本發明屬于電力系統領域，具體地涉及為電力系統中串補線路上發生故障時系統出現異常的一種評估手段，是一種通過理論分析結合離線輔助計算串補線路故障發生電壓反相時，對相鄰多級線路距離i段保護影響范圍的評估方法。

背景技術：

目前電網西電東送容量大，送電距離長，線路回數較多，為了充分發揮交流通道的送電能力，確保西電東送目標得以實現，在西電東送交流主通道上大量使用了串聯補償電容(簡稱串補裝置)設備。

在輸電線路增加串補裝置之后，由于串補裝置電容呈負阻抗外特性，破壞了輸電線路阻抗的均勻性，給繼電保護帶來了重大影響，繼電保護性能與串補安裝位置以及不同的串補度(指串補阻抗值與全線路阻抗的比值，本發明主要針對欠補償串補線路進行電壓反相影響范圍特征判別)均有直接的關系，會面臨“電壓反相”和“電流反相”的問題。隨著電力系統的不斷擴容和延伸，對含串補裝置的相鄰i級、多級線路繼電保護產生了一些新的問題，譬如當串補裝置安裝于線路首端時，串補裝置阻抗值若大于故障點到靠近串補裝置保護安裝處阻抗且小于串補裝置背后系統等值阻抗，就會面臨“電壓反相”問題，串補線路故障后保護安裝處發生電壓反相，對串補相鄰i級線路、多級線路的距離i段保護造成影響、各級線路距離i段保護是否投退給串補工程設計人員、串補工程投運后繼電保護人員定值整定、多級線路保護的選型帶來諸多困擾，給電網的安全、穩定、正常運行提出更高的技術要求。

技術實現要素：

本發明主要針對安裝有串補裝置的相鄰線路當串補線路發生故障時評估相鄰線路電壓反相問題時進而確定距離i段保護的影響范圍以及功能是否投入提出的一種理論分析方法。此方法的應用可以有效的指導設計人員在線路新建、設計規劃階段確定串補電容的可靠安裝位置，指導繼電保護整定人員對相鄰i級或者多級線路保護距離i段保護功能投退作出有效評估，在電網架構規劃方面來進一步避免以后線路故障給繼電保護帶來的特殊問題，進而使輸電線路發生故障時進一步提升電網的穩定性、可靠性。

為更好地理解本發明的技術方案，首先介紹本發明中的以下技術術語：

本線路：本線路也稱串補線路，是串補裝置所安裝的輸電線路，串補裝置安裝于靠近母線側位置本線路的首端；

相鄰i級線路：與本線路首端相鄰同電壓等級的輸電線路(可包括多回線路)，位于串補裝置背后系統；

相鄰ii級線路：與相鄰i級線路首端相鄰同電壓等級的上級線路；

相鄰多級線路：包括相鄰i級線路、相鄰ii級線路以及與相鄰ii級線路順次連接的各相鄰上級相鄰在內，統稱為相鄰多級線路；

系統電源：其中，相鄰多級線路中最上級線路首端背后系統電源稱為相鄰多級線路背后系統電源；本線路未端背后系統等效電源稱為本線路未端背后系統電源；

線路保護：本線路、相鄰i級線路、相鄰多級線路保護均安裝在相應線路的首端母線側；

首端位置：定義為串補安裝所靠近的母線側為本線路的首端，串補線路發生區內故障時，相鄰i級、相鄰多級線路保護安裝處均判為正方向的位置定義為相鄰線的首端。各段母線：本線路首端母線即相鄰i級線路未端母線；相鄰i級線路首端母線即為相鄰ii級線路未端母線。

本發明采用如下技術方案。

一種評估串補線路故障對相鄰多級線路距離i段保護影響范圍的方法，串補裝置安裝于本線路即串補線路首端母線一側；其特征在于：

串補線路發生故障后，在串補電容發生最大電壓降時，分析本線路及相鄰多級線路母線側保護安裝處的電氣特征量，進而確定串補線路故障對相鄰線路距離i段保護影響范圍，為繼保人員在距離i段保護功能整定時提供參考。

進一步，在串補裝置串補電容發生最大壓降時，離線計算可獲得本線路首端母線側電壓以及各相鄰多級線路首端母線側保護安裝處電壓故障前后電壓，由故障前后電壓相位關系確定對應線路距離保護i段受影響程度，進而判斷是否退出距離保護i段。

一種評估串補線路故障對相鄰多級線路距離i段保護影響范圍的方法，其中，串補裝置安裝于串補線路即本線路首端母線一側，各相鄰多級線路為常規無串補線路，各段線路保護裝置均設置在該段相鄰多級線路首端位置；其特征在于，所述評估串補線路故障對相鄰多級線路距離i段保護影響范圍的方法包括以下步驟：

步驟1：本線路發生故障時，確定本線路首端母線側保護安裝處是否存在電壓反相特征，當本線路首端母線側保護安裝處會發生電壓反相時，轉入步驟2，否則，認為本線路母線側保護安裝處電壓反相不會發生，評估步驟結束；

步驟2：在串補裝置串補電容上出現最大電壓降uc時，離線計算獲得相鄰i級線路首端母線側保護安裝處故障前、后的電壓，當存在故障后電壓超前故障前電壓大于90度時，判斷相鄰i級線路首端母線側保護安裝處存在電壓反相特征，此時相鄰i級線路首端保護的距離i段受串補線路故障的影響，需退出距離i段保護，然后進入步驟3評價對相鄰ii級線路距離i段保護影響；否則認為相鄰i級線路首端母線側保護安裝處無電壓反相特征時，相鄰i級線路首端保護的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束；

步驟3：在串補裝置串補電容上出現最大壓降uc時，離線計算獲得相鄰ii級線路首端母線側保護安裝處故障前、后的電壓，當存在故障后電壓超前故障前電壓大于90度時，判斷相鄰ii級線路首端母線側保護安裝處存在電壓反相特征，此時相鄰ii級線路首端保護的距離i段受串補線路故障的影響，需退出距離i段保護，然后轉入步驟4評價對更上一級的相鄰多級線路距離i段保護影響；否則認為相鄰ii級線路首端母線側保護安裝處無電壓反相特征時，相鄰ii級線路首端保護的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束；

步驟4：按照步驟2和3的方式，順次對更上一級的所有相鄰多級線路進行判斷，直到在串補裝置串補電容上出現最大壓降uc時，離線計算獲得相鄰n級線路即最上一級的相鄰多級線路首端母線側保護安裝處故障前、后的電壓，當存在故障后電壓超前故障前電壓大于90度時，該相鄰n級線路首端母線側保護安裝處存在電壓反相特征，此時相鄰n級線路首端保護的距離i段受串補線路故障的影響，需退出距離i段保護，；否則該相鄰n級線路首端母線側保護安裝處無電壓反相特征時，相鄰n級線路首端保護的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束；其中，n為整數且大于2。

本發明進一步包括以下優選方案：

在步驟1中，當串補裝置電抗值大于故障點到串補裝置安裝處線路電抗值且小于串補裝置背后系統等值電抗時，則認為本線路首端母線側保護安裝處會發生電壓反相。

在步驟1中，所述串補裝置背后系統等值電抗等于故障點到串補裝置安裝處電抗xqf1、所有相鄰多級線路的線路電抗值xmk以及相鄰多級線路背后系統電源阻抗所對應電抗值xs1之和。

在步驟4中，n＝3，即最上一級相鄰多級線路為相鄰iii級線路。

本發明具有以下有益的技術效果：

本發明針對安裝有串補裝置的輸電線路在串補線路發生故障時靠近串補側保護安裝處發生電壓反相后對相鄰線路距離i段保護影響范圍作出的一種判斷方法。此方法對新建或擴建串補線路工程在設計、設備選型、定值整定階段提供一種便捷的評估方法，通過預先對輸電系統的分析可以盡早的消除或避免含有串補裝置的線路因電壓反相問題使系統在故障時對線路保護動作產生諸多不利因素，針對存在的問題選擇相應的應對措施來進一步提升電網的穩定性、可靠性以及安全性。

附圖說明

圖1為典型串補線路安裝示意圖；

圖2為串補裝置結構示意圖；

圖3為典型串補系統模型示意圖；

圖4為本發明公開的串補線路故障對相鄰線路距離i段保護的影響評估方法流程圖。

各附圖標記的含義如下：s1為相鄰多級線路首端背后系統電源；s2為本線路未端背后系統電源；保護1為相鄰ii級線路保護；保護2為相鄰i級線路保護；保護3為安裝于本線路(串補線路的首端母線與串補裝置之間)的本線路保護。

具體實施方式

下面結合說明書對本發明的技術方案作進一步詳細介紹。

附圖3模型為例說明串補線路故障對相鄰i級線路和相鄰ii級線路首端母線側保護安裝處的距離i段保護的影響范圍及退投原則加以說明，更進一步理解本次發明的主要內容。

附圖1所示為安裝有單個串補裝置的輸電線路系統示意圖，線路kj兩側系統分別為ek、ej，在k側、j側靠近母線側分別安裝有線路保護1、線路保護2，串補裝置安裝在k側母線與首端線路出口處，f1為距串補裝置線路側出口處故障點。

附圖2給出了串補裝置安裝結構示意圖，串補裝置包括串補電容xc、mov、間隙保護gap、旁路開關breaker組成。

附圖3給出了本申請公開的串補線路故障時相鄰線路受串補線路故障時對距離i段保護的影響分析典型串補系統模型示意圖。附圖4給出了串補線路故障對相鄰多級線路距離i段保護的影響評估方法流程圖。

其中，本線路kj為安裝有串補裝置線路，相鄰i級線路nk、相鄰ii級線路mn為無串補裝置的常規線路，l11…l1n線路為相鄰ii級線路首端母線其它出線，l21…l2n線路為相鄰i級線路首端母線其它出線，l31…l3n線路為串補本線路首端母線其它出線，圖3中，l2線路上n側保護2距離i段保護是否需要縮小范圍取決于k母線電壓是否有電壓反相問題。一般來說，l2線路上n側保護2距離i段保護范圍需要縮短。根據串補線路發生電壓反相電氣特征，通過計算判斷本線路以及各相鄰多級線路首端母線側電壓是否為容性電壓確定該線路首端母線側距離i段保護是否投退，最終確定m側、n側保護的保護功能選型。

以l1線路m側保護為例來分析距離i段保護影響因素。

m側保護測量阻抗可以表示為：

由上公式可見：其中，z1表示串補線路故障時保護1處測得的故障電流i3，l1線路阻抗為zl1，m側母線所在保護1所測阻抗z1是否受串補電容影響主要在于n側母線所在保護2處是否會發生電壓反相。關鍵在于得到k側母線所在保護3處u11上電壓反相最嚴重時的電壓分量(即出現容性電壓最大的時候)。

本發明技術方案的具體步驟如下：

步驟(1)：確定本線路即串補kj線路發生故障時，靠近k母線側(即本線路首端母線)的保護3安裝處是否存在電壓反相特征，當滿足xqf1<xc<xqf1+xmk+xs1條件時，則認為母線保護3安裝處會發生電壓反相，本線路保護3的距離i段及連接在本線路首端母線上的各出線l31…l3n的線路保護距離i段均退出，然后轉入步驟(2)；否則，k母線保護安裝處電壓反相不會發生，評估步驟結束。

其中xqf1、xc、xmk、xs1分別代表串補裝置出口q至故障點f1之間的線路電抗、串補裝置容抗、所有相鄰多級線路即mk線路電抗、串補線路背后系統電源等效阻抗對應的電抗分量。

步驟(2)：在串補裝置串補電容mov上出現的最大電壓降uc時，離線計算可獲得相鄰i級線路首端母線即n母線側線路保護2處故障前、故障后的電壓u4、u4′，當存在故障后電壓u4超前故障前電壓u4′大于90度時，則判斷相鄰i級線路保護2安裝處存在電壓反相特征，此時保護2的距離i段功能就受串補線路故障的影響，安裝在該相鄰i級線路首端母線側的線路保護2及與該相鄰i級線路首端母線相連的各出線l21…l2n上的線路保護均退出距離i段保護功能，是否會繼續對相鄰ii級線路保護1造成影響，需轉入步驟3繼續評估，否則無電壓反相特征時，相鄰i級線路保護1的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束。

步驟(3)：在串補裝置串補電容mov上出現的最大電壓降uc時，離線計算可獲得相鄰ii級線路首端母線即m母線側線路保護1故障前、故障后的電壓u3、u3′，當存在故障后電壓u3超前故障前電壓u3′大于90度時，判斷相鄰ii級線路保護1安裝處存在電壓反相特征，此時保護1的距離i段功能就受串補線路故障的影響，安裝在該相鄰ii級線路首端母線側的線路保護1及與該相鄰ii級線路首端母線l11…l1n出線上的線路保護均退出距離i段保護功能，是否會繼續對相鄰多級(實際應用到只需考慮到相鄰iii級線路即可)線路保護1造成影響，類似步驟(3)需進一步繼續向上一級線路評估，否則無電壓反相特征時，相鄰ii級線路保護1的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束；

步驟(4)：以此類推，同步驟2串補裝置串補電容上mov出現最大壓降uc時，離線計算可獲得相鄰n級(n最大取值為3)線路首端母線側保護安裝處故障前、后的電壓，當存在故障后電壓超前故障前電壓大于90度時，相鄰n級線路首端母線側保護安裝處存在電壓反相特征，此時相鄰n級線路首端保護的距離i段就受串補線路故障的影響，需退出距離i段保護，需重復步驟4繼續評估相鄰n級線路的上一級線路，否則無電壓反相特征時，相鄰n級線路首端保護的距離i段保護可正常投入，評估步驟結束；

申請人結合說明書附圖以及表格對本發明的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例中各故障信息分數值以及影響因素修正系數僅為本發明的優選實施方案，本領域技術人員在本發明的發明思想下完全可能根據具體的發電機組勵磁系統型號和實際工況對故障信息分數值以及影響因素修正系數進行合理的選擇或修改。總之，本申請詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發明精神，而并非對本發明保護范圍的限制，相反，任何基于本發明的發明精神所作的任何改進或修飾都應當落在本發明的保護范圍之內。