CN109270402A - 一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法和系统。所述方法和系统在确定串补线路距离保护I段、II段或者III段范围内的故障是单相故障还是相间故障的基础上，针对不同的线路故障，采用不同的算法计算线路故障时的辅助测距值，并结合辅助测距判据判断串补电容未击穿情况下线路故障点与变时限距离保护安装处之间的准确距离，从而充分保证了保护动作时限的计算准确性以及相邻线路保护动作时限配合的正确性、有效性。

Description

一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法和系统

技术领域

本发明涉及继电保护领域,并且更具体地，涉及一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法和系统。

背景技术

变时限距离保护利用距离保护在线路故障动作时候的相关参数，例如测距，电压、电流等，加上相关的离线信息，例如距离I段、II段、III段阻抗定值及线路长度等，自动计算出动作时限，能够实现相邻线路距离保护动作时限的自动配合。其虽然不能减少线路保护整定计算的工作量，但是可以适应电网局部的变化，除开断或新建线路本身的定值外，相邻线路保护一般不需更改定值。

测距元件是变时限距离保护的重要组成部分，其给出故障点与保护安装处之间的公里数，从而变时限距离保护利用公里数自动计算出保护动作时限，实现相邻保护动作时限的配合。测距元件测量的准确性直接影响保护动作时限的计算准确性以及相邻线路保护动作时限配合的正确性、有效性。

对于串补线路，串联补偿电容器组直接串联于输电线路中，用于补偿线路自身电抗，从而降低输电线路两端的电压降和功角差，达到增加电网稳定性、提高线路输送能力的目的。串补技术因具有改善电力系统的稳定性改善电压质量及无功功率平衡减少系统的线路损耗提高线路输电容量等优势，在电网建设中有广阔的应用前景。然而串补电容破坏了输电线路阻抗的均匀性，给变时限距离保护测距元件测量距离的准确性产生了不利影响。

发明内容

为了解决现有技术中串补电路中串补电容破坏输电线路阻抗的均匀性造成变时限距离保护测距元件测量不准确的技术问题，本发明提供了一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法，所述方法包括：

确定线路故障是单相故障或者相间故障；

当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R；

当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R；

根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

进一步地，在确定线路故障是单相故障或者相间故障之前包括：

采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值；

根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值；

设置串补线路每公里的电阻值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

进一步地，所述当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

进一步地，所述当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

进一步地，所述根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距系统，所述系统包括：

故障判断单元，其用于确定线路故障是单相故障或者相间故障；

第一计算单元，其用于当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R；

第二计算单元，其用于当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R；

辅助测距单元，其用于根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

进一步地，所述系统还包括：

数据采集单元，其用于采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值；

初始计算单元，其用于根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值；

参数设置单元，其用于设置串补线路每公里的电阻值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

进一步地，所述第一计算单元在线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

进一步地，所述第二计算单元在线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

进一步地，所述辅助测距单元根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。

本发明技术方案提供的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法和系统在确定串补线路距离保护I段、II段或者III段范围内的故障是单相故障还是相间故障的基础上，针对不同的线路故障，采用不同的算法计算线路故障时的辅助测距值，并结合辅助测距判据判断串补电容未击穿情况下线路故障点与变时限距离保护安装处之间的准确距离，从而充分保证了保护动作时限的计算准确性以及相邻线路保护动作时限配合的正确性、有效性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的串补线路示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法100从步骤101开始。

在步骤101，采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值。

在步骤102，根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值。

在步骤103，设置串补线路每公里的电阻值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

在步骤104，确定线路故障是单相故障或者相间故障。在现有技术中，一般根据变时限距离保护中的选相元件的参数变化来确定。

在步骤105，当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R。

在步骤106，当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R。

在步骤107，根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

优选地，所述当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

优选地，所述当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

优选地，所述根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。

在本优选实施方式中，所述串补线路故障点与变时限距离保护安装处之间的最终测距结果值仍以采用逐步逼近算法，对距离保护I段，II段、III段进行判断而计算得到的测距值为准，本优选实施方式所述的电阻法的测距结果仅作为辅助判据。其中，k₁为0到1之间取值的常数，k₂为大于1的常数。

图2为根据本发明优选实施方式的串补线路示意图。如图2所示，当用逐步逼近法算出的测距结果C小于本线路长度C_L，而电阻法算出的测距结果C_R大于本线路长度C_L时，认为实际故障点在下一级线路，而逐步逼近算法的测距结果C受到串补电容的影响而偏小，因此将测距结果限定为C_m，C_m为大于C_L的常数。

图3为根据本发明优选实施方式的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距系统的结构示意图。如图3所示，本优选实施方式所述的用于串补线路的变时限距离保护辅助测距系统300包括：

数据采集单元301，其用于采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值。

初始计算单元302，其用于根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值。

参数设置单元303，其用于设置串补线路每公里的电阻值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

故障判断单元304，其用于确定线路故障是单相故障或者相间故障。

第一计算单元305，其用于当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R。

第二计算单元306，其用于当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R。

辅助测距单元307，其用于根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

优选地，所述第一计算单元305在线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

优选地，所述第二计算单元306在线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

优选地，所述辅助测距单元307根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距方法，其特征在于，所述方法包括：

确定线路故障是单相故障或者相间故障；

当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R；

当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相间电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R；

根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定线路故障是单相故障或者相间故障之前包括：

采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值；

根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值；

设置串补线路每公里的电阻值二次值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。

6.一种用于串补线路的变时限距离保护辅助测距系统，其特征在于，所述系统包括：

故障判断单元，其用于确定线路故障是单相故障或者相间故障；

第一计算单元，其用于当线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R；

第二计算单元，其用于当线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相间电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R；

辅助测距单元，其用于根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据采集单元，其用于采集变时限距离保护安装处的三相电压和电流二次值的瞬时值；

初始计算单元，其用于根据所述采集的三相电压和电流二次值的瞬时值确定三相电压基波相量有效值U_A、U_B、U_C和电流基波相量值I_A、I_B、I_C，以及根据变时限距离保护安装处的电流二次值的瞬时值计算零序电流基波有效值I₀，并设置故障相电压基波有效值为其值等于发生故障的相的电压基波有效值，设置故障相电流基波有效值为其值等于发生故障的相的电流基波相量有效值，故障相间电压基波有效值为其值等于发生故障的相间的电压基波有效值，设置故障相间电流基波有效值为其值等于发生故障的相间的电流基波相量有效值；

参数设置单元，其用于设置串补线路每公里的电阻值二次值R₁，零序补偿系数K，串补线路长度C_L和测距门槛值C_m，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一计算单元在线路故障是单相故障时，根据故障相电压基波有效值故障相电流基波有效值零序电流基波有效值I₀，预先设置的串补线路每公里的电阻值二次值R₁,故障相电压和电流的相角差确定单相故障辅助测距值C_R，其计算公式为：

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二计算单元在线路故障是相间故障时，根据所述故障相间电压基波有效值故障相间电流基波有效值预先设置的串补线路每公里的电阻值R₁,故障相间电压和电流的相角差确定故障相间辅助测距值C_R，其计算公式为：

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述辅助测距单元根据确定的辅助测距值C_R，预先测量的串补线路故障测距值C，预先设置的串补线路长度C_L，以及第一辅助系数k₁和第二辅助系数k₂，判断所述串补线路的故障点与距离保护安装处之间的距离包括：

当C≤k₁C_L且|C_R|≥k₂C_L时，所述串补线路的测距结果为C_m，其中，C_m为串补线路测距门槛值；

在其他情况下，所述串补线路的测距结果为C。