CN110780235B - 一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统 - Google Patents

一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统，包括：步骤S1，采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，计算线路两端的相间电压及线路两端的相间电流；步骤S2，根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；步骤S3，计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值；步骤S4，判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，进一步判定该线路是否出现断线故障。实施本发明，能够快速识别各种类型断线故障，且不受输电线路零序参数影响；降低因断线故障造成伤亡与损失。

Description

一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统
技术领域
本发明属于电力监测领域，涉及一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统。
背景技术
电力系统运行过程中易发生的故障包括短路故障与断线故障。
已有的研究与保护装置大多针对电力系统短路故障，针对断线故障的研究和应用于断线故障的保护装置较少，使得断线故障仅能在带电线路落地后，才能可靠进行识别并切除；带电线路落地后，易引发人生伤亡与财产损失事故，因此如何能够可靠的识别断线故障，同时有效地降低因断线故障造成的人身伤亡与财产损失事故事，是目前存在的主要问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统，解决不能识别断线故障，减少因断线故障造成的损失的问题。
本发明的一方面，提供一种基于相间电压差的断线故障识别方法，其包括如下步骤：
步骤S1，采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，根据两端的三相电压信号计算线路两端的相间电压，根据两端的三相电流信号计算线路两端的相间电流；
步骤S2，根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；
步骤S3，计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值，作为相间电压差值；
步骤S4，判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，若相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路出现断线故障,判定电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若不满足相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路未出现断线故障。
进一步，在步骤S1中，根据以下公式计算线路两端的相间电压：
Figure BDA0002268785370000011
其中，
Figure BDA0002268785370000021
为线路第一端a相电压相量；
Figure BDA0002268785370000022
为线路第一端b相电压相量；
Figure BDA0002268785370000023
为线路第一端c相电压相量；
Figure BDA0002268785370000024
为线路第二端a相电压相量；
Figure BDA0002268785370000025
为线路第二端b相电压相量；
Figure BDA0002268785370000026
为线路第二端c相电压相量；
Figure BDA0002268785370000027
为线路第一端ab相间电压；
Figure BDA0002268785370000028
为线路第一端ac相间电压；
Figure BDA0002268785370000029
为线路第一端bc相间电压；
Figure BDA00022687853700000210
为线路第二端ab相间电压；
Figure BDA00022687853700000211
为线路第二端ac相间电压；
Figure BDA00022687853700000212
为线路第二端bc相间电压。
进一步，在步骤S1中，根据以下公式计算线路两端的相间电流：
Figure BDA00022687853700000213
其中，
Figure BDA00022687853700000214
为线路第一端a相电流相量；
Figure BDA00022687853700000215
为线路第一端b相电流相量；
Figure BDA00022687853700000216
为线路第一端c相电流相量；
Figure BDA00022687853700000217
为线路第二端a相电流相量；
Figure BDA00022687853700000218
为线路第二端b相电流相量；
Figure BDA00022687853700000219
为线路第二端c相电流相量；
Figure BDA00022687853700000220
为线路第一端ab相间电流；
Figure BDA00022687853700000221
为线路第一端ac相间电流；
Figure BDA00022687853700000222
为线路第一端bc相间电流；
Figure BDA00022687853700000223
为线路第二端ab相间电流；
Figure BDA00022687853700000224
为线路第二端ac相间电流；
Figure BDA00022687853700000225
为线路第二端bc相间电流。
进一步，在步骤S2中，根据以下公式计算线路两端的第一电压降落量：
Figure BDA00022687853700000226
其中，Z1为线路正序阻抗；
Figure BDA00022687853700000227
为线路两端ab相的第一电压降落量；
Figure BDA00022687853700000228
为线路两端ac相的第一电压降落量；
Figure BDA00022687853700000229
为线路两端bc相的第一电压降落量。
进一步，在步骤S2中，根据以下公式计算线路两端的第二电压降落量：
Figure BDA00022687853700000230
其中，
Figure BDA00022687853700000231
为线路两端ab相的第二电压降落量；
Figure BDA00022687853700000232
为线路两端ac相的第二电压降落量；
Figure BDA00022687853700000233
为线路两端bc相的第二电压降落量。
进一步，在步骤S3中，根据以下公式计算线路相间电压差：
Figure BDA0002268785370000031
其中，
Figure BDA0002268785370000032
为ab相的相间电压差；
Figure BDA0002268785370000033
为ac相的相间电压差；
Figure BDA0002268785370000034
为bc相的相间电压差。
进一步，在步骤S4中，若相间电压差幅值满足以下公式：
Figure BDA0002268785370000035
或者相应相电流幅值满足以下公式：
Figure BDA0002268785370000036
则该线路出现断线故障，且电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若相间电压差与相应相电流不能分别满足以上两个公式，则该线路出现断线故障；
其中，Uset为电压整定值；
Figure BDA0002268785370000037
为第一线路xy相相间电压差幅值，xy＝ab、bc、ac；
Figure BDA0002268785370000038
为第一继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure BDA0002268785370000039
为第二继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure BDA00022687853700000310
为第一继电保护装置所测线y相电流幅值；
Figure BDA00022687853700000311
为第二继电保护装置所测线y相电流幅值。
相应地，本发明的另一方面，还提供一种基于相间电压差的断线故障识别系统，所述系统用以实现以下方法步骤：
采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，根据两端的三相电压信号计算线路两端的相间电压，根据两端的三相电流信号计算线路两端的相间电流；
根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；
计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值，作为相间电压差值；
判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，若相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路出现断线故障,判定电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若不满足相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路未出现断线故障；
该系统包括：依次连接的送端交流等值电源、第一母线、第一线路、第二母线、受端交流等值电源，所述送端交流等值电源和所述受端交流等值电源分别连接地线。
进一步，a相线第一继电保护装置、a相线、a相线第二继电保护装置、b相线第一继电保护装置、b相线、b相线第二继电保护装置、c相线第一继电保护装置、c相线、c相线第二继电保护装置，所述a相线一端通过所述a相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述a相线另一端通过所述a相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述b相线一端通过所述b相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述b相线另一端通过所述b相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述c相线一端通过所述c相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述c相线另一端通过所述c相线第二继电保护装置连接所述第二母线。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统，根据线路两端电压电流信息，以及线路正序参数，能够快速可靠识别各种类型断线故障，且不受输电线路零序参数影响；能够降低因断线故障造成的人身伤亡与财产损失事故。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明提供的一种基于相间电压差的断线故障识别方法的主流程示意图。
图2为本发明提供的一种基于相间电压差的断线故障识别系统的示意图。
图3为本发明实施例中的a相断线的各相相间电压差幅值波形图。
图4本发明实施例中的a相断线的线路两侧a相电流幅值波形图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，示出了本发明提供的一种基于相间电压差的断线故障识别方法的一个实施例的主流程示意图，在本实施例中，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，根据两端的三相电压信号计算线路两端的相间电压，根据两端的三相电流信号计算线路两端的相间电流；
具体实施例中，根据以下公式计算线路两端的相间电压：
Figure BDA0002268785370000051
其中，
Figure BDA0002268785370000052
为线路第一端a相电压相量；
Figure BDA0002268785370000053
为线路第一端b相电压相量；
Figure BDA0002268785370000054
为线路第一端c相电压相量；
Figure BDA0002268785370000055
为线路第二端a相电压相量；
Figure BDA0002268785370000056
为线路第二端b相电压相量；
Figure BDA0002268785370000057
为线路第二端c相电压相量；
Figure BDA0002268785370000058
为线路第一端ab相间电压；
Figure BDA0002268785370000059
为线路第一端ac相间电压；
Figure BDA00022687853700000510
为线路第一端bc相间电压；
Figure BDA00022687853700000511
为线路第二端ab相间电压；
Figure BDA00022687853700000512
为线路第二端ac相间电压；
Figure BDA00022687853700000513
为线路第二端bc相间电压。
具体的，根据以下公式计算线路两端的相间电流：
Figure BDA00022687853700000514
其中，
Figure BDA00022687853700000515
为线路第一端a相电流相量；
Figure BDA00022687853700000516
为线路第一端b相电流相量；
Figure BDA00022687853700000517
为线路第一端c相电流相量；
Figure BDA00022687853700000518
为线路第二端a相电流相量；
Figure BDA00022687853700000519
为线路第二端b相电流相量；
Figure BDA00022687853700000520
为线路第二端c相电流相量；
Figure BDA00022687853700000521
为线路第一端ab相间电流；
Figure BDA00022687853700000522
为线路第一端ac相间电流；
Figure BDA00022687853700000523
为线路第一端bc相间电流；
Figure BDA00022687853700000524
为线路第二端ab相间电流；
Figure BDA00022687853700000525
为线路第二端ac相间电流；
Figure BDA00022687853700000526
为线路第二端bc相间电流。
步骤S2，根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；
具体实施例中，根据以下公式计算线路两端的第一电压降落量：
Figure BDA00022687853700000527
其中，Z1为线路正序阻抗；
Figure BDA00022687853700000528
为线路两端ab相的第一电压降落量；
Figure BDA00022687853700000529
为线路两端ac相的第一电压降落量；
Figure BDA00022687853700000530
为线路两端bc相的第一电压降落量。
具体的，根据以下公式计算线路两端的第二电压降落量：
Figure BDA0002268785370000061
其中，
Figure BDA0002268785370000062
为线路两端ab相的第二电压降落量；
Figure BDA0002268785370000063
为线路两端ac相的第二电压降落量；
Figure BDA0002268785370000064
为线路两端bc相的第二电压降落量。
步骤S3，计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值，作为相间电压差值；
具体的实施例中，根据以下公式计算线路相间电压差：
Figure BDA0002268785370000065
其中，
Figure BDA0002268785370000066
为ab相的相间电压差；
Figure BDA0002268785370000067
为ac相的相间电压差；
Figure BDA0002268785370000068
为bc相的相间电压差。
步骤S4，判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，若相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路出现断线故障,判定电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若不满足相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路未出现断线故障。
具体实施例中，若相间电压差幅值满足以下公式：
Figure BDA0002268785370000069
或者相应相电流幅值满足以下公式：
Figure BDA00022687853700000610
则该线路出现断线故障，且电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若相间电压差与相应相电流不能分别满足以上两个公式，则该线路出现断线故障；
其中，Uset为电压整定值；
Figure BDA0002268785370000071
为第一线路xy相相间电压差幅值，xy＝ab、bc、ac；
Figure BDA0002268785370000072
为第一继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure BDA0002268785370000073
为第二继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure BDA0002268785370000074
为第一继电保护装置所测线y相电流幅值；
Figure BDA0002268785370000075
为第二继电保护装置所测线y相电流幅值；
一个实施例中，Uset＝6.6kV；Iset为电流整定值，本发明实例中Iset＝0.1kA；
由图2和图3可以看出，当线路发生a相断线故障时，线路ac、ab相相间电压差幅值大于电压整定值，同时线路两侧a相电流小于电流整定值，故判定为第一线路a相发生断线故障。
如图2所示，相应地，本发明的另一方面，还提供一种基于相间电压差的断线故障识别系统，所述系统用以实现以下方法步骤：
采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，根据两端的三相电压信号计算线路两端的相间电压，根据两端的三相电流信号计算线路两端的相间电流；
根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；
计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值，作为相间电压差值；
判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，若相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路出现断线故障,判定电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若不满足相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路未出现断线故障。
该系统包括：依次连接的送端交流等值电源、第一母线、第一线路、第二母线、受端交流等值电源，所述送端交流等值电源和所述受端交流等值电源分别连接地线。
具体实施例中，所述第一线路包括：a相线第一继电保护装置、a相线、a相线第二继电保护装置、b相线第一继电保护装置、b相线、b相线第二继电保护装置、c相线第一继电保护装置、c相线、c相线第二继电保护装置，所述a相线一端通过所述a相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述a相线另一端通过所述a相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述b相线一端通过所述b相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述b相线另一端通过所述b相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述c相线一端通过所述c相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述c相线另一端通过所述c相线第二继电保护装置连接所述第二母线。
更多的细节，可以参照并结合前述对图1至图4的描述，在此不进行详述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供一种基于相间电压差的断线故障识别方法及系统，根据线路两端电压电流信息，以及线路正序参数，能够快速可靠识别各种类型断线故障，且不受输电线路零序参数影响；能够降低因断线故障造成的人身伤亡与财产损失事故。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于相间电压差的断线故障识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采集输电线路两端三相电压信号及三相电流信号，根据两端的三相电压信号计算线路两端的相间电压，根据两端的三相电流信号计算线路两端的相间电流；
步骤S2，根据线路正序阻抗参数及所述交流输电线路两端的相间电流计算线路两端第一电压降落量，根据线路两端的相间电压计算线路两端第二电压降落量；
步骤S3，计算所述线路两端第一电压降落量与所述线路两端第二电压降落量之间的差值，作为相间电压差值；
步骤S4，判断相间电压差值是否大于电压整定值，并判断相应的相电流相量模值是否小于电流整定值，若相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路出现断线故障,判定电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若不满足相间电压差大于电压整定值，同时相应的相电流相量模值小于电流整定值，则判定该线路未出现断线故障。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，根据以下公式计算线路两端的相间电压：
Figure FDA0002268785360000011
其中，
Figure FDA0002268785360000012
为线路第一端a相电压相量；
Figure FDA0002268785360000013
为线路第一端b相电压相量；
Figure FDA0002268785360000014
为线路第一端c相电压相量；
Figure FDA0002268785360000015
为线路第二端a相电压相量；
Figure FDA0002268785360000016
为线路第二端b相电压相量；
Figure FDA0002268785360000017
为线路第二端c相电压相量；
Figure FDA0002268785360000018
为线路第一端ab相间电压；
Figure FDA0002268785360000019
为线路第一端ac相间电压；
Figure FDA00022687853600000110
为线路第一端bc相间电压；
Figure FDA00022687853600000111
为线路第二端ab相间电压；
Figure FDA00022687853600000112
为线路第二端ac相间电压；
Figure FDA00022687853600000113
为线路第二端bc相间电压。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，根据以下公式计算线路两端的相间电流：
Figure FDA00022687853600000114
其中，
Figure FDA0002268785360000021
为线路第一端a相电流相量；
Figure FDA0002268785360000022
为线路第一端b相电流相量；
Figure FDA0002268785360000023
为线路第一端c相电流相量；
Figure FDA0002268785360000024
为线路第二端a相电流相量；
Figure FDA0002268785360000025
为线路第二端b相电流相量；
Figure FDA0002268785360000026
为线路第二端c相电流相量；
Figure FDA0002268785360000027
为线路第一端ab相间电流；
Figure FDA0002268785360000028
为线路第一端ac相间电流；
Figure FDA0002268785360000029
为线路第一端bc相间电流；
Figure FDA00022687853600000210
为线路第二端ab相间电流；
Figure FDA00022687853600000211
为线路第二端ac相间电流；
Figure FDA00022687853600000212
为线路第二端bc相间电流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，根据以下公式计算线路两端的第一电压降落量：
Figure FDA00022687853600000213
其中，Z1为线路正序阻抗；
Figure FDA00022687853600000214
为线路两端ab相的第一电压降落量；
Figure FDA00022687853600000215
为线路两端ac相的第一电压降落量；
Figure FDA00022687853600000216
为线路两端bc相的第一电压降落量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，根据以下公式计算线路两端的第二电压降落量：
Figure FDA00022687853600000217
其中，
Figure FDA00022687853600000218
为线路两端ab相的第二电压降落量；
Figure FDA00022687853600000219
为线路两端ac相的第二电压降落量；
Figure FDA00022687853600000220
为线路两端bc相的第二电压降落量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，根据以下公式计算线路相间电压差：
Figure FDA00022687853600000221
其中，
Figure FDA00022687853600000222
为ab相的相间电压差；
Figure FDA00022687853600000223
为ac相的相间电压差；
Figure FDA00022687853600000224
为bc相的相间电压差。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，若相间电压差幅值满足以下公式：
Figure FDA0002268785360000031
或者相应相电流幅值满足以下公式：
Figure FDA0002268785360000032
则该线路出现断线故障，且电流相量幅值小于电流整定值的相为断线相，若相间电压差与相应相电流不能分别满足以上两个公式，则该线路出现断线故障；
其中，Uset为电压整定值；
Figure FDA0002268785360000033
为第一线路xy相相间电压差幅值，xy＝ab、bc、ac；
Figure FDA0002268785360000034
为第一继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure FDA0002268785360000035
为第二继电保护装置所测x相电流幅值；
Figure FDA0002268785360000036
为第一继电保护装置所测线y相电流幅值；
Figure FDA0002268785360000037
为第二继电保护装置所测线y相电流幅值。
8.一种基于相间电压差的断线故障识别系统，用以实现如权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，该系统包括：依次连接的送端交流等值电源、第一母线、第一线路、第二母线、受端交流等值电源，所述送端交流等值电源和所述受端交流等值电源分别连接地线。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一线路包括：a相线第一继电保护装置、a相线、a相线第二继电保护装置、b相线第一继电保护装置、b相线、b相线第二继电保护装置、c相线第一继电保护装置、c相线、c相线第二继电保护装置，所述a相线一端通过所述a相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述a相线另一端通过所述a相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述b相线一端通过所述b相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述b相线另一端通过所述b相线第二继电保护装置连接所述第二母线，所述c相线一端通过所述c相线第一继电保护装置连接所述第一母线，所述c相线另一端通过所述c相线第二继电保护装置连接所述第二母线。
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