CN109412121B - 一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，当保护判为区内故障满足动作条件后驱动故障测距流程，保护装置通过判别纵向通道与横向通道的状态以决定采用哪一种故障测距方案，测距完成之后输出故障测距结果至显示界面：当横向通道与纵向通道均正常情况下，而且获得邻线处于正常运行状态，此时投入双回线双端测距方案，当邻线处于三相断开即检修状态时，采用单回线双端测距方案；当纵向通道中断的情况下，采用单回线单端测距方案；当纵向通道正常，横向通道中断的情况下采用单回线双端测距方案。本发明在现有的线路保护装置的硬件结构上仅做微小地调整，具体差异仅体现在保护CPU上增加一个横向通道模块。

Description

一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置

技术领域

本发明属于故障测量技术领域，特别涉及一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置。

背景技术

一直以来，故障测距始终是电力工程界的研究热点。国内外众多学者针对输电线路的故障测距技术已开展了大量的研究工作，并取得一定成果。在传统的故障测距原理中，单端法和双端法在计算故障距离时均需采用线路基本参数，即线路单位长度阻抗、单位长度导纳，通常将其作为已知量进行求解。对于参数变化影响测距的问题，国内外学者的研究甚少。仅有基于线路基本模型将故障距离、线路参数、非同步角作为未知量，构造非线性最优数学模型，通过采用最小二乘法、牛顿拉弗逊迭代法、信赖域迭代搜索法、参数修正法等求解非线性最优问题来实现测距。这些方法都需要迭代搜索求解非线性方程，初值和收敛性问题不可避免，并未从原理上解决线路参数未知的影响。国外有学者提出了构造一元二次方程的测距方法，消去了线路参数，在原理上克服了参数变化对测距的影响，但是一元二次方程有两个解，存在伪根判别问题。至今，无伪根、无需迭代求解、能消去线路参数的测距原理研究在国内外仍然为空白。因此，可研究通过基本数理方法构造出无需迭代求解、无伪根问题的简易测距方程来实现故障距离测量，该测距方法能够从原理上克服线路参数变化影响，为线路参数未知的故障测距技术提供理论基础。

为了方便现有在运行的线路保护装置成功应用，保证线路保护装置的可靠性，同时为了减少在工程实施中的工作量，提高工程推广价值，需要设计一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距光纤电流差动保护装置。

发明内容

本发明光纤差动保护装置在现有的线路保护装置的硬件结构上仅做微小地调整，具体差异体仅体现在保护CPU上，在保护CPU上增加一个横向通道模块；在交流量、开入量、开出量等外部输入输出，和数据处理、通讯处理方面具有相同的原理，只需改变少许装置输入输出端子定义，就能实现不同的保护功能；采用背插式模件结构，具有强弱电分离、功能独立等优点。

本发明具体为一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，所述光纤电流差动保护装置包括CPU保护功能模块、HMI人机对话模块、DI开入模块、DO开出模块以及电源模块；所述CPU保护功能模块上增设有横向通道模块；所述CPU保护功能模块中的主CPU采用频率最高达400MHz的POWERPC芯片，实现模拟数据的采样和处理、保护算法、与HMI模块及I/O模块通信功能，并且采用辅助CPU，用于监视主CPU工作状态，以及监视CPU模块中的电源回路；所述HMI人机对话模块负责处理装置信息的输入输出，并驱动面板模件提供监视、调试和设置的人机界面；HMI人机对话模块具有2个10/100MHz以太网接口以及一个10MHz以太网RJ45口、2个RS485接口、GPS对时输入接口、1个RS232接口，能够连接多种自动化通信网络；所述光纤电流差动保护装置采用320*240分辨率的彩色显示器、触摸屏和类Windows操作界面，使基于平台的保护装置拥有直观、便捷的人机界面；所述光纤电流差动保护装置还提供装置软硬件配置、绘制逻辑图和编制算法程序工具软件。

所述光纤电流差动保护装置按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障处理程序；硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口继电器的自检。

正常运行程序中进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集、交流电流断线判别、重合闸充电、数据同步、合闸加速判断和启动元件计算；不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理，另一种为装置告警信号，装置告警同时将装置闭锁，保护退出。

保护装置由于区扰动或区内故障启动之后进入故障处理程序，故障处理程序中进行保护算法计算、跳闸逻辑判断、事件报告、故障报告及波形的整理。

当保护判为区内故障满足动作条件后驱动故障测距流程，保护装置通过判别纵向通道与横向通道的状态以决定采用哪一种故障测距方案，测距完成之后输出故障测距结果至显示界面：

当横向通道与纵向通道均正常情况下，而且获得邻线处于正常运行状态，此时投入双回线双端测距方案，当邻线处于三相断开即检修状态时，采用单回线双端测距方案；

当纵向通道中断的情况下，采用单回线单端测距方案；当纵向通道正常，横向通道中断的情况下采用单回线双端测距方案。

所述光纤电流差动保护装置的保护动作流程具体包括如下步骤：

步骤(1)、进入主程序；

步骤(2)、进入采样程序；

步骤(3)、判断是否满足启动条件，若是，进入步骤(4)，若否，进入正常运行程序，并结束流程；

步骤(4)、进入故障处理程序；

步骤(5)、判断是否满足保护动作条件，若是，进入步骤(6)，若否，结束流程；

步骤(6)、判断纵向通道是否正常运行，若是，进入步骤(7)，若否，执行单回单端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(7)、判断横向通道是否正常运行，若是，进入步骤(8)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(8)、判断邻线是否正常运行，若是，进入步骤(9)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(9)、执行双回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程。

附图说明

图1为本发明光纤电流差动保护装置的硬件模块示意图；

图2为本发明光纤电流差动保护装置的保护程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置的具体实施方式做详细阐述。

如图1所示，本发明基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置包括CPU保护功能模块、HMI人机对话模块、DI开入模块、DO开出模块以及电源模块；所述CPU保护功能模块上增设有横向通道模块；所述CPU保护功能模块中的主CPU采用频率最高达400MHz的POWERPC芯片，实现模拟数据的采样和处理、保护算法、与HMI模块及I/O模块通信功能，并且采用辅助CPU，用于监视主CPU工作状态，以及监视CPU模块中的电源回路；所述HMI人机对话模块负责处理装置信息的输入输出，并驱动面板模件提供监视、调试和设置的人机界面；HMI人机对话模块具有2个10/100MHz以太网接口以及一个10MHz以太网RJ45口、2个RS485接口、GPS对时输入接口、1个RS232接口，能够连接多种自动化通信网络；所述光纤电流差动保护装置采用320*240分辨率的彩色显示器、触摸屏和类Windows操作界面，使基于平台的保护装置拥有直观、便捷的人机界面；所述光纤电流差动保护装置还提供装置软硬件配置、绘制逻辑图和编制算法程序工具软件。

所述光纤电流差动保护装置按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障处理程序；硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口继电器的自检。

正常运行程序中进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集、交流电流断线判别、重合闸充电、数据同步、合闸加速判断和启动元件计算；不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理，另一种为装置告警信号，装置告警同时将装置闭锁，保护退出。

保护装置由于区扰动或区内故障启动之后进入故障处理程序，故障处理程序中进行保护算法计算、跳闸逻辑判断、事件报告、故障报告及波形的整理。

当保护判为区内故障满足动作条件后驱动故障测距流程，保护装置通过判别纵向通道与横向通道的状态以决定采用哪一种故障测距方案，测距完成之后输出故障测距结果至显示界面：

当横向通道与纵向通道均正常情况下，而且获得邻线处于正常运行状态，此时投入双回线双端测距方案，当邻线处于三相断开即检修状态时，采用单回线双端测距方案；

当纵向通道中断的情况下，采用单回线单端测距方案；当纵向通道正常，横向通道中断的情况下采用单回线双端测距方案。

如图2所示，所述光纤电流差动保护装置的保护动作流程具体包括如下步骤：

步骤(1)、进入主程序；

步骤(2)、进入采样程序；

步骤(3)、判断是否满足启动条件，若是，进入步骤(4)，若否，进入正常运行程序，并结束流程；

步骤(4)、进入故障处理程序；

步骤(5)、判断是否满足保护动作条件，若是，进入步骤(6)，若否，结束流程；

步骤(6)、判断纵向通道是否正常运行，若是，进入步骤(7)，若否，执行单回单端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(7)、判断横向通道是否正常运行，若是，进入步骤(8)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(8)、判断邻线是否正常运行，若是，进入步骤(9)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(9)、执行双回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，其特征在于，所述光纤电流差动保护装置包括CPU保护功能模块、HMI人机对话模块、DI开入模块、DO开出模块以及电源模块；所述CPU保护功能模块上增设有横向通道模块；所述CPU保护功能模块中的主CPU采用频率最高达400MHz的POWERPC芯片，实现模拟数据的采样和处理、保护算法、与HMI模块及I/O模块通信功能，并且采用辅助CPU，用于监视主CPU工作状态，以及监视CPU模块中的电源回路；所述HMI人机对话模块负责处理装置信息的输入输出，并驱动面板模件提供监视、调试和设置的人机界面；HMI人机对话模块具有2个10/100MHz以太网接口以及一个10MHz以太网RJ45口、2个RS485接口、GPS对时输入接口、1个RS232接口，能够连接多种自动化通信网络；所述光纤电流差动保护装置采用320*240分辨率的彩色显示器、触摸屏和类Windows操作界面，使基于平台的保护装置拥有直观、便捷的人机界面；所述光纤电流差动保护装置还提供装置软硬件配置、绘制逻辑图和编制算法程序工具软件；

当保护判为区内故障满足动作条件后驱动故障测距流程，保护装置通过判别纵向通道与横向通道的状态以决定采用哪一种故障测距方案，测距完成之后输出故障测距结果至显示界面：当横向通道与纵向通道均正常情况下，而且获得邻线处于正常运行状态，此时投入双回线双端测距方案，当邻线处于三相断开即检修状态时，采用单回线双端测距方案；当纵向通道中断的情况下，采用单回线单端测距方案；当纵向通道正常，横向通道中断的情况下采用单回线双端测距方案；

所述光纤电流差动保护装置的保护动作流程具体包括如下步骤：

步骤(1)、进入主程序；

步骤(2)、进入采样程序；

步骤(3)、判断是否满足启动条件，若是，进入步骤(4)，若否，进入正常运行程序，并结束流程；

步骤(4)、进入故障处理程序；

步骤(5)、判断是否满足保护动作条件，若是，进入步骤(6)，若否，结束流程；

步骤(6)、判断纵向通道是否正常运行，若是，进入步骤(7)，若否，执行单回单端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(7)、判断横向通道是否正常运行，若是，进入步骤(8)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(8)、判断邻线是否正常运行，若是，进入步骤(9)，若否，执行单回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程；

步骤(9)、执行双回双端测距方式，并输出测距结果，结束流程。

2.根据权利要求1所述的一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，其特征在于，所述光纤电流差动保护装置按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障处理程序；硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口继电器的自检。

3.根据权利要求2所述的一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，其特征在于，正常运行程序中进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集、交流电流断线判别、重合闸充电、数据同步、合闸加速判断和启动元件计算；不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理，另一种为装置告警信号，装置告警同时将装置闭锁，保护退出。

4.根据权利要求3所述的一种基于同杆双回线精确故障测距的光纤电流差动保护装置，其特征在于，保护装置由于区扰动或区内故障启动之后进入故障处理程序，故障处理程序中进行保护算法计算、跳闸逻辑判断、事件报告、故障报告及波形的整理。