CN108120902B - 一种输电线路故障快速判别方法 - Google Patents

一种输电线路故障快速判别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输电线路故障快速判别方法。本发明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低通滤波处理；然后基于线路模型结合经过低通滤波的保护安装处测量电压和测量电流计算整定点电压；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，则通过比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则比较保护安装处记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障保护不动作，若极性相反则为正方向故障。本发明能够实现输电线路故障快速判别，并能有效解决出口三相故障方向判别存在的问题。

Description

一种输电线路故障快速判别方法
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故障快速判别方法。
背景技术
输电线路继电保护动作速度对于保证电网安全稳定运行具有重要意义，随着输电线路电压等级提升、传输容量进一步增大，高速的故障判别方法对于进一步提升电网的安全稳定运行意义重大。
传统的继电保护一般依赖于工频相量，其动作速度一般需要数个工频周期，已经不能满足现代电网发展的需求。因此，如何进一步提升输电线路故障判别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输电线路故障快速判别的方法，以提升现有输电线路保护的动作速度。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种输电线路故障快速判别的方法，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和电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：基于线路模型结合经过低通滤波的保护安装处测量电压和测量电流计算整定点电压；
S3：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；
S4：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则比较记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障，若极性相反则为正方向故障。
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：uzm(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)分别为保护安装处测量电压和电流，uzm(k)为整定点电压，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整定点电压。
进一步地，步骤S3中的极性比较方法为：判断每一个采样时刻整定点电压与保护安装处测量电压乘积的符号，若整定点电压与保护安装处测量电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与保护安装处测量电压极性相反，若整定点电压与保护安装处测量电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与保护安装处测量电压极性相同。
进一步地，步骤S4中的极性比较方法为：判断每一个采样时刻整定点电压与保护安装处记忆电压乘积的符号，若整定点电压与保护安装处记忆电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与保护安装处记忆电压极性相反，若整定点电压与保护安装处记忆电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与保护安装处记忆电压极性相同。
进一步地，所述的短时间窗为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和电流，基于线路模型根据保护范围获得整定点电压，通过判断保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性判断是否为区内故障；如果保护安装处测量电压低于门槛值，则比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处记忆电压的极性判断是否为正方向故障。
本发明仅利用故障后一短时间窗便可判断是否为区内故障，能够有效提升保护的动作速度，在一定程度上提升系统的安全稳定裕度。
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整定点电压与记忆电压的乘积图；
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整定点电压与保护安装处测量电压的乘积图；
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整定点电压与保护安装处测量电压的乘积图；
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整定点电压与记忆电压的乘积图；
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。
本发明针对目前高压交流输电线路对保护动作速度的需求，提出一种输电线路故障快速判别的方法。
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；基于线路模型结合经过低通滤波的保护安装处测量电压和测量电流计算整定点电压；检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；若保护安装处测量电压低于门槛值，则比较记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障保护不动作，若极性相反则为正方向故障。
如图1所示，本发明实施例提供的一种输电线路故障快速判别方法，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和电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：基于线路模型结合经过低通滤波的保护安装处测量电压和测量电流计算整定点电压；
S3：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；
S4：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则比较记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障，若极性相反则为正方向故障。
在本发明实施例中，步骤2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：uzm(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)分别为保护安装处测量电压和电流，uzm(k)为整定点电压，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整定点电压。
在本发明实施例中，步骤3中极性比较方法为：判断每一个采样时刻整定点电压与保护安装处测量电压乘积的符号，若整定点电压与保护安装处测量电压乘积在一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与保护安装处测量电压极性相反，若整定点电压与保护安装处测量电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与保护安装处测量电压极性相同；
在本发明实施例中，步骤4中极性比较方法为判断每一个采样时刻整定点电压与保护安装处记忆电压乘积的符号，若整定点电压与保护安装处记忆电压乘积在一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与保护安装处记忆电压极性相反，若整定点电压与保护安装处记忆电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与保护安装处记忆电压极性相同。
本发明将保护安装处故障后的三相测量电压、三相电流、记忆电压经过相同的低通滤波环节处理，基于线路模型根据保护范围获得整定点电压，通过判断保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则比较故障后短数据窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性判断是否为区内故障；如果保护安装处测量电压低于门槛值则比较故障后短数据窗内整定点电压与保护安装处记忆电压的极性判断是否为正方向故障。仅利用故障后一短时间便可判断是否为区内故障，能够有效提升保护的动作速度，在一定程度上提升系统的安全稳定裕度。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的输电线路故障快速判别方法，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，输电线路故障快速判别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和电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
步骤2：基于线路模型结合经过低通滤波的保护安装处测量电压和测量电流计算整定点电压；
步骤3：检测故障后保护安装处测量电压是否低于门槛值，若高于门槛值则比较故障后短时间窗内整定点电压与保护安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；
步骤4：若故障后保护安装处测量电压低于门槛值，则比较记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障，若极性相反则为正方向故障。
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，整定点电压的计算方法为：
Figure BDA0001565792960000051
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，uzm(k)为整定点电压，R为整定电阻，L为整定电感，T为采样间隔。
作为本发明的一个实施例，步骤3中整定点电压与保护安装处测量电压的乘积的计算方法为：
upm(k)＝uzm(k)·um(k)
其中k为采样点，upm(k)为整定点电压与保护安装处测量电压的乘积的瞬时值。
作为本发明的一个实施例，步骤3中故障判别方法为：
若判据启动后，在一个短时间窗内(取5毫秒)upm(k)＜0式(1)成立，则判定为区内故障；
若判据启动后，在一个短时间窗内(取5毫秒)upm(k)＞0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4中整定点电压与保护安装处记忆电压乘积的计算方法为：
upm2(k)＝uzm(k)·um(k-2N)
其中k为采样点，um(k-2N)为保护安装处记忆电压瞬时值，upm2(k)为整定点电压与保护安装处记忆电压乘积的瞬时值。
作为本发明的一个实施例，步骤4中故障判别方法为：
若判据启动后，在以短时间窗内(取5毫秒)upm2(k)＜0式(3)成立，则判定为正方向区内故障；
若判据启动后，在以短时间窗内(取5毫秒)upm2(k)＞0式(4)成立，则判定为反方向故障。
在本实施例中，设置第一母线2继电保护装置3正向出口处发生三相短路故障(图3中f1点)，计算的整定点电压与保护安装处记忆电压的乘积如图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)，计算的整定点电压与保护安装处测量电压的乘积如图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)，计算的整定点电压与保护安装处测量电压的乘积如图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反向出口处发生三相短路故障(图3中f4点)，计算的整定点电压与保护安装处记忆电压的乘积如图7所示，判据启动后式(4)成立，故判定为反方向故障。
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计算的整定点电压与保护安装处记忆电压的乘积；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计算的整定点电压与保护安装处测量电压的乘积；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计算的整定点电压与保护安装处测量电压的乘积；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计算的整定点电压与保护安装处记忆电压的乘积。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 (5)

1.一种输电线路故障快速判别方法，该方法基于的系统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)和第二交流等值系统(6)，继电保护装置(3)安装在第一母线(2)正向出口处；其特征在于，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和电流以及记忆电压经过相同的低通滤波处理；
S2：基于线路模型结合经过低通滤波的继电保护装置安装处测量电压和测量电流，计算整定点电压；
S3：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，若高于门槛值比较故障后短时间窗内整定点电压与继电保护装置安装处测量电压的极性，如果极性相同则为区外故障，若极性相反则为区内故障；
S4：若故障后继电保护装置安装处测量电压低于门槛值，则比较记忆电压与整定点电压的极性，如果极性相同则为反向故障，若极性相反则为正方向故障。
2.根据权利要求1所述的输电线路故障快速判别方法，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：uzm(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测量电压和电流，uzm(k)为整定点电压，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整定点电压。
3.根据权利要求2所述的输电线路故障快速判别方法，其特征在于，步骤S3中的极性比较方法为：判断每一个采样时刻整定点电压与继电保护装置安装处测量电压乘积的符号，若整定点电压与继电保护装置安装处测量电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与继电保护装置安装处测量电压极性相反，若整定点电压与继电保护装置安装处测量电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与继电保护装置安装处测量电压极性相同。
4.根据权利要求2所述的输电线路故障快速判别方法，其特征在于，步骤S4中的极性比较方法为：判断每一个采样时刻整定点电压与继电保护装置安装处记忆电压乘积的符号，若整定点电压与继电保护装置安装处记忆电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为负，则认为整定点电压与继电保护装置安装处记忆电压极性相反，若整定点电压与继电保护装置安装处记忆电压乘积在故障后一个短时间窗内一直为正，则认为整定点电压与继电保护装置安装处记忆电压极性相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的输电线路故障快速判别方法，其特征在于，所述的短时间窗为1-10毫秒。
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