CN109031033B - 一种基于t节点电流的故障支路识别方法及系统 - Google Patents

一种基于t节点电流的故障支路识别方法及系统 Download PDF

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CN109031033B CN201710433263.5A CN201710433263A CN109031033B CN 109031033 B CN109031033 B CN 109031033B CN 201710433263 A CN201710433263 A CN 201710433263A CN 109031033 B CN109031033 B CN 109031033B
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Abstract

本发明涉及一种基于T节点电流的故障支路识别方法及系统，其中的故障支路识别方法包括：采集T接线路M侧的电流模拟量
Figure DDA0001317965670000012
N侧的电流模拟量
Figure DDA0001317965670000013
以及S侧的电流模拟量
Figure DDA0001317965670000011
采集T节点分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure DDA0001317965670000014
和
Figure DDA0001317965670000015
判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；进行故障选相并判断是否有故障选相结果；若有故障选相结果，根据
Figure DDA0001317965670000016
和
Figure DDA0001317965670000017
以及基尔霍夫电流定律定位在三端运行模式下或两端运行模式下的故障支路。在本发明中，当T接线路发生故障时，T接线路三侧的电流以及T节点在三侧的电流按照基尔霍夫电流原理对故障支路进行判别，在系统正常的情况下，不进行故障支路判别，能够准确识别出故障支路，避免了系统误判。

Description

一种基于T节点电流的故障支路识别方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于T节点电流的故障支路识别方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
随着电力负荷的增长和国内电网密度的增加，现代电力系统结构的日益复杂、输电线路的输送容量和电压等级不断提高、远距离输电线路日益增多。从设备投资的经济效益与征地的困难出发，受供电半径和供电走廊的限制，综合考虑客观条件的限制和节省投资等方面因素，T型输电线路越来越多的出现在中压和高压电网中。而这些线路常常联系着大电厂和大系统，由于输送功率高、负荷重，因而发生故障后，会导致大面积停电，因此要求保护能够快速动作，并及时、准确地找到故障点，以保证整个电力系统的安全稳定和经济运行。
传统的单端测距和双端测距均不能适用于T型输电线路，无法找到准确的故障点。适用于T型线路最常用的测距方案是先进行故障支路判别，判别出故障支路后，再利用T节点的电压、电流进行双端测距获得故障点，这种方案原理简单，且应用较为普遍。但如果故障支路识别不准确，则直接无法正确获得故障点。因此T接线路发生故障时，正确识别故障支路显得尤其重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于T节点电流的故障支路识别方法及系统，用于解决T接线路发生故障时无法准确识别故障支路的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于T节点电流的故障支路识别方法，包括以下步骤：
步骤1，采集T接线路M侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000011
N侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000012
以及S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000021
采集T节点分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000022
和
Figure BDA0001317965650000023
步骤2，判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；
步骤3，进行故障选相并判断是否有故障选相结果；若有故障选相结果，根据
Figure BDA0001317965650000024
和
Figure BDA0001317965650000025
以及基尔霍夫电流定律定位在三端运行模式下或两端运行模式下的故障支路。
进一步的，在MNS三端运行模式下，根据
Figure BDA0001317965650000026
和
Figure BDA0001317965650000027
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure BDA0001317965650000028
则MT支路为故障支路；若满足
Figure BDA0001317965650000029
则NT支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000210
则ST支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000211
且
Figure BDA00013179656500000212
且
Figure BDA00013179656500000213
则T节点处故障；在MN两端运行模式下，根据
Figure BDA00013179656500000214
和
Figure BDA00013179656500000215
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure BDA00013179656500000216
或者是
Figure BDA00013179656500000217
则MN支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000218
则ST支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000219
且
Figure BDA00013179656500000220
则T节点处故障。
进一步的，步骤2中根据M、N和S侧光纤通道的压板投入情况判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；若M、N和S三侧所有光纤通道的压板均投入或只有一对光纤通道关联的两个压板只投一个或全不投入则判定为三端运行模式；若有且只有一对光纤通道相关的压板全投入，其他光纤通道的压板不投入则判定为两端运行模式。
进一步的，步骤1中还包括采用采样同步算法对电流模拟量
Figure BDA00013179656500000221
Figure BDA00013179656500000222
和
Figure BDA00013179656500000223
进行同步采样。
进一步的，步骤3中根据I0/I2选相分区及综合阻抗原理、振荡中UCOS选相原理、突变量电压选相原理或者差流选相原理进行故障选相。
本发明还提供了一种基于T节点电流的故障支路识别系统，包括：设置在T接线三端的M、N、S三侧保护装置以及三端交叉点处的T节点采集装置；T节点采集装置用于采集分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000031
和
Figure BDA0001317965650000032
并将
Figure BDA0001317965650000033
和
Figure BDA0001317965650000034
分别发送给M、N、S三侧保护装置；M、N、S三侧保护装置用于采集本侧的电流模拟量，将该电流模拟量发送给其他侧保护装置，并接收其他侧保护装置发过来的电流模拟量以及T节点采集装置发送过来的电流模拟量；判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式，进行故障选相并判断是否有故障选相结果；若有故障选相结果，根据M、N、S三侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000035
T节点采集装置分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000036
和
Figure BDA0001317965650000037
以及基尔霍夫电流定律定位在三端运行模式下或两端运行模式下的故障支路。
进一步的，在MNS三端运行模式下，根据
Figure BDA0001317965650000038
和
Figure BDA0001317965650000039
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure BDA00013179656500000310
则MT支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000311
则NT支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000312
则ST支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000313
且
Figure BDA00013179656500000314
且
Figure BDA00013179656500000315
则T节点处故障；在MN两端运行模式下，根据
Figure BDA00013179656500000316
和
Figure BDA00013179656500000317
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure BDA00013179656500000318
或者是
Figure BDA00013179656500000319
则MN支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000320
则ST支路为故障支路；若满足
Figure BDA00013179656500000321
且
Figure BDA00013179656500000322
则T节点处故障。
进一步的，M、N、S三侧保护装置用于根据M、N和S侧光纤通道的压板投入情况判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；若M、N和S三侧所有光纤通道的压板均投入或只有一对光纤通道关联的两个压板只投一个或全不投入则判定为三端运行模式；若有且只有一对光纤通道相关的压板全投入，其他光纤通道的压板不投入则判定为两端运行模式。
进一步的，M、N、S三侧保护装置还用于采用采样同步算法对电流模拟量
Figure BDA0001317965650000041
Figure BDA0001317965650000042
和
Figure BDA0001317965650000043
进行同步采样。
进一步的，M、N、S三侧保护装置还用于根据I0/I2选相分区及综合阻抗原理、振荡中UCOS选相原理、突变量电压选相原理或者差流选相原理进行故障选相。
本发明的有益效果是：
在T接线路发生故障的情况下，T接线路三侧的电流以及T节点在三侧的电流按照基尔霍夫电流原理对故障支路进行判别，在无故障选相结果即系统正常的情况下，不进行故障支路判别，能够准确识别出故障支路，避免了系统误判。
进一步的，采用采样同步算法对电流模拟量进行同步采样，保证了采样数据的同时性，提高了判别结果的准确性。
附图说明
图1是T接线路三端运行的接线示意图；
图2是本发明故障支路识别方法的顺序流程图；
图3是通道延时和采样时刻计算示意图；
图4是T接线路三端运行示意图；
图5是T接线路MN两端运行示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
T接线路三端运行的接线示意图如图1所示，包括M侧、N侧和S侧，在正常运行情况下，M侧、N侧和S侧线路的电流分别为
Figure BDA0001317965650000051
和
Figure BDA0001317965650000052
M侧、N侧和S侧三条线路的接点为T节点，T节点在M、N和S侧的电流分别为
Figure BDA0001317965650000053
和
Figure BDA0001317965650000054
各电流的方向为图1中箭头标注方向。
基于T接线路三端运行的接线方式，本发明的故障支路识别方法的流程图如图2所示，具体包括以下步骤：
第一步，采集T接线路M侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000055
N侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000056
以及S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000057
采集T节点分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure BDA0001317965650000058
和
Figure BDA0001317965650000059
具体的，由M、N、S三侧的T接线路保护装置分别独立采集各自对应侧的电流模拟量
Figure BDA00013179656500000510
和
Figure BDA00013179656500000511
并将采集到的各自对应侧的电流模拟量通过光纤通道发送给其他侧的T接线路保护装置。同时，由T节点采集装置分别采集T节点分别在M、N、S侧的电流模拟量
Figure BDA00013179656500000512
和
Figure BDA00013179656500000513
并将采集到的
Figure BDA00013179656500000514
和
Figure BDA00013179656500000515
通过光纤通道发送给M、N、S三侧的T接线路保护装置。此时，M、N、S三侧的T接线路保护装置均获取了采样电流
Figure BDA00013179656500000516
和
Figure BDA00013179656500000517
为了保证采样数据的同步性，采用采样同步算法对电流模拟量
Figure BDA00013179656500000518
和
Figure BDA00013179656500000519
以及
Figure BDA00013179656500000520
和
Figure BDA00013179656500000521
进行同步采样，使得进行计算所用的模拟量为同一采样时刻的模拟量。
在本实施例中，采用乒乓算法(等腰梯形算法)计算通道延时，进而可以计算出两侧的采样时刻偏差，实现两侧的同步采样。当然也可以采用现有技术中的其他同步算法进行同步采样。在采用乒乓算法进行同步采样的过程中，对三侧的保护装置以及T节点装置进行识别码整定，在本实施例中，M侧保护装置识别码整定为400，N侧保护装置识别码整定为300，S侧保护装置识别码整定为200，T节点装置识别码整定为100。选择识别码最大的M侧保护装置为主侧，N侧保护装置、S侧保护装置以及T节点装置为从侧，以M侧的采样数据为基准，N侧、S侧和T节点装置的模拟量进行采样时刻调整。如图3所示，通道延时Td和采样时刻偏差ΔTs的计算公式为：
Figure BDA0001317965650000061
Figure BDA0001317965650000062
取余数
其中，n2为离从侧接收到主侧发送过来的数据帧最近的采样序号。n1为从侧发送数据帧的采样序号。t1为接收时刻与最近采样序号n2对应时刻之差，t2为主侧接收与发送之间的时间差，T为采样时间间隔。
采样时刻调整方法：保护装置的CPU计算采样时刻偏差ΔTs，可通过改变自身的采样间隔来调整采样时刻。若0＜ΔTs＜100，每次将采样间隔延后1us，总共调整ΔTs/1us次；若ΔTs＜0，每次将采样间隔提前1us，总共调整ΔTs/1us次。如此，N侧、S侧和T节点均以M侧为基准，进行采样时刻调整，从而实现所有模拟量为同一采样时刻的数据。
第二步，判断T接线路为三端运行模式还是两端运行模式，并判断T接线路是否发生故障。
如图4所示，M侧保护装置光纤通道一连接N侧保护装置光纤通道一，M侧保护装置光纤通道二连接S侧保护装置光纤通道二，S侧保护装置光纤通道一连接N侧保护装置光纤通道二，M侧保护装置光纤通道三连接T节点装置光纤通道一，N侧保护装置光纤通道三连接T节点装置光纤通道二，S侧保护装置光纤通道三连接T节点装置光纤通道三。M、N、S三侧装置和T节点装置通过对应的光纤通道进行信息传输。
M、N和S三端任一侧的通道压板状态和光纤通道状态均发送至两对侧装置，若所有光纤通道的通道压板均投入即M、N、S三侧装置的6个通道压板均投入、只有一对光纤通道关联的两个通道压板只投一个或所有光纤通道的通道压板均不投入即M、N、S三侧装置的6个通道压板均不投入，则判别为三端运行模式；若有且只有一对光纤通道相关的通道压板全部投入，其他通道压板均不投入，则判别为两端运行模式。在图4中，M、N、S三侧装置6个通道压板均投入，此时M、N、S三侧装置均判为三端运行模式。在图5中，M侧装置通道二的通道压板未投入、N侧装置通道二的通道压板未投入、S侧装置三个通道的通道压板均未投入，此时M、N、S三侧装置判为两端运行模式。
在判断T接线路是否发生故障的过程中，如图4和图5所示，当T接线路故障分别发生在K1、K2、K3、K4点，根据常用的I0/I2选相分区及综合阻抗原理，振荡中UCOS选相原理，突变量电压选相原理或者差流选相原理进行故障选相，若有正确的故障选相结果，说明系统发生故障，则进行故障支路判别；若没有选相结果，说明系统未发生故障，则不进行故障支路判别，以免造成误判。
第三步，若有选相结果，说明系统发生故障，根据故障时刻的模拟量
Figure BDA0001317965650000071
Figure BDA0001317965650000072
和
Figure BDA0001317965650000073
以及基尔霍夫电流定律定位故障支路。
根据T接线路的运行方式不同，定位故障支路分为两种情况：
情况一：T接线路的运行方式为三端运行模式
如图4所示，当故障发生在K1点时，满足
Figure BDA0001317965650000074
判据，此时输出故障支路为MT；当故障发生在K2点时，满足
Figure BDA0001317965650000075
判据，此时输出故障支路为NT；当故障发生在K3点时，满足
Figure BDA0001317965650000076
判据，此时输出故障支路为ST；当故障发生在K4点时，满足
Figure BDA0001317965650000077
且
Figure BDA0001317965650000078
且
Figure BDA0001317965650000079
判据，此时输出故障支路为T节点。
情况二：T接线路的运行方式为两端运行模式
如图5所示，在MN两端运行模式下，当故障发生在K1点时，满足
Figure BDA0001317965650000081
判据，此时输出故障支路为MN；当故障发生在K2点时，满足
Figure BDA0001317965650000082
判据，此时输出故障支路为MN；当故障发生在K3点时，满足
Figure BDA0001317965650000083
判据，此时输出故障支路为ST；当故障发生在K4点时，满足
Figure BDA0001317965650000084
且
Figure BDA0001317965650000085
判据，此时输出故障支路为T节点。
本发明的主要构思是通过T节点采集装置将T节点三侧电流发送给三侧保护装置，三侧保护装置任一侧将采集到的本侧电流发送给其他两侧；对采样数据进行同步调整后，使用来进行判别的数据为同一采样时刻的数据；利用光纤通道将通道压板投入状态和光纤通道状态发送给对侧装置，从而判别装置运行模式；不同的运行模式下，采用不同的故障支路判据；系统正常运行时不进行故障支路判别，只有发生故障时才进行判别；故障支路判据基于基尔霍夫电流原理，能准确判别不同运行模式下的故障支路。
在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于T节点电流的故障支路识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集T接线路M侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000011
N侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000012
以及S侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000013
采集T节点分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000014
和
Figure FDA0002661486630000015
步骤2，判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；
步骤3，进行故障选相并判断是否有故障选相结果；若有故障选相结果，根据
Figure FDA0002661486630000016
和
Figure FDA0002661486630000017
以及基尔霍夫电流定律定位在三端运行模式下或两端运行模式下的故障支路；
在MNS三端运行模式下，根据
Figure FDA0002661486630000018
和
Figure FDA0002661486630000019
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure FDA00026614866300000110
则MT支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000111
则NT支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000112
则ST支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000113
且
Figure FDA00026614866300000114
且
Figure FDA00026614866300000115
则T节点处故障；在MN两端运行模式下，根据
Figure FDA00026614866300000116
和
Figure FDA00026614866300000117
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure FDA00026614866300000118
或者是
Figure FDA00026614866300000119
则MN支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000120
则ST支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000121
且
Figure FDA00026614866300000122
则T节点处故障。
2.根据权利要求1所述的基于T节点电流的故障支路识别方法，其特征在于，步骤2中根据M、N和S侧光纤通道的压板投入情况判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；若M、N和S三侧所有光纤通道的压板均投入或只有一对光纤通道关联的两个压板只投一个或全不投入则判定为三端运行模式；若有且只有一对光纤通道相关的压板全投入，其他光纤通道的压板不投入则判定为两端运行模式。
3.根据权利要求1所述的基于T节点电流的故障支路识别方法，其特征在于，步骤1中还包括采用采样同步算法对电流模拟量
Figure FDA0002661486630000021
和
Figure FDA0002661486630000022
进行同步采样。
4.根据权利要求1所述的基于T节点电流的故障支路识别方法，其特征在于，步骤3中根据I0/I2选相分区及综合阻抗原理、振荡中UCOS选相原理、突变量电压选相原理或者差流选相原理进行故障选相。
5.一种基于T节点电流的故障支路识别系统，其特征在于，包括：设置在T接线三端的M、N、S三侧保护装置以及三端交叉点处的T节点采集装置；T节点采集装置用于采集分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000023
和
Figure FDA0002661486630000024
并将
Figure FDA0002661486630000025
和
Figure FDA0002661486630000026
分别发送给M、N、S三侧保护装置；M、N、S三侧保护装置用于采集本侧的电流模拟量，将该电流模拟量发送给其他侧保护装置，并接收其他侧保护装置发过来的电流模拟量以及T节点采集装置发送过来的电流模拟量；判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式，进行故障选相并判断是否有故障选相结果；若有故障选相结果，根据M、N、S三侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000027
T节点采集装置分别在M、N和S侧的电流模拟量
Figure FDA0002661486630000028
和
Figure FDA0002661486630000029
以及基尔霍夫电流定律定位在三端运行模式下或两端运行模式下的故障支路；
在MNS三端运行模式下，根据
Figure FDA00026614866300000210
和
Figure FDA00026614866300000211
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure FDA00026614866300000212
则MT支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000213
则NT支路为故障支路；若满足
Figure FDA00026614866300000214
则ST支路为故障支路；若满足
Figure FDA0002661486630000031
且
Figure FDA0002661486630000032
且
Figure FDA0002661486630000033
则T节点处故障；在MN两端运行模式下，根据
Figure FDA0002661486630000034
和
Figure FDA0002661486630000035
定位故障支路的判别式为：若满足
Figure FDA0002661486630000036
或者是
Figure FDA0002661486630000037
则MN支路为故障支路；若满足
Figure FDA0002661486630000038
则ST支路为故障支路；若满足
Figure FDA0002661486630000039
且
Figure FDA00026614866300000310
则T节点处故障。
6.根据权利要求5所述的基于T节点电流的故障支路识别系统，其特征在于，M、N、S三侧保护装置用于根据M、N和S侧光纤通道的压板投入情况判断T接线路是三端运行模式还是两端运行模式；若M、N和S三侧所有光纤通道的压板均投入或只有一对光纤通道关联的两个压板只投一个或全不投入则判定为三端运行模式；若有且只有一对光纤通道相关的压板全投入，其他光纤通道的压板不投入则判定为两端运行模式。
7.根据权利要求5所述的基于T节点电流的故障支路识别系统，其特征在于，M、N、S三侧保护装置还用于采用采样同步算法对电流模拟量
Figure FDA00026614866300000311
Figure FDA00026614866300000312
和
Figure FDA00026614866300000313
进行同步采样。
8.根据权利要求5所述的基于T节点电流的故障支路识别系统，其特征在于，M、N、S三侧保护装置还用于根据I0/I2选相分区及综合阻抗原理、振荡中UCOS选相原理、突变量电压选相原理或者差流选相原理进行故障选相。
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