CN104330696A - 一种线路故障分区的识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种线路故障分区的识别方法，该方法包括以下步骤：I、获取线路两端的电压相量和电流相量；II、确定正序电压和正序电流，进入步骤III或步骤IV；III、确定正序有功功率和正序无功功率，确定故障点；IV、确定保护安装处的正序电压和正序电流的夹角，确定故障点。该方法原理简单，判别准确，能够同时适应正常运行、过负荷以及系统故障等工况，既可以用于实时系统分析，又可以为距离保护的故障判断提供辅助信息等，用途广泛。

Description

一种线路故障分区的识别方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统继电保护领域的方法，具体讲涉及一种线路故障分区的识别方法。
背景技术
高压线路上广泛使用的距离保护在，在制定距离保护动作判据时一般并不考虑负荷送受关系和故障点位置，线路两端同类型保护采用相同的判据和定值；然而，负荷的送受关系以及故障点位置会直接影响距离保护测量阻抗的数值，进而影响保护判断故障的准确度。这一问题在距离三段区分过负荷与故障时表现的尤为突出，不考虑送受关系的保护判据难以兼顾对过负荷的可靠性和对高阻故障的灵敏性，容易在过负荷下发生误动，同时对过渡电阻反应能力又有所不足。
根据送受关系和故障点位置，故障区域可分为四类：送端正方向故障、送端反方向故障、受端正方向故障和受端反方向故障。对于送端与受端，目前通常利用线路两侧功角进行区分，功角超前的一端为送端，功角滞后的一端为受端，但该方法仅适用于系统正常运行期间。对于正向和反向，可以用方向继电器进行测量，但方向继电器并不能反应送受关系。
因此，需要提供一种适应于故障状态，能直接识别系统送受端及故障正反向关系的分析方法。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种线路故障分区的识别方法。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种线路故障分区的识别方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：
I、获取线路两端的电压相量和电流相量；
II、确定正序电压和正序电流，进入步骤III或步骤IV；
III、确定正序有功功率和正序无功功率，确定故障点；
IV、确定保护安装处的正序电压和正序电流的夹角，确定故障点。
进一步的，所述步骤II中，运用对称分类法提取所述正序电压和所述正序电流。
进一步的，所述步骤III中，根据所述正序电压和所述正序电流确定所述正序有功功率和所述正序无功功率。
进一步的，所述步骤III中，根据功率判据确定所述输电线路的故障区域，根据故障区域确定故障点。
进一步的，所述根据功率判据确定所述输电线路的故障区域的判断方法如下：
若所述正序有功功率和所述正序无功功率均大于零，判断为送端正向故障；
若所述正序有功功率大于零且所述正序无功功率小于零，判断为送端反向故障；
若所述正序有功功率小于零且所述正序无功功率大于零，判断为受端正向故障；
若所述正序有功功率和所述正序无功功率均小于零，判断为受端反向故障。
进一步的，所述步骤IV中，获取所述保护安装处的正序电压和正序电流，确定所述夹角。
进一步的，所述步骤IV中，根据所述保护安装处的正序电压和正序电流的夹角确定故障点。
进一步的，所述根据所述保护安装处的正序电压和正序电流的夹角确定故障点的判据如下式：
其中，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
进一步的，若为所述送端正向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为正方向。
进一步的，若为所述送端反向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
进一步的，若为所述受端正向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为所述正方向。
进一步的，若为所述受端反向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的方法利用正序功率角分析故障区域，原理简单，判别准确，能够同时适应正常运行、过负荷以及系统故障等工况，可以为距离保护的故障判断提供辅助信息，提升距离保护性能。
2、本发明的方法利用正序有功功率和正序无功功率的数值分析故障区域，原理简单，判别准确，能够同时适应正常运行、过负荷以及系统故障等工况，可以为距离保护的故障判断提供辅助信息，提升距离保护性能。
3、本发明的方法原理简单，判别准确，能够同时适应正常运行、过负荷以及系统故障等工况，既可以用于实时系统分析，又可以为距离保护的故障判断提供辅助信息等，用途广泛。
4、本发明将送受关系与正反向故障相结合，在正序功率平面准确反映故障点位置，根据故障点位置的不同，输电线路保护采取不同的保护判据，提高保护装置的性能。
5、本发明无需进行人为定值整定，由输电线路保护装置内部自适应实现。
附图说明
图1为本实施例中输电线路故障示意图；
图2为本实施例中正序功率平面示意图；
图3为本实施例中利用正序功率识别故障点位置流程图；
附图标记：1-保护装置一，2-保护装置二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供的一种线路故障分区的识别方法，该方法通过区分线路两端送受关系及故障点的相对位置，针对不同的区域将制定不同的判据；根据送受关系和故障点位置识别线路故障分区。根据识别结果，可分别制定不同的开放闭锁逻辑用于区分线路过负荷与故障，提升距离保护性能。
本发明中，故障区域分为四类：送端正方向、送端反方向、受端正方向和受端反方向。
本实施例中，一种线路故障分区的识别方法包括以下步骤：
I、获取输电线路两端的电压相量和电流相量；
II、确定正序电压和正序电流，进入步骤III或步骤IV；
III、确定正序有功功率和正序无功功率，确定故障点；
IV、确定保护安装处的正序电压和正序电流的夹角，确定故障点。
步骤I中，通过测量线路保护装置一和线路保护装置二处ABC三相电压和电流，确定电压电流相量分别为和
步骤II中，运用对称分类法提取所述正序电压和所述正序电流利用对称分量法按下式提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任意A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A
C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
以A相为基准，如下式所示：
其中，分别为电压相量，分别为电流相量。
步骤III中，根据所述正序电压和所述正序电流确定所述正序有功功率和所述正序无功功率。确定正序有功功率P1和正序无功功率Q1如下式所示：
其中，U1为保护安装处正序电压，I1为流过保护安装处正序电流，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
如图2所示，图2为正序功率平面图，根据正序有功功率P1和正序无功功率Q1确定故障区间后确定故障点。
根据功率判据确定所述输电线路的故障区域，根据故障区域确定故障点，判断方法如下：
①、若所述正序有功功率和所述正序无功功率均大于零，判断为送端正向故障；
②、若所述正序有功功率大于零且所述正序无功功率小于零，判断为送端反向故障；
③、若所述正序有功功率小于零且所述正序无功功率大于零，判断为受端正向故障；
④、若所述正序有功功率和所述正序无功功率均小于零，判断为受端反向故障。
步骤IV中，获取所述保护安装处的正序电压和正序电流，确定所述夹角。
根据所述保护安装处的正序电压和正序电流的夹角确定故障点，其判据如下式：
其中，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
如图3所示，图3为本实施例中利用正序功率识别故障点位置流程图；本实施例中，也可通过正序电压和正序电流的夹角确定故障点。
判断故障区域后，进一步确定故障点：
若为所述送端正向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为所述正方向。
若为所述送端反向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
若为所述受端正向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为所述正方向。
若为所述受端反向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
如图1所示，图1为本实施例中输电线路故障示意图；图中，EM为送端电源，EN为受端电源，F1、F2、F3分别为三个故障点，M、N分别为母线M和母线N的接入点，两点分别安装继电保护设备一和继电保护设备二。
基于图1中的输电线路故障示意图，对本发明的方法做进一步说明。
实施例一
以图1中F1点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
按下式根据正序电压和正序电流确定正序有功功率P1和正序无功功率Q1：
其中，U1为保护安装处正序电压，I1为流过保护安装处正序电流，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
根据正序有功和正序无功数值识别线路故障区域，识别判据如下式：
其中，P1为正序有功功率和Q1为正序无功功率。
对于保护装置一，应满足送端正方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端正方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
实施例二
以图1中F1点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式(1)提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
计算U1和I1之间的夹角根据的故障分区识别，其判据如下式可表示为：
对于保护装置一，应满足送端正方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端正方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
实施例三
以图1中F2点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式(1)提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
按下式根据正序电压和正序电流确定正序有功功率P1和正序无功功率Q1：
其中，U1为保护安装处正序电压，I1为流过保护安装处正序电流，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
根据正序有功和正序无功数值识别线路故障区域，识别判据如下式：
其中，P1为正序有功功率和Q1为正序无功功率。
对于保护装置一，应满足送端反方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端正方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
实施例四
以图1中F2点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式(1)提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
计算U1和I1之间的夹角根据的故障分区识别判据可表示为：
对于保护装置一，应满足送端反方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端正方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
实施例五
以图1中F3点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式(1)提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
按下式根据正序电压和正序电流确定正序有功功率P1和正序无功功率Q1：
其中，U1为保护安装处正序电压，I1为流过保护安装处正序电流，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
根据正序有功和正序无功数值识别线路故障区域，识别判据如下式：
其中，P1为正序有功功率和Q1为正序无功功率。
对于保护装置一，应满足送端正方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端反方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
实施例六
以图1中F3点故障为例，当保护装置启动时，确定线路保护装置一和保护装置二处的电压电流相量，分别为和利用对称分量法按下式(1)提取正序电压和正序电流
其中，分别为电压相量，分别为电流相量，X相为基准相，X为任一A、B、C，A相为基准相时，Y相为B，Z相为C，B相为基准相时，Y相为C，Z相为A，C相为基准相时，Y相为A，Z相为B。
计算U1和I1之间的夹角根据的故障分区识别判据可表示为：
对于保护装置一，应满足送端正方向故障判据，则判断为送端正方向故障。
对于保护装置二，应满足受端反方向故障判据，则判断为受端正方向故障。
根据此处识别结果，可分别制定不同的开放闭锁逻辑用于区分线路过负荷与故障，提升距离保护性能。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
I、获取线路两端的电压相量和电流相量；
II、确定正序电压和正序电流，进入步骤III或步骤IV；
III、确定正序有功功率和正序无功功率，确定故障点；
IV、确定保护安装处的正序电压和正序电流的夹角，确定故障点。
2.如权利要求1所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述步骤II中，运用对称分类法提取所述正序电压和所述正序电流。
3.如权利要求1所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述步骤III中，根据所述正序电压和所述正序电流确定所述正序有功功率和所述正序无功功率。
4.如权利要求1所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述步骤III中，根据功率判据确定所述输电线路的故障区域，根据故障区域确定故障点。
5.如权利要求4所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述根据功率判据确定所述输电线路的故障区域的判断方法如下：
若所述正序有功功率和所述正序无功功率均大于零，判断为送端正向故障；
若所述正序有功功率大于零且所述正序无功功率小于零，判断为送端反向故障；
若所述正序有功功率小于零且所述正序无功功率大于零，判断为受端正向故障；
若所述正序有功功率和所述正序无功功率均小于零，判断为受端反向故障。
6.如权利要求1所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述步骤IV中，获取所述保护安装处的正序电压和正序电流，确定所述夹角。
7.如权利要求1所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述步骤IV中，根据所述保护安装处的正序电压和正序电流的夹角确定故障点。
8.如权利要求7所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：所述根据所述保护安装处的正序电压和正序电流的夹角确定故障点的判据如下式：
其中，为所述安装处的正序电压和正序电流的夹角。
9.如权利要求7或8所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：若为所述送端正向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为所述正方向。
10.如权利要求7或8所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：若为所述送端反向故障，则所述保护装置位于送端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
11.如权利要求7或8所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：若为所述受端正向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的正方向，保护安装侧母线指向线路为所述正方向。
12.如权利要求7或8所述的一种线路故障分区的识别方法，其特征在于：若为所述受端反向故障，则所述保护装置位于受端，确定所述故障点位于所述保护装置的反方向，保护安装侧线路指向母线为所述反方向。
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