CN108110741B - 一种输电线路距离保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路距离保护方法。如何进一步提升距离保护动作速度是目前需要解决的问题。本发明将保护安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则选择合适的数据窗长度，基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程获得故障距离并与整定值比较；若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压，选择合适的数据窗长度建立一系列微分方程，通过解微分方程获得故障距离。本发明能够实现输电线路距离保护快速动作，并能有效解决出口三相故障方向判别存在的问题，有效提升系统安全稳定裕度。

Description

一种输电线路距离保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别是一种输电线路距离保护方法。
背景技术
近年来随着输电线路电压等级提升、传输容量的增大，提升输电线路继电保护动作速度对于提升系统的安全稳定裕度具有重要意义。距离保护在高压输电线路上得到广泛应用，传统的距离保护是基于工频相量，其动作速度一般需要数个工频周期，已经不能适应新形势下电网对继电保护装置动作速度的需求。
因此，如何进一步提升距离保护动作速度是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种快速的输电线路距离保护方法，以提升现有距离保护的动作速度。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种输电线路距离保护方法，其基于的系统包括第一交流等值系统、第一母线、继电保护装置、被保护线路、第二母线和第二交流等值系统，继电保护装置安装在第一母线正向出口处；
所述的方法包括下述步骤：
S1：将保护安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值，则选择合适的数据窗长度基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程获得故障距离并与整定值比较，若故障距离大于零且低于整定值则判断为区内故障，若故障距离小于零或高于整定值则判断为外部故障；
S3：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压，选择合适的数据窗长度建立一系列微分方程，通过解微分方程获得故障距离，最后根据故障距离判断故障方向，若故障距离为正则判断为正向故障，若故障距离为负则判断为反向故障。
进一步地，步骤S2中的线路模型选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流，f[um(k),im(k)]是保护安装处测量电压um(k)和测量电流im(k)的函数，表示基于线路模型计算的保护安装处电压。
进一步地，步骤3中线路模型选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k-2N)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，N为一个基频周期内采样点数，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流，um(k-2N)为保护安装处的记忆电压，f[um(k),im(k)]是保护安装处测量电压um(k)和测量电流im(k)的函数，表示基于线路模型计算的保护安装处电压。
进一步地，所述合适的数据窗长度为1-10毫秒，优选为2-5毫秒。
本发明利用保护安装处故障后三相测量电压、电流和记忆电压基于线路模型，通过判断保护安装处测量电压是否低于门槛值，建立包含故障距离信息的微分方程，通过选择故障后较短的数据窗求解微分方程获得故障距离，将故障距离与整定值进行比较判断故障是否为区内故障，仅利用故障后一较短时间便可判断是否为区内故障，动作速度快。
本发明能够实现输电线路距离保护快速动作，并能有效解决出口三相故障方向判别存在的问题，有效提升系统安全稳定裕度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的保护方法流程图；
图2为本发明实施例提供的电力系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的500kV交流系统结构示意图；
图4为本发明实施例提供的500kV交流系统在继电保护装置安装处正向出口处发生三相短路故障f1时，继电保护装置计算的故障距离图；
图5为本发明实施例提供的500kV交流系统在被保护线路中点发生三相短路故障f2时，继电保护装置计算的故障距离图；
图6为本发明实施例提供的500kV交流系统在被保护线路末端发生三相短路故障f3时，继电保护装置计算的故障距离图；
图7为本发明实施例提供的500kV交流系统在继电保护装置安装处反向出口处发生三相短路故障f4时，继电保护装置计算的故障距离图；
其中，1为第一交流等值系统，2为第一母线，3为继电保护装置，4为被保护线路，5为第二母线，6为第二交流等值系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明针对传统距离保护动作速度慢不能适应新形势下电网对继电保护速度的要求，提出一种动作速度更快的输电线路距离保护方法。
在本发明实施例中，当线路发生短路故障时，首先将保护安装处的三相测量电压和电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；然后检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值，则选择合适的数据窗长度基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程获得测量故障距离并与整定值比较，若故障距离大于零且低于整定值则判断为区内故障，若故障距离小于零或高于整定值则判断为外部故障；若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压，得到一系列微分方程；然后选择合适的数据窗长度，通过解微分方程获得故障距离，最后根据故障距离判断故障方向，若故障距离为正则判断为正向故障，若故障距离为负则判断为反向故障。
如图1所示，本发明实施例提供的一种输电线路距离保护方法，该方法基于的系统结构，如图2所示，包括：第一交流等值系统1，第一母线2，继电保护装置3，被保护线路4，第二母线5，第二交流等值系统6，继电保护装置3安装在第一母线2正向出口处；
所述的方法包括下述步骤：
S1：将保护安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则选择合适的数据窗长度，基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程获得故障距离并与整定值比较，若故障距离大于零且低于整定值则判断为区内故障，若故障距离小于零或高于整定值则判断为外部故障；
S3：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压，选择合适的数据窗长度建立一系列微分方程，通过解微分方程获得故障距离，最后根据故障距离判断故障方向，若故障距离为正则判断为正向故障，若故障距离为负则判断为反向故障。
在本发明实施例中，步骤S2中线路模型可以选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流，f[um(k),im(k)]是保护安装处测量电压um(k)和测量电流im(k)的函数，表示基于线路模型计算的保护安装处电压。
在本发明实施例中，步骤S3中线路模型可以选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k-2N)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，N为一个基波周期内采样点数，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流，um(k-2N)为保护安装处的记忆电压。
本发明将保护安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理后，检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则基于线路模型建立微分方程组，通过解微分方程获得测量故障距离，通过与整定值的比较确定是否为区内故障；若故障后保护安装处测量电压低于门槛值则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压，得到微分方程组，通过解微分方程获得故障距离，根据故障距离判断故障方向。本发明提供的距离保护方法能够实现输电线路距离保护快速动作，并能有效解决出口三相故障方向判别存在的问题，在一定程度上提升系统安全稳定裕度。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的输电线路距离保护方法，现结合附图以及具体实例详述如下：
具体实施方式以500kV交流输电系统为例进行说明，如图3所示，500kV交流输电系统包含第一交流等值系统1，第一母线2，继电保护装置3，被保护线路4，第二母线5，第二交流等值系统6，继电保护装置3安装在第一母线2正向出口处；
采用上述系统，输电线路距离保护方法按照以下步骤实施：
步骤1：将保护安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波环节处理；
步骤2：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值，则选择合适的数据窗长度基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程算法获得故障距离并与整定值比较，若故障距离大于零且低于整定值则判断为区内故障，若故障距离小于零或高于整定值则判断为外部故障；
步骤3：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压选择合适的数据窗长度建立一系列微分方程，通过解微分方程算法获得故障距离，最后根据故障距离判断故障方向，若故障距离为正则判断为正向故障，若故障距离为负则判断为反向故障。
作为本发明的一个实施例，步骤2中电压门槛值设置为额定电压的0.2倍，线路模型采用RL模型，建立的微分方程组为：
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流瞬时值，r为被保护线路单位长度电阻，l为被保护线路单位长度电感，X为数据窗长度，T为采样间隔，s为故障距离。
在本发明实施例中，步骤2中故障判别方法为：
若判据启动后，0＜s＜sset式(1)成立，则判定为区内故障；
若判据启动后，s＞sset式(2)成立，则判定为区外故障。
作为本发明的一个实施例，步骤3中线路模型采用RL模型，以记忆电压代替保护安装处背侧等值电源电压建立的微分方程组为：
其中m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，um(k)、im(k)分别为保护安装处的测量电压和电流瞬时值，um(k-2N)为保护安装处记忆电压，r为被保护线路单位长度电阻，l为被保护线路单位长度电感，X为数据窗长度(取3毫秒)，T为采样间隔，N为一个基波周期采样点数，s为故障距离。
在本发明实施例中，步骤3中故障判别方法为：
若判据启动后，s＞0式(3)成立，则判定为正方向区内故障；
若判据启动后，s＜0式(4)成立，则判定为反方向区外故障。
在本实施例中，设置第一母线2继电保护装置3正向出口发生三相短路故障(图3中f1点)，计算的故障距离如图4所示，判据启动后式(3)成立，故判定为正方向区内故障。
在本实施例中，设置被保护线路4中点发生三相短路故障(图3中f2点)，计算的故障距离如图5所示，判据启动后式(1)成立，故判定为区内故障。
在本实施例中，设置被保护线路4末端发生三相短路故障(图3中f3点)，计算的故障距离如图6所示，判据启动后式(2)成立，故判定为区外故障。
在本实施例中，设置第一母线2继电保护装置3反向出口发生三相短路故障(图3中f4点)，计算的故障距离如图7所示，判据启动后式(4)成立，故判定为反方向区外故障。
参照图4、图5、图6、图7，图4为本发明的500kV交流输电系统在继电保护装置3正向出口处发生三相短路故障(f1)时，继电保护装置3计算的故障距离；图5为本发明的500kV交流输电系统在被保护线路4中点处发生三相短路故障(f2)时，继电保护装置3计算的故障距离；图6为本发明的500kV交流输电系统在被保护线路4末端处发生三相短路故障(f3)时，继电保护装置3计算的故障距离；图7为本发明的500kV交流输电系统在继电保护装置3反向出口处发生三相短路故障(f4)时，继电保护装置3计算的故障距离。从图4-图7可以看出，本发明实施例提供的方法能够识别线路区内外故障。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种输电线路距离保护方法，所述的方法基于的系统包括第一交流等值系统、第一母线、继电保护装置、被保护线路、第二母线和第二交流等值系统，继电保护装置安装在第一母线正向出口处；
所述的方法包括下述步骤：
S1：将继电保护装置安装处的三相测量电压、电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：检测故障后继电保护装置安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值，则选择合适的数据窗长度基于线路模型建立一系列微分方程组，通过解微分方程获得故障距离并与整定值比较，若故障距离大于零且低于整定值则判断为区内故障，若故障距离小于零或高于整定值则判断为外部故障；
S3：若故障后继电保护装置安装处测量电压低于门槛值，则基于线路模型以记忆电压代替继电保护装置安装处背侧等值电源电压，选择合适的数据窗长度建立一系列微分方程，通过解微分方程获得故障距离，最后根据故障距离判断故障方向，若故障距离为正则判断为正向故障，若故障距离为负则判断为反向故障。
2.根据权利要求1所述的输电线路距离保护方法，其特征在于，步骤S2中的线路模型选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，um(k)、im(k)分别为继电保护装置安装处的测量电压和测量电流，f[um(k),im(k)]是继电保护装置安装处测量电压um(k)和测量电流im(k)的函数，表示基于线路模型计算的继电保护装置安装处电压。
3.根据权利要求1所述的输电线路距离保护方法，其特征在于，步骤S3中的线路模型选择RL模型、π模型或T模型，建立的微分方程为：um(k-2N)＝f[um(k),im(k)]；
其中，m＝ab,bc,ca,分别代表ab相间、bc相间、ca相间，k为采样点，N为一个基频周期内采样点数，um(k)、im(k)分别为继电保护装置安装处的测量电压和测量电流，um(k-2N)为继电保护装置安装处的记忆电压，f[um(k),im(k)]是继电保护装置安装处测量电压um(k)和测量电流im(k)的函数，表示基于线路模型计算的继电保护装置安装处电压。
4.根据权利要求1-3任一项所述的输电线路距离保护方法，其特征在于，所述合适的数据窗长度为1-10毫秒。
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