CN108092245B - 一种高压输电线路保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压输电线路保护装置，其中，包括：前置通道处理单元、模拟量采集单元和中央处理器，前置通道处理单元包括横向通道和纵向通道；模拟量采集单元用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据；中央处理器用于接收当前线路本侧的电压和电流数字量，通过纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过横向通道获取相邻线路本侧及对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果。本发明还公开了一种高压输电线路保护方法。本发明提供的高压输电线路保护装置能够提高线路的测距精度，从而实现对线路的保护。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统自动化领域，尤其涉及一种高压输电线路保护装置及一种高压输电线路保护方法。
背景技术
现今，为了满足在有限的线路走廊资源上提高输电容量的要求，具有高效、经济、可靠等优势的同杆多回线路在工程上的应用日益广泛，尤其以同杆双回线为主。
目前大多数变电站的故障测距还是依赖于线路保护装置自身的测距模块，现有线路保护装置的测距原理主要分为两大类别，一是单端测距，主要是基于测量故障回路的正序阻抗的电抗分量的方式；二是双端测距，利用故障序网络图从两侧计算到故障点的电压相等来构建测距方程的方式。但是这两种测距原理均不适用于带互感的同杆双回线路，且这两种测距原理均依赖于准确的线路参数，适应性不强，而且测距误差较大。
目前基于同杆并架双回线路的四侧信息的六序故障分量法的测距原理已经比较成熟，但是由于现有高压线路保护装置的整体架构、资源限制以及配置原则，线路保护仅能够获取本线路本对侧双侧的信息，而六序故障分量法需要获得四侧分量，现有技术中只能获得两侧分量，所以不能实现工程应用。
因此，如何通过六序故障分量法在实际工程应用中实现故障测距成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高压输电线路保护装置及一种高压输电线路保护方法，以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种高压输电线路保护装置，其中，所述高压输电线路保护装置包括：前置通道处理单元、模拟量采集单元和中央处理器，
所述前置通道处理单元包括横向通道和纵向通道，所述横向通道用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道；
所述模拟量采集单元用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器；
所述中央处理器用于接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧的电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果。
优选地，所述模拟量采集单元包括依次连接的互感器、低通滤波回路和双路A/D采样回路，所述双路A/D采样回路通过HSB总线与所述中央处理器连接，
所述互感器用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量；
所述低通滤波回路用于将所述当前线路本侧的电压和电流模拟量进行低通滤波得到滤波后的电压和电流；
所述双路A/D采样回路用于将滤波后的电压和电流进行模数转换得到当前线路本侧的电压和电流数字量。
优选地，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和所述电流互感器分别与所述低通滤波回路连接，所述电压互感器用于采集当前线路本侧的电压模拟量，所述电流互感器用于采集当前线路本侧的电流模拟量。
优选地，所述中央处理器包括主CPU和从CPU，所述主CPU和所述从CPU分别通过HSB总线与所述前置通道处理单元连接，所述主CPU用于根据所述六序故障分量算法的故障测距结果控制当前线路的故障中断、逻辑判断以及驱动跳合闸出口，所述从CPU用于根据当前线路的本侧的电压和电流数字量启动所述六序故障分量算法以及用于开放所述主CPU的跳合闸出口的电源。
优选地，所述高压输电线路保护装置包括开入单元和开出单元，所述开入单元和所述开出单元分别通过SPI总线与所述中央处理器连接。
优选地，所述开入单元包括依次连接的开入模块、第一光隔模块和第一接口模块，所述开入模块用于接收外部开关量信号的输入，所述第一光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第一接口模块用于提供所述开入单元与所述中央处理器的接口。
优选地，所述开出单元包括依次连接的出口继电器、第二光隔模块和第二接口模块，所述出口继电器用于接收开关量输出信号，所述第二光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第二接口模块用于提供所述开出单元与所述中央处理器的接口。
优选地，所述高压输电线路保护装置包括人机接口插件，所述人机接口插件包括人机对话控制器，所述人机对话控制器通过HDLC总线与所述中央处理器连接，所述人机对话控制器用于实现人机交互功能。
作为本发明的第二个方面，提供一种高压输电线路保护方法，其中，所述高压输电线路保护方法包括：
采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器；
接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果；
其中，所述横向通道用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道。
本发明提供的高压输电线路保护装置及方法，由于前置通道处理单元中既包括横向通道又包括纵向通道，所以高压输电线路保护装置既能够获得当前线路本侧和对侧的电压和电流数据量又能够获得相邻线路的本侧和对侧的电压和电流数据量，从而实现了获得双回线路四侧分量的目的，进而能够使用六序故障分量算法对双回线路进行故障测距，不依赖与线路参数，提升了同杆并架双回线路发生复杂故障时的测距精度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的高压输电线路保护装置的结构示意图。
图2为本发明提供的双回线线路保护配置图。
图3为本发明提供的第一种具体实施方式的高压输电线路保护装置的结构示意图。
图4为本发明提供的第二种具体实施方式的高压输电线路保护装置的结构示意图。
图5为本发明提供的高压输电线路保护装置的内部硬件结构示意图。
图6为本发明提供的高压输电线路保护方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的第一个方面，提供一种高压输电线路保护装置，其中，如图1所示，所述高压输电线路保护装置10包括：前置通道处理单元110、模拟量采集单元120和中央处理器130，
所述前置通道处理单元110包括横向通道111和纵向通道112，所述横向通道111用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道112用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道；
所述模拟量采集单元120用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器130；
所述中央处理器130用于接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧的电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果。
本发明提供的高压输电线路保护装置，由于前置通道处理单元中既包括横向通道又包括纵向通道，所以高压输电线路保护装置既能够获得当前线路本侧和对侧的电压和电流数据量又能够获得相邻线路的本侧和对侧的电压和电流数据量，从而实现了获得双回线路四侧分量的目的，进而能够使用六序故障分量算法对双回线路进行故障测距，不依赖与线路参数，提升了同杆并架双回线路发生复杂故障时的测距精度。
需要说明的是，所述双回线路包括当前线路和相邻线路，如图2所示，为双回线线路保护配置图，若其中Ⅰ线表示当前线路，则Ⅱ线表示相邻线路，Ⅰ线线路包括本侧和对侧，例如N侧表示Ⅰ线线路的本侧，则Ⅰ线线路的另一端则表示Ⅰ线线路的对侧，同理，Ⅱ线线路包括本侧和对侧，N侧表示Ⅱ线线路的本侧，则Ⅱ线线路的另一端则表示Ⅱ线线路的对侧。在所述双回线线路保护装置中，分别在Ⅰ线线路的本侧和对侧以及Ⅱ线线路的本侧和对侧设置线路保护装置，位于Ⅰ线线路上的本侧和对侧的线路保护装置通过所述纵向通道进行数据交互，而位于Ⅰ线线路上的本侧与Ⅱ线线路的本侧或者Ⅰ线线路上的对侧与Ⅱ线线路的对侧之间均通过所述横向通道进行数据交互。因此，任意一个保护装置均可以获得除自身以外其他三侧的数据信息，从而能够具备四侧分量，进而可以通过六序故障分量算法进行双回线线路的故障测距分析，达到对双回线线路保护的目的。
可以理解的是，所述前置通道处理单元110具体可以通过FPGA芯片实现。
作为所述模拟量采集单元120的具体实施方式，所述模拟量采集单元120包括依次连接的互感器、低通滤波回路和双路A/D采样回路，所述双路A/D采样回路通过HSB总线与所述中央处理器130连接，
所述互感器用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量；
所述低通滤波回路用于将所述当前线路本侧的电压和电流模拟量进行低通滤波得到滤波后的电压和电流；
所述双路A/D采样回路用于将滤波后的电压和电流进行模数转换得到当前线路本侧的电压和电流数字量。
为了实现电压和电流模拟量的采集，具体地，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和所述电流互感器分别与所述双路低通滤波回路连接，所述电压互感器用于采集当前线路本侧的电压模拟量，所述电流互感器用于采集当前线路本侧的电流模拟量。
作为所述中央处理器130的具体实施方式，所述中央处理器130包括主CPU和从CPU，所述主CPU和所述从CPU分别通过HSB总线与所述前置通道处理单元110连接，所述主CPU用于根据所述六序故障分量算法的故障测距结果控制当前线路的故障中断、逻辑判断以及驱动跳合闸出口，所述从CPU用于根据当前线路的本侧的电压和电流数字量启动所述六序故障分量算法以及用于开放所述主CPU的跳合闸出口的电源。
优选地，所述主CPU和所述从CPU具体可以为单片机。
为了实现测距功能，作为具体地实施方式，如图3所示，所述高压输电线路保护装置10包括开入单元140和开出单元150，所述开入单元140和所述开出单元150分别通过SPI总线与所述中央处理器130连接。
作为所述开入单元140的具体实施方式，所述开入单元140包括依次连接的开入模块、第一光隔模块和第一接口模块，所述开入模块用于接收开关量信号的输入，所述第一光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第一接口模块用于提供所述开入单元140与所述中央处理器130的接口。
作为所述开出单元150的具体实施方式，所述开出单元150包括依次连接的出口继电器、第二光隔模块和第二接口模块，所述出口继电器用于接收开关量输出信号，所述第二光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第二接口模块用于提供所述开出单元150与所述中央处理器130的接口。
可以理解的是，所述开入单元140的第一接口模块以及所述开出单元150的第二接口模块均通过SPI总线与所述主CPU和所述从CPU连接。
需要说明的是，所述从CPU启动之后通过母板开放所述开出单元150的出口继电器的-24V电源。
为了实现所述高压输电线路保护装置的人机交互功能，具体地，如图4所示，所述高压输电线路保护装置10包括人机接口插件160，所述人机接口插件160包括人机对话控制器，所述人机对话控制器通过HDLC总线与所述中央处理器130连接，所述人机对话控制器用于实现人机交互功能。
优选地，所述人机对话控制器具体可以为单片机。
需要说明的是，图5所示为本发明提供的高压输电线路保护装置的内部硬件结构示意图，对于上述描述可以参照图5所示的结构示意图进行理解。
本发明提供的高压输电线路保护装置集成了横向通道与纵向通道一体化，通过纵向通道与本线的对侧线路保护装置完成同步，同一侧的双回线路保护装置通过横向通道来交互信息，线路保护装置通过纵向通道与横向通道获取四侧模拟量来完成精确故障测距。
由于有横向通道与纵向通道共两路通道来将另外三侧线路保护装置的信息送达，对于纵向通道来说，如果采用的是专用光纤方式，传输延时跟线路长度有关系，如果采用的是复用通道方式，跟通道路由有关系，所以通道延时在现场工程中存在不确定性；横向通道的传输距离为同一站内的两台线路保护装置的距离，对于光速来说，传输延时可以忽略不计，线路正常运行情况下利用两种通道有以下两种方式来实现四侧模拟量同步。
因此，本发明提供的高压输电线路保护装置能够利用横向通道获取邻线的相关信息，通过纵向通道获取本线路对侧的相关信息，并能够克服现有继电保护装置在应用于同杆并架双回线路发生复杂故障以及线路参数不精确时测距不准的困难，提高现有高压线路保护装置应用于同杆并架双回线路的保护性能和测距精度，大大减少巡线的工作量，加快抢修效率，缩短故障修复时间并快速恢复供电，提高供电可靠性，给电力生产部门带来巨大的经济效益。
作为本发明的第二个方面，提供一种高压输电线路保护方法，其中，如图6所示，所述高压输电线路保护方法包括：
S110、采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器；
S120、接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果；
其中，所述横向通道用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道。
本发明提供的高压输电线路保护方法，能够利用横向通道获取邻线的相关信息，通过纵向通道获取本线路对侧的相关信息，并能够克服现有继电保护装置在应用于同杆并架双回线路发生复杂故障以及线路参数不精确时测距不准的困难，提高现有高压线路保护装置应用于同杆并架双回线路的保护性能和测距精度，大大减少巡线的工作量，加快抢修效率，缩短故障修复时间并快速恢复供电，提高供电可靠性，给电力生产部门带来巨大的经济效益。
需要说明的是，关于高压输电线路保护方法的具体实施方式可以参照前文所述的高压输电线路保护装置，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高压输电线路保护装置，其特征在于，所述高压输电线路保护装置包括：前置通道处理单元、模拟量采集单元和中央处理器，
所述前置通道处理单元包括横向通道和纵向通道，所述横向通道用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道；
所述模拟量采集单元用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器；
所述中央处理器用于接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧的电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果；
所述中央处理器包括主CPU和从CPU，所述主CPU和所述从CPU分别通过HSB总线与所述前置通道处理单元连接，所述主CPU用于根据所述六序故障分量算法的故障测距结果控制当前线路的故障中断、逻辑判断以及驱动跳合闸出口，所述从CPU用于根据当前线路的本侧的电压和电流数字量启动所述六序故障分量算法以及用于开放所述主CPU的跳合闸出口的电源。
2.根据权利要求1所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述模拟量采集单元包括依次连接的互感器、低通滤波回路和双路A/D采样回路，所述双路A/D采样回路通过HSB总线与中央处理器连接，
所述互感器用于采集当前线路本侧的电压和电流模拟量；
所述低通滤波回路用于将所述当前线路本侧的电压和电流模拟量进行低通滤波得到滤波后的电压和电流；
所述双路A/D采样回路用于将滤波后的电压和电流进行模数转换得到当前线路本侧的电压和电流数字量。
3.权利要求2所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和所述电流互感器分别与所述低通滤波回路连接，所述电压互感器用于采集当前线路本侧的电压模拟量，所述电流互感器用于采集当前线路本侧的电流模拟量。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述高压输电线路保护装置包括开入单元和开出单元，所述开入单元和所述开出单元分别通过SPI总线与所述中央处理器连接。
5.根据权利要求4所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述开入单元包括依次连接的开入模块、第一光隔模块和第一接口模块，所述开入模块用于接收外部开关量信号的输入，所述第一光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第一接口模块用于提供所述开入单元与所述中央处理器的接口。
6.根据权利要求4所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述开出单元包括依次连接的出口继电器、第二光隔模块和第二接口模块，所述出口继电器用于接收开关量输出信号，所述第二光隔模块用于隔离所述高压输电线路保护装置与外部回路，所述第二接口模块用于提供所述开出单元与所述中央处理器的接口。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的高压输电线路保护装置，其特征在于，所述高压输电线路保护装置包括人机接口插件，所述人机接口插件包括人机对话控制器，所述人机对话控制器通过HDLC总线与所述中央处理器连接，所述人机对话控制器用于实现人机交互功能。
8.一种高压输电线路保护方法，其特征在于，运用于权利要求1所述的高压输电线路保护装置，所述高压输电线路保护方法包括：
采集当前线路本侧的电压和电流模拟量数据，并将采集到的当前线路本侧的所述电压和电流模拟量数据经过处理得到当前线路本侧的电压和电流数字量后发送至所述中央处理器；
接收当前线路本侧的所述电压和电流数字量，通过所述纵向通道获取当前线路对侧的电压和电流数字量，以及通过所述横向通道获取相邻线路本侧及相邻线路对侧的电压和电流数字量，并将获得的当前线路的两侧电压和电流数字量以及相邻线路的两侧的电压和电流数字量通过六序故障分量算法进行故障分析获得故障测距结果；
其中，所述横向通道用于提供当前线路本侧与相邻线路本侧与相邻线路本侧及当前线路对侧与相邻线路对侧的数据交互通道，所述纵向通道用于提供当前线路本侧与当前线路对侧的数据交互通道。
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2018
- 2018-01-09 CN CN201810018052.XA patent/CN108092245B/zh active Active
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