CN107438929B - 用于在混合功率传输线路中保护的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于通过控制经过智能电子装置（IED）连接至混合功率传输线路的切换装置来在混合功率传输线路中的保护的方法。混合线路具有两个或多个段，其具有至少一个高架段（10A）和至少一个地下段（10B），其中每两个连续段在接合处（10C）连接。方法由IED（14）实现，IED（14）从测量设备接收信号。IED根据信号检测行波，以及确定行波的第一峰以及第一峰的峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个。IED基于峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个与每个接合处的对应阈值的比较来识别具有故障的段，并且基于比较控制切换装置。

Description

用于在混合功率传输线路中保护的方法

技术领域

本发明涉及在混合功率传输线路中的故障保护。

背景技术

混合功率传输线路是由高架和地下线路段组成的传输线路。最起码，混合功率传输线路具有一个高架线路段和一个地下线路段。由于包含但不限于安全考虑、在人口稠密位置中变电站的可访问性的简易、具有不同拓扑的国家之间电网连接的简易以及对于海底电气化的需要的各种理由，这样的传输线路相对于同质传输线路（即，仅具有高架段的线路或者仅由地下缆线组成的线路）是优选的。其中混合功率传输线路是优选的而不是同质传输线路的示例是当传输线路预计横跨自然植被、河流等的时候。

如在同质传输线路的情况下，故障可发生在混合功率传输线路中。混合功率传输线路的高架段更易出故障，因为它们暴露于诸如雷击、风载碎片以及诸如此类的扰动。在同质传输线路的情况下，利用自动重合的功能性，即使取决于同质传输线路的类型（地下/高架）。切换装置（例如电路断路器或者自动重合器）可出于从功率传输网络的剩余部分中断开有故障的线路的目的而被利用，由此减缓与故障传播相关联的风险。通常，在高架传输线路中发生的故障本质上是短暂的（暂时的），并且因此，这样短暂的故障能够使用自动重合器来处理。然而，在更易出永久性故障的地下传输线路的情况下，不能使用自动重合器功能性。

因此，在包括混合传输线路的功率传输网络的情况下，需要以选择的方式来控制自动重合器。在地下段中故障发生的情况下，给定故障的永久性本质，应该禁用自动重合器操作。因此，感觉存在对于在识别混合功率传输线路中的故障的发生以及提供适当和高效的保护的方面是有效和高效的系统和方法的需要。

发明内容

本发明的各种方面提供用于响应于在混合功率传输线路（下文称为‘混合线路’）中的故障的保护的方法和系统。例如，由于如同雷击、风载碎片等的扰动，在混合线路中可存在电气故障。在这样的情况下，线路的部分或整条线路可从功率传输网络的剩余部分断开以防止对电气设备的破坏/故障的传播。通过控制经过智能电子装置（IED）连接至混合线路的切换装置能够实现保护。切换装置可以是电路断路器或自动重合器。控制切换装置包含操作切换装置。

混合线路包括具有至少一个高架段和至少一个地下段的两个或多个段。混合线路可以是A/C线路。两个或多个段的每个段是高架段和地下段中的一个。例如，混合线路能够具有两个段，其中两个段中的一个作为高架段，以及另一个段作为地下段。混合线路的每两个连续段连接在接合处。因此，在具有两个段的混合线路（例如，具有一个高架段和一个地下段的线路）的情况下，存在一个接合处；在具有三个段的线路（例如，具有两个高架段和一个地下段的线路）的情况下，存在两个接合处等等。

方法由混合线路的IED实现。例如，方法可由与段、接合处、变电站等等相关联的IED实现。按照该方法，IED从连接至混合线路的测量设备接收信号。例如，测量设备能够是电流变换器、电势变换器、基于传感器的测量设备（例如罗戈夫斯基线圈）和/或诸如此类，其提供对应于如从混合线路所感测的电流、电压或其它信息的信号。

IED执行根据从测量设备接收的信号检测行波的步骤。作为示例，电流信号可由IED数字化和处理以检测行波。通常由于在混合线路的两个或多个段的段中的故障而生成行波。IED还确定行波的第一峰以及第一峰的峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个。

IED基于峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个与每个接合处的对应阈值的比较来识别具有故障的段。例如，峰宽度能够与接合处的阈值比较，以及取决于峰宽度是小于还是大于阈值，可确定故障位于高架或者地下段中。举另一个示例，峰特性可位于特定范围中，以及因此故障可在混合线路的特定段中被确定。采取其中混合功率传输线路包括两个段的例子。在此，如果峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个小于对应阈值，则两个段的高架段可被识别为具有故障的段。备选地，如果峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个大于对应阈值，则两个段的地下段被识别为具有故障的段。对于哪个段具有故障的确定还可取决于针对IED的段的排序（ordering）。

对应阈值对于每个接合处被预先确定，并且存储在IED中。在此，基于与在接合处的一个或多个故障相关联的信息历史的分析、在时间段内默认值的微调以及混合功率传输线路的电气特性中的一个或多个，对应阈值对于每个接合处被预先确定。例如，混合线路的接合处的故障特性可在混合线路的安装时间被确定，以及这样的特性可用于限定对于接合处的阈值。举另一个示例，实验可被进行用于确定对于接合处的阈值。这样的实验能够包含对于线路的故障进行物理地/虚拟地模拟。再举另一个示例，对于接合处的阈值可在一开始被设置为默认值，并且之后根据在故障发生时收集的实际值来进行微调。

IED执行基于以比较为基础来识别的具有故障的段而控制切换装置，以用于响应于故障的保护的步骤。例如，如果高架段被检测为有故障，则IED发送命令以启用自动重合器的操作。举另一个示例，如果地下段被检测为有故障，则IED发送命令以禁用自动重合器的操作。

附图说明

本发明的主题将在下文中参考图示在附图中的示例性实施例中更详细地解释，其中：

图1是按照本发明实施例的用于响应于混合功率传输线路中的故障的保护的系统的简化图；

图2是按照本发明另一个实施例的用于响应于混合功率传输线路中的故障的保护的系统的简化图；以及

图3是按照本发明的实施例的用于响应于混合功率传输线路中的故障的保护的方法的流程图。

具体实施方式

本发明设想用于响应于混合功率传输线路（下文称为‘混合线路’）中的故障的保护的系统和方法。混合线路通常包含至少一个地下段和至少一个高架段。混合线路中的两个连续段在接合处连接。

图1图示本发明的第一实施例，其中示出有包括高架段和地下段的混合线路。按照实施例的混合线路包含由参考数字10A表示的一个高架段，以及由参考数字10B表示的一个地下段。此外，高架段10A在接合处10C连接至地下段10B。混合线路连接两个变电站Em和En，如图1所示。高架段10A在变电站Em处开始（originate）以及地下段10B在变电站En处终止，如图1中所示。如图1中所示，测量设备连接至变电站Em。测量设备可在变电站Em和En中的一个或多个处连接。测量设备可以是电流变换器（CT）、电势变换器（PT）、基于传感器的测量设备等。

按照图1中所示的实施例，测量设备包含电流变换器12A和电压变换器12B。再次参考图1，智能电子装置（IED）14连接至电压变换器12B。然而，IED 14可连接有电流变换器，或其可从其它设备接收信号。

按照本发明，每当故障发生在混合线路的任何段处时，行波作为故障发生的结果而被生成。为了检测行波，优选连续地监测来自测量设备的信号。例如，IED 14监测从电流变换器12A或电势变换器12B接收的信号（取决于是将感测电流信号还是将感测电压信号）。通常，电流变换器12A感测混合线路的电流，而电势变换器12B感测混合线路的电压。测量对应于混合线路中的点，其中连接测量设备。在AC线路的情况下，测量将反映对于每个相（多相线路的）的电流/电压。

按照本发明，信号由IED 14数字化和处理，以从其检测行波。在IED 14处，克拉克变换应用于电流信号或电压信号。随后，获取（电流或电压）信号的线模（阿尔法分量或贝塔分量）和基模分量。阿尔法分量或贝塔分量被输入到二阶带通/低通滤波器（例如巴特沃斯滤波器）。带通/低通滤波器用来滤出不需要的噪声，以及提取在预先确定的频带内的行波。对于带通/低通滤波器的上截止频率和下截止频率按照采样频率设置。带通/低通滤波器的输出则被输入到二阶中拒（mid-reject）滤波器，其输出提供行波（信号）。该过程能够应用于单相，或对多相线路中的每个相重复。因此，IED能够实现用于单相A/C线路以及三相A/C线路的方法。

IED 14还确定行波特性。给定与第二、第三和另外峰对应的电流测量和/或电压测量通常易出误差和扰动的事实，通过IED 14考虑行波的第一峰。IED 14确定提取的行波的第一峰的峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个。随后，IED 14将峰宽度、上升时间和放电时间中一个或多个与对于在其中存储（存储在IED 14中）的对于峰宽度、上升时间和放电时间的对应阈值进行比较。对于峰宽度、上升时间和放电时间的阈值对于接合处10C（或多个接合处视情况而定）而被预先确定。

在峰宽度、上升时间和放电时间的值中的至少一个与对应的阈值进行比较之后，IED 14确定比较的值是小于还是大于阈值。在峰宽度、上升时间和放电时间的值中的至少一个小于对应阈值的情况中，IED 14确定高架段10A是有故障的。否则，在IED 14确定峰宽度、上升时间和放电时间的值中的至少一个大于对应阈值的情况中，则IED 14识别地下段10B是有故障的。这是在具有两个段的混合线路的情况下。而且，假定更靠近IED 14的线路的段是高架段，以及远离IED 14的段是地下段。

在具有多个段的混合线路的情况下，峰特性值（即峰宽度、上升时间、放电时间等中的一个的值）与对于不同接合处的阈值比较，以及具有故障的段被识别为在接合处之前的段，对于其，峰特性值超出阈值。采取具有接合处j1、j2、…jn的线路的例子，其中tpd1、trt1、tdt1、tpd2、trt2、tdt2、…tpdn、trtn、tdtn相应地表示对于j1、j2、…jn的峰宽度、上升时间和放电时间的阈值。在此，第一峰特性（比如说PDf与tpd1、tpd2、…tpdn比较）。假定PDf<tp2以及PDf>tp3。因此，IED 14识别故障在位于j2和j3之间的第三段中。将显而易见的是，可存在不同的方式，阈值可以以不同的方式用于与实际值比较并且识别具有故障的段。

随后，IED 14与切换装置（未在图中示出）通信以启用（或继续执行）/禁用在混合线路中的保护功能。切换装置可以是由IED 14控制的自动重合器。此外，自动重合功能性可仅在高架段（例如10A）被确定为有故障的情况中继续。否则，如果地下段10B被确定为有故障，则禁用自动重合功能性（即，自动重合器在故障之后打开并且不重合）。这是因为在地下段中发生的故障通常是耐久的，并且对自动纠正免疫，并且因此需要在（地下）段的停工之后手动实现纠正措施。因此，在地下段10B被确定为有故障的情况下，切换装置被利用来将具有故障的（地下）段从混合传输线路的剩余段隔离。

参考图2，示出有包括第一高架段10A、地下段10B和第二高架段10E的混合功率传输线路。如所示，第一高架段10A以电气方式经由接合处10C连接至地下段10B。此外，地下段10B以电气方式经由接合处10D连接至第二高架段10E。而且，如所示，混合线路100A连接两个变电站Em和En，其中第一高架段10A在变电站Em处开始，以及在接合处10C终止，地下段从接合处10c开始。地下段在接合处10D终止，第二高架段10E从接合处10D开始。第二高架段10E在变电站En处终止。测量设备12和14可在变电站Em和En的总线处连接，如图2中所示。

测量设备可包含电流变换器12A和电压变换器12B，以及测量设备可包含电流变换器14A和电压变换器14B。来自12A和/或12B

的信号可由IED 14处理。类似地，IED 16可处理来自14A和/或14B的信号。在IED14或IED 16处执行的处理是用于基于行波特性来识别具有故障的段（类似于上面针对图1所述的那样识别具有故障的段的过程）。

在图2中图示的实施例中，IED 14和IED 16独立地工作。每个IED基于IED根据其接收的信号所执行的处理来识别具有故障的段。因此，IED 14可基于来自12A/12B的信号的分析来识别具有故障的段。同样地，IED 16可基于来自14A/14B的信号的分析来识别具有故障的段。由IED执行的处理是用于基于行波特性的比较和识别来识别具有故障的段，如上文（参考图1的描述）所述。

参考图3，其图示用于响应于在混合功率传输线路（例如结合图1和图2所述的混合线路）中的故障的保护的方法的流程图。方法可由IED（例如IED 14或16）实现。IED可位于段、接合处、变电站等处。而且，IED连接有测量设备，例如电流变换器、电势变换器、基于传感器的测量设备等。IED从测量设备接收信号。如上所述，信号可以是从混合线路感测的电流、电压或者其它电气参数。

在302处，IED根据信号检测行波。IED对信号进行数字化和处理以检测行波（参考图1关于行波检测的描述）。在304处，确定行波的第一峰和第一峰的峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个（再次参考图1的描述）。其后在306处，IED将峰宽度、上升时间和放电时间中的一个或多个与对于每个接合处的对应阈值比较。例如，在具有一个接合处的线路的情况下，IED将峰宽度、上升时间和放电时间与对于接合处的峰宽度的阈限、上升时间的阈限和放电时间的阈限比较。在此，取决于比较的值是小于还是大于对应阈值，故障相应地被确定是在高架或者地下段中。

在线路具有多个接合处的情况下，IED将峰特性值与各种接合处的阈值比较以确定哪个段具有故障。在308处，IED根据被识别的段控制切换装置（例如自动重合器）。例如，如果具有故障的段是高架段，则自动重合器操作可由IED启用。在此，启用意味自动重合器正常工作，以及清除在高架段中的瞬时故障。举另一个示例，其中如果具有故障的段是地下段，则自动重合器操作被禁用。在此，禁用意味自动重合器在检测到故障时打开，并且将不会重合（故障被视为非瞬时的）。

由本发明设想的优势包含在混合功率传输线路中用于有效和高效的故障段识别的系统和方法的实现。取决于故障的位置（即，段），系统和方法还提供跨混合线路的自动重合功能性的选择性启用。本发明根据由一个IED进行的测量来提供保护，其中，在没有必须使用在其它位置处进行的测量的情况下，IED可位于段、接合处或者端子处。

Claims (9)

1.一种用于通过控制经过智能电子装置（IED）连接至混合功率传输线路的切换装置来响应于在所述混合功率传输线路中的故障的保护的方法，所述混合功率传输线路包括具有至少一个高架段和至少一个地下段的两个或多个段，所述两个或多个段的每个段是高架段和地下段中的一个，其中所述混合功率传输线路的每两个连续段在接合处连接，所述方法由所述混合功率传输线路的所述智能电子装置（IED）实现，其中所述智能电子装置（IED）从连接至所述混合功率传输线路的测量设备接收信号，所述智能电子装置（IED）执行：

根据从所述测量设备接收的所述信号检测行波，其中由于在所述混合功率传输线路的所述两个或多个段的段中的所述故障，生成所述行波；

确定所述行波的第一峰以及所述第一峰的峰宽度、上升时间和放电时间中的至少一个；

基于所述峰宽度、所述上升时间和所述放电时间中的至少一个与每个接合处的对应阈值的比较来识别具有所述故障的所述段，其中所述对应阈值对于每个接合处被预先确定，并且存储在所述智能电子装置（IED）中；以及

基于以所述比较为基础来识别的具有所述故障的所述段来控制所述切换装置，以用于保护所述混合功率传输线路。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述混合功率传输线路包括两个段，以及如果所述峰宽度、所述上升时间和所述放电时间中的至少一个小于所述对应阈值，则所述两个段的高架段被识别为具有所述故障的所述段。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述混合功率传输线路包括两个段，以及如果所述峰宽度、所述上升时间和所述放电时间中的至少一个大于所述对应阈值，则所述两个段的地下段被识别为具有所述故障的所述段。

4.如权利要求1所述的方法，其中基于与在所述接合处的一个或多个故障相关联的信息历史的分析、在时间段内默认值的微调以及所述混合功率传输线路的电气特性中的一个或多个，所述对应阈值对于每个接合处被预先确定。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述切换装置是自动重合器。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述自动重合器操作在被识别的具有所述故障的所述段为高架段时被启用。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述自动重合器操作在被识别的具有所述故障的所述段为地下段时被禁用。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述切换装置是电路断路器。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述混合功率传输线路连接两个变电站，以及所述智能电子装置（IED）从所述两个变电站中的一个操作。