGP,iHP分別對應(yīng)表示為F、G、H環(huán)流量的三相電流相量，即=[/%/_/%『Jgp=UGAJGBJGC]T,IHP=UHAJHBJHJ;其中4^表示同向E模量A相的電流工頻相量，/皿表示同向E模量B相的電流工頻相量，iEC表示同向E模量C相的電流工頻相量，4^表示環(huán)流F模量A相的電流工頻相量，/⑶表示環(huán)流F模量B相的電流工頻相量，/&表示環(huán)流F模量C相的電流工頻相量，/⑵表示環(huán)流G模量A相的電流工頻相量，/⑶表示環(huán)流G模量B相的電流工頻相量，表示環(huán)流G模量C相的電流工頻相量，4^表示環(huán)流H模量A相的電流工頻相量，/皿表示環(huán)流H模量B相的電流工頻相量，/&表示環(huán)流H模量C相的電流工頻相量；對同向模量和環(huán)流模量的三相系統(tǒng)進(jìn)行解耦，采用對稱分量變換，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>式中，A為對稱分量變換矩陣，=y，其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，表示為同向ε模量的序分量電流，即^^[/…‘,ΛμΛμ，4μ分別對應(yīng)表示為環(huán)流F、G、H模量的序分量電流相量，即/FM=[iFl,iF2,iF0]TjGM=[iGJgiJgoY，Ihm=UHJH2JHJ;其中/￡1表示同向E模量正序電流相量，Jfi2表示同向E模量負(fù)序電流相量，4)表示同向E模量零序電流相量，Zf,表示環(huán)流F模量正序電流，冬2表示環(huán)流F模量負(fù)序電流，。表示環(huán)流F模量零序電流，/。表示環(huán)流G模量正序電流，/表示環(huán)流G模量負(fù)序電流，/e()示環(huán)流G模量零序電流，/趴表示環(huán)流H模量正序電流，表示環(huán)流H模量負(fù)序電流，/磯示環(huán)流H模量零序電流；則有同塔四回輸電線路的解耦變換式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>設(shè)M為同塔四回輸電線路的解耦變換矩陣，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>其中a=一2°°，其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號；經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茖?dǎo)，矩陣M的系數(shù)應(yīng)該為1/12；但實(shí)際計(jì)算中，一般不需要乘上系數(shù)1/12也具有比較高的精度。S2.2對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換Im=MIp其中，為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四回線各相故障電流··········工步頁相里，Ip~[Iia,Iib,Iic,Iiia,IiibjInc,Iijia,Iiiib，Iiiic,Iiva,Iivb,Iivc]；/#為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，S2.3提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量，即提取厶、八2、42、Ifn、禾口。S3計(jì)算環(huán)流量電流的相角差根據(jù)步驟(2)解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流量故障電流，分別計(jì)算F模正序與G模正序故障電流之間的相角差、F模負(fù)序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與H模正序故障電流之間的相角差、G模負(fù)序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；具體是指根據(jù)步驟S2.3提取的解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量、4i、iFi、iGi、4ι、42和42，分別計(jì)算角差外_G1，各2與42的相角差i^_G2，/G1與4,的相角差<PG-m,42與42的相角差給<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>其中，AngleO表示相量的相角函數(shù)。S4故障選線由步驟(3)計(jì)算得到的環(huán)流量電流的相角差，在步驟(2)解耦處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同回線故障時環(huán)流量故障電流的相角特征，建立不同回線故障的判據(jù)，判斷故障回線；步驟S4具體包括S4.1分析不同回線故障的故障特征將解耦變換矩陣M寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>,其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>代入S2.2中對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換公式，得解耦變換公式2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>根據(jù)同塔四回輸電線路發(fā)生故障時，不同回線故障的不同故障邊界條件，建立不同回線故障的判據(jù)(a)若I回線發(fā)生任意類型故障，則有Jffl3=I^O5Of,////F=<180°+^ifel180°-<^2<180°+^ifel90°-φ,,<φΡr,<90°+D)當(dāng)I。Ψρ-°2_ΨΛ，則為IV回線故障。90°-^,輪—肌<90°+SQ0Idz,PG-H2<90°+(PdzlS5計(jì)算序電流的相角差由步驟(2)得到的環(huán)流量故障電流，分別計(jì)算F模正序與F模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、H模正序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；步驟S5具體為在判斷故障回線后，對故障回線進(jìn)行故障相判別，分別計(jì)算環(huán)流量電流/”與/^的相角差外W，Aj1與夂2的相角差外W,與八2的相角差<φοι_2=Angle(iol/iG2)fm_2=Angle(im/Η2)其中，AngleO表示相量的相角函數(shù)。S6故障選相由步驟⑷判別的故障回線，和步驟(5)計(jì)算得到的序電流相角差，基于對稱分量法和單回線故障的正、負(fù)序電流相角特征，建立單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相，從而確定故障回線與故障相。步驟S6具體為基于現(xiàn)有的對稱分量法分析單回線各種故障類型的正、負(fù)序分量的故障特征，得表2所示的單回線各相故障時的故障特征表2各相故障的環(huán)流量特征<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>設(shè)單回線不同相故障判據(jù)的相位裕度為化2，所述單回線不同相故障判據(jù)的相位裕度化2取值范圍從0°至30°，本實(shí)施例中^2取值為30°，則有故障選相的判據(jù)為-<Pdzl<^Fl-I<ΨζΑ)當(dāng)j-(Pdzl<φα,_2<Pdz2，則為A相故障；ΓΨζ<ΨΗΙ-2<Pdzl'240°-^z2<粉_2<240°+仏2B)當(dāng)240°-L2<徹-2<240°+2,則為B相故障；C)當(dāng)120。-2<φοι_2<120°+2，則為C相故障；'300°-^ife2<^<300°+^D)當(dāng)丨1300。-φ±2<φω_2<300。+φ±1，則為AB相故障；300ο-^2<^_2<300ο+^2'η0°-φιΙζ2<φΡ^2<\^ο+φζ2Ε)當(dāng)ΙΒΟΟ-^^^^ζΙδΟ。+^^，則為BC相接地故障；μθ°-φ2<φΗ,_2<ηθ°+φζ2'β0°-φζ1<φΡλ_2<60ο+φ2F)當(dāng)60°-12<φαλ_2<60°+^2，則為AC相接地故障；60°-^2<屮機(jī)々<60°+(pdz2根據(jù)步驟(5)計(jì)算出的環(huán)流量電流/”與/”的相角差外,-2,4與/⑵的相角差^Gl-2，與‘的相角差外W，及上述單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相。采用電磁暫態(tài)仿真程序ATP/EMTP，構(gòu)建如圖1所示的同塔四回輸電系統(tǒng)仿真模型，通過全面的故障仿真分析計(jì)算，驗(yàn)證本發(fā)明所提的故障選相方法。表3列出了不同故障情況下，環(huán)流量電流相角差值和故障選相結(jié)果，結(jié)果表明，本發(fā)明所提的故障選相方法是準(zhǔn)確的。表3環(huán)流量電流相角差值和故障選相結(jié)果(度)<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，包括以下步驟(1)數(shù)據(jù)處理根據(jù)已知的同塔四回輸電線路測量端的各回線各相電流瞬時值，采用傅氏算法計(jì)算線路測量端的各回線各相的故障電流工頻相量；其中四回線分別用I、II、III、IV表示，各回線三相分別用A、B、C表示；(2)解耦處理求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣，并對各回線各相的故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換，求出同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，其中E表示同向分量，環(huán)流分量分別用F、G、H表示，1表示正序分量，2表示負(fù)序分量，0表示零序分量；提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量；(3)計(jì)算環(huán)流量電流的相角差根據(jù)步驟(2)解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量，分別計(jì)算F模正序與G模正序故障電流之間的相角差、F模負(fù)序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與H模正序故障電流之間的相角差、G模負(fù)序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；(4)故障選線由步驟(3)計(jì)算得到的環(huán)流量電流的相角差，在步驟(2)解耦處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同回線故障時環(huán)流量故障電流的相角特征，建立不同回線故障的判據(jù)，判斷故障回線；(5)計(jì)算序電流的相角差由步驟(2)得到的正、負(fù)序環(huán)流分量，分別計(jì)算F模正序與F模負(fù)序故障電流之間的相角差、G模正序與G模負(fù)序故障電流之間的相角差、H模正序與H模負(fù)序故障電流之間的相角差；(6)故障選相由步驟(4)判別的故障回線，和步驟(5)計(jì)算得到的序電流相角差，基于對稱分量法和單回線故障的正、負(fù)序電流相角特征，建立單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相，從而確定故障回線與故障相。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(1)數(shù)據(jù)處理，具體包括以下步驟Si.1采集同塔四回輸電線路測量端的各回線三相故障電流瞬時值，(t)表示t時刻m回線η相的電流瞬時值，其中me(I，II，III，IV)，ηe(Α,B,C)；Si.2利用傅氏算法分別計(jì)算步驟Si.1中各回線三相的故障電流工頻相量，/表示m回線η相的故障電流工頻相量，其中me(I，II，III，IV)，ηe(A，B，C)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟Si.2利用傅氏算法分別計(jì)算步驟Si.1中各回線三相的故障電流工頻相量，具體是指設(shè)故障時刻為O時刻，取k=1，2，3，...，隊(duì)，其中N。為一工頻周期采樣點(diǎn)數(shù)，由采樣頻率fs決定，即Nc=Tcfs,Tc為工頻周期，采樣間隔ΔΤ=l/fs對任意回線任意相電流的瞬時值都有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，ω為工頻角頻率，ω=2πfs，(kΔΤ)表示m回線η相電流在kAT時刻的瞬時值，/m表示m回線η相電流的工頻相量，me(I，II，III，IV)，ηe(A，B，C)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(2)解耦處理，具體包括以下步驟S2.1求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣根據(jù)任意多個不平衡的相量系統(tǒng)分解為平衡相量系統(tǒng)的變換形式，將同塔四回輸電線路的各回線三相看成是一組導(dǎo)線，則同塔四回輸電線路等效為四個不平衡的相量系統(tǒng)，有如下矩陣式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，/”分別對應(yīng)表示I、II、III、IV回線的電流相量，4表示同向模量，別對應(yīng)表示為F、G、H環(huán)流模量，由于I、II、III、IV回線的電流相量為三相系統(tǒng)，同向模量和F、G、H環(huán)流模量也為三相系統(tǒng)，則上式應(yīng)寫成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，E3x3為3X3的單位矩陣，HJmJivp分別對應(yīng)表示為I、II、III、IV回線的三相電流相量，即iIP=mf，Iiip=U11JiiBjnci，I1IiP=UniAjiUBjmci,L·=UjvaJivbJivcf；其中乙表示1回線A相的電流工頻相量，t表示I回線B相的電流工頻相量，//(；表示I回線C相的電流工頻相量，表示II回線A相的電流工頻相量，表示II回線B相的電流工頻相量，表示II回線C相的電流工頻相量，/皿表示III回線A相的電流工頻相量，皿表示III回線B相的電流工頻相量，////￡表示III回線C相的電流工頻相量，表示IV回線A相的電流工頻相量，表示IV回線B相的電流工頻相量，；表示IV回線C相的電流工頻相量；表示為同流量的三相電流相量，即iEP=[iEAjEBjECi；IfpJgpJhp分別對應(yīng)表示為f、g、η環(huán)流量的三相電流相量，即iFP=[iFA,iFB,iFCf，iGP=UgaJgbJoJ，^HP=UHJHBJhJ;其中/￡/1表示同向E模量A相的電流工頻相量，表示同向E模量B相的電流工頻相量，表示同向E模量C相的電流工頻相量，4表示環(huán)流F模量A相的電流工頻相量，/@表示環(huán)流F模量B相的電流工頻相量，/^；表示環(huán)流F模量C相的電流工頻相量，表示環(huán)流G模量A相的電流工頻相量，表示環(huán)流G模量B相的電流工頻相量，4c表示環(huán)流G模量C相的電流工頻相量，/⑽表示環(huán)流H模量A相的電流工頻相量，/^ffl表示環(huán)流H模量B相的電流工頻相量，/&表示環(huán)流H模量C相的電流工頻相量；對同向模量和環(huán)流模量的三相系統(tǒng)進(jìn)行解耦，采用對稱分量變換，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，A為對稱分量變換矩陣，a=…12tr，其中e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)符號，表示為同向ε模量的序分量電流，即iEM=[iEl,iE2,iE0]T；IfmJgmJhm分別對應(yīng)表示為環(huán)流F、G、H模量的序分量電流相量，即/FM=[/F1，/F2,/FC)f，IGM=UGJGJGJ，^hm=UHJH2JHOY；其中/￡1表示同向E模量正序電流相量，^2表示同向E模量負(fù)序電流相量，/￡()表示同向E模量零序電流相量，/^表示環(huán)流F模量正序電流，&2表示環(huán)流F模量負(fù)序電流，/F。表示環(huán)流F模量零序電流，/⑺表示環(huán)流G模量正序電流，/e2表示環(huán)流G模量負(fù)序電流，/e()示環(huán)流G模量零序電流，/趴表示環(huán)流H模量正序電流，/⑴表示環(huán)流H模量負(fù)序電流，示環(huán)流H模量零序電流；則有同塔四回輸電線路的解耦變換式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>設(shè)M為同塔四回輸電線路的解耦變換矩陣，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>S2.2對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換L=Mip其中，^為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四回線各相故障電流工步頁相里，Ip=[Ija,Iib,Iic,Iiia，Iiib，Inc,Iiiia,Iiiib,Imc,Iiva,Iivb,Iivc]；/M為同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>S2.3提取解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量，即提取/F1、ω、iF1、iG2、iG1、iHI,IG2和IH2。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(3)計(jì)算環(huán)流量電流的相角差，具體是指根據(jù)步驟S2.3提取的解耦變換后的正、負(fù)序環(huán)流分量IF1、IG1、IF1、IG1、IHI,IG2和IH2,分別計(jì)算IFI與IG1相角差φF-G2,IG1與IH1的相角差φG-H1,IG2相角差的相角差外φG-H2·<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，AngleO表示相量的相角函數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(4)故障選線，具體是指S4.1分析不同回線故障的故障特征將解耦變換矩陣M寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>代入S2.2中對線路測量端的各回線各相故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換公式，得解耦變換公式2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>根據(jù)同塔四回輸電線路發(fā)生故障時，不同回線故障的不同故障邊界條件，建立不同回線故障的判據(jù)(a)若I回線發(fā)生任意類型故障，則有IEM=IFM=IGM=IHM=AIIP，代入解耦變換公式2得=U=U=^p,則有φF-G1=φF-G2=φG-H1=φG-H2=0°；(b)若Il回線發(fā)生任意類型故障，則有:IIP=T,IIIP=T,IIVP=T，代入解耦變換公式2得IEM=AIIIP,IFM=JAIIIP,IGM=-AIIIP,IHM=-JAIIP,則有:φF-G1=φF-G2=φG-H1=φG-H2=270(C)若III回線發(fā)生任意類型故障，則有IIP=T,IIIP=TIivp=[O,O,Of，代入解耦變換公式2得jm=iGM=AmJm=iHM=-AIIP，則有外-Gl=Ψρ-οι=cPG-HX=Ψα-Η2=180°；(D)若IV回線發(fā)生任意類型故障，則有4=[0,0，Of，Inp=[0,0,0f，Iiiip=[0,0，Of，代入解耦變換公式2得EM~^WP^FMIVP^HM=P^IVP，則有(PF-GI=9F-G2=Ψθ-ΗΧ=Ψθ-Η2=90°；S4.2根據(jù)同塔四回輸電線路環(huán)流量故障特征，構(gòu)建故障回線判據(jù)，設(shè)不同回線故障判據(jù)的相位裕度為^，則得下列故障選線的判據(jù)Α)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，則為I回線故障；Β)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>’則為Π回線故障；270°—φ±ι<φα_ΗΙ<270°+φ^C)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，則為III回線故障；⑴當(dāng)㈨。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，則為IV回線故障。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述相位裕度仏i的取值范圍從0°至45°。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(5)計(jì)算序電流的相角差，具體為在判斷故障回線后，對故障回線進(jìn)行故障相判別，分別計(jì)算環(huán)流量電流&與、的相角差外w，4與夂2的相角差徹-2，的相角差^zw<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，AngleO表示相量的相角函數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述步驟(6)故障選相，具體為基于現(xiàn)有的對稱分量法分析單回線各種故障類型的正、負(fù)序分量的故障特征，建立單回線不同相故障的判據(jù)，設(shè)單回線不同相故障判據(jù)的相位裕度為仏2，則有故障選相的判據(jù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>則為A相故障；B)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>，則為B相故障；C)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>則為C相故障；D)當(dāng)’<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>則為AB相故障；Ε)當(dāng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>,則為BC相接地故障；F)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>則為AC相接地故障；根據(jù)步驟(5)計(jì)算出的環(huán)流量電流4,與42的相角差外W，的相角差徹-2，4與的相角差外P2,及上述單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，其特征在于，所述單回線不同相故障判據(jù)的相位裕度化2取值范圍從0°至30°。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于環(huán)流量電流相角差的同塔四回輸電線路故障選相方法，包括以下步驟(1)數(shù)據(jù)處理計(jì)算線路測量端的各回線各相的故障電流工頻相量；(2)解耦處理求出同塔四回輸電線路的四回線解耦變換矩陣，對各回線各相的故障電流工頻相量進(jìn)行解耦變換，求出同塔四回輸電線路測量端流入線路的四模量各序故障電流工頻相量；(3)計(jì)算環(huán)流量電流的相角差；(4)故障選線根據(jù)不同回線故障時環(huán)流量故障電流的相角特征，建立不同回線故障的判據(jù)，判斷故障回線；(5)計(jì)算序電流的相角差；(6)故障選相建立單回線不同相故障的判據(jù)，判別故障相。本發(fā)明方法不受系統(tǒng)阻抗的影響，具有準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號G01R31/08GK101825677SQ20101016041公開日2010年9月8日申請日期2010年4月23日優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日發(fā)明者徐鵬,李海鋒,梁遠(yuǎn)升,王鋼申請人:華南理工大學(xué)