CN110320432A - 单相断线故障检测和保护方法及系统 - Google Patents

单相断线故障检测和保护方法及系统 Download PDF

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    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Abstract

本发明公开了一种单相断线故障检测和保护方法及系统，通过测量变压器低压侧的各相电压和变压器高压侧的各相电流，确定各相电压和各相电流是否满足预先设定的故障条件，即可准确且迅速地得出单相断线故障的判断结果，供管理人员和检修人员在故障发生后快速切除故障，且本方法不需要对现有常用的110kV系统线路进行大规模的改造，投入实际使用较为方便，广泛适用于110kV电压等级一端接地系统，防止发生单相断电故障后影响用户的正常用电，造成设备损坏，甚至带来安全隐患。

Description

单相断线故障检测和保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统自动化领域，特别是指一种单相断线故障检测和保护方法及系统。
背景技术
在电力系统中，用电安全和用电稳定是至关重要的因素，对于110kV电压等级，通常为电源侧中性点接地，负荷端110kV主变高压侧经放电间隙接地，这种情况下，当发生单相断线故障时，现有的保护装置无法正确动作切除故障，会出现负荷端110kV主变低压侧电压严重不平衡，影响用户的正常用电，甚至造成设备损坏，同时，单相断线故障无法切除，还可能在故障点对过往人员带来安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种单相断线故障检测和保护方法及系统，对110kV电压等级一端接地系统发生断线故障时可以快速准确地进行判断和保护。
基于上述目的本发明提供的
一种单相断线故障的检测方法，该方法包括：
测量变压器低压侧的各相电压；
测量变压器高压侧的各相电流；
确定变压器低压侧各相电压和变压器高压侧的各相电流是否满足预先设定的故障条件；以及
如果满足预先设定的故障条件，则判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
优选地，故障条件包括如下子条件之一或其任意组合：
其中，和表示变压器低压侧的各相电压；和表示变压器高压侧的各相电流；为系统正常工作时低压侧电压的预设值。
优选地，在判定系统中存在单相断线故障时，本方法进一步包括：
根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相；以及
在输出的判定结果中包括已确定的断线故障所在的相。
优选地，根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相包括：将变压器高压侧电流为零相作为断线故障所在相。
优选地，测量变压器低压侧的各相电压包括：从变压器低压侧母线压变取所述电压值。
优选地，测量变压器高压侧的各相电流包括：从变压器套管CT取所述电流值。
优选地，判定为系统中存在单相断线故障时，跳开变压器高、低压侧开关，闭锁高压侧备用自投，以及启动低压侧备用自投。
一种单相断线故障的保护系统，包括：
电压测量模块，用于测量变压器低压侧的各相电压；
电流测量模块，用于测量变压器高压侧的各相电流；
故障检测模块，用于根据电压测量模块和电流测量模块的测量结果，确定各相电压和各相电流是否满足预先设定的故障条件，如果满足预先设定的故障条件，则判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
优选地，故障检测模块在判定出系统中存在单相断线故障后，进一步用于根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相，以及在输出的判定结果中包括已确定的断线故障所在的相。
优选地，本系统进一步包括：保护插件，用于接收故障检测模块的判定结果，并控制变压器高、低压侧开关跳开，控制启动低压侧备用自投。
从上面所述可以看出，本发明提供的单相断线故障检测和保护方法及系统，通过测量110kV系统中变压器低压侧的各相电压和变压器高压侧的各相电流，确定各相电压和各相电流之间是否满足预先设置的故障条件，即可准确且迅速地得出单相断线故障的判断结果，供管理人员和检修人员在故障发生后快速切除故障，且本方法和系统不需要对现有常用的110kV系统线路进行大规模的改造，投入实际使用较为方便，广泛适用于110kV电压等级一端接地系统，防止发生单相断电故障后影响用户的正常用电，造成设备损坏，甚至带来安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例的单相断线检测方法流程示意图；
图2为本发明实施例的单相断线检测系统内部结构示意图；
图3为本发明实施例的检测和保护方法逻辑示意图；
图4为本发明实施例的110kV系统单相断线时主变高压侧电压变化图；
图5为本发明实施例的110kV系统单相断线时主变高低压侧电流图；
图6为本发明实施例的110kV系统单相断线时高压侧各序电压图；
图7为本发明实施例的110kV系统单相断线时主变低压侧电压变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1显示了本发明实施例所述单相断线故障检测方法的流程示意图。该方法可以应用于110kV系统中。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，测量变压器低压侧的各相电压。
在本发明的实施例中，上述变压器低压侧的各相电压可以用和表示，分别代表低压侧A相电压向量值、低压侧B相电压向量值和低压侧C 相电压向量值。
步骤102，测量变压器高压侧的各相电流。
在本发明的实施例中，上述变压器高压侧的各相电流可以用和表示，分别代表高压侧A相电流向量值、高压侧B相电流向量值和高压侧C 相电流向量值。
步骤103，确定上述变压器低压侧各相电压和变压器高压侧的各相电流是否满足预先设置的故障条件，如果满足预先设置的故障条件，则执行步骤104；否则，执行步骤105。
在本申请的实施例中，上述故障条件可以包括如下三个子条件之一或其任意组合，故障条件判断逻辑如图3所示：
其中，为110kV系统正常工作时低压侧电压的预设值。
步骤104，判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
步骤105，判定系统中暂未发现故障，不进行操作。
在本发明的实施例中，在判定出系统中存在单相断线故障后，还可以进一步执行下面的步骤106。
步骤106，根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相。
在本发明的实施例中，变压器高压侧电流为零相即为断线故障所在相。
在确定断线故障所在的相之后，输出的判定结果中可以进一步包括已确定的断线故障所在的相。
例如，在测量了变压器低压侧的各相电压和高压侧的各相电流后，如果即仍在正常工作时低压侧电压的预设范围内，且时，则判定为系统的A相存在单相断线故障。
如上所述，通过测量系统中变压器低压侧的各相电压和变压器高压侧的各相电流，判断各相电压和各相电流之间是否满足预先设置的故障条件，即可准确且迅速地得出单相断线故障的判断结果，供管理人员和检修人员在故障发生后快速切除故障。并且，本方法不需要对现有常用的系统线路进行大规模的改造，投入实际使用较为方便，广泛适用于110kV电压等级一端接地系统，可以有效防止发生单相断电故障后影响用户的正常用电，造成设备损坏，甚至带来安全隐患等情况的发生。
在本发明的实施例中，为了在不对现有110kV系统进行线路改造的情况下能较为精确地测量变压器低压侧的各相电压，在测量110kV系统中变压器低压侧的各相电压时，电压值可以取自变压器低压侧母线压变。
在本发明的实施例中，为了在不对现有110kV系统进行线路改造的情况下能较为精确地测量变压器高压侧的各相电流，在测量110kV系统中变压器高压侧的各相电流时，电流值可以取自变压器套管CT。
基于上述单相断线故障的检测方法，本发明的实施例还提出了一种单相断线故障的保护方法，可以应用于110kV系统。该方法包括：在通过上述故障检测方法判定系统中存在单相断线故障时，跳开变压器高、低压侧开关，闭锁高压侧备用自投，以及启动低压侧备用自投。
通过这一系列的操作能够在第一时间对发生单相断线故障的线路进行保护，消除对人身、设备的安全威胁，通过低压侧备自投动作来保证供电可靠性，避免了断线引起的主变低压侧三相电压不平衡及低电压的情况。
对应上述单相断线故障检测方法，本发明的实施例还提供了一种单相断线故障的检测系统，可以应用于110kV系统。如图2所示，该系统可以包括：
电压测量模块201，用于测量变压器低压侧的各相电压；
电流测量模块202，用于测量变压器高压侧的各相电流；
故障检测模块203，用于根据电压测量模块和电流测量模块的测量结果，确定各相电压和各相电流是否满足预先设定的故障条件，如果满足预先设定的故障条件，则判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
在本发明的实施例中，预先设定的故障条件的具体内容可以参考上述单相断线故障检测方法中的故障条件。
在本申请的实施例中，上述故障检测模块203可连接至中控室或远程发送信号给系统的管理者和检修者。
在本发明的实施例中，在故障检测模块203判定出系统中存在单相断线故障后，还可以进一步根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相，例如，判定变压器高压侧电流为零相即为断线故障所在相。在这种情况下，输出的判定结果中可以进一步包括已确定的断线故障所在的相。
如前所述，通过测量110kV系统中变压器低压侧的各相电压和变压器高压侧的各相电流，判断各相电压和各相电流之间是否满足预先设定的故障条件，即可准确且迅速地得出单相断线故障的判断结果，供管理人员和检修人员在故障发生后快速切除故障。而且本系统不需要对现有常用的110kV系统线路进行大规模的改造，投入实际使用较为方便，广泛适用于110kV电压等级一端接地系统。
可选的，为了能够在第一时间对发生单相断线故障的线路进行保护，消除对人身、设备的安全威胁，本系统中还可以进一步包括：保护插件，用于接收故障检测模块203的判定结果，并控制变压器高、低压侧开关跳开，控制启动低压侧备用自投。可选的，上述保护插件可选用单片机或PLC实现。
可选的，为了能够方便地投入使用，不需对现有配电线路进行大规模的改造，并且可以准确进行电压和电流的测量，在本发明的实施例中，上述电压测量模块201可以连接至变压器低压侧母线压变，上述电流测量模块202可以连接至变压器套管CT。
下面将结合示例简要说明本发明的工作原理，由于110kV电压等级通常为电源侧中性点接地，负荷端110kV主变高压侧经放电间隙接地，而现有的保护装置和保护方法在这种情况下，当发生断线故障时，无法正确动作切除故障，会出现负荷端110kV主变低压侧电压严重不平衡，经分析，高压侧一相断线后：
相电流、零序电流情况：其他两相构成回路。以C相断线为例，根据基尔霍夫定律，非断线两相必然满足且断线相零序电流
高压侧电压情况：以110kV变电站变压器为YND11接线组别为例，主变高压侧中性点接地闸刀拉开，经放电间隙接地：正常运行时，主变中性点电压为0；当110kV线路C相断线时，主变中性点电压升高至(为相电压)。主变高压侧电压变化相量如图4所示，主变差动回路电流如图5所示。
对Yd11接线的变压器，假设变压器变比为1：1(理想变压器)，Y侧的电流调整方法为：
当高压侧C相断线后，低压侧各相电流为：
此时，差动保护装置中高低压侧的电流仍满足：
在发生高压侧断线的情况下，无论负荷电流有多大，差动保护检测到的差流仍为0。
故障后的低压侧电压变化情况：
高压侧C相断线后，分析低压侧电压变化情况如图6所示，
以
此时高压侧
则：
其中和分别为变压器高压侧的各相电流，和分别为变压器低压侧的各项电流，和分别表示变压器高压侧的各项电压，和分别表示变压器低压侧的各相电压，和分别表示变压器高压侧的零序电压，和分别表示变压器高压侧的正序电压，和分别表示变压器高压侧的负序电压，和分别表示变压器低压侧的零序电压，和分别表示变压器低压侧的正序电压，和分别表示变压器低压侧的负序电压。
假设Y/Δ-11变压器的变比为1，仅考虑各相量角度的变化；则对Δ侧的正序电压总是超前Y侧正序电压30°，Δ侧负序电压总是滞后Y侧负序电压30°。则Δ侧的电压向量如图7所示。
通过分析，低压侧A相电压保持不变，B、C相电压变为原来的一半。
高压侧电流取自变压器套管CT，高压侧一相CT发生断线时，虽然测量电流中有一相电流为0，但是另外两相不会满足的判据，与实际线路断线有比较明显的区别。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单相断线故障的检测方法，其特征在于，该方法包括：
测量变压器低压侧的各相电压；
测量变压器高压侧的各相电流；
确定变压器低压侧各相电压和变压器高压侧的各相电流是否满足预先设定的故障条件；以及
如果满足预先设定的故障条件，则判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
2.根据权利要求1所述的单相断线故障的检测方法，其特征在于，所述故障条件包括如下子条件之一或其任意组合：
其中，和表示变压器低压侧的各相电压；和表示变压器高压侧的各相电流；为系统正常工作时低压侧电压的预设值。
3.根据权利要求1所述的单相断线故障的检测方法，其特征在于，在判定系统中存在单相断线故障时，所述方法进一步包括：
根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相；以及
在输出的判定结果中包括已确定的断线故障所在的相。
4.根据权利要求3所述的单相断线故障的检测方法，其特征在于，根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相包括：将变压器高压侧电流为零相作为断线故障所在相。
5.根据权利要求1所述的单相断线故障的检测方法，其特征在于，所述测量变压器低压侧的各相电压包括：从变压器低压侧母线压变取所述电压值。
6.根据权利要求1所述的单相断线故障的检测方法，其特征在于，所述测量变压器高压侧的各相电流包括：从变压器套管CT取所述电流值。
7.根据权利要求1-6任一项所述的单相断线故障的保护方法，其特征在于，判定为系统中存在单相断线故障时，跳开变压器高、低压侧开关，闭锁高压侧备用自投，以及启动低压侧备用自投。
8.一种单相断线故障的保护系统，其特征在于，包括：
电压测量模块，用于测量变压器低压侧的各相电压；
电流测量模块，用于测量变压器高压侧的各相电流；
故障检测模块，用于根据电压测量模块和电流测量模块的测量结果，确定各相电压和各相电流是否满足预先设定的故障条件，如果满足预先设定的故障条件，则判定系统中存在单相断线故障，并输出判定结果。
9.根据权利要求8所述的单相断线故障的保护系统，其特征在于，所述故障检测模块在判定出系统中存在单相断线故障后，进一步用于根据变压器高压侧的各相电流的值确定断线故障所在的相，以及在输出的判定结果中包括已确定的断线故障所在的相。
10.根据权利要求8所述的单相断线故障的保护系统，其特征在于，所述系统进一步包括：保护插件，用于接收故障检测模块的判定结果，并控制变压器高、低压侧开关跳开，控制启动低压侧备用自投。
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