基于序分量無功功率的單相自適應(yīng)重合閘

羅勛華　黃　純　潘志敏　劉　琨　梁勇超

(1.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院　長沙　410082 2.湖南省電力公司檢修公司　長沙　410004)

基于序分量無功功率的單相自適應(yīng)重合閘

羅勛華1黃純1潘志敏2劉琨2梁勇超2

(1.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院長沙410082 2.湖南省電力公司檢修公司長沙410004)

摘要針對不帶并聯(lián)電抗器的超高壓輸電線路，提出一種基于序分量無功功率的單相自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)方法。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障且故障相兩端斷路器跳開后，在永久性故障下，線路側(cè)各相電壓和電流值經(jīng)短暫時間過渡到穩(wěn)態(tài)，之后各序分量無功功率基本保持恒定；在瞬時性故障二次電弧尚未熄弧階段，電弧電壓和故障相端電壓隨電弧拉長不斷升高，正序無功與負(fù)序無功呈現(xiàn)相反方向的增減變化。基于這一現(xiàn)象，采用線路側(cè)斷開處的正序與負(fù)序無功功率分量的變化率來區(qū)別永久性和瞬時性故障。在二次電弧熄弧瞬間，故障相電壓相位會后移90°，此時正序與負(fù)序無功功率分別有不同極性的躍變，通過檢測序分量無功功率的突變來捕捉熄弧時刻。該方法實(shí)現(xiàn)簡單，耐過渡電阻能力強(qiáng)，受故障位置影響小，能適用于重負(fù)載線路。EMTP仿真驗(yàn)證了其正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：輸電線路單相自適應(yīng)重合閘故障電弧序分量無功功率

0引言

統(tǒng)計表明，80%以上的高壓架空線路故障為單相接地故障，其中由電弧引起的瞬時性故障占絕大多數(shù)。單相自動重合閘能有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)中。但目前輸電線路大多采用固定時間間隔重合方案，當(dāng)重合于永久性故障或瞬時性故障二次電弧階段，將造成重合閘失敗，給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的二次沖擊。針對傳統(tǒng)重合閘的這一問題，研究人員提出了自適應(yīng)單相重合閘技術(shù)，如何識別故障性質(zhì)和捕捉二次電弧熄弧時間是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)單相重合閘的關(guān)鍵。

高壓架空輸電線路分為帶并聯(lián)補(bǔ)償電抗器和不帶并聯(lián)電抗器兩種。國內(nèi)學(xué)者針對前者研究較多[1-7]，而短距離輸電線路大部分沒有安裝并聯(lián)電抗器，國外文獻(xiàn)研究較多。對于不帶并聯(lián)補(bǔ)償電抗器的輸電線路，其自適應(yīng)重合閘方法已有多種[8-18]。研究最多的是電壓判據(jù)法[8，9]，該方法利用恢復(fù)電壓中所含耦合電壓的不同區(qū)分瞬時性與永久性故障，其主要不足是耐過渡電阻能力低，在重負(fù)載線路下靈敏度降低。受二次電弧電阻非線性的影響，電弧電壓波形嚴(yán)重畸變，使得故障相端電壓諧波含量很高。基于此現(xiàn)象，文獻(xiàn)[10]利用奇次諧波的衰減速度及其能量百分比在不同故障性質(zhì)下隨時間的變化規(guī)律來區(qū)別故障性質(zhì)。文獻(xiàn)[11]根據(jù)故障相端電壓諧波含量在熄弧后急劇減少這一特征檢測熄弧時間；基于高頻信號的方法容易受TV測量精度的影響。文獻(xiàn)[12，13]利用小波變換和自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘，基于人工智能的方法不僅計算量大，而且需要根據(jù)不同線路訓(xùn)練大量樣本。文獻(xiàn)[14]采用自適應(yīng)累加和算法檢測故障相電壓連續(xù)兩次下降和一次上升來判定熄弧時刻，但沒有考慮二次電弧階段故障相電壓小幅度持續(xù)上升的影響。上述方法均只利用了故障相端電壓。

文獻(xiàn)[15-17]引入健全相電氣信號來確定故障性質(zhì)和熄弧時刻。文獻(xiàn)[15]根據(jù)故障相電壓相對健全相電壓相量和的傳輸阻抗在熄弧前后呈現(xiàn)的差異，通過檢測故障相電壓與健全相電壓的相角差變化來判斷熄弧時間，但二次電弧過零點(diǎn)的瞬間，故障相電壓相位計算存在盲區(qū)。文獻(xiàn)[16]采用瞬時零序功率差動保護(hù)，實(shí)現(xiàn)動作量自適應(yīng)的調(diào)整，該方法針對同一線路不同故障條件下仿真出二次電弧階段零序功率值，從而劃定熄弧前后零序功率差動范圍，但并不能從機(jī)理上解釋整定保護(hù)原則。文獻(xiàn)[17]依據(jù)零序電壓直流偏移來區(qū)分瞬時性與永久性故障，其利用零序電壓三次諧波分量自適應(yīng)判斷熄弧時刻仍需要高頻分量。

當(dāng)發(fā)生單相永久性接地故障，故障相兩端斷路器跳開后，系統(tǒng)等效于發(fā)生同相兩側(cè)斷線故障，線路側(cè)斷相處的各序分量無功功率恒定；當(dāng)發(fā)生單相瞬時性接地故障，在二次電弧階段，電弧電壓的時變特性使得故障相電壓不斷變化，序分量無功功率也將隨著變化。本文基于輸電線路電弧模型和電弧電壓特性，分析不同性質(zhì)故障下故障相端電壓的變化過程及其對序分量無功功率的影響，揭示線路單相故障后各序分量無功功率的變化規(guī)律，提出一種基于序分量無功功率的單相自適應(yīng)重合閘方案。該方法實(shí)現(xiàn)簡單，能可靠識別故障性質(zhì)和快速捕捉熄弧時間，受故障位置的影響小，耐過渡電阻能力強(qiáng)，特別是在重負(fù)載線路下其靈敏度反而提高，EMTP仿真驗(yàn)證了其可行性和有效性。

1自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)原理

1.1復(fù)功率序分量

高壓輸電線路一般中性點(diǎn)直接接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障且跳開故障相后，健全相電流和電壓近似無變化；而故障相電流為零，故障相電壓為電弧電壓及耦合電壓之和。以A相接地故障為例，令A(yù)相電流為參考相量，初始相位角為零，故障前測端電壓相位超前于電流φ(cosφ>0.9)。假設(shè)故障前三相平衡，其電壓、電流分別為

IA=Ia∠0°UA=Va∠φ

(1)

IB=Ia∠-120°UB=Va∠φ-120°

(2)

IC=Ia∠120°UC=Va∠φ+120°

(3)

式中，Ia、Va分別為故障發(fā)生前的A相電流和電壓的幅值。

故障相斷開后，線路側(cè)B、C相電流近似不變，A相電流為0，電流各序分量分別為

(4)

(5)

(6)

式中，a=ej120°；a2=ej240°。由此可以看出斷路器跳開后各序電流是一個穩(wěn)定值。

線路側(cè)的電壓各序分量為

(7)

(8)

(9)

根據(jù)上述各序電壓與電流的值，利用公式S=VI*求出復(fù)功率的各序分量

(10)

(11)

(12)

1.2故障相電壓對序分量無功功率的影響

當(dāng)不帶并聯(lián)電抗器的輸電線路發(fā)生瞬時性單相接地故障且故障相跳開后的二次電弧階段，電弧電流最大只有幾十安培，受健全相電流電磁力以及電弧周圍等離子的對流和空氣流動的影響，二次電弧長度被不斷拉長，電弧電壓增大，故障相電壓也隨著增大[19，20]。在電弧電阻性質(zhì)的作用下，二次電弧階段的故障相端電壓可用圖1所示的等效電路圖求出，其近似表達(dá)式為

(13)

圖1　瞬時性故障時故障相端電壓Fig.1　Voltage of fault phase under transient fault

(14)

從式(14)可看出故障相電壓相位超前于健全相電壓和UB+UC的相位約為90°，即滯后于故障前電壓UA相位約90°，其幅值較故障前電壓小。將上述關(guān)系代入式(10)、式(11)中求得序分量無功功率為

(15)

(16)

由式(15)、式(16)可推導(dǎo)出正序無功功率與負(fù)序無功功率兩者增量的比值K為

(17)

式中，ΔQ1、ΔQ2分別為Q1、Q2的增量。

仿真研究發(fā)現(xiàn)，受線路參數(shù)平衡及故障前負(fù)荷平衡程度等因素影響，K值可能在一定范圍內(nèi)偏離-2，即在二次電弧階段，無功功率正序、負(fù)序分量增量的比值基本保持不變，為接近于-2的常數(shù)。

1.3熄弧前后序分量無功功率

在二次電弧熄弧瞬間，電弧電阻消失，故障相端電壓可用圖2所示的等效電路圖近似求出，計算故障相電壓表達(dá)式為

(18)

(19)

(20)

再由式(13)和式(18)得出

(21)

圖2　恢復(fù)電壓階段故障相端電壓Fig.2　Voltage of fault phase on recovery voltage stage

1.4自適應(yīng)重合閘原理

綜上所述，在瞬時性故障下，各序分量無功功率的變化規(guī)律如圖3所示：在二次電弧階段，隨著故障相電壓的逐漸增大，正序無功功率Q1會逐漸下降，而負(fù)序無功功率Q2會逐漸上升；在熄弧瞬間，Q1突然增加，而Q2則突然減小，之后兩者都恒定在某一值。在永久性故障下，故障相兩端跳閘后，由于接地電阻可靠接地，經(jīng)短暫過渡過程，故障相端電壓速衰減至電磁耦合電壓，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段的定值。正序無功功率Q1和負(fù)序無功功率Q2基本恒定，其增量ΔQ1和ΔQ2約為0。基于序分量無功功率的以上特性，提出以下單相自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)方案。

圖3　瞬時性故障下無功功率序分量變化Fig.3　Sequence component of reactive power pattern

2自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)方案

2.1故障性質(zhì)識別判據(jù)

選取數(shù)據(jù)窗長度為1個周波，每次滑動半個周波，使用能濾除衰減直流分量的全波傅氏算法，計算各相基波電壓、電流以及正序、負(fù)序電壓V1、V2和正序、負(fù)序電流I1、I2，求出當(dāng)前正序無功功率、負(fù)序無功功率分別為

(22)

(23)

式中，image()為取虛部；符號*表示求共軛。然后計算兩者的變化量分別為

ΔQ1(n)=Q1(n)-Q1(0)

(24)

ΔQ2(n)=Q2(n)-Q2(0)

(25)

式中，Q1(0)、Q2(0)分別為正序無功功率、負(fù)序無功功率的初次計算值；n=1，2，3，…。

為保證Q1(0)、Q2(0)為二次電弧階段初始序分量無功功率，取跳閘后第3個周波的采樣值開始計算Q1(0)、Q2(0)，這樣可以避開斷路器跳閘后的劇烈瞬時過程。

對于永久性故障，Q1(n)和Q2(n)基本不變，ΔQ1(n)和ΔQ2(n)均很小。對于瞬時性故障，ΔQ1(n)和ΔQ2(n)取值較大，且其比值近似為-2。

因此當(dāng)檢測到ΔQ1和ΔQ2在連續(xù)2個工頻周波內(nèi)均滿足

(26)

則判斷為瞬時性故障，且已經(jīng)進(jìn)入二次電弧階段。

而若在500 ms內(nèi)一直不能滿足式(26)，則判斷為永久性故障，閉鎖重合閘。

2.2瞬時性故障熄弧時刻捕捉判據(jù)

由前面分析可知，在二次電弧熄弧瞬間，正序無功功率Q1會由逐漸下降突然增加至一恒定值；而負(fù)序無功功率Q2會由持續(xù)上升突然減小至一恒定值。因此利用兩者不同極性的躍變能可靠判斷熄弧時間，當(dāng)檢測到Q1和Q2滿足式(27)時，判定電弧熄滅，待絕緣恢復(fù)后發(fā)出重合閘命令。

(27)

2.3自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)步驟

基于以上故障性質(zhì)識別和熄弧時刻捕捉判據(jù)給出自適應(yīng)重合閘具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)以2 000 Hz的采樣頻率對故障線路側(cè)的三相電壓和電流進(jìn)行采樣，取跳閘后第3個周波開始的電壓、電流信號進(jìn)行分析。

2)根據(jù)式(22)～式(25)求出正序無功功率Q1(n)和負(fù)序無功功率Q2(n)以及兩者的變化量ΔQ1(n)和ΔQ2(n)，并判斷式(26)是否滿足。

3)如果在0.5 s內(nèi)無法滿足式(26)，即各序分量無功功率并無明顯變化，則判斷故障為永久性的，給出重合閘閉鎖命令。

4)如果在連續(xù)2個工頻周波內(nèi)檢測到ΔQ1、ΔQ2滿足式(26)，則判定故障為瞬時性，且已進(jìn)入二次電弧階段；繼續(xù)檢測當(dāng)滿足式(27)時，判定故障電弧已熄滅并開始計時，延時一定時間(可整定)等待絕緣恢復(fù)后發(fā)出重合閘命令。

3仿真驗(yàn)證及工程應(yīng)用

3.1EMTP仿真分析

采用ATP-EMTP對圖4所示長度為160 km的不帶并聯(lián)電抗器的500 kV輸電線路進(jìn)行輸電線路瞬時性單相接地故障全過程仿真。其中電源功角差系統(tǒng)阻抗參數(shù)：Zm1=1+j6.56 Ω，Zm0=2+j9.28 Ω；Zn1=0.48+j8.8 Ω，Zn0=1+j11.68 Ω。輸電線路參數(shù)：R1=0.016 25 Ω/km，R0=0.157 23 Ω/km；L1=0.905 64 mH/km，L2=1.945 54 mH/km；C1=0.013 26 μF/km，C0=0.010 06 μF/km。電弧模型使用EMTP中TACS模塊Type91，初始電弧參數(shù)：u0=12 V/cm，t0=1.3 ms，l0=400 cm，r=1.3 mΩ/km[18-20]。

圖4　不帶并聯(lián)電抗器輸電系統(tǒng)Fig.4　Transmission system without shunt reactors

為了驗(yàn)證上述理論分析的正確性和所提出方案的可行性，在兩端電壓幅值比為1.05，線路50%處發(fā)生故障且接地電阻為50 Ω情況下分別進(jìn)行了瞬時性和永久性故障仿真實(shí)驗(yàn)。圖5和圖6給出了不同故障性質(zhì)下式(26)中K1及K2的變化情況。

圖5　瞬時性故障下K1和K2的變化情況Fig.5　The pattern of K1and K2under transient fault

圖6　永久性故障下K1和K2的變化情況Fig.6　The pattern of K1and K2under permanent fault

從圖5和圖6可以看出，在瞬時性故障下，K2在0.10～0.12之間；而永久性故障下，K2一直為接近于零的很小值，因而差異明顯。此外，在瞬時性故障下，K1一直恒定于1.7附近，接近于理論分析值2；而永久性故障下，K1值呈現(xiàn)無規(guī)律變化。K1值作為輔助判據(jù)，使得該故障性質(zhì)識別方法具有很強(qiáng)的抗噪聲能力，也能躲過傅氏算法時間窗內(nèi)的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定造成的誤判。

本文還針對瞬時性故障在不同電壓電流相位差、不同過渡電阻接地、不同故障位置情況下進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)。從表1中可以看出，當(dāng)過渡電阻改變或故障發(fā)生點(diǎn)距線路首端距離改變時，K2并無明顯變化；盡管K2隨電流電壓相位差的增大而相應(yīng)減小，但永久性故障下K2為接近于零的極小值，因此設(shè)定門坎值0.01能準(zhǔn)確識別故障性質(zhì)。

表1　仿真結(jié)果示例

表2和表3給出了不同故障位置和接地電阻的情況下，發(fā)生瞬時性接地故障時，在二次電弧熄弧瞬間，正序和負(fù)序無功功率變化情況。從給出的仿真結(jié)果可以看出，在二次電弧熄弧瞬間，各序無功功率的變化值與故障發(fā)生位置、接地電阻大小基本無關(guān)，其躍變極性與理論分析一致，因而在檢測極性的變化的同時，加上一定的躍變閾值就能準(zhǔn)確捕捉熄弧時間。

表2　不同故障位置下序分量無功功率躍變情況(UM/UN=1.05，Rf=80 Ω)

表3　不同接地電阻下序分量無功功率躍變情況(UM/UN=1.05，l=50%)

表4給出了不同功角下，發(fā)生瞬時性故障時，在二次電弧熄弧瞬間，正序和負(fù)序無功功率變化情況。從表中可以看出，負(fù)序無功因其值較小，其躍變數(shù)所占百分比總能取到較大值，與表2和表3中一致；正序無功躍變比值隨功角的增加而增加。該方法能補(bǔ)充傳統(tǒng)電壓判據(jù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式而靈敏度降低的影響。

表4　不同功角下序分量無功功率躍變情況(UM/UN=1.05，Rf=100 Ω，l=50%)

表5給出了不同電壓、電流相位差下，發(fā)生瞬時性故障二次電弧熄弧瞬間，正序和負(fù)序無功功率變化情況。從表中可以看出正序和負(fù)序無功功率的躍變數(shù)與輸電線路兩端電壓比值呈正比，而與躍變數(shù)所占百分比呈反比，突變量整定閾值為0.1，完全能滿足需要。

表5　不同相位差下序分量無功功率躍變情況(Rf=50 Ω，l=50%)

3.2工程應(yīng)用

本文方法只需采用全波傅氏算法計算電壓、電流相量及序分量，計算量較小，數(shù)據(jù)窗較短，對存儲容量的要求小；由于只需計算工頻參數(shù)，對采樣頻率的要求不高；在一般的微機(jī)保護(hù)裝置硬件配置下，增加軟件模塊即可將自適應(yīng)重合閘功能嵌入到現(xiàn)有的線路保護(hù)裝置中。目前，采用該方法研制的自適應(yīng)重合閘樣機(jī)已在某500 kV變電站220 kV線路上掛網(wǎng)試運(yùn)行。

4結(jié)論

探討了輸電線路單相接地故障時正序無功功率與負(fù)序無功功率的變化規(guī)律，提出了基于序分量無功功率的單相自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)方案。

1)在故障相斷路器跳閘后，對于永久性故障，線路經(jīng)短暫時間過渡到穩(wěn)態(tài)，隨后各序分量無功功率基本保持恒定；對于瞬時性故障，在二次電弧尚未熄弧階段，故障相端電壓不斷升高，使得序分量無功功率持續(xù)變化，正序無功變化量與負(fù)序無功變化量的比值為接近于-2的常數(shù)；通過檢測序分量無功功率的變化率可以準(zhǔn)確識別故障性質(zhì)，且接地電阻只消耗有功功率，對無功功率影響很小，使得該方法耐過渡電阻能力強(qiáng)。

2)在瞬時性故障熄弧瞬間，正序無功功率突然增加，負(fù)序無功功率突然減小，均出現(xiàn)較大幅值的躍變，且正序無功躍變比值隨著健全相電流增加而增大，使得該方法能在重載線路下靈敏度提高；通過檢測各序無功分量的躍變極性和躍變比值，能夠準(zhǔn)確快速捕捉故障點(diǎn)熄弧時刻，縮短非全相運(yùn)行時間。

3)該重合閘方案計算量小，數(shù)據(jù)窗短，對存儲容量和采樣頻率的要求不高，在一般的微機(jī)保護(hù)裝置硬件配置下增加軟件模塊即可實(shí)現(xiàn)，有利于自適應(yīng)重合閘的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]梁振峰，索南加樂，宋國兵，等.輸電線路自適應(yīng)重合閘研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(6)：140-147.

Liang Zhenfeng，Suonan Jiale，Song Guobing，et al.Research review of adaptive reclosure in transmission lines[J].Power System Protection and Control，2013，41(6)：140-147.

[2]索南加樂，孫丹丹，付偉，等.帶并聯(lián)電抗器輸電線路單相自動重合閘永久故障的識別原理研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2006，26(11)：75-81.

Suonan Jiale，Sun Dandan，F(xiàn)u Wei，et al.Identification of permanent faults for single-phase auto-reclosure on transmission lines with shunt reactors[J].Proceedings of the CSEE，2006，26(11)：75-81.

[3]李斌，李永麗，盛鹍，等.并聯(lián)電抗器的超高壓輸電線單相自適應(yīng)重合閘研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2004，24(5)：52-56.

Li Bin，Li Yongli，Sheng Kun，et al.The study on single-pole adaptive reclosure of EHV transmission lines with the shunt reactor[J].Proceedings of the CSEE，2004，24(5)：52-56.

[4]劉浩芳，王增平，劉俊嶺.帶并補(bǔ)的超高壓輸電線路單相自適應(yīng)重合閘新判據(jù)[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(24)：62-66.

Liu Haofang，Wang Zengpin，Liu Junling.A new criterion for single-phase adaptive reclosure of shunt reactor compensated EHV transmission lines[J].Automation of Electric Power Systems，2007，31(24)：62-66.

[5]梁振峰，索南加樂，康小寧，等.利用自由振蕩頻率識別的三相重合閘永久性故障判別[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2013，33(7)：124-130.

Liang Zhenfeng，Suonan Jiale，Kang Xiaoning，et al.Permanent faults identification using free oscillation frequency for three-phase reclosure on transmission lines with shunt reactors[J].Proceedings of the CSEE，2013，33(7)：124-130.

[6]索南加樂，梁振峰，宋國兵，等.自適應(yīng)熄弧時刻的單相重合閘的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，40(5)：37-41.

Suonan Jiale，Liang Zhenfeng，Song Guobing，et al.Study of single-phase reclosure with adaptive secondary arc extinction[J].Power System Protection and Control，2013，40(5)：37-41.

[7]蘭華，艾濤，李揚(yáng).經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解在單相自適應(yīng)重合閘中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(12)：35-39.

Lan Hua，Ai Tao，Li Yang.Application of EMD on single-pole adaptive reclosure of transmission[J].Power System Protection and Control，2010，38(12)：35-39.

[8]郭相國，張保會.自適應(yīng)自動重合閘現(xiàn)狀與發(fā)展[J].繼電器，2004，32(16)：77-84.

Guo Xiangguo，Zhang Baohui.Present achieve-ments and prospects of adaptive auto-reclosure[J].Relay，2004，32(16)：77-84.

[9]李斌，李永麗，黃強(qiáng)，等.單相自適應(yīng)重合閘相位判據(jù)的研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27(22)：41-44.

Li Bin，Li Yongli，Huang Qiang，et al.Study on phase criterion for single-pole adaptive reclosure[J].Automation of Electric Power Systems，2003，27(22)：41-44.

[10]李斌，李永麗，曾治安，等.基于電壓諧波信號分析的單相自適應(yīng)重合閘[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(10)：53-57.

Li Bin，Li Yongli，Zeng Zhian，et al.Study on single-pole adaptive reclosure based on analysis of voltage harmonic signal[J].Power System Technology，2002，26(10)：53-57.

[11]Radojevic Z M，Shin J R.New digital algorithm for adaptive reclosing based on the calculation of the faulted phase voltage total harmonic distortion factor[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22(1)：37-41.

[12]Khorashadi Z H，Li Z.Design of a novel phasor measurement unit-based transmission line auto reclosing scheme[J].IET Generation Transmission &Distribution，2011，5(8)：806-813.

[13]Ozgur K，Hocaoglu M H.An adaline based arcing fault detection algorithm for single-pole autoreclosers[J].Electric Power Systems Research，2011，81(1)：367-376.

[14]Khodadadi M，Noori M R，Shahrtash S，et al.A non communication adaptive single-pole autoreclosure scheme based on the ACUSUM algorithm[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2013，28(4)：2526-2533.

[15]Zadeh M R D，Voloh I，Kanabar M，et al.An adaptive HV transmission lines reclosing based on voltage pattern in the complex plane[C]//65th Annual Conference for Protective Relay Engineers，College Station，TX，2012：85-95.

[16]Jamali S，Parham S.New approach to adaptive single-pole auto-reclosing of power transmission lines[J].IET Generation Transmission &Distribution，2010，4(1)：115-122.

[17]Elkalashy N I，Darwish H A，Taalab A M I，et al.An adaptive single pole autoreclosure based on zero sequence power[J].Electric Power Systems Research，2007，77(5)：438-446.

[18]Kizilcay M，Pniok T.Digital simulation of fault arcs in power systems[J].European Transactions on Electrical Power，1991，1(1)：55-59.

[19]Johns A T，Aggarwal R K，Song Y H.Improved technique for modeling fault arcs on faulted EHV transmission systems[J].IET Generation Transmission &Distribution，1994，141(2)：148-154.

[20]Prikler L，Kizilcay M，Ban G，et al.Modeling secondary arc based on identification of arc parameters from staged fault test records[J].International Journal of Electrical Power and Energy Systems，2003，25(8)：581-589.

Single-Phase Adaptive Reclosure Based on Reactive Power of Sequence Components

Luo Xunhua1Huang Chun1Pan Zhimin2Liu Kun2Liang Yongchao2

(1.College of Electrical Engineering &Information TechnologyHunan UniversityChangsha410082China 2.Hunan Electric Examine and Repair CompanyChangsha410004China)

AbstractThis paper proposed an method for single-phase adaptive resclosure based on the reactive power of sequence components for extra high voltage(EHV)transmission lines without shunt reactors.After circuit breaker tripping the fault phase line,for the permanent fault,the voltages and currents of the fault line rapidly get into the steady state,and the reactive power of sequences components becomes almost a constant.However,in the secondary arc stage of transient fault,affected by the arc elongation,the arc voltage and the fault phase voltage increase.Therefore the positive sequence and negative sequence components of the reactive power continue to vary on the contrary way.According to this phenomenon,The rate of variation of positive sequence and negative sequence reactive power components at the faulted line side is used to distinguish fault nature.In the moment of arc extinction,the angle of the faulted phase voltage lags 90°,and then the positive sequence and negative sequence reactive powers have different polarity transitions.According to these phenomena,a new approach based on the reactive power of sequence components is used to identify the fault nature and capture the arc extinction time of the transient fault.The method is simple,hardly influenced by fault resistance and fault distance,and can be utilized in heavy load lines.EMTP simulations have verified its correctness and effectiveness.

Keywords：Transmission line，adaptive reclosing，fault arc，sequence component，reactive power

收稿日期2015-05-07改稿日期2015-10-22

作者簡介E-mail：luoxunhuas@163.com(通信作者) E-mail：yellowpure@hotmail.com

中圖分類號：TM77

國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計劃(2012AA050215)和國家電網(wǎng)公司研究開發(fā)項目(5216A313500N)資助。

羅勛華男，1989年生，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)、電氣信號處理。

黃純男，1966年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制、電能質(zhì)量分析與控制、信號處理。